01
冲压产品的工艺分类
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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。
分离工序是借助冲压力使坯料变形，当变形处应力超过抗拉强度时，坯料便会断裂分离，以此形成符合要求形状和大小的工件的一种冲压工艺。
成型工序是借助冲压力使坯料变形的工艺，变形区域应力超过屈服极限，但低于抗拉极限，促使坯料出现塑性变形，且不会出现断裂或分离，最终得到目标形状和大小的工件，这种冲压过程称为成型工序。
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。
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修整是对冲切零件的截面进行再加工的分离加工方式，修整变形是一种切削原理，其加工件的尺寸精确度和截面品质比冲切件更优。
3.成型工序的类别
成型流程较为复杂，涵盖多个环节，例如：进行弯曲操作，实施拉深处理，执行翻边动作，开展胀形作业，运用挤压技术等等。（详细内容如下：）
02
冲裁
1、冲裁产品的形态与成型过程介绍
冲裁件的外形特征。冲裁件的截面包含：塌陷区域、亮面区域、断裂区域、毛边区域，这四种特征是在冲裁作业的不同时段，不同位置，不同受力条件下形成的。
如上图，第一部分高度介于8%T与15%T之间，第二部分高度介于15%T和55%T之间，第三部分高度介于35%T和75%T之间，第四部分高度介于5%T和10%T之间
1）弹性变形阶段
受力分析：刃口部位材料承受剪切作用，作用力值不超过弹性极限，倘若作用力消失，材料便能复原至初始形态。
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
状态说明：凸模持续向材料内推进，在这个环节中，冲裁件出现塌角和亮边现象
3）剪裂阶段
受力分析：材料紧邻凹模刃口的位置最先出现应力超出抗剪切强度，导致凹模刃口附近的材料产生裂纹并扩大。与此同时，凸模刃口处的材料仍处在塑性变形状态，随着冲头持续下压，冲头附近的材料也逐渐达到剪切强度，并形成裂纹。最终，两处裂纹相遇合并，材料因此被完全分开。
状态描述：材料分离,上下裂纹重合时相互撕扯产生毛刺
03
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
功能包括：其一，充当普通通孔，标准不严；其二，当作自攻丝底孔，产品构造对光洁区域占比有较高标准；其三，用作精密旋转轴孔，标准是无毛边，且断裂带要少，可以通过机器去毛边处理，或者模具反面处理实现
在规划冲孔工艺时, 必须考虑凸模的承载能力, 因此孔的规格不能过于微细, 通常要求直径超过材料厚度的二分之一倍
落料 stamping
功能有三种：一是满足普通外观需求，标准不高；二是用于激光焊接时的对接件装配，需要保证无毛边，形成宽阔的亮区，同时断裂处的间隙要小；三是充当柔性装饰支架，要求边缘有卷边或者去除粗糙部分。
产品设计时必须确保冲裁件所有直线和曲线的交汇点设置恰当的圆弧过渡，否则凹模会出现应力集中，从而容易发生破损；同时要顾及模具线切割的制造特点，冲裁零件或落料零件的最小圆角半径须达到R0.2以上
切舌、切曲 lancing
具有三种功能，一是充当连接件，二是充当定位件，三是减少步骤，提升材料的使用效率，把裁切和弯曲两个工序合并成一个整体。（存在不足：碎屑的朝向不能调整，必须与冲头运动的方向相反）
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：
切割工件时，压头必须宽裕，零件制作时，切割区域与弯曲区域之间的间隔要维持五毫米以上，否则压头会显得薄弱，进而减损模具的使用期限。
模具制作期间，刀刃切割部位必须维持三毫米上下平整的边缘，避免出现刀具破损的情况。冲头两侧需要设置间隙，确保先完成剪切再进行弯曲。
与冲裁相关的产品设计注意点总结
产品设计时需要让冲裁件所有直线和曲线的衔接位置带有适度的圆弧，因为线切割工艺最小圆角半径是0.2，尖锐转角难以精确实现，而且尖角部位模具容易产生应力集中，导致受力后模具损坏。
产品构造期间必须注明倒角朝向,倒角关乎物件拼装,也关系到使用者的安全。（强调是标注倒角指向,而非压制走向）
设计冲孔时, 要考虑凸模的承载能力, 孔的规格不能太细, 通常要大于零件厚度的半数, 最好让孔的横截面保持在一倍零件厚度以上
