冲压工艺教学课件

冲压工艺教学课件本课件详细介绍了作为现代制造业核心金属成形技术的冲压工艺，该技术在汽车、电子、家电等众多行业中得到广泛应用通过系统学习，您将掌握冲压工艺的基本原理、工艺参数及设计方法，为制造业实践打下坚实基础课程目标与内容学习目标•掌握冲压工艺的基本原理与理论•熟悉各类冲压设备与工艺参数•能够独立进行简单工艺分析与设计•了解冲压工艺在现代制造业中的应用通过理论学习与实际案例分析相结合的方式，培养学生系统思考与解决实际冲压工艺问题的能力，为将来从事相关工作奠定基础什么是冲压加工冲压加工是一种利用专用模具，在压力机的作用下使金属板料发生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸零件的加工方法冲压工艺主要特点•高效率每分钟可生产数十至数百件•高精度可达到±

0.01mm的精密度•低成本批量生产时单件成本显著降低•材料利用率高可达85%以上冲压加工是现代制造业中不可或缺的核心工艺，特别适合大批量生产具有相同形状的零部件冲压工艺在制造业的地位80%60%70%汽车零件家电产品电子设备现代汽车中约80%的金属零部件采用冲压工艺生家用电器外壳、内部支架等结构件大量采用冲压手机框架、电脑机箱等精密部件依赖高精度冲压产，包括车身面板、底盘构件等工艺技术冲压工艺已成为现代制造业的支柱技术，在汽车、电器、五金、航空等众多行业发挥着不可替代的作用冲压与其他成形方法比较1与锻造比较冲压主要针对板材，锻造适用于棒料；冲压形变量小，锻造可实现大变形；冲压生产效率通常比锻造高30%-50%2与焊接比较冲压一次成形整体性好，焊接需组装多个部件；冲压适合大批量生产，焊接适合小批量复杂结构3与铸造比较冲压件重量轻、强度高，铸造件可实现复杂内腔；冲压表面质量好，铸造可能存在气孔等缺陷冲压基本分类冲裁类工艺成形类工艺分离型工艺，使板料沿一定轮廓线分离改变形状但不分离的工艺•冲孔在板料上形成孔•弯曲使板料产生角度•落料沿外轮廓线分离•拉深形成空腔体•剪切将板料切断•翻边使边缘成形•切边去除多余部分•缩口/扩口改变管件口径冲压工艺基础知识板材力学性能板材厚度与冲压难度•屈服强度板料开始塑性变形的临界应力板材厚度影响冲压工艺的选择和参数设定•抗拉强度板料承受的最大拉伸应力•薄板＜

0.5mm易起皱、变形•延伸率反映材料塑性的重要指标•中厚板

0.5-3mm常用范围•各向异性不同方向性能差异•厚板＞3mm需较大设备力•n值应变硬化指数，影响成形性能冲裁工艺原理接触阶段凸模接触板料，开始施加压力弹性变形板料发生弹性变形，尚未产生断裂塑性变形板料在模具刃口处产生塑性变形剪切断裂随着裂纹扩展，板料完全分离冲裁质量评价主要考察断面质量，包括光亮带高度、毛刺高度、断面平整度等指标优质冲裁断面应有较高的光亮带比例和较小的毛刺冲裁工艺参数间隙选择原则刃口形状与切口质量合理的模具间隙是获得高质量冲裁件的关键•软材料一般为板厚的5%-7%•硬材料一般为板厚的7%-10%•间隙过小断面光滑但冲裁力增大•间隙过大易产生大毛刺和变形间隙计算公式δ=

0.05~

0.10×s其中，δ为间隙，s为板厚拉深工艺原理拉深是将平板料拉制成开口空腔体零件的塑性成形工艺在压力机的作用下，凸模将板料压入凹模中，形成所需的三维形状拉深过程中的主要变形•凸模圆角处双向拉伸变形•筒壁部分单向拉伸变形•法兰部分径向拉伸和环向压缩拉深过程中需要合理控制压边力，既要防止起皱，又不能引起断裂应对起皱与断裂的技术•压边圈控制法兰起皱•多道次拉深减小变形量•拉深筋控制材料流动•合理圆角减小应力集中拉深成败的影响因素1材料因素•材料塑性延伸率≥25%为宜•板厚均匀性厚度偏差应＜5%•各向异性r值越高越有利•表面状态粗糙度Ra≤

