第1章冲压成形的特点与板材冲压成形性能
　　1.1概述
　　冲压是通过模具使板材产生塑性变形而获得成品零件的一种成形工艺方法。由于冲压通常在冷态下进行，因此也称冷冲压。只有当板材厚度超过8mm或为高强度材料时，才采用热冲压。冲压加工的原材料一般为板材或带材，故也称板材冲压。某些非金属板材（如胶木板、云母片、石棉、皮革等）也可采用冲压成形工艺进行加工。板材冲压常用的金属材料有低碳钢，铜、铝、镁合金，以及高塑性的合金钢等。
　　冲压成形具有以下特点：
　　（1）材料利用率高，冲压成形是少、无切削加工中的一种，部分零件冲压直接成形，大部分无须任何再加工，材料利用率高，达85%以上；
　　（2）能获得壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其他方法难以加工甚至无法加工；
　　（3）零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换性；
　　（4）生产效率髙，生产过程容易实现机械化和自动化，适合于大批量生产；
　　（5）操作简单，便于组织生产和管理。
　　在冲压成形过程中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。冲压模具是实现冲压成形必不可少的工艺装备，与冲压件是“一模一样”的关系，若没有符合要求的冲压模具，就不能生产出合格的冲压件；没有先进的冲压模具，先进的冲压成形工艺就无法实现。在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。冲压模具制造成本高，因此适合于大批量生产。对于小批量、多品种生产，常采用简易冲模，同时引进冲压加工中心等新型设备，以满足市场求新求变的需求。
　　近年来的统计表明，美国、日本等国的模具工业年产值已经超过机床工业年产值的10%左右。冲压模具历史悠久、用途广、技术成熟，在各种模具中约占37%。汽车、家电、日用品行业是冲压模具*大的市场，占整个模具市场的60%以上。有文献统计，在汽车、农业机械、电机、仪器仪表等机械和民用产品的生产方面，冲压件的比例占零件总数的60%～70%;在电视机、计算机等电子产品中占80%以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱等日用家电行业中占85%以上。随着科学技术的不断发展，工业产品层出不穷，对产品的更新换代和外观质量要求越来越高，随之而来对模具设计和模具制造的质量要求也越来越髙。
　　冲压成形工艺及模具设计与制造
　　随着现代科学技术的不断进步和工业生产的迅猛发展，冲压技术及模具技术不断发展，主要表现在以下几个方面。
　　（1）工艺分析计算方法的现代化。对于冲压工艺的分析计算，传统的方法是根据已有的设计资料和设计者的经验，通过对比分析确定工艺方案和有关参数，然后进行模具设计和制造，并进行试冲。经过反复试验和修模，直至冲出合格的零件，才能交付生产。近年来，国内外普遍采用弹塑性有限元法，借助于商业有限元分析软件对冲压成形过程进行应力应变分析和回弹模拟，以预测某一工艺方案的可行性和将会发生的问题，并将结果显示在图形终端上，供设计人员进行修改和选择。这样，不仅可以节省昂贵的试模费用，缩短新产品的试制周期，而且可以逐步建立一套能紧密结合生产实际的先进设计方法，促进了冲压工艺的发展，使塑性成形理论对生产起到了实际的指导作用。
　　（2）模具设计制造技术的现代化。为了加快产品的更新换代，缩短工艺装备设计、制造周期，许多先进国家大力发展计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）的研究，并在生产中广泛应用。模具CAD/CAM技术应用较早的领域就是冲压模具的设计与制造，采用这一技术，一般可以使模具设计制造效率提高2～3倍，发展这一技术的*终目的是要达到模具CAD/CAM一体化。应用这一技术，还可提高模具质量，极大地减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者尽可能把精力放在创新开发上。
