《金属冲压工艺原理及应用》课件

金属冲压工艺原理及应用欢迎来到金属冲压工艺原理及应用课程本课程将系统介绍金属冲压的基本原理、工艺流程及其在各行业的广泛应用冲压作为一种高效、精密的金属成形技术，在现代制造业中扮演着不可替代的角色通过本课程，您将了解冲压工艺的核心原理，掌握各类冲压技术的特点及应用场景，探索从传统冲压到智能制造的技术发展历程无论您是初学者还是行业从业人员，本课程都将为您提供系统而全面的专业知识让我们一起探索金属冲压这一精彩的工艺世界！金属冲压简介冲压的定义主要工艺流程金属冲压是指在常温下，利用安装在压力机上的模具对板典型的冲压工艺流程包括材料准备（开卷、校平、剪切）材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分冲裁（下料）成形（弯曲、拉深、胀形等）整形检→→→→离，从而获得所需形状和尺寸的工件的成形加工方法验入库→冲压本质上是利用金属的塑性变形能力，在模具的约束下使不同的冲压零件可能需要多种工序组合才能完成，复杂零件材料发生定向流动，最终形成符合设计要求的零部件甚至需要设计多道工序的连续模或级进模进行生产冲压行业现状亿6500中国市场规模2022年中国冲压行业市场规模

8.5%年增长率近五年行业平均增长速度35000+冲压企业全国规模以上冲压企业数量万1500从业人员全行业直接和间接从业人数全球主要的冲压生产国家包括中国、日本、德国、美国和韩国中国已成为世界最大的冲压件生产国，但在高端精密冲压领域，日本和德国仍保持领先地位近年来，东南亚国家如越南、泰国等也在迅速发展冲压制造能力，形成新的产业集群冲压与其他金属成形工艺比较冲压工艺主要适用于板材、带材等薄壁材料生产效率高，自动化程度高冲压件壁厚均匀，精度较高，表面光洁度好适合大批量生产，单件成本低锻造工艺主要适用于坯料、棒材等厚实材料通过锤击或挤压使材料塑性变形锻件内部纤维组织连续，力学性能好，但表面粗糙，需二次加工铸造工艺将熔融金属浇注到预先制备的铸型中，冷却凝固后获得铸件可制造复杂内腔结构，但内部可能存在气孔、缩孔等缺陷，力学性能相对较差切削加工通过车、铣、刨、磨等方式切除材料，制造出尺寸精确的零件精度高，表面质量好，但材料利用率低，生产效率相对较低，成本高冲压件的主要特点高效率批量生产现代高速冲压设备每分钟可达数百次冲压，适合大批量生产一套模具可生产成千上万甚至数百万件产品，规模效应显著低成本与高经济性冲压工艺材料利用率高，可达85%以上，且能耗低、人工需求少初期模具投入虽高，但分摊到单件产品上成本极低高精度与一致性精密冲压可达±