1.6μm2工艺因素•拉深系数一次拉深通常≥

0.55•压边力过大易断裂，过小易起皱•模具圆角凸模圆角=4-10×板厚•润滑条件减小摩擦降低拉深力拉深系数β是表征拉深难度的重要参数，定义为β=d/D，其中d为拉深件直径，D为毛坯直径β值越小，拉深难度越大弯曲工艺原理弯曲是一种使板料沿直线产生角度变化的塑性成形工艺弯曲过程中，外层材料受拉伸，内层材料受压缩，中间存在一层不变的中性层弯曲的基本形式•V形弯曲最常见的弯曲形式•U形弯曲双边同时弯曲•边缘弯曲板料边缘弯折•卷边弯曲角度超过180°回弹及补偿处理弯曲后由于弹性恢复产生回弹现象，使得实际弯曲角度小于模具角度解决方法•过弯增大弯曲角度•矫正增加压力保持阶段•减小弯曲半径弯曲回弹与成形精度回弹影响因素回弹量化计算•材料强度强度越高回弹越大回弹角度Δα=K×σs/E×L/s•板材厚度厚度增加回弹减小K为系数，σs为屈服强度，E为弹性模量，L为弯曲臂长，s为板厚•弯曲半径半径越小回弹越小工艺补偿举例对于45号钢1mm厚板材，90°弯曲通常需要设计模具角度约为87°，以补偿约3°的回弹量通过精确计算回弹量，可以显著提高弯曲件的精度翻边工艺简介翻边是在板料或壳体边缘形成向上或向下翻折的工艺，主要用于增加零件刚度、形成装配边或美观边缘翻边工艺特点•边缘立起增加结构刚性•可形成配合面便于焊接或铆接•改善外观并消除锋利边缘•翻边高度通常为2-5×板厚翻边工艺在汽车门板、仪表盘支架、家电面板等零件中广泛应用缩口、扩口、卷边典型工艺缩口工艺使管件端部直径减小的工艺•适用于薄壁管件•一次缩口比不宜过大≤

0.85•主要设备专用缩口机扩口工艺使管件端部直径增大的工艺•适用于连接管路•一次扩口比通常≤

1.2•常用球头或锥形扩口模卷边工艺将板料或管件边缘卷成圆形的工艺•增强边缘强度•去除锋利边缘•通常需多道次完成冲压工艺流程总览1工艺分析与设计•零件结构分析•制定工序方案•工艺参数确定2模具设计与制造•结构设计•模具加工•装配与调试3试模验证•首件试制•尺寸检测•模具修正4批量生产•生产准备•工艺参数优化•质量控制完整的冲压工艺流程涉及多个环节，每个环节都需要严格按照工艺要求进行，确保最终产品质量从设计到批量生产通常需要2-3个月的周期工艺分析与工序设计工艺性分析实例设备及模具选型依据•齿轮片冲压分析•落料→冲齿→整形→冲中心孔•精度要求齿形IT8，中心孔IT7•U型支架工艺分析•落料→冲孔→弯曲→整形•需考虑弯曲回弹补偿工艺分析需考虑零件形状复杂度、精度要求、材料特性及生产批量等因素•设备选型•根据冲压力确定吨位•根据工件尺寸选择行程•模具类型选择•批量大级进模•形状复杂多工位模冲压工序的典型排列单工序模复合模一副模具完成一道工序一副模具同时完成多道工序•适合简单形状零件•一次行程完成多项操作•模具结构简单，成本低•减少工序转移•生产效率较低•提高精度和效率•需多台设备或多次装夹•模具结构复杂级进模在连续送料过程中逐步完成全部工序•高效率自动化生产•适合大批量生产•模具设计复杂•制造成本高多工序件的生产需要合理选择工序排列方式，综合考虑生产效率、模具成本和质量要求大批量生产通常采用级进模，可将生产效率提高3-5倍冲压原材料要求常用冲压材料钢板规格与标准材料类型特点典型应用碳素钢成本低，易加工普通冲压件不锈钢耐腐蚀，表面美观厨具、医疗器械铝合金轻量化，导热好汽车覆盖件铜合金导电性好，耐蚀电子连接器•国标GB/T700碳素结构钢•板厚公差等级•普通级±