　　（3）冲压生产的机械化和自动化。为了满足大批量生产的需要，冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工位高速压力机。一般中小型冲压件，既可在多工位压力机上生产，也可以在高速压力机上采用多工位级进模成形，使冲压生产达到高度自动化。大型冲压件可在多工位压力机上利用自动送料、配备机械手，进行机械化流水线生产，从而减轻了劳动强度和提高了劳动生产率。
　　（4）为了满足产品更新换代快和小批量生产的需要，发展了一些新的成形工艺（如高能成形和旋压等）、简易模具（如软模和低熔点合金模等）、通用组合模具、数控冲压设备和冲压柔性制造系统（FMS）等。这样就使冲压生产既适合大批量生产，也适合小批量生产。
　　（5）不断改进板料性能，以提高其成形性能和使用效果。例如，研制高强度及超高强度钢板，以减轻零件重量和提高结构刚度。
　　1.2冲压成形的分类
　　冲压成形工艺可完成多种工序，其基本工序可分为分离工序和成形工序两大类。
　　分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法。主要有落料、冲孔、剪切、切边、切口、剖切等，其中又以落料、冲孔应用*广。成形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工艺方法，主要有弯曲、拉深、胀形、翻边、缩口、校形、旋压等。冲压的基本工序见表1-1。
　　1.3冷冲压成形材料
　　1.3.1冷冲压成形常用材料及其要求
　　冲压工艺适用于多种金属材料及非金属材料。在金属材料中，有钢、铜、铝、镁、镍、钛、各种贵重金属及各种合金。非金属材料包括各种纸板、纤维板、塑料板、皮革、胶合板等。表1-2列出了部分常用冲压材料。
　　由于两类工序（分离工序和成形工序）的变形原理不同，其适用的材料也不同，不同的材料各有其不同的特征，材料特性在不同工序中的作用也不同。一般来说，金属材料既适用于成形工序也适用于分离工序，而非金属材料一般适用于分离工序。
　　冲压工艺对材料有以下要求。
　　1.满足冲压件的使用要求
　　如满足良好的冲压性能、强度、刚度、导电性、耐腐蚀性等。
　　应具有良好的冲压性能。对成形工序而言，为提高冲压件的质量，冲压材料应具有良好的冲压性能，也就是冲压材料应具有良好的抗破裂性、贴模性、定形性；对分离工序而言，则要求冲压材料具有一定的塑性。
　　一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度；对于电机电器上的某些冲压件，要求有较高的导电性和导磁性；对于汽车、飞机上的冲压件，要求有冲压成形工艺及模具设计与制造
　　足够的强度，并尽可能减轻质量；对于化工容器上的冲压件，要求有耐腐蚀的特性和表面质量。
　　2.具有良好的塑性和表面质量
　　对于汽车、飞机上的冲压件所用材料，要求具有良好的塑性。
　　材料的表面应光洁平整，无分层、无机械损伤、无锈斑、无氧化皮及其他附属物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂和擦伤模具，工件表面质量也好。
　　3.材料厚度公差符合国家标准
　　由于模具的间隙对冲压件的质量影响很大，一定的间隙适用于一定的材料厚度，材料的厚度公差太大，会直接影响冲压件的质量，甚至产生废品。在校平、弯曲和整形工序中，如果材料的厚度公差太大，会引起模具或者压力机的损坏。
　　1.3.2常用金属冲压材料的规格
　　1.常用金属材料的规格
　　冲压用材料大部分都是各种规格的板料、带料、条料和块料。
　　常用金属冲压材料以板料和带料为主。
　　板料的尺寸较大，用于大型零件的冲压。主要的规格有以下几种：1500mm（长）x500mm（宽）、1800mm（长）x900mm（宽）、2000血]1（长）><1000111111（宽）等。
　　带料又称为卷料，有各种不同的宽度和长度。一般宽度在300mm以下、长度可达几十米，成卷供应，主要是薄料，适用于大批量生产的自动送料。带料的优点是有足够的长度，可以提高材料的利用率，其不足是开卷后需要整平。钢材的生产工艺有很多种，如冷轧、热轧、连轧及往复轧等。一般厚度在4mm以下的钢板用热轧或冷轧，厚度在4mm以上的用热轧。相比之下，冷轧板的尺寸精确、偏差小、表面缺陷少、表面光亮且内部组织细密，因此冷轧板制品一般不应用热轧板制品代替。同一种钢板，由于轧制方法不同，其冲压性能会有很大的差异。连轧钢板一般具有较大的纵横方向纤维差异，有明显的各向异性。单张往复轧制的钢板，各向均有相应程度的变形，纵横方向纤维差异很小，冲压性能较好。板料供货状态分软、硬两种，板料、带料的力学性能会因供货状态不同而表现出很大差异。
