一、冲压产品的工艺分类
1、基本工序分类
冲压工艺按其变形性质可以分为材料的分离与成型两大类。
分离工序涉及将坯料置于冲压力作用下，待其变形区域的应力值达到抗拉极限时，坯料便会因断裂而实现分离，进而得到所需形状和尺寸的冲压工件。
成型工艺涉及将坯料置于冲压力的作用之中，此时，变形区域的应力水平恰好触及屈服点，却尚未触及抗拉强度的极限。这一过程中，坯料得以发生塑性变形，而不会出现断裂或分离，最终形成符合预定形状和尺寸的工件。
2、分离工序的类别
分离工序按照其不同的变形机理分为冲裁、整修两大类。
冲裁：指用模具沿沿一定的曲线或直线冲切板料（包括以下几类）
对冲裁件的断面进行再加工的过程称为整修，这是一种分离加工的方法。整修过程中，工件会经历一种名为整修变形的切削机理。相较于原始的冲裁件，经过整修的工件在尺寸精度和断面质量上均有显著提升。
3.成型工序的类别
该工艺流程涉及多个步骤，涵盖了弯曲、拉深、翻边、胀形以及挤压等多种加工技术。（具体内容详见以下详细说明：）
二、冲裁
1、冲裁产品的形态与成型过程介绍
冲裁加工后的产品呈现出特定的形状。其断面可以细分为：塌角、光亮带、断裂带以及毛刺。这四种不同的断面形态，是在产品冲裁作业的不同阶段、不同部位以及不同应力条件下形成的。
观察图像可知，1. 塌角区域的高度大致介于8%T至15%T之间；2. 光亮带的高度大致在15%T至55%T之间；3. 断裂带的高度大约位于35%T至75%T区间；4. 毛刺部分的高度大约从5%T至10%T不等。
（1）弹性变形阶段
在受力分析中，我们可以看到刃口区域的材料承受着剪切力的作用，该力的大小并未超过材料的弹性极限。一旦这种力消失，材料便会自动恢复到其初始状态。
状态描述：凸模施加压 力于材料，材料略挤入凹模刃口。
（2）塑性变形阶段
受力分析:材料受力由边及中心 ，逐渐超过弹性极限
状态描述：凸模持续向材料内部推进，此时阶段，冲裁件出现了塌角现象，并且表面产生了光亮带。
（3）剪裂阶段
在受力分析中，材料接近凹模刃口区域的应力率先达到其抗剪切极限，导致凹模刃口侧的材料裂纹扩大。与此同时，凸模刃口区域的材料仍处于塑性变形状态。随着冲头的持续推进，冲头附近的材料亦达到剪切强度，进而产生裂纹。随后，两个裂纹逐渐汇合，最终导致材料分离。
状态描述：材料分离,上下裂纹重合时相互撕扯产生毛刺
三、与产品设计相关的冲裁工艺要点及设计举例
1、冲裁产品的分类、作用及结构
冲孔 piercing
功能：一、适用于常规的钻孔作业（对精度要求不高）；二、适用于自攻螺钉的底孔加工（产品设计上对光亮带的比例有较高要求）；三、适用于高精度的转轴孔加工（需保证无毛刺，断裂带尽可能少，可通过机械去毛刺或模具倒角的方法实现）。
在设计冲孔过程中，需留意一点，那就是孔径不宜过小，因为受到凸模强度的制约，通常孔径应保持在0.5T以上。
落料 stamping
功能包括：一、充当基本的外观装饰；二、适用于与激光焊接接头装配相配合，确保无毛刺、光滑的光亮带和细微的断裂带间隙；三、用作软装饰的支架，需满足卷边或去毛刺的要求。
在进行产品设计时，务必确保冲裁件上直线与曲线的交汇处拥有适宜的圆角设计。若忽视此点，凹模处将出现应力集中现象，从而容易导致损坏。同时，还需考虑到模具线切割的加工特性，因此，冲裁零件或落料零件的最小圆角半径应不小于0.2毫米。
切舌、切曲 lancing
功能包括：一是充当卡扣；二是起到限位作用；三是通过合并切割和弯曲两个工序，减少了生产步骤，提升了材料使用效率。（然而，存在不足之处：无法调整毛刺的朝向，只能与冲压头方向相对。）
注意：要求切口部位与折弯部位距离足够大, 满足冲头强度。
切舌、切曲 结构设计的注意点：
切割过程中，冲头的尺寸必须足够宽，同时在零件设计阶段，应确保切割区域与弯曲区域之间的间隔不少于5毫米，否则会导致冲头强度不足，进而影响模具的使用寿命。