0.1mm•精密级±

0.05mm•高精密级±

0.02mm板材机械性能测试拉伸试验表面质量检测•屈服强度σs通常≥235MPa•表面粗糙度Ra值通常≤

1.6μm•抗拉强度σb碳钢约370-440MPa•常见缺陷类型•延伸率δ冲压用钢板≥25%•麻点、划痕影响表面质量•测试标准GB/T228•分层、夹杂影响强度•氧化皮影响模具寿命板材机械性能直接影响冲压工艺的成功率拉深工艺对延伸率要求较高，冲裁工艺则对硬度更为敏感进料前必须进行材料批次验证，确保性能符合要求冲压设备类型曲柄压力机液压压力机利用曲柄连杆机构传动，滑块做往复运动利用液压系统产生工作力•吨位范围25-2500吨•吨位范围100-10000吨•适合冲裁、弯曲等工序•适合深拉深、整形等•滑块行程固定•滑块行程可调•速度快，效率高•速度慢，力大伺服冲床采用伺服电机驱动，可编程控制•吨位范围80-2000吨•运动曲线可编程•节能高效•适应性强压力机的主要参数关键技术参数•公称力压力机能提供的最大力•行程滑块移动的最大距离•闭合高度滑块下死点到工作台面距离•滑块速度影响生产效率和冲击力•台面尺寸决定可安装模具大小•调整量滑块下死点位置调整范围选择压力机时需确保公称力比计算冲压力高30%以上，以保证安全裕度典型设备参数范围参数小型中型大型公称力≤100吨100-400吨≥400吨行程≤150mm150-300mm≥300mm冲压模具基础知识冲模主要组成部分•工作部分•凸模向下运动执行冲压•凹模固定在下模座上•卸料板/压边圈控制板料流动•结构部分•上下模座安装工作部件•导向装置确保精确对中•弹性元件实现卸料功能模具钢常用型号用途材料硬度HRC凸凹模Cr12MoV58-62压边圈Cr1256-60模座45#钢28-32一般冲裁模具结构导向系统确保凸凹模精确对中，是保证冲裁精度的关键•导柱导套精度高，适合精密冲裁•斜楔导向适用于侧向力大的情况•浮动导向补偿偏心载荷卸料装置类型•弹簧卸料结构简单，广泛使用•气垫卸料力均匀，适合大面积•液压卸料力大，可调节模具零部件精度标准典型拉深模结构压边圈结构拉深筋设计•主要功能防止法兰起皱•用途控制材料流动速度•压边力计算F=