0.01mm的精度，且批量生产的冲压件一致性好，互换性强，减少装配环节的调整需求轻量化设计冲压可加工超薄材料（最薄可达

0.01mm），并能通过结构设计优化提高构件刚度，是实现产品轻量化的理想工艺冲压工艺的分类按温度分类冷冲压在室温下进行，适用于大多数普通材料，是最常见的冲压形式温冲压在200-800℃下进行，主要用于难变形材料热冲压在800℃以上进行，适用于超高强度钢等特殊材料按工序分类单工序冲压一次完成一种变形，如单纯冲裁或单纯弯曲复合工序冲压一次完成多种变形，如冲裁+弯曲连续冲压在一台设备上通过多个工位连续完成多道工序按操作方式分类手动冲压依靠人工操作，适用于小批量生产半自动冲压部分工序自动化，需要人工辅助全自动冲压从送料到成品出料全过程自动化，效率最高冲压工艺中的基本术语冲裁弯曲（Bending）拉深（Drawing）（使平板沿直线产生塑性变将平板材料加工成开口空心Blanking/Punching）利用模具的剪切作用，将板形，形成一定角度的工艺件，或使已有的空心件进一料按一定形状和尺寸剪切开常见的弯曲形式有V形弯曲、步改变形状的工艺拉深是的工艺包括下料、冲孔、U形弯曲、边缘弯曲等弯曲制造杯状、盒状、壳体等零切边、落料等冲裁是最基过程中需考虑回弹现象件的主要方法础的冲压工序，几乎所有冲压件都需要经过冲裁成形（Forming）使板料在不破裂的情况下，形成各种所需形状的工艺总称包括胀形、缩口、翻边、整形等多种具体工艺方法常用金属材料概述材料种类典型牌号主要特点常见应用冷轧钢板SPCC,DC01成形性好，价格家电外壳，办公低设备热轧钢板Q235,SS400厚度大，强度高机械结构件，架构件不锈钢304,316L耐腐蚀，表面美厨具，医疗器械观铝合金1060,5052轻量，导热性好电子散热器，汽车件铜合金H62,T2导电性好，耐蚀电气接触件，装饰件高强钢DP590,TRIP780强度高，减薄潜汽车结构件，安力大全件材料成形性能强度塑性材料抵抗变形的能力，通常用屈服强材料在外力作用下产生永久变形而不度和抗拉强度表示强度越高，材料破坏的能力，通常用断后伸长率和断需要的变形力越大，但过高的强度会面收缩率表示塑性好的材料更适合增加模具磨损和设备载荷复杂的冲压成形各向异性硬度材料在不同方向上性能的差异，用r值材料抵抗硬物压入的能力，常用洛氏表示r值越大，深冲性能越好材料硬度或维氏硬度表示硬度越高，耐的各向异性会导致耳缘和翘曲等缺磨性越好，但成形难度也越大陷材料缺陷及挑选方法常见材料缺陷•分层材料层间分离，影响强度和表面质量•夹杂非金属颗粒混入，导致孔洞和裂纹•氧化皮金属表面氧化物，影响表面质量•厚度偏差影响尺寸精度和模具寿命•表面划伤影响美观和使用性能材料检测方法•目视检查观察表面缺陷和外观•超声波检测检查内部缺陷和分层•金相分析观察微观组织•力学性能测试测定强度、硬度等参数材料挑选原则•根据产品功能和性能要求选择材料种类•考虑成形难度与材料性能的匹配•考虑经济性和供应稳定性•选择合适的材料状态（软态、半硬态等）金属流动与变形机理晶体滑移孪生变形晶界作用金属在外力作用下，晶体内部沿特定晶部分金属在外力作用下，晶体内原子按晶界是阻碍位错运动的屏障，导致位错面和方向发生位错运动，导致晶体产生特定方向重新排列，形成与原晶体呈镜堆积和应力集中细晶粒材料中晶界相对位移滑移是金属塑性变形的主要像对称的区域，称为孪晶孪生变形主多，强度高但塑性较差；粗晶粒材料晶机制，通常需要克服临界剪切应力才能要发生在低层错能金属中，如铜、黄铜界少，塑性好但强度较低冲压加工中发生等需平衡这一关系应变强化与退火应变强化机制金属在冷加工过程中，位错密度增加，相互纠缠，导致强度提高、硬度增大，但塑性下降退火处理通过加热并保温，使变形金属恢复塑性，降低强度和硬度工艺平衡应用在多道冲压工序间插入中间退火，解决变形硬化导致的成形困难应变强化会导致材料在冲压过程中逐渐变硬，影响后续变形例如，深拉深工艺中，当材料变形达到一定程度后，由于应变强化效应，会导致材料塑性下降，容易开裂此时需要进行中间退火，恢复材料的塑性，使之能够继续加工在实际应用中，需要根据材料特性和工艺要求，合理安排加工顺序和热处理工艺，既要利用应变强化提高产品强度，又要避免因过度加工硬化导致的开裂材料利用率分析冲裁工艺原理接触阶段凸模接触板材表面，开始施加压力此时材料尚未发生明显变形，仅有轻微弹性变形塑性变形随着压力增加，材料在凸凹模刃口处产生塑性变形此阶段材料发生弯曲变形和厚度压缩，但尚未分离剪切断裂当剪切应力超过材料强度时，材料在刃口处产生微小裂纹，并迅速扩展，最终导致完全分离该过程形成典型的断口区域和剪切区域冲裁质量控制的关键参数包括间隙大小、冲裁速度、板材固定方式和润滑条件等合理的间隙设计（通常为材料厚度的5%-10%）是获得高质量剪切面的关键间隙过小会导致二次剪切和工具过早磨损，间隙过大则会产生较大的毛刺和撕裂冲裁模具结构模具总体结构由凸模、凹模、卸料板和导向装置组成凸模设计刃口硬度需达到HRC60以上，表面粗糙度Ra≤

0.4μm凹模设计工作部分要有足够的厚度和刚度，防止变形破裂导向定位系统确保凸凹模精确对中，防止偏斜和早期磨损刃口形状和间隙设计是冲裁模具的核心技术常见的刃口形状包括直刃、斜刃、波浪刃和台阶刃斜刃和波浪刃可以减小冲裁力和冲击载荷，适用于厚板材的冲裁；直刃结构简单，维护方便，适用于精密小孔的加工间隙设计通常遵循以下原则软材料采用小间隙（材料厚度的3%-5%），硬材料采用大间隙（材料厚度的8%-10%）间隙均匀性对冲裁质量有重要影响，四周间隙差异不应超过