在进行模具设计时，需确保刀口剪切区域拥有大约3毫米的直线边缘，这样做是为了避免刀具断裂的情况发生。同时，冲头的两侧需要预留一定的间隙，以便在剪切之后能够顺利弯曲。
与冲裁相关的产品设计注意点总结：
在设计产品时，需确保冲裁件上的直线与曲线交汇处拥有适宜的圆角。这是因为，首先，常规线切割所能形成的最小圆角半径为0.2，而尖锐的角不易保证其精确度。其次，在尖角位置，凹模部分容易出现应力集中现象，一旦模具承受外力，便容易导致损坏。
在产品设计的阶段，务必明确标注毛刺的朝向。这一标注对于确保产品的顺利装配和操作人员的安全至关重要。特别强调，这里指的是毛刺的方向，而非冲压的方向。
在冲孔设计过程中，鉴于凸模强度的约束，孔的尺寸不宜过小；通常应大于0.5T，并且应尽量避免孔的直径小于0.8T。
在产品设计中，应确保所选材料具备低于630MPa的抗拉强度，否则模具的制造将面临较大困难。若产品抗拉强度低于630MPa，模具材料可以选择价格较为低廉的普通模具钢，例如Cr12、Cr12MoV、SKD11、D2等。然而，若产品抗拉强度超过630MPa，则必须选用特殊且价格较高的模具钢，比如SKH-9。
若产品设计对冲裁断面有特定需求，则务必明确指出各个断面区域所能容忍的最小尺寸。
在进行切曲操作时，务必在产品设计中考虑切边角度，这样做有利于脱模过程，进而能够降低冲头的磨损程度。
2、冲裁模具简介
（1）冲孔、落料模
（2）去毛刺模具
（3）侧面冲孔模具
四、弯曲产品形态与成型过程介绍
1、弯曲产品的形态
折弯成型过程中，当施加于金属材料的应力超过其弹性极限（即屈服强度），但又未达到断裂极限（即抗拉强度）时，板料在弯曲变形区域内的曲率便会发生改变，从而产生折弯效果。
在折弯过程中，材料内部承受压缩应力，而外部则承受拉伸应力，其中拉伸应力占据主导地位，因此，材料的中性层会向折弯的内侧偏移，位于材料中心的一侧。
中性层：距离材料内侧约等于0.255T
材料外层纤维在拉应力作用下发生相对位移，而材料在宽度方向上得以补充其不足之处。
2、折弯过程（以V曲为例）：
凸模与凹模接触板料（毛坯）时，由于凸模表面和凹模表面接触点力的差异，形成了弯矩。在这种弯矩的作用下，板料（毛坯）发生了弹性变形，进而产生了弯曲。
当凸模持续下降时，毛坯与凹模的表面逐渐接近并开始接触，这导致弯曲半径和弯曲力臂都相应减小，同时，毛坯与凹模的接触点也从凹模的两肩位置转移到了凹模的两斜面之上。
（3）随着凸模的继续下行，毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲。
在压平过程中，随着凸凹模具之间的距离持续减小，板材在模具间逐渐被压实平整。
在校正环节，行程一旦结束，便对板材实施精准调整，确保其圆弧边缘与凸模完美接触，进而形成所需的特定形状。
3、弯曲产品容易出现的两类问题（回弹、开裂）
（1）回弹：
材料结构复杂，由多层纤维交错排列构成，各层纤维承受的力不同，最外层承受的拉应力最为显著，而最内层则承受最大的压应力，这两种应力的大小随着距离中性层的增加而逐渐减小。因此，在材料被弯曲成特定形状后，并非所有纤维层的应力都超过了其弹性极限，这就导致了在弹性变形阶段，材料表现出一定的回复特性。
1）中性层的应力、应变为零
2）中性层向内侧压应力逐渐增大
3）中性层向外侧拉应力逐渐增大
在冲压件弯曲的过程中，绝大多数材料层已进入塑性变形区，因此这些层将不会出现回弹现象。
材料层与中性层距离较近的部分，其应变仍然位于弹性变形的范围内；当外力（如折弯冲头离开工件）消失后，这些材料层会出现回弹现象。
影响回弹的因素：
材料的弹性极限若较高，那么所需的变形应力亦随之增大，而回弹效果也会相应变得更加显著。