产品设计时,材料承受拉力极限需控制在630兆帕以下,否则成型工具加工难度较大。若制品抗拉指标低于630兆帕,可选用常规成本较低的模具用钢,例如Cr12、Cr12MoV、SKD11、D2等。当制品抗拉指标超过630兆帕,则必须采用特殊性能且价格较高的模具用钢,比如SKH-9。
产品构造对剪切轮廓有特殊规范时，需注明各个轮廓区域允许的最小尺寸。
加工时需在工件上预留取模斜度，这样有助于顺利脱模，进而降低冲头损耗。
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
04
弯曲产品形态与成型过程介绍
1、弯曲产品的形态
金属材料承受的应力超出弹性极限（屈服强度）但未达到断裂极限（抗拉强度），导致板料在弯曲变形区域内的曲率发生改变，从而实现弯曲成型。
弯曲受力分析：弯曲过程中，材料内部承受挤压作用，外部承受拉伸作用，其中拉伸作用更为突出，因此材料的中性面会向弯曲内侧偏移。
中性层 :距离材料内侧约等于0.255T
材料表层纤维受拉力影响发生位移，其宽度方向会进行相应补偿以弥补材料损失
2、折弯过程（以V曲为例）：
凸模与板料（毛坯）接触时，因凸凹模受力点不同而形成弯矩，弯矩导致弹性形变，进而引发弯曲现象。
当凸模持续下移时，坯料开始与凹模表面慢慢接触，弯曲的曲率半径和受力臂长度都逐渐减小，坯料接触凹模的位置从两肩部位转移到两斜面区域。
3）随着凸模的继续下行，毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲。
在压平阶段，凸凹模之间的空隙逐步缩小，板料在凸凹模中间被压平。
校正环节，待行程完成，需要对板材实施矫正，让它的圆弧边缘和平直部分与凸模完全吻合，从而构成目标形态。
3、弯曲产品容易出现的两类问题（回弹、开裂）
1）回弹：
材料构造是多层次的纤维组合，各层纤维承受的力不同，表层承受拉力最强，核心层承受压力最强，这两种力的强度向中心逐渐减弱，因此弯曲成型后，并非所有纤维层都超过了材料的弹性限度，所以具有弹性变形特性的部分能够恢复原状
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
弯曲过程中，冲压件内部多数材料层发生塑性形变，此类材料层不会出现弹性恢复现象。
靠近中心面的那些材料层形变仍然属于弹性范围，当外力消除时，比如弯曲冲头移开工件，这些材料层就会发生恢复现象
影响回弹的因素：
材料所能承受的最大弹性变形越小，需要施加的应力就越高，其恢复原状的能力也越强
材料的弯曲半径与厚度之比越低，局部受力就越明显，可恢复形变所占成分越少，最终反弹现象越轻微
2）开裂
当物件弯曲过程中，某些材料层次承受的张力超出其承受能力，物件因而产生断裂情况，距离中心线较远的材料层次承受的张力与形变更为显著。
防止出现断裂的做法：弯折时，转角内侧的圆弧太小。（通常圆弧半径不低于0.5倍厚度）
4、折弯产品的变形特点
材料表层纤维承受拉伸作用，纤维间发生位移，材料通过增加宽度和厚度方向的体积来弥补损耗，因此材料在宽度上的尺寸会缩小。
内层纤维承受压力作用，导致材料向横向位移，造成内层材料横向尺寸变大。
当宽度短于三倍材料厚度时，该现象显著，产品构造时须防止宽度短于三倍材料厚度的情况发生。
5.与产品设计相关的弯曲工艺要点及设计举例
弯曲件的圆角尺寸不能太小,否则容易发生断裂现象;同时也不适合做得太宽,那样会导致形变不充分,从而造成回弹效应显著增强,通常情况下,最小弯曲半径R要大于或等于0.5倍的厚度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角尺寸需要标注在内部位置，这是由于加工过程中工件紧贴模具，模具的R角直接影响了工件的R角，而且这种方式方便进行操控和修正。
弯曲件的弯边部分不宜过于短小,否则在实施弯曲操作时,模具能够对材料提供有效支撑的长度会显得不足,这样便难以制作出轮廓精确的零件,而且弯曲件常常会出现向外翻翘的现象。H需要大于R加上两倍的T。
注意：设计产品时，要防止弯折处过于狭窄，否则容易导致向外倾斜，难以维持垂直状态。
弯曲部位不能设在零件宽度发生急剧变化的地方进行折弯,以免造成撕裂。如果确实需要在宽度变化的位置进行弯曲,那么事先应该规划出加工用的凹槽。
弯曲毛坯时难免出现滑动情况，因此产品构造需要尽可能设置工艺孔。
6.折弯模具简介
05
成型工艺形态与过程介绍
1、成型工艺分类及介绍
材料承受的力超过弹性极限，但未达到断裂极限，在可塑性范围内形成预定形状变化。
成型工艺种类包括，首先有拉深工艺，其次有挤压工艺，再次有翻边工艺，另外有翻孔工艺，也就是抽孔工艺，最后还有缩口和扩口工艺