0.01mm弯曲工艺原理弯曲变形特性回弹现象金属板材在弯曲过程中，外侧纤维受拉伸，内侧纤维受压回弹是指材料在弯曲外力撤除后，由于弹性恢复而使弯曲角缩，存在一个中性层其长度保持不变弯曲变形区的应力分度减小或弯曲半径增大的现象回弹量与材料的弹性模量、布呈梯度变化，由内到外从压应力逐渐过渡到拉应力强度、弯曲半径和板厚有关弯曲过程中，材料沿弯曲线方向的拉伸和压缩变形是主要变回弹系数K值计算K=α1/α2，其中α1为弯曲后的角度，α2形方式，同时伴随着宽度方向的次要变形弯曲加工的难度为弯曲时的角度高强度材料回弹大，低强度材料回弹小主要取决于材料的塑性、弯曲半径与板厚的比值以及弯曲角大半径弯曲回弹大，小半径弯曲回弹小度弯曲最小半径是弯曲加工中一个重要参数，它表示材料能够承受的最小弯曲半径而不发生破裂最小弯曲半径通常与材料厚度和延伸率有关，计算公式为Rmin=t/2ε-t/2，其中t为板厚，ε为材料的最大延伸率弯曲模具类型V型弯曲模是最常见的弯曲模具类型，结构简单，成本低，适用于90°左右的角度弯曲V型槽的开口宽度通常为材料厚度的6-12倍，过大会导致底部不平，过小会增加弯曲力U型弯曲模适用于制作槽形件或多次折弯的复杂件，需要设计合理的压料机构防止工件上翘折边模则适用于板材边缘的弯折，常用于制作箱体类零件卷边模具用于将板材边缘卷成圆形或半圆形，增强结构强度和去除锐边自由弯曲模具的特点是凸凹模不完全贴合，可根据行程调整弯曲角度，灵活性高拉深工艺原理拉深基本原理拉深是借助凹模、凸模和压边圈的作用，使板料产生复杂的塑性变形，形成开口空心零件的加工方法在拉深过程中，板料主要发生径向拉伸和切向压缩两种变形拉深极限系数拉深极限系数m=d/D，其中d为凸模直径，D为毛坯直径对于普通低碳钢，第一道拉深m≈

0.55-

0.60；对于不锈钢，m≈

0.50-

0.55；对于铝合金，m≈

0.52-

0.57m值越小，拉深难度越大典型成型缺陷拉深过程中常见的缺陷包括起皱、开裂、耳缘、橘皮和划伤等起皱多发生在法兰部位，原因是切向压缩应力过大；开裂多发生在筒壁与底部过渡处，原因是径向拉伸应力过大工艺控制要点成功的拉深工艺需要控制好几个关键参数压边力大小、凸凹模间隙、拉深速度、润滑条件等压边力过小会导致起皱，过大会阻碍材料流动导致开裂间隙通常为材料厚度的

1.1-

1.3倍拉深模具结构凸模（冲头）设计凹模设计压边圈设计凸模直径决定了制件的内径，其端面圆凹模内径与凸模外径之和等于工件壁厚压边圈的作用是防止法兰部分起皱，并角半径通常为材料厚度的3-10倍凸模的

2.1-

2.6倍凹模入口圆角半径对拉深控制材料的流动速率压边圈施加的压圆角过小会导致材料拉断，过大则易产成功与否有重要影响，一般为材料厚度力大小直接影响拉深质量，通常通过弹生起皱凸模材料通常选用Cr12MoV、的4-10倍凹模材料通常选用Cr

12、簧或气垫调节压边圈表面应光滑，以W6Mo5Cr4V2等工具钢，工作部分硬度GCr15等钢材，工作部分硬度要求减小摩擦，材料常选用45钢或40Cr要求HRC58-62HRC56-60翻边工艺及其应用翻边工艺原理翻边模具特点翻边是在工件边缘或孔边沿垂直方向向翻边模具主要由凸模、凹模和压料板组上或向下翻转形成筒状边缘的加工方成凸模端面应有适当的圆角，避免材法翻边过程中，材料主要受到径向拉料拉断；凹模内孔直径要考虑材料回伸和切向压缩变形，其变形机理与拉深弹对于厚板翻边，模具应具有足够的相似刚度来承受较大的变形力翻边的成形极限与材料性能、翻边半径为提高翻边质量，模具设计中常采用多和厚度比有关翻边高度h与孔径d的比工位渐进翻边，避免一次成形带来的过值h/d通常不超过

0.7，否则易发生开大变形裂翻边应用场景翻边工艺在制造业中应用广泛，主要用于1增强零件强度，如油箱、水箱等容器边缘的加强；2提供装配配合面，如法兰盘的连接；3去除锐边，提高安全性和美观性；4形成螺纹安装区，如螺母座的制作汽车白车身中大量使用翻边工艺来增强接合部位的刚度和强度成形工艺种类及参数胀形旋压利用液体、气体或弹性介质的压力使金利用旋转的工件与局部加压的工具接属管材或板材向外膨胀，填充模具型腔触，使板材渐进变形的加工方法主要的工艺主要参数介质压力、成形温参数旋轮压力、进给量和旋转速度度和成形速度典型应用汽车排气典型应用锅具、照明灯罩、卫星天管、自行车车架线辊压成形缩颈板料通过一系列成形辊筒，逐步弯曲成将管状工件的一端或两端向内缩小直径型的连续加工方法主要参数辊筒间的成形方法主要参数缩颈角度、一距、工件行进速度典型应用型材、次缩颈比例典型应用气瓶颈部、容钢管、护栏板器封口复合冲压工艺级进模冲压在一付模具上设置多个工位，随着每次冲压，带料在模具中一步步前进，依次完成多道工序特点是生产效率高，自动化程度高，但模具复杂，成本高适用于年产量超过50万件的大批量生产传递模冲压在多个独立模具之间用机械手传递工件，完成连续加工特点是柔性好，可处理较大工件，但设备投资大适用于汽车覆盖件等大型复杂零件的生产复合模冲压在一个冲程内同时完成多道不同工序（如同时进行冲裁和弯曲）特点是效率高，尺寸精度好，但模具结构复杂，调试难度大适用于结构相对简单但精度要求高的零件多工位冲压使用多台压力机串联或并联配置，每台压力机完成不同工序特点是系统柔性好，单台设备故障不影响整线，但占地面积大，协调性要求高适用于混合生产线和多种产品并行生产精冲工艺精冲工艺原理精冲是一种高精度冲裁工艺，利用特殊的三重作用力系统（冲压力、压边力和反压力）实现材料在受控状态下分离，获得高质量的断面传统冲裁的断面通常包含光滑区和断裂区，而精冲可获得全光滑断面，断面垂直度可达