　　条料是根据冲压件的需要，由板料剪裁而成的，用于中、小型零件的冲压。
　　块料一般用于单件小批量生产，或有色金属的冲压。
　　2.金属材料轧制精度、表面质量等的规定
　　根据国家标准GB/T708—2019的规定，冷轧板按乳制精度分为两级，见表1-3。
　　根据国家标准GB/T13237—2013的规定，对于4mm以下的优质碳素结构钢冷轧薄钢板，按钢板表面质量的分类见表1-4，按拉深级别的分类见表1-5。

目录
第1章 冲压成形的特点与板材冲压成形性能 1
1.1 概述 1
1.2 冲压成形的分类 2
1.3 冷冲压成形材料 5
1.3.1 冷冲压成形常用材料及其 要求 5
1.3.2 常用金属冲压材料的规格 6
1.3.3 新型冲压材料 7
1.3.4 冷冲压成形模具常用材料 8
1.4 板材冲压性能及其评定方法 10
1.5 冲压成形设备 17
1.5.1 常见冷冲压设备分类及特点 17
1.5.2 曲柄压力机 19
1.5.3 冲压设备的选用 20
思考与练习 22
第2章 冲裁工艺与模具设计 23
2.1 冲裁工艺基础 23
2.1.1 冲裁变形时板材的受力情况分析 23
2.1.2 冲裁变形过程分析 24
2.1.3 冲裁件质量分析 25
2.2 冲裁模基础 27
2.2.1 冲裁模间隙 27
2.2.2 凸、凹模工作部分尺寸计算及其制造公差 32
2.2.3 冲裁排样设计 38
2.2.4 条料宽度与导料板间距离的计算 41
2.2.5 排样图 43
2.2.6 冲裁件的工艺设计 44
2.2.7 冲裁过程力的计算 47
2.2.8 模具压力中心和冲模闭合
高度的确定 50
2.3 冲裁模的基本类型与典型结构 52
2.3.1 冲裁模的分类 52
2.3.2 单工序模的基本形式与构造 53
2.3.3 复合模的结构形式 55
2.3.4 级进模的结构形式 57
2.4 冲裁模零部件设计 59
2.4.1 冲裁模结构组成 59
2.4.2 冲裁模标准化的意义 60
2.4.3 凸模的设计与标准的选用 61
2.4.4 凹模的设计与标准的选用 67
2.4.5 凸凹模的设计与镶拼结构 69
2.4.6 定位零件的设计与标准的选用 71
2.4.7 卸料零件的设计与标准的选用 79
2.4.8 推料零件的设计与标准的选用 81
2.4.9 橡皮和弹簧的选用与计算 82
2.4.10 模架及组成零件的设计与标准的选用 84
2.4.11 夹持与紧固零件的设计与标准的选用 88
2.4.12 冲裁模零件材料及热处理要求 89
2.5 冲裁模设计要点及实例 90
2.5.1 冲裁模设计要点 90
2.5.2 冲裁模设计实例 95
思考与练习 108
第3章 弯曲工艺与模具设计 109
3.1 弯曲工艺基础 109
3.1.1 弯曲的类型 109
3.1.2 弯曲变形过程分析 109
3.1.3 板料弯曲变形的特点 111
3.2 弯曲工艺计算 112
3.2.1 *小弯曲半径的计算 112
3.2.2 弯曲力的计算 114
3.2.3 冲压设备的选择 115
3.2.4 弯曲件毛坯长度的计算 116
3.3 弯曲件的回弹 116
3.3.1 弯曲件回弹量的计算 117
3.3.2 回弹值的确定 119
3.3.3 提高弯曲件精度的方法 120
3.4 弯曲件的工艺设计 122
3.4.1 弯曲件的工艺性 122
3.4.2 弯曲的工序安排 125
3.5 弯曲模工作部分尺寸的确定 126
3.6 弯曲模结构设计 128
3.6.1 弯曲模的设计要点 128
3.6.2 弯曲模的典型结构 129
3.7 弯曲模设计实例 134
3.8 管材弯曲 138
3.8.1 管材弯曲方法及变形分析 138
3.8.2 管材截面形状畸变及其防止 140
思考与练习 142
第4章 拉深工艺与模具设计 144
4.1 拉深工艺基础 145
4.1.1 拉深变形过程 145
4.1.2 拉深过程力学分析 146
4.1.3 拉深件的起皱与拉裂 148
4.2 圆筒形件拉深工艺设计 150
4.2.1 圆筒形件拉深力的计算 150
4.2.2 圆筒形件毛坯尺寸的确定 151
4.2.3 圆筒形件拉深系数及影响因素 153
