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任务1 加工方法选择与冲压工序划分
一 任务引入
零件形状、 结构各种各样, 同样形状零件由于所用材料不同、 同一零件由于生产批量不同, 导致采用的加工方法不同, 因此需要技术人员根据产品特点及工艺要求, 进行分析选择。选用如图1-1所示两个制件( 用冲压加工的方法制造出来的零件称为制件, 下同) 为载体, 训练学生对常见加工方法的选择, 熟悉冲压加工的特点, 从而引出冲压加工工序的划分, 为后述各种模具设计提供基础。

图1-1 a 垫圈 图1-1 b 带凸缘套筒
二 任务分析与分解
Ø 本任务以典型冲压件为工作对象, 经过分析, 了解冲压加工的特点和分类。
Ø 学习情景1 冲压基本工序的描述
1.1.1 冲压技术及三要素
1.1.2 冲压工序描述
Ø 学习情景2 冲压材料的选用
1.2.1 冲压材料性能
1.2.2 冲压材料的选用
三 相关知识
学习情景1 冲压基本工序的描述
本任务所述制件, 由于材料选用不同, 其加工方法也有所不同, 如选用灰铁或铸钢材料, 能够选用铸造方法加工; 如是棒料钢材, 能够选用机械加工( 车削) 方法加工; 本任务提供的是钢板, 宜选用冲压加工的方法, 这主要基于冲压加工有以下特征。
1.1.1 冲压技术及三要素
1. 冲压技术
完成本任务需要的工艺装备是模具, 如图1-2所示, 它本身不能产生相对运动, 是将此模具安装在冲压设备上, 利用压力机运动来完成模具的工作, 这种技术就是冲压技术。
图1-2 落料模结构图
所谓冲压就是在常温下利用安装在压力机( 例如冲床、 油压机等设备) 上的模具, 对材料施加压力使其产生分离或塑性变形, 从而获得一定形状和尺寸零件的一种加工方法最好标注装配图中各零件名称
。
冲压一般是在常温下对材料进行冷变形加工, 且主要采用板料加工成所需制件, 因此也叫冷冲压或板料冲压。
如图1-2所示的模具安装到压力机( 安装方法后述) 后, 当压力机滑块处于上止点时, 开始送料, 然后滑块带动上模部分( 图中件1～11和件19) 向下运动, 待卸料板( 件11) 压住板料时, 卸料板不再向下继续运动, 而凸模( 件10) 随同上模继续向下运动, 穿过板料进入凹模( 件12) 内, 完成对板料的冲裁, 获得所需要的制件; 此后压力机上行, 在弹簧( 件2) 的作用下, 卸料板推下紧扣在凸模上的板料, 进入凹模内的材料由顶件块( 件13) 顶出, 完成一个工作循环。
2. 冲压三要素
在以上工作过程中, 冲压工艺与模具、 冲压设备和冲压材料三个要素必不可少, 它们构成冲压加工的三要素, 其相互关系如图1-3所示。
冲压加工的三要素是决定冲压质量、 精度和生产效率的关键因素, 是不可分割的。冲模在冲压中至关重要, 如果没有符合要求的模具, 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。
先进的模具只有配备先进的压力机和优质的材料, 才能充分发挥作用, 做出一流产品, 取得良好的经济效益。
3. 冲压加工的特点
冲压加工与其它加工加工方法相比, 无论在技术方面还是经济方面都具有许多优点:
(1) 冲压加工的生产效率高, 广泛使用在批量生产中。
(2) 冲压件的质量稳定, 尺寸精度高, 制件互换性好。冲压加工是依靠模具成型, 而模具本身制造精度高, 因而保证了冲压件的尺寸与形状精度, 尺寸精度一般可达到ITl0～ITl4级, 最高可达到IT6级, 甚至有些制件不需再进行机械加工, 即可满足使用要求。
(3) 操作方便, 易于实现机械化与自动化。
(4) 能冲压出其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂零件。例如, 从仪器仪表小型零件到汽车覆盖件、 纵梁等大型零件, 均能够由冲压加工完成。
(5) 冲压件具有重量轻、 强度高、 刚性好和表面粗糙度小等特点。
(6) 冲压加工能实现少废料, 甚至无废料生产, 在某些情况下, 边角余料也可充分利用, 其材料利用率高, 一般为60％～75％。
可是, 冲压加工所使用的模具一般是针对具体产品设计制造的, 有时一个零件需要多套模具才能加工成形, 且模具制造的精度高, 生产周期较长, 制造成本较高, 不适于单件小批量生产。
另外, 操作工人大多进行手工操作, 劳动强度较大, 易发生安全事故, 故必须特别重视安全生产、 安全管理以及采取必要的安全技术措施。
从以上分析可知: 冲压加工的优点很多, 本任务所述零件适宜冲压加工。
1.1.2 冲压工序描述
在冲压行业中, 冲压工序的分类基本是按其变形性质进行区分, 大致能够分为材料的分离工序与成形工序两大类。
分离工序: 冲压成形时, 变形材料内部的应力超过材料强度极限, 使材料发生断裂而沿一定轮廓产生分离从而形成零件。分离工序主要有剪裁和冲裁等, 而冲裁又包含冲孔和落料两种工序, 其简单工作原理和工序性质见表1-1。
成形工序: 冲压成形时, 变形材料内部应力超过材料屈服极限, 但未达到强度极限, 使材料产生塑性变形而形成零件。主要有弯曲、 拉深、 翻边等工序, 其简单工作原理和工序性质见表1-2。
在实际生产中, 往往零件形状较复杂, 零件的成型由多道工序组成, 在设计模具时, 能够根据生产批量、 制造成本等因素, 把两个或两个以上基本工序进行合理组合, 从而以较低的成本生产出合格的零件。