0.01mm，表面粗糙度Ra可达

0.4μm精冲件往往可以直接装配使用，无需后续加工微冲压与微结构成形

0.02mm最小材料厚度微冲压可加工的薄膜材料极限

0.05mm最小特征尺寸可实现的微小结构特征±

0.003mm尺寸精度高精度微冲压可达精度万5+微件应用智能手机中微冲压件数量微冲压技术是为满足电子、通信、医疗等领域微型化产品需求而发展起来的精密成形技术与传统冲压相比，微冲压面临尺寸效应的特殊挑战随着尺寸减小，材料的变形行为、摩擦特性和刚度特性都会发生变化，导致成形难度大大增加3C产品（计算机、通信、消费电子）中的微型零件，如手机SIM卡托盘、摄像头支架、散热片、电池触点等，大多采用微冲压工艺制造这些零件通常由高精度合金材料制成，厚度仅

0.05-

0.2mm，要求尺寸精度高、表面质量好、批量生产能力强金属冲压件检测与质量控制尺寸检测表面检测结构检测性能测试使用三坐标测量机、激光扫采用目视检查、显微镜观通过无损检测方法如X射进行强度、硬度、疲劳等性描仪、投影仪等设备，对冲察、粗糙度仪测量等方法，线、超声波等，检查冲压件能测试，验证冲压件的功能压件的关键尺寸进行测量检查冲压件表面质量常见内部结构的完整性主要检要求对于承载部件，进行现代检测系统可实现在线实的表面缺陷包括划伤、凹测微裂纹、内部缺陷和材料模拟实际使用条件的负载测时测量，及时发现尺寸偏差痕、橘皮和压痕等对于高厚度分布等对于关键安全试现代汽车零部件开发并进行工艺调整对于复杂要求外观件，如汽车覆盖部件，采用计算机断层扫描中，通常结合有限元分析和形状的冲压件，采用三维扫件，使用光学成像系统进行技术，实现内部结构的三维实物测试相结合的方法，全描技术与CAD模型比对，全全自动表面缺陷检测重建和分析面评估零件性能面评估尺寸精度冲压设备分类机械压力机结构及选型曲柄连杆式压力机肘杆式压力机螺旋压力机最常见的机械压力机类型，通过曲柄连利用肘杆机构的力学特性，在接近下死通过螺旋传动将旋转运动转化为直线运杆机构将旋转运动转化为直线运动特点位置产生极大的压力特点是可在小动特点是冲击能量大，可获得较长的点是结构简单，可靠性高，但冲程固吨位设备上获得大吨位效果，但有效工静压时间，但回程慢适用于压印、校定，滑块在下死点附近的速度变化大作行程短主要用于精密冲裁、冷挤压正等需要持续压力的工艺，吨位范围通适用于冲裁、弯曲等简单成形工艺，吨等需要大压力但短行程的工艺，吨位范常为30-800吨位范围通常为10-500吨围通常为60-1200吨液压压力机特点压力与行程可调液压压力机可以在全行程范围内提供恒定的压力，且压力大小和行程位置均可根据工艺需要灵活调整这使其特别适合需要精确控制成形过程的复杂零件生产大吨位成形能力液压系统可以轻松实现超大吨位，目前最大的液压压力机压力可达14000吨大吨位液压压力机是生产汽车车身覆盖件、飞机蒙皮等大型板材冲压件的首选设备过载保护功能液压系统具有天然的过载保护特性，当压力超过设定值时，安全阀会自动开启，避免设备和模具损坏这一特性使液压压力机在试模和新产品开发中具有优势精确的运动控制现代液压压力机配备先进的伺服控制系统，可实现滑块位置、速度和压力的精确控制，满足复杂成形工艺的要求部分高端液压压力机的位置控制精度可达±

0.01mm液压压力机的主要应用场景包括大型汽车覆盖件的拉深成形、航空航天领域的蒙皮成形、家电行业的大型钣金件生产以及需要精确控制变形过程的精密零件制造冲压自动化生产线自动送料系统包括卷料开卷机、校平机、送料机和切断机等设备，实现材料的自动供给现代送料系统采用伺服控制，送料精度可达±