材料的相对弯曲半径R/T若较小，则应力会更为集中；同时，弹性变形所占的比重相应减少，导致回弹效果也会相对较弱。
（2）开裂
当工件在弯曲过程中，若其局部材料层承受的应力超出了抗拉强度，便会产生裂纹。特别是那些距离中性层较远的材料层，其应力和应变会更为显著。
防止裂缝的产生手段：在弯曲过程中，需确保弯折处的内角半径R不小于0.5T，以免其过小导致开裂。
4、折弯产品的变形特点
材料外层的纤维承受了拉伸应力，导致材料发生了相对位移，因此，材料在宽度和厚度方向上进行了补偿，最终使得材料的宽度尺寸有所减小。
材料的内层纤维承受了压力，导致其向横向扩展，进而使得材料的内层部分宽度有所增大。
若材料宽度低于三倍厚度，上述情况将尤为显著；在产品设计中，应尽量避免出现宽度低于三倍厚度的材料。
5、与产品设计相关的弯曲工艺要点及设计举例
弯曲部分的圆角半径不宜过小，否则容易引发裂缝；同时，也不应过大，因为这样会导致变形不完全，从而产生较大的回弹。通常情况下，最小弯曲半径R应不小于0.5倍的管壁厚度T。
注意：
1）产品设计时应避免折弯R角过小，否则易引起应力集中。
R角的大小需在内部明确标示。其具体缘由在于，在弯曲过程中，零件会紧贴冲头，此时冲头的R角直接影响到零件的R角，同时也有利于对其进行精确的操控与调节。
弯曲部分的边缘长度不宜过短，若此，在弯曲过程中，模具对材料的支撑长度便会显得过短，导致难以形成精确的形状，且弯曲件容易出现向外倾倒的情况。条件为弯曲半径大于材料厚度与弯曲次数之和的两倍。
在产品设计中，应特别注意避免将直边设计得过于细小，因为这样容易导致产品发生倾倒，进而影响其垂直方向的稳定性。
弯曲部分不应设在零件宽度发生急剧变化的位置进行折弯操作，以免造成撕裂现象。如果实在需要在宽度变化的位置进行弯曲，那么必须预先设计出工艺槽。
在弯曲加工过程中，毛坯材料难免会出现程度不一的滑动，因此，在产品设计中，应充分考虑并尽量安排工艺孔。
6.折弯模具简介
五、成型工艺形态与过程介绍
1、成型工艺分类及介绍
成型过程中，当金属材料承受的应力超出其弹性极限（即屈服强度），但未达到断裂极限（亦即抗拉强度）时，便会在塑性变形区域内形成设计者所期望的变形形态。
成型工艺可细分为以下几类：首先，拉深工艺；其次，挤压工艺；再者，翻边工艺；此外，还有翻孔（亦称抽孔）工艺；最后，包括缩口和扩口工艺。
2、与产品设计相关的成型工艺要点及设计举例
（1）挤压
挤压凸包的作用有三个：
1）作为两个零件间的自定位销使用
注意：
在使用凸包作为定位销的情况下，必须对凸台的直径进行严格限制，通常情况下，凸台的直径公差能够维持在正负0.04毫米的范围内。
b.由于凸包是挤压成型的，故凸包的侧面全是光亮带;
2）作为运动机构的限位使用
3）作为凸焊的凸点使用
凸包设计的注意点及冲头尺寸：
原则：
必须确保凸包与母体间存在充足的材料衔接，否则凸包有可能会轻易掉落。
在凸焊操作中，凸点的直径应不小于2t加0.7毫米，同时也要超过1.8毫米。而凸点的高度则需达到至少0.4t加0.25毫米，且必须超过0.5毫米。
凸包极限高度设计尺寸如下图
在标注凸包的尺寸时，我们只能对凸起部分的尺寸进行控制，而对于凹陷部分的尺寸则无法进行调节。
挤压凸包模具的结构中，凹模的尺寸直接影响到凸包的直径大小；而凸包的高度则由顶针和挤凸冲头共同决定。需留意的是，在标注凸包尺寸时，我们只能对凸起部分进行尺寸控制，对于凹陷部分的尺寸则无法进行调节。
（2）抽孔
抽孔的作用有两个：
1）作为铆钉连接零件使用（包括冲铆、翻铆）;
优点：可省略铆钉，节约成本。
缺点：不能承受很大的拔脱力或剪切力。
抽孔冲铆：起固定连接作用。
抽孔翻铆：起旋转轴的作用。
2）作为连接螺母使用
抽孔设计的注意点及冲头尺寸：
原则：
1）必须保证有足够的材料流动（即，必须计算抽孔可行性）。