4.2.4 无凸缘圆筒形件拉深次数和
半成品尺寸的确定 157
4.2.5 有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算 160
4.3 非直壁回转体零件拉深工艺设计 165
4.3.1 非直壁回转体零件拉深成形特点 165
4.3.2 球面零件的拉深方法 167
4.3.3 抛物面零件的拉深方法 167
4.3.4 锥形零件的拉深方法 168
4.4 拉深件的工艺性分析 169
4.5 拉深模的典型结构 171
4.5.1 首次拉深模 171
4.5.2 再次拉深模 173
4.6 拉深模设计 175
4.6.1 拉深模工作部分结构 175
4.6.2 凸、凹模工作部分尺寸计算 177
4.6.3 压边装置 181
4.6.4 拉深模设计实例 184
4.7 拉深工艺的辅助工序 186
4.7.1 润滑 187
4.7.2 热处理 187
4.7.3 酸洗 188
4.8 拉深件的质量分析 188
思考与练习 190
第5章 其他成形工艺与模具设计 191
5.1 胀形 191
5.1.1 平板坯料的局部胀形 191
5.1.2 空心坯料的胀形 193
5.2 翻边 197
5.2.1 内缘翻边 197
5.2.2 外缘翻边 202
5.2.3 翻边模结构 202
5.3 缩口 203
5.3.1 缩口变形分析 204
5.3.2 缩口工艺计算 204
5.3.3 缩口模设计实例 207
5.4 校形 208
5.4.1 校平 209
5.4.2 整形 210
5.5 旋压 210
5.5.1 旋压技术的分类 210
5.5.2 普通旋压 212
5.5.3 剪切旋压 213
5.5.4 流动旋压 214
5.5.5 旋压模的典型结构 216
思考与练习 218
第6章 复合模设计 219
6.1 复合模设计基础 219
6.1.1 复合模的特点 219
6.1.2 复合模的种类 219
6.1.3 选择复合模的原则 220
6.1.4 复合模的设计要点 220
6.2 复合模设计实例 221
6.2.1 落料、冲孔、弯曲复合模 221
6.2.2 落料、冲孔、拉深复合模 228
6.2.3 落料、冲孔、翻边复合模 235
思考与练习 239
第7章 多工位级进模设计 241
7.1 多工位级进模分类 241
7.1.1 冲孔落料多工位级进模 241
7.1.2 冲裁弯曲多工位级进模 242
7.1.3 冲裁拉深多工位级进模 243
7.1.4 落料复位成形多工位级进模 245
7.2 多工位级进模条料工序排样图 246
7.3 多工位级进模主要零部件的设计及选用 246
7.3.1 模架 246
7.3.2 凹模 247
7.3.3 上模部分 250
7.3.4 弹压卸料装置 253
7.3.5 定位装置 256
7.3.6 导料装置 256
思考与练习 256
第8章 计算机辅助工程(CAE)技术 257
8.1 数值模拟的基本原理 257
8.2 CAE软件的应用现状 259
8.2.1 通用型CAE软件 259
8.2.2 专用有限元软件 260
8.2.3 有限元前处理工具 262
8.3 CAE技术应用实例 263
8.3.1 多工位级进冲压成形数值模拟 263
8.3.2 杯形件拉深旋压成形数值模拟 274
思考与练习 286
第9章 冲压模具零件制造与装配 287
9.1 模具加工工艺规程制定 287
9.1.1 模具的生产过程和工艺过程 288
9.1.2 模具工艺规程制定的原则和步骤 288
9.1.3 模具零件的工艺分析 289
9.1.4 毛坯的选择 290
9.2 模具典型结构加工方法 291
9.2.1 外圆柱面的加工方法 291
9.2.2 平面的加工方法 292
9.2.3 孔和孔系的加工方法 293
9.3 典型冲裁模零件加工工艺 295
9.3.1 模架的加工工艺 295
9.3.2 模具工作零件的加工工艺 300
9.4 冲裁模的装配 305
9.4.1 模具装配特点 305
9.4.2 装配技术要求 306
9.4.3 冲裁模装配的工艺要点 306
9.4.4 冲裁模的装配顺序 307
9.4.5 冲裁模的调试 307
9.5 成形模的装配 309
9.5.1 弯曲模的装配 309
9.5.2 拉深模的装配 310
思考与练习 311
参考文献 312