0.02mm，最高送料速度可达30m/分钟机器人上下料工业机器人代替人工进行工件的装卸，提高生产效率和安全性先进的视觉系统辅助机器人精确定位和识别工件，适应不同批次产品的切换在线检测系统集成光学、激光或力学传感器，实现对冲压件的尺寸、表面质量和性能的实时监测智能检测系统可自动判断产品是否合格，并给出分拣指令智能生产管理通过MES系统实现生产过程的全程监控和数据采集，实现生产计划优化、设备状态监测和质量追溯数字孪生技术可对生产线进行虚拟仿真和优化现代冲压自动化生产线实现了黑灯工厂的理念，最大限度减少人工干预自动化不仅提高了生产效率，还显著改善了产品质量的一致性和可追溯性自动化生产线的关键是各环节设备的无缝集成和协调运行，需要先进的工业控制网络和通信协议支持冲压模具设计原则功能性原则模具必须能够稳定可靠地生产出符合设计要求的工件，满足精度、表面质量和生产效率的要求经济性原则在满足功能要求的前提下，尽量降低模具制造成本和使用成本，提高模具寿命和维护便利性标准化原则尽量采用标准零部件和标准结构，提高设计效率，降低制造成本，方便维修和备件管理安全性原则模具设计必须考虑操作安全性，避免尖角和夹手隐患，设置防错装置，确保使用过程的安全可靠模具寿命是衡量模具设计与制造质量的重要指标普通冲裁模具的标准寿命通常为100-200万冲次，精密冲模可达300-500万冲次模具寿命的延长能显著降低生产成本，提高经济效益通过合理选择模具材料和热处理工艺、优化结构设计、改善润滑条件、采用表面强化技术等措施，可有效延长模具使用寿命模具的全生命周期成本包括设计费用、制造成本、维护费用和报废损失，优秀的模具设计应考虑全生命周期成本最小化模具材料与热处理工艺模具材料典型牌号主要特性适用部位热处理工艺碳素工具钢T8,T10A加工性好，价低要求导向件淬火+中温回火格低合金工具钢CrWMn,9SiCr韧性好，淬透大型冲模调质+局部淬火性好高速工具钢W6Mo5Cr4V2红硬性好，耐高速冲模真空淬火+多次磨回火冷作模具钢Cr12,Cr12MoV耐磨性优，变精密冲模真空淬火+低温形小回火粉末冶金钢CPM-10V,均匀性好，韧精密复杂形状真空淬火+深冷ASP23性高处理硬质合金YG6,YG8硬度极高，耐小型精密模具无需热处理磨模具表面处理工艺对提高耐磨性和使用寿命至关重要常见的表面处理技术包括氮化（提高表面硬度至HV1000以上）、物理气相沉积PVD（形成TiN、TiCN等硬质涂层）、等离子喷涂（形成厚陶瓷或金属复合涂层）和激光表面强化（形成超细晶粒表层）冲压工艺参数选择冲压速度行程设置影响生产效率和成形质量冲裁工艺影响生产效率和安全性行程应根据允许较高速度20-60次/分钟；拉深工件高度和操作要求合理设置，过大工艺需较低速度5-15次/分钟以避免浪费时间，过小影响安全双动压力材料开裂；精冲工艺速度最低3-8次/机需协调内外滑块行程关系分钟以确保高质量间隙调整压力控制影响冲裁质量和模具寿命冲裁间隙影响成形质量和设备负荷压力过小通常为材料厚度的5%-10%；拉深间导致成形不充分，过大导致模具过早隙为材料厚度的110%-130%；弯曲间磨损压边力控制对拉深工艺尤为关隙需考虑材料回弹因素键，需精确调节以平衡材料流动材料厚度与间隙的匹配回弹分析与补偿技术回弹现象分析回弹补偿方法回弹是板材在弯曲等塑性变形后，由于弹性恢复而引起的形针对回弹问题，主要采用以下补偿技术状变化回弹大小受多种因素影响