2）作为翻铆使用时，必须控制抽孔的外径（尺寸标外径）。
模具能够对抽孔的内部和外部直径进行调节，其中冲头负责调整内径；而凹模则负责调整外径，但两者不能同时进行调节。这意味着每个零件的尺寸只能由一个因素来控制。
3）作为螺母使用时，必须控制抽孔的内径（尺寸标内径）。
在充当螺母的角色时，务必确保钻孔导致的边缘变薄后的厚度，需超过螺纹牙距的1.3倍。
当螺母被用于承载一定强度需求时，务必确保在钻孔之后，直边的最小高度需超过螺纹牙距的三倍。
抽孔可行性计算：
抽孔： 沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的冲压工序。
翻孔系数是指，预冲孔的直径与翻孔后形成的直边部分的中点直径之间的比例关系（一般来说，翻孔系数数值越高，孔洞的变形程度就越小）。
影响翻孔系数的因素：
1）材料的塑性，塑性越好翻孔系数越小。
2）预冲孔相对直径D/t，D/t越小，翻孔系数越小。
孔的加工方式有讲究。若孔洞较深，毛刺在内侧时，不易出现裂缝；若毛刺在外侧，则需先进行导面处理，之后再进行抽孔操作。
翻孔冲头的类型包括球面冲头，这种冲头设计能够降低翻孔系数，同时提升材料的变形程度。
在理论层面，需依据抽孔系数来评估抽孔工艺的可行性（这一过程涉及诸多需确定的要素，耗时且费力）。通常，我们可以通过比较预冲孔直径与材料厚度的比例来做出判断。若预冲孔的相对直径D/t超过1，则通常认为该工艺是可行的。
预冲孔尺寸计算：
原则：翻孔前后体积不变原则。
AB={H*EF-（π/4-1）*EF*EF}/T
预冲孔直径d＝D-2*AB
一般翻孔后材料的厚度变薄，变薄系数取0.45到0.9之间。
变薄系数指：EF与原材料厚度T的比值
通常认为，若d大于等于T，抽孔操作是可行的（这一结论基于经验数据，具体判断可参照抽孔系数进行）。
抽孔模具结构
抽孔冲头结构：
若使用抛物线形状的翻孔冲头，由于存在圆弧过渡，因此翻孔质量相对较好。
当圆弧的半径存在差异，冲头对材料的挤压作用亦呈现不同。对于半径较小的圆弧冲头，其过度部分较小，因此在挤压材料时瞬间产生的挤压力较大，导致材料的变形程度较高。基于此，在其他条件保持一致的前提下，使用小圆弧翻孔冲头进行翻孔时，可以达到更高的翻孔高度。
2）无预冲孔的一次翻孔成形冲头。
刺孔的尺寸与成形过程中预定的孔径保持相同（即A等于a，B等于b）。这种单次冲孔和翻孔的结构，仅适用于毛刺位于孔外侧的场合。
（3）内凹翻边
翻边是沿外形曲线周围将材料翻成侧立短边的工序。
1）内凹翻边（伸长类翻边）：变形与抽孔相似。
该区域的变薄率介于0.9至1之间，其中变形最为显著的部位位于最高端面。
内凹翻边可行性判断：
1）展开尺寸
2）判断
翻边前的端面弧长度L1
翻边后的端面弧长度L2
当端面变形率K>原材料的延伸率时，会出现开裂现象
在设计产品时，可以适当调整R、r、h这三个参数的值，以确保端面变形率符合设计规范，同时避免出现开裂的情况。
（4）外凸翻边
1）外凸翻边（压缩类翻边）：变形性质属于压缩成型。
2）外凸翻边展开尺寸
六、其它冲压模具结构简介
1、卷圆模具结构（方式一）
将卷材切割成八分之一圆形，接着沿上方向斜切至形成八十度角，最后向下推移卷材，使其圆形部分成型。
2、卷圆模具结构（方式二）
步骤：（1）卷四分之一圆，（2）利用滑块侧推。
3、打扁模具结构（外边缘打扁）
操作流程包括：首先进行下料处理，接着将材料弯曲至90度，然后进行下压操作，压力为70度（冲头半径R的尺寸为材料厚度两倍减去0.3），最后将材料压平。
4.打扁模具结构（内孔打扁）
操作流程包括：首先进行下料处理，接着将材料弯曲至90度，然后对材料进行下压，压力达到70度（此时冲头的半径应为材料厚度的两倍减去0.3），最后将材料压平。
5、拉深结构