表1-1 分离工序分类、 性质

表1-2 成形工序分类、 性质

学习情景2 冲压材料的选用
冲压用材料是冲压三要素之一, 材料性能的好坏直接影响零件成型的质量, 因此正确选用材料, 是实现冲压的基础。
1.2.1 冲压材料性能
1. 冲压加工用材料的基本要求
1) 冲压材料的性能要求
冲压材料一般应具有一定的强度、 刚度、 冲击韧度等力学性能要求, 另外有的冲压材料还有一些特殊的要求。如对于机器上的主要件, 要求材料具有较高的强度和刚度; 电机电器上的某些冲压件, 要求有较高的导电性、 导磁性; 汽车、 飞机上的冲压件, 要求有足够的强度, 并尽可能减轻质量; 化工容器要求耐腐蚀等。
2) 冲压工艺要求
冲压用材料一般具有良好的塑性和表面质量以及板料厚度公差应符合标准规定。
2. 冲压常见材料种类
冲压常见材料包括金属材料和非金属材料, 金属材料又分为黑色金属和有色金属两类。
普通碳素结构钢板, 如Q195, Q235等。
优质碳素结构钢板, 如08, 08F, 10, 20等。
黑色金属 低合金高强度结构钢板, 如Q345(16Mn), Q295(09Mn2)等。
电工硅钢板, 如DTl, DT2等。
不锈钢板, 如1Crl8Ni9Ti, 1Crl3等。
金属材料