1.超量变形法根据回弹量，设计比目标尺寸更过度的模

1.材料特性弹性模量越大，强度越高，回弹越大具

2.几何因素板厚越小，弯曲半径越大，回弹越明显

2.可调机构法模具设计可调结构，根据实际回弹量进行调整

3.工艺条件成形压力、润滑状态和成形温度等

3.二次成形法通过附加变形消除回弹，如压凸筋、边缘回弹系数K=α1/α2，其中α1为最终角度，α2为模具角度K整形等通常小于1，表示角度变小、半径变大的趋势

4.工艺参数优化调整压力、速度、温度等参数减小回弹现代制造中，通常采用有限元模拟预测回弹量，然后进行针对性补偿设计，大大缩短了开发周期温度对冲压的影响冷冲压特点室温温冲压特点200-800℃常温下进行，不需预热设备工件精度高，在中等温度下进行，材料处于半软化状态表面质量好，无氧化现象设备要求高，成兼顾了冷冲压的精度和热冲压的成形性，但形力大，材料可塑性有限，复杂零件需多道工艺控制难度大工序•适用范围中强度钢板、铝镁合金等•适用范围普通钢板厚度≤3mm，铝合•典型应用汽车结构件、航空零部件金≤5mm•典型应用精密电子零件、汽车内饰件、家电外壳热冲压特点800℃在高温下进行，材料流动性好，变形阻力小可一次成形复杂零件，但设备投资大，精度较低，需防止氧化•适用范围高强钢≥1500MPa，厚度≥3mm•典型应用汽车防撞梁、A/B柱、底盘加强件温度对材料性能的影响主要体现在流动应力和延伸率上随着温度升高，金属材料的屈服强度和流动应力降低，延伸率提高，加工硬化减弱这使得高温下可以成形更复杂的形状，但同时带来了尺寸控制困难和表面质量下降等问题摩擦与润滑润滑剂类型矿物油、合成油、乳化液、固体润滑剂等应用方法滴涂、喷涂、浸涂、电解涂覆等选择因素工件材料、工艺类型、成形温度、环保要求润滑效果减小摩擦系数、降低磨损、改善表面质量摩擦在冲压过程中既有有利影响也有不利影响在拉深过程中，适当的法兰区摩擦有助于控制材料流动，防止起皱；但筒壁区的摩擦则会增加拉深阻力，不利于成形理想的润滑状态是法兰区保持较大摩擦系数

0.15-

0.2，筒壁区保持较小摩擦系数

0.05-

0.1不同冲压工艺对润滑的要求不同冲裁工艺主要目的是减少刀口磨损，延长模具寿命；拉深工艺需要控制材料流动，避免起皱和撕裂；弯曲工艺需要减小滑移阻力，保证弯曲质量润滑剂选择需同时考虑工艺要求、材料兼容性、环保要求和成本效益缺陷分析与典型案例起皱缺陷表现为工件表面出现不规则褶皱，主要发生在拉深件的法兰区和筒壁起皱的主要原因是材料在受压方向失稳，解决方法包括增大压边力、优化压边圈设计、改善润滑条件、调整拉深比等典型案例汽车仪表板支架拉深起皱，通过增加凹模圆角和调整压边力得到解决开裂缺陷表现为工件出现裂纹或破裂，主要发生在拉深件底部与筒壁的过渡区开裂的主要原因是局部拉伸应力过大，解决方法包括减小拉深比、增大模具圆角、改善润滑、分次拉深等典型案例不锈钢水槽深拉深开裂，通过引入中间退火工序成功解决划痕缺陷表现为工件表面产生直线或弧线状擦伤，主要原因是模具表面粗糙或有毛刺、润滑不良、材料表面不洁等解决方法包括提高模具表面质量、优化润滑条件、改进材料清洁度等典型案例铝合金电子外壳表面划伤，通过更换耐磨涂层和改进润滑方式解决回弹变形表现为工件成形后尺寸与设计不符，角度变小或曲率变大主要原因是材料弹性恢复，解决方法包括过度变形设计、二次整形、工艺参数调整等典型案例高强钢汽车车门防撞梁回弹过大，通过模具补偿设计和热成形工艺解决汽车行业冲压应用车身覆盖件车身结构件精密零部件汽车外覆盖件如车门、发动机盖、车顶和后汽车结构件如A/B/C柱、底板、横梁等，主汽车传动系统、制动系统和座椅系统等包含备箱盖等，是冲压技术的典型应用这些零要承担车身支撑和安全防护功能这类零件大量精密冲压件，如齿轮、连杆、支架等件要求外观质量高，无缺陷，同时需要足够以强度和刚度为主要要求，多采用高强度钢这些零件通常采用精冲工艺生产，具有高精的强度和刚度现代覆盖件多采用高强度钢冲压而成近年来，热冲压技术的应用使得度、高表面质量的特点，可直接用于装配而或铝合金材料，通过多工位拉深-修边-整形超高强度钢1500MPa在汽车结构件上的无需二次加工汽车一个典型的自动变速箱工艺生产先进的汽车厂采用全自动冲压应用成为可能，为汽车轻量化提供了重要手中含有超过30种不同的精冲零件线，一套模具更换时间可控制在3分钟以段内家电行业冲压实例外观结构件家电产品的外壳、面板和装饰件等内部功能件电机支架、固定框架和传动组件等精密控制件3开关触点、弹性元件和微型连接件等洗衣机是冲压技术应用最为广泛的家电产品之一一台典型的滚筒洗衣机包含超过50种冲压件，从外观的箱体面板到内部的支撑框架，再到核心部件的波轮、内筒和平衡环等洗衣机内筒是一个技术含量较高的冲压件，需要通过冲孔-拉深-整形等多道工序完成，对孔型精度和表面光洁度要求高冰箱的门板、侧板和背板等大型钣金件通常采用预涂层钢板冲压而成，这种材料表面已涂覆彩色涂层，冲压后无需喷涂，但对模具设计和工艺控制提出了更高要求，需防止表面划伤此外，冰箱内部的蒸发器、冷凝器等换热器组件也大量采用精密冲压工艺制造翅片和管板电子信息行业微件冲压电子信息产品对冲压件的特点要求是微小化、精密化、轻量化和高强度智能手机的金属中框和后盖是典型的精密冲压拉伸件，厚度仅