0.2-

0.3×拉深力•位置距拉深边缘约3-5倍板厚•压边面设计光滑平整，硬度HRC56-60•高度通常为

0.5-

1.0倍板厚•弹力装置气垫、液压或强力弹簧•形状半圆形、梯形或矩形•常用于不规则形状件的拉深拉深模具的关键在于合理控制材料流动通过精确设计凸凹模圆角、压边圈压力和拉深筋，可以有效防止起皱和断裂，提高拉深件质量成形模、复合模与级进模区别成形模专门用于完成弯曲、拉深、翻边等塑性成形工序的模具•结构特点通常包含凸模、凹模和压边装置•装配结构上下模座相对简单•适用场景单一成形工序，精度要求中等•生产效率中等，每分钟10-30件复合模在一个行程内同时完成两种或两种以上工序的模具•结构特点多组工作部件集成在一副模具中•装配结构复杂，需精确协调各工序•适用场景中小批量，复合工序•生产效率较高，每分钟20-40件级进模板料在逐步移动中完成一系列工序的模具•结构特点多个工位沿送料方向排列•装配结构高度集成，送料系统精密•适用场景大批量生产，多工序零件•生产效率非常高，每分钟30-100件冲压模具制造工艺毛坯制备热处理工序•材料选用•淬火•锯切下料•回火•退火处理•表面处理•粗加工•硬度检测1234精密加工装配与调试•数控铣削•精密装配•线切割加工•间隙调整•精密磨削•试冲测试•电火花成形•精度验证模具制造是冲压工艺的关键环节，其精度直接影响产品质量高精度模具的制造通常需要5-8级精度的加工设备和熟练的技术工人一副复杂模具的制造周期通常为4-6周冲压件工艺性改善方法减少废料率的措施工步与排列优化•优化排样布局•错位排列可提高利用率5%-10%•共边设计减少切边废料•多件联冲•小件采用多件模减少边缘废料•常用于垫片、垫圈等小零件•合理毛坯尺寸•根据成形需要确定最小毛坯•工序分解与合并•复杂工序分解为简单工序•相近工序合并减少装夹次数•工序顺序优化•先成形后冲孔•先大后小，先简单后复杂冲压件质量控制指标尺寸精度表面质量形状误差•冲裁件通常IT8-IT9级•表面粗糙度Ra

0.8-

3.2μm•平面度

0.1mm/100mm•精密冲裁可达IT7级•毛刺高度≤

0.1mm•圆度IT7-IT8级•弯曲件角度公差±30•划痕深度≤

0.05mm•直线度

0.2mm/100mm•拉深件壁厚公差±8%•外观件无可见缺陷•对称度±

0.2mm•关键尺寸采用100%检测•位置度±

0.3mm常见冲压缺陷与防范毛刺与塌角拉裂与起皱毛刺冲裁处形成的锐边拉裂拉深过程中材料断裂•原因模具间隙过大或磨损•原因拉深比过大或压边力过大•防范优化间隙，定期修磨•防范增加拉深工序，调整压边力塌角冲裁边缘变形起皱板料表面形成波纹•原因刃口钝化或材料软•原因压边力不足或润滑不当•防范提高刃口硬度•防范增加压边力，改善润滑通过工艺优化和模具改进，大多数冲压缺陷都可以得到有效控制关键是建立系统的质量检测和缺陷分析机制，及时发现并解决问题冲压模具失效分析主要失效形式延长模具寿命的措施•剥离表面材料大面积脱落•原因表面处理不当或热处理问题•位置主要发生在凸模工作面•塌边刃口局部损坏•原因冲击载荷过大或硬度不足•位置常见于模具刃口•拉毛表面产生细小划痕•原因表面粗糙度不足或润滑不良•崩刃刃口出现缺口•原因冲击硬物或材料硬度过高•材料与热处理优化•选用高韧性模具钢•真空热处理提高均匀性•表面强化技术•物理气相沉积PVD涂层•氮化处理增加表面硬度模具维护与保养要点1日常润滑•每班检查润滑情况•定期加注导柱润滑油•工作面涂抹专用润滑脂•防锈处理2定期检查•每周检查紧固件•每月检查模具磨损•测量关键尺寸•检查弹性元件3模具修复•研磨刃口•更换损坏零件•修整工作面•调整间隙4存储管理•防潮防尘•标签管理•定期检查库存•维护记录良好的模具维护与保养可以延长模具使用寿命30%-50%，大幅降低生产成本建立完善的模具档案和维护记录，是实现科学管理的基础冲压生产安全规范设备防护措施标准化操作流程•双手操作按钮•强制双手离开危险区域•间距≥300mm防止单手操作•光电保护装置•光幕感应人员闯入立即停机•安装高度与距离符合标准•机械防护罩•联锁式防护门•固定式防护罩机械手与自动化冲压线现代冲压自动化布局机械手应用案例•上下料机械手•ABB工业机器人•自动传送系统•6轴关节型，负载120kg•工序间自动转运•适用于大型覆盖件•视觉检测系统•发那科机械手•中央控制系统•高速型，节拍＜4秒/件•适用于小型精密件自动化冲压线可将生产效率提高3-5倍，同时显著降低安全风险和人工成本在人力资源紧张的现代制造环境中，自动化已成为冲压行业的必然趋势汽车覆盖件冲压典型工艺第一序拉深将平板坯料拉制成基本三维形状•设备2000-3000吨液压机•特点单向拉深，压边力大第二序修边沿轮廓切除多余的边缘材料•设备800-1200吨机械压力机•特点3D修边，使用整体凹模第三序冲孔在工件上冲出各种功能孔•设备600-800吨压力机•特点多工位同时冲孔第四序整形精整表面，形成最终几何形状•设备600-1000吨压力机•特点二次成形，提高精度大型汽车覆盖件冲压生产线通常由4-6台压力机组成，采用串联布置，配备机械手实现自动传送单条生产线投资通常在5000-8000万元，每小时可生产200-300件覆盖件精密冲压与微型件应用典型应用领域精密模具制造要点•继电器弹片•厚度