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：
在将凸包当作定位销应用时，必须严格把控凸台的大小，通常情况下凸台的大小误差范围能够维持在正负零点零四毫米左右
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：
必须确保凸包与母体之间有充足的物料衔接，否则凸包容易掉落。在凸焊应用中，凸点直径D需大于2t加0.7，并且要超过1.8毫米。
凸点高度H>=(0.4t+0.25)，并且大于0.5mm
凸包极限高度设计尺寸如下图
在标注凸包的范围时，只能调整向外突出的部分，无法调整向内凹陷的部分。
挤压凸包模具构造：凹模的规格决定凸包的半径，顶针和挤凸冲头一起决定凸包的深度。留意：标示凸包规格时，只能调控外凸部分规格，无法调控内凹部分规格。
2）抽孔
抽孔的作用有两个：
a)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。
b)作为连接螺母使用
抽孔设计的注意点及冲头尺寸：
要确保物料供应充足，需要核算开孔的合理性，这是基本要求。
b)作为翻铆使用时，必须控制抽孔的外径（尺寸标外径）。
模具能够调整抽孔的内部和外部尺寸，冲头负责确定内部尺寸，凹模负责决定外部尺寸，但两者不能同时进行调节。也就是说，每一个零件的尺寸只能由其中一种模具来控制。
c)作为螺母使用时，必须控制抽孔的内径（尺寸标内径）。
在充当螺母的场合，务必确认钻孔后壁厚减薄的直边部分，其宽度要超过螺纹每牙间距的1.3倍。
当需要将零件当作螺母应用且对其强度有规定时，必须确保在钻孔加工后留下的垂直边缘最小长度要超过螺纹单个齿距的三倍。
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，是指预先冲出的孔的直径，和翻孔后形成的直边的中间直径，进行对比所得的数值，这个系数越高，表示在翻孔过程中，材料发生塑性变形的程度就越低。
影响翻孔系数的因素：
a)材料的塑性，塑性越好翻孔系数越小。
b)预冲孔相对直径D/t，D/t越小，翻孔系数越小。
c) 螺孔的制造方式，如果翻孔高度比较大，当毛边在内部时，不容易产生断裂，当毛边在外部时，需要增加引导面的步骤，之后再进行拉孔。
球面形状的冲头有助于降低翻边系数，同时可以使变形量变得更大。
评估打孔流程是否合理，需依据孔洞率来判定，但此方法因涉及要素繁杂，操作耗时且费力。通常情况下，可通过考察预先打孔的孔径与材料厚度的比值，来做出判断。若该比值大于1，则普遍认为该方案具备可行性。
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，当d大于或等于T，打孔是合理的，这个看法有实践经验支持，具体分析可依据打孔系数进行
抽孔模具结构
翻孔冲头构造：采用抛物线形态的翻边模具时，由于带有弧形过渡，因此翻边效果更优。具体构造如下
圆弧半径存在差异时，冲头作用于材料的塑形表现不同。弧度较小时，因为接触面积狭窄，施加于材料的局部压力显著增强，导致材料发生更明显的形变。相同条件下，选用弧度小的翻孔工具，所能达到的翻边高度通常更大。
b)无预冲孔的一次翻孔成形冲头。
孔洞的尺寸要和两次加工时预先打孔的尺寸相同，即A等于a，B等于b。采用单次冲孔实现翻边时，仅当翻边产生的毛边位于外部时才能使用这种结构。
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。
a)内凹翻边（伸长类翻边）：变形与抽孔相似。
b)减薄程度介于0.9至1，其中形变最为显著的部位位于最顶端的表面
内凹翻边可行性判断:
a)展开尺寸
b)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
设计产品时，能够更改R、r、h的量，让端面变形程度符合设计标准，不会出现开裂的情况。
4)外凸翻边
a)外凸翻边（压缩类翻边）：变形性质属于压缩成型。
b)外凸翻边展开尺寸
06
其它冲压模具结构简介
1、卷圆模具结构（方式一）
将纸片先折成一个扇形，接着向一侧倾斜扭转八成九十度，然后向下按压使其弯曲塑造成圆形。
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）
首先进行切割处理，接着将部件旋转至垂直位置，然后以70度的角度实施挤压，凹模的曲率半径设定为材料厚度两倍减去0.3毫米，最后完成表面平整作业。
4.打扁模具结构（内孔打扁）
步骤：1、下料；2、上曲90度；3、下压70度（冲头R的大小为2倍的料厚减0.3） 4、压平
5、拉深结构