0.5-

0.7mm，但需要承受频繁的跌落冲击这类零件通常采用铝合金或不锈钢材料，经过冲裁-拉深-整形-精修-表面处理等工序制造散热是电子产品的关键问题，各种散热片、散热鳍片和热管多采用冲压工艺制造这类零件要求导热性好、厚度均匀、表面积大笔记本电脑的散热模组中，散热片厚度通常为

0.2-

0.4mm，通过精密冲压和折弯工艺制造，有些设计中单个散热模组的散热面积可达成品尺寸的5-8倍航空航天领域冲压技术30%40%重量减轻成本降低先进冲压技术可减轻飞机结构重量相比传统制造方法的成本节约70%6000+装配简化零件应用减少零件数量和装配工作量单架大型客机中的冲压件数量飞机蒙皮是航空领域最具代表性的冲压应用蒙皮是覆盖在飞机结构外的薄金属板，要求具有光滑的气动外形和足够的结构强度由于飞机表面多为复杂的三维曲面，蒙皮成形通常采用拉深、胀形或多点成形技术现代大型客机如波音787和空客A350虽然大量采用复合材料，但铝合金、钛合金的精密冲压件仍占重要地位航天器的燃料箱、防热护罩和结构框架等也大量采用冲压技术制造这些零件对材料、精度和可靠性要求极高，通常采用特种合金材料，并结合先进的冲压成形工艺如超塑性成形、热成形和液压成形等航空航天冲压件的一个显著特点是小批量、多品种，这促进了柔性冲压技术的发展建筑及五金冲压件建筑型材五金连接件建筑领域广泛应用各类冲压型材，包括檩条、檐槽、门窗框各类门窗五金件如合页、锁具、拉手等，以及家具五金如连架和装饰面板等这些型材通常采用钢板或铝板经过冲裁、接件、支架、滑轨等，大多采用冲压工艺制造这类产品通弯曲、成形等工序制造现代建筑中的铝合金幕墙系统包含常结合冲裁、弯曲、拉深等多种工序，有些还需要压铆、铆大量精密冲压件，如连接件、固定架和装饰盖板等接等二次加工紧固件（螺栓、螺母、垫圈等）虽然简单，但产量巨大，是冷弯型钢是一种典型的建筑用冲压产品，通过辊压成形工艺冲压技术的重要应用领域现代紧固件生产线采用多工位级将平板轧制成各种截面形状的型材，如C型钢、Z型钢等与进模，一台设备可同时完成下料、成形、搓丝等多道工序，热轧型钢相比，冷弯型钢重量轻、强度高、截面均匀，广泛生产效率极高，单台设备每分钟可生产数百个产品用于轻型钢结构建筑多工序冲压生产实例级进模生产案例传递模生产案例自动化生产案例某汽车连接器端子采用级进模技术生产，材某汽车底盘支架采用传递模技术生产，材料某家电厂板金件生产线采用冲压-折弯-装配料为