0.1-

0.3mm•精度±

0.01mm•材料铍铜、磷铜•手机零件•SIM卡槽•屏蔽罩•内部支架•医疗器械零件•手术器械•植入件•材料选用•高速钢或硬质合金•硬度HRC62-68•制造工艺•精密线切割，精度±

0.002mm•精密磨削•电火花加工•检测手段•高精度投影仪•3D扫描多工位级进模自动送料步进送料原理步距与定位精度步进送料是级进模生产的核心技术，确保板料按一定节距准确移动•送料方式•机械式凸轮驱动爪式送料•气动式气缸推动卡爪•伺服式电机精确控制•送料节奏•凸轮曲线设计•加速、等速、减速段•步距确定•基于工件尺寸•考虑工序间距离•最大化材料利用率•精度控制•导向销确保横向定位•送料精度±

0.05mm•伺服送料可达±

0.02mm新能源电池冲压技术1极耳冲压工艺极耳是连接电池内部电极与外部电路的金属片，需要高精度冲压•材料铝箔阳极、镍带阴极•厚度

0.1-

0.2mm•精度要求±

0.02mm•表面质量无毛刺、无微裂纹•生产速度200-300件/分钟2电池壳体冲压动力电池壳体需要高强度、高精度和良好密封性•材料铝合金、不锈钢•厚度

0.3-

0.5mm•关键工序拉深-冲孔-翻边-整形•密封要求防水、防尘、耐腐蚀•精度±

0.05mm新能源汽车电池的冲压工艺对设备与模具提出了极高挑战，要求高速度与高精度并存先进冲压技术的应用，显著提高了电池的能量密度和使用寿命数控冲床与柔性生产CNC冲床主要功能柔性自动化集成•多工位转塔•可装配20-60个工位•自动更换冲头•自动编程•CAD/CAM系统•嵌套优化•精确定位•伺服电机驱动•X-Y工作台•定位精度±

0.05mm•柔性制造单元•自动上下料系统•料库管理•中央控制系统•柔性生产优势•快速换产冲压仿真与应用CAE有限元分析应用常用软件工具•预测成形缺陷•DEFORM•优化工艺参数•适合复杂3D成形•减少试模次数•材料库丰富•缩短开发周期•AutoForm•降低开发成本•汽车板材成形专用•快速评估可成形性•PAM-STAMP•高精度弹塑性分析•回弹预测准确成本核算与经济性分析原材料成本模具成本占总成本的50%-60%占总成本的15%-25%•材料价格波动影响大•批量越大，单件分摊越低•优化排样可节约5%-10%•模具设计影响使用寿命•材料替代需谨慎评估•标准件使用降低成本人工成本设备与能源占总成本的5%-15%占总成本的10%-15%•自动化程度越高占比越低•设备折旧•工人技能要求•能源消耗•人效提升空间•维护保养冲压工艺与绿色制造废料回收利用节能降耗技术•废料分类•按材质分类收集•避免混入杂质•回收利用•返炉重新冶炼•废料压块减少体积•废料率控制在10%-20%•经济效益•废料回收可降低5%-8%成本•建立完整的废料管理系统•环保润滑剂•生物可降解润滑油•微量润滑技术•设备节能•伺服压力机节电30%-50%•液压系统变频控制•热能回收利用最新冲压技术前沿伺服压力机技术先进成形工艺•滑块运动曲线可编程•高速精密冲压•可实现滑块任意位置停留•1000-2000次/分钟•降低冲击噪音达30%•精度可达±