铜及铜合金, 如T1, T2, H62, H68等。
有色金属
铝及铝合金, 如1060, 1050A, 3A21, 2A12等
非金属材料: 如胶木板、 橡胶、 塑料板等。
3. 常见材料的力学性能
常见金属材料的力学性能见表1-3
表1-3 常见金属板料的力学性能
材料名称
牌号
材料状态
抗剪强度 τ( Mpa)
抗拉强度 σb(Mpa)
屈服强度 σs(Mpa)
伸长率δ (%)
普通碳素钢
Q195
未退火
260～320
320～400
195
28～33
Q235
310～380
380～470
235
21～25
Q275
400～500
500～620
275
15～19
优质碳素 结构钢
08F
已退火
220～310
280～390
180
32
08
260～360
330～450
200
32
10F
220～340
280～410
190
27
10
260～340
300～440
210
29
20
280～400
360～510
250
25
45
440～560
550～700
360
16
65Mn
已退火
600
750
400
12
不锈钢
1Cr13
已退火
320～380
400～470
120
21
1Cr18Ni9Ti
热处理退火
430～550
540～700
200
40
纯铝
1060, 1050A
已退火
80
75～110
50～80
25
1200
冷作硬化
100
120～150
——
4
铝锰合金
3A21
已退火
70～110
110～145
50
19
硬铝合金
2A12
已退火
105～150
150～215
——
12
淬硬后 冷作硬化
280～320
400～600
340
10
纯铜
T1, T2, T3
软态
160
200
7
30
硬态
240
300
——
3
黄铜
H62
软态
260
300
——
35
半硬态
300
380
200
20
H68
软态
240
300
100
40
半硬态
280
350
——
25
电工用纯铁
C< 0.025
DT1,DT2,DT3
已退火
180
230
——
26
4. 材料的标记
对厚度在4mm以下的轧制薄钢板, 按国家标准(GB/T708-1991)规定, 钢板的精度可分为A、 B、 C三级:
A——高级精度;
B——较高精度;
C——普通精度。
对优质碳素结构钢薄钢板, 按国家标准(GB/T710-1991)规定, 钢板的表面质量可分为I、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ四组:
I——特别高级的精整表面;
Ⅱ——高级的精整表面;
Ⅲ——较高的精整表面;
Ⅳ——普通的精整表面。
每组按拉深级别又分为Z、 S、 P三级:
Z——最深拉深;
S——深拉深;
P——普通拉深。
在产品图样和工艺文件上, 对材料的表示方法有特殊的规定, 现以优质碳素结构钢薄钢板为例进行标注。
标记举例: 08F钢, 1.5mm厚, 较高精度, 高级的精整表面, 深拉深级的钢板表示为:
钢板 ..

1.2.2 冲压材料的选用
冲压材料的选用一般在产品设计时已经由设计人员考虑, 工艺人员只对材料选用合理性进行分析并提出合理化建议。除在选用时主要考虑冲压件应满足相应强度、 刚度、 韧性及耐蚀性和耐热性等方面的要求外, 一般应具有较好的塑性, 因此冲压用材料大多为低碳钢。根据加工方法不同, 对冲压材料的要求也不相同, 特别是拉深时, 对材料的塑性、 表面质量要求较高。

四 任务实施
1 加工方法的选择
根据所提供的材料( 钢板) 及生产批量的大小, 加工此类制件宜选用的方法是冲压加工。
2 材料选择
图1-1a所示制件, 选用钢板Q235A-δ2, 图1-1b所示制件, 选用钢板08F-δ1.5。
3 工序的划分
图1-1a所示零件, 在冲压加工过程中, 包含以下几个工序:
1) 落料: 像图1-4a图
所示, 需要一个分别轮廓的圆形形状, 而留下的条料为废料的冲压加工称为落料。模具外形如图1-2所示。

2) 冲孔: 像图1-4b所示, 在图1-4a的基础上, 对得到的制件再进行冲压加工, 需要的是带孔的零件, 而留下的圆形外形为废料, 这种冲压加工工序称为冲孔。

图1-1b所示零件, 在冲压加工过程中, 包含以下几个工序:
1) 落料: 同上。
2) 拉深: 像图1-4c所示, 将落料毛坯冲压加工成开口空心件的加工方法称为拉深。

五 评价与思考
冲压工序分类是学习冲压工艺的基础, 学生能够分组讨论下列实例的冲压工序, 并进行相互评价, 教师在适当情形下进行点评, 引导学生学习。

汽水扳手 铰链座

图1-5
复习研讨题
1． 上网查资料说明什么是项目教学法? 有何特点?
2． 冷冲压工序可分为哪两大类? 它们的主要区别是什么? 字体颜色

3． 举例说明落料、 冲孔两个工序的特点。
4． 冲压用材料有何要求? 常见冲压材料有哪些?