0.3mm厚磷铜带生产过程在一副16为2mm厚高强度钢板生产过程分布在6个一体化自动生产模式系统包括激光切割工位的级进模中完成，包括冲孔、落料、弯工位上，包括落料、拉深、整形、冲孔、修机、数控冲床、折弯中心和机器人装配站，曲、成形等工序设备采用120吨高速冲边和成形设备为800吨伺服压力机，配置通过中央控制系统协调运行该系统可处理床，生产速度达400件/分钟，模具寿命超过机械手传递系统该工艺实现了复杂零件的多种产品，换型时间仅需15分钟，实现了小1000万冲次该工艺与传统分步冲压相高效率生产，单件节拍时间为6秒，比传统批量、多品种的柔性化生产，生产效率提高比，生产效率提高300%，材料利用率提高工艺缩短50%，同时产品一致性显著提高60%，人工成本降低70%25%冲压仿真与数值分析CAD建模使用专业三维设计软件创建零件、毛坯和模具的几何模型精确的几何建模是仿真分析的基础，需考虑圆角过渡、厚度变化等细节特征前处理设置定义材料属性、网格划分、接触条件和边界约束材料模型需包含弹塑性参数、各向异性系数；网格密度需根据变形程度进行动态调整仿真求解使用有限元分析引擎进行数值计算，模拟整个冲压成形过程根据问题特点选择适当的求解器和算法，平衡计算精度和效率结果分析分析厚度分布、应变分布、成形极限和回弹量等关键指标，预测可能的缺陷通过云图、曲线图等方式直观展示分析结果，辅助工艺和模具优化汽车行业是冲压仿真技术应用最广泛的领域以某汽车侧围板为例，通过AutoForm软件仿真分析，发现拉深过程中存在撕裂风险区域通过调整压边力分布、增加拉延筋和修改模具圆角，优化后的工艺成功解决了问题仿真技术将模具修改循环从传统的5-6次减少到2-3次，开发周期缩短40%，模具成本降低30%智能制造与冲压数据采集层•设备状态监测传感器•模具压力分布监测系统•产品质量在线检测装置•工艺参数实时采集系统通信与边缘计算层•工业物联网通信网络•边缘计算单元数据预处理•设备协议统一与转换•实时数据缓存与过滤平台应用层•生产执行系统MES•设备健康管理系统•质量追溯与分析系统•模具全生命周期管理智能决策层•预测性维护算法•工艺参数自优化•生产计划智能排程•质量缺陷根因分析新材料冲压技术超高强度钢强度达1500MPa以上的先进高强钢，如马氏体钢、热成形硼钢等冲压难点在于回弹大、模具磨损快，常采用热冲压工艺解决主要用于汽车安全件如A/B柱、防撞梁等，可减轻重量30%-50%高性能铝合金包括7系、6系等高强铝合金成形性比钢差，但重量轻冲压需控制变形速率和温度，部分采用温热成形典型应用于汽车车身外板、航空结构件等，可较钢减重40%以上镁合金最轻的工程金属，密度仅为钢的1/4常温下塑性差，多采用温热成形（250-350℃）特别适合便携电子产品外壳、汽车仪表盘支架等，提供极佳的轻量化效果复合材料金属基复合材料和金属-塑料夹层材料结合了不同材料的优点，如复合膜材料兼具金属强度和塑料绝缘性冲压需特殊模具设计，防止分层应用于电子屏蔽罩、电池壳体等绿色冲压与可持续发展节能降耗废料回收采用伺服压力机替代传统机械压力优化排样设计提高材料利用率；建立机，能耗降低30%-50%；优化工艺减边角料收集系统实现分类回收；开发少加热需求；回收液压系统余热利再生材料应用技术；建立废料闭环管用；整合生产线减少物流环节理体系全生命周期管理清洁生产产品设计阶段考虑拆解便利性；采用使用水基或生物基润滑剂替代矿物4单一材料设计便于回收；模块化设计油；采用干式冲压技术减少清洗需延长使用寿命；建立产品回收再制造求；引入封闭式清洗系统减少溶剂排体系放；开发无油冲压新工艺冲压生产中的安全防护设备安全装置操作安全规范事故预防与处理现代冲压设备必须配备多重安全保护系统，冲压生产中的操作安全规范包括操作前检冲压车间常见事故包括机械伤害、电击、噪包括机械式安全联锁装置，防止设备意外查设备和工具状态；严格按照规定程序启动声损伤和重物坠落等预防措施包括建立启动；光电保护装置，在危险区域检测到人和停止设备；禁止在设备运行时调整模具；设备定期检查制度；实施安全隐患排查和风员时自动停机；双手控制按钮，要求操作者禁止用手直接取放工件，应使用工具；防止险评估；配置合适的个人防护装备如安全双手同时按下才能启动，防止手部进入危险佩戴容易卷入设备的饰物；定期进行安全培帽、防噪耳塞和防护手套等；设置明显的安区域；安全防护罩，物理隔离危险部位；紧训和应急演练；建立安全操作认证制度，未全警示标志；配备应急救援设备和急救箱；急停止装置，确保发生异常时能立即切断动经培训不得操作设备制定详细的事故应急预案并定期演练力冲压行业环保要求噪声控制冲压生产噪声通常达85-95dB，超过国家标准工业区昼间≤65dB主要控制措施包括设备基础减振；安装隔声罩；采用复合减振材料；使用液压缓冲系统降低冲击噪声；车间墙体隔音处理；引入静音化设计的新型压力机废液处理废液主要来源于润滑油、清洗剂、冷却液等处理技术包括油水分离；超滤/反渗透处理；生化降解；蒸发浓缩等先进工厂建立废液闭环处理系统，实现90%以上的废液回收再利用，减少排放粉尘控制金属加工产生的金属粉尘有害健康控制措施包括局部排风系统；湿式除尘；静电除尘；布袋过滤；车间正压通风系统收集的金属粉尘应分类存放，交由专业机构回收处理环保标准合规4冲压企业需遵守《工业企业厂界环境噪声排放标准》、《大气污染物综合排放标准》、《水污染物排放限值》等国家和地方标准企业应建立ISO14001环境管理体系，定期进行环境监测和评估，确保合规运营总结与发展展望智能化与数字化人工智能、大数据驱动的全面数字化转型绿色与可持续低碳、节能、环保的生产模式成为主流新材料与新工艺轻量化材料与复合材料冲压技术广泛应用集成化与高效化多工艺融合、柔性生产线提升生产效率回顾本课程，我们系统学习了金属冲压工艺的基本原理，从材料特性、工艺流程到设备模具，建立了完整的知识体系我们分析了行业现状和应用领域，探讨了质量控制和安全环保要求，为实际工作提供了理论基础和实践指导未来冲压工艺将向更智能、更绿色、更精密的方向发展智能制造将实现设备自诊断、工艺自优化；绿色冲压将最大限度降低能耗和污染；超精密冲压将满足电子、医疗等领域的微型化需求；跨工艺集成将提供更高效的一站式解决方案作为制造业的基础工艺，冲压技术将在国民经济各领域继续发挥重要作用。