0.005mm•提高成形极限15%-20%•材料复合冲压•节能30%-50%•异种材料同步成形•解决轻量化难题•超塑性成形•变形量可达400%-800%•用于复杂异形件国内外冲压制造差距日本、德国领先技术中国冲压行业现状•日本冲压技术特点•精益生产管理•高精度模具制造•独特的渐进模技术•代表企业丰田、阿玛达•德国冲压技术特点•工业

4.0智能制造•高度自动化生产线•精密伺服压力机•代表企业舒勒、通快•优势•制造成本优势•市场规模大•近年发展迅速•不足•高端设备依赖进口•模具寿命短于国际水平行业标准与规范国家标准国际标准•GB/T9244冲压件通用技术条件•ISO16630冲压板材成形性试验方法•GB/T22080汽车覆盖件工艺设计规范•ISO12004板材成形极限曲线测定•GB/T21069冲压模具技术要求•ISO6892金属材料拉伸试验•GB/T4156冲压模具零件图样规定•ISO9001质量管理体系要求质量检测流程•首件检验•过程巡检（每小时）•抽样检验（每批次）•最终检验（出厂前）•特殊检验（客户要求）严格执行行业标准是确保冲压件质量的基础随着国际贸易的发展，中国冲压企业需要同时满足国内标准和国际标准的要求，提高产品竞争力典型行业冲压件案例解析汽车行业电子行业家电行业3C•车身覆盖件•手机零部件•外观件•大尺寸、复杂曲面•微小尺寸，精度高•美观性要求高•高强度钢/铝合金材料•薄壁结构

0.1-

0.3mm•抗腐蚀性好•A级表面质量要求•表面处理要求高•功能件•结构件•连接器•洗衣机内筒•高强度要求•弹性要求高•空调散热器•精确配合公差•电气性能稳定•耐久性要求高冲压产品持续创新轻量化创新复杂异形件设计•高强度薄壁结构•高强钢减薄30%仍保持强度•减重15%-25%•铝合金应用•高强铝合金覆盖件•重量减轻40%以上•热成形技术•淬火成形工艺•强度提高3-5倍•多工序一体化•减少装配环节•提高整体刚性•精细结构设计•生物结构仿生设计•拓扑优化技术•高端装备需求•航空航天零件•精密医疗器械冲压工艺职业发展高级技术专家工作年限10年以上•主持复杂项目•解决关键技术难题•指导团队技术工作•月薪范围20K-35K高级工程师工作年限5-10年•独立完成工艺设计•解决工艺难题•技术创新与改进•月薪范围15K-25K工艺工程师工作年限2-5年•工艺文件编制•工序参数优化•质量问题分析•月薪范围8K-15K初级工程师/技术员工作年限0-2年•工艺执行与记录•设备操作与维护•基础数据收集•月薪范围5K-8K课堂小结与思考题本章重点回顾工艺改进案例分析题•冲压工艺基本原理•冲裁、弯曲、拉深等基本工艺•工艺参数选择与优化•模具结构与制造•各类模具结构特点•模具材料与维护案例某汽车厂生产一款A柱加强板，在拉深工序中频繁出现角部裂纹，•设备与自动化拉深比为

0.52，材料为高强度钢板，厚度

1.2mm•压力机类型与选择思考问题•自动化生产线设计•质量控制与创新

1.分析可能的原因•缺陷防范与处理

2.提出改进方案•新技术应用

3.如何验证方案有效性请根据所学知识分析讨论谢谢聆听与讨论课程总结通过本课程的学习，我们系统掌握了冲压工艺的基础理论、工艺参数、设备特点及应用领域，为今后从事相关工作打下了坚实基础进一步学习资源•《先进板材成形技术》，机械工业出版社•《精密冲压模具设计》，科学出版社•《汽车覆盖件冲压工艺》，人民交通出版社欢迎交流如有问题或想深入探讨冲压工艺的相关内容，欢迎通过以下方式联系•课后讨论•实验室开放日•专业技术讲座•企业参观交流。