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金属材料的冲压成型 一. 冲压成型 冲压成型是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料、模具和设备是冲压加工的三要素。冲压成型是一种金属冷变形加工方法，所以被称为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工的主要方法之一。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备利冲压材料构成冲压加工的重要要素，只有它们相互结合才能生产出冲压件，如图1所示。 图1 冲压成型的要素 二. 冲压成型的特点 与机械加工及塑性加工的其他方法相比，冲压成型无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下： （1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。 （2）冲压时由于模具保证丁冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。 （3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。 （4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其他加热设备，因而是一种省料、节能的加工方法，冲压件的成本较低* 由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航、航空、军工、机械、农机、电子、信息、铁道、邮电、交通、化工、医疗器具、日用电器及轻工等部门都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机、火车、汽车、拖拉机上就有许多大、中、小型冲压件，小轿车的车身、车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车、缝纫机、手表里有80 %是冲压件；电视机、收录机、摄像机里有90 %是冲压件；还有食品金属罐壳、锅炉、搪瓷盆碗及不锈钢餐具都是使用模具的冲压加工产品，即使电脑的硬件中也缺少不了冲压件。 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成型，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集型产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。 当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点，主要表现在冲压加工时产生的噪声和振动，而操作者的安全事故也时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快得到解决。 三. 冲压工艺 生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多种多样的冲压加工方法。概括起来冲压加工可以分为分离工序与成形工序两大类。 1. 分离工序 分离工序是使坯料的—部分沿封闭或非封闭轮廓线与另一部分相分离的工序。其中，不沿封闭轮廓线实现分离的有剪切、修整等，沿封闭轮廊线实现的分离工序主要有落料和冲孔。落料时被分离的部分为工件，同边为废料；冲孔时校分离部分为废料，周边为成品（如图2）。通常，分离工序称为冲裁。 冲裁加工由凸模和凹模完成，其过程分为三个阶段，如图3所示。 图2 落料与冲孔示意图 图3 冲裁过程 1—凸模，2—凹模，3—坯料 （1）弹性变形阶段 凸模下行至接触坯料后．随着凸模的继续下行，坯料内应力逐渐增大，使得坯料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形，并略微挤入凹模型腔。此时坯料内应力低于屈服点。 （2）塑性变形阶段 凸模继续下行，坯料内应力达到屈服点，材料开始产生塑性变形。随着凸模的不断压下，材料的变形程度增大，拉应力和弯炬也增大，变形区内材料加工硬化加剧，变形抗力上升，直至坏料内部达到强度极限，并在凸、凹模刃口附近材料内部出现微裂纹。 （3）断裂分离阶段 凸模继续下行，已形成的上、下裂纹不断向坯料内部扩展，当上下裂纹相遇时，坯料被剪断分离。 观察冲裁件的断面，发现它具有明显的区域特征。断面由塌角、光亮带、剪裂带和毛刺四部分组成。材料塑性越好，光亮带愈宽，冲裁件断面尺寸加精度愈高；反之，剪裂带愈宽。 2. 成形工序 成形工序包括拉探、弯曲、翻边和成型等。 （1）拉深 拉深是将扳料冲压成各种开口空心件的加工方法。用拉深可制造尺寸范围相当广泛的旋转体零件、盒形件及其它复杂形状零件，如车灯壳、汽车油箱、电容器外壳、汽车覆盖件等。 由于拉深零件的种类很多，其不同形状决定丁拉深加工过程中材料变形区的位置、变形的性质以及分布等