板料沖壓的基本工序有哪些
板料沖壓的基本工序可分為兩大類：分離工序和變形工序。分離工序是坯料一部分和另一部分分開的工序，如剪切、落料、沖孔、切邊和剖切等。變形工序是使得坯料發生塑性變形的工序，如彎曲、拉深、成形等。
(1)沖裁
沖裁是使坯料按封閉輪廓分離的工序，包括落料和沖孔。落料和沖孔這兩個工序中坯料變形過程和模具結構都是一樣的，只是選用的不同：落料是沖下的部分為成品，剩余部分為廢料，而沖孔是沖下的部分為廢料，剩余部分為成品。
1)沖裁變形過程
沖裁過程大致可以分成3個階段，如圖3.3.1所示。
圖3.3.1 沖裁變形過程
①彈性變形階段
是沖頭接觸板料后向下運動的初始階段，此時板料產生彈性壓縮、拉伸與彎曲等變形，這時板料略擠入凹?？?。隨著沖頭的繼續壓入，板料中的應力迅速增大，一直到彈性極限。此時，凸模(沖頭)處的材料略有彎曲，凹模上的材料則向上翹。凸、凹之間的間隙越大，彎曲和上翹越明顯。
②塑性變形階段
沖頭繼續壓入，板料中的應力值超過屈服極限，產生了塑性變形。隨著沖頭擠入材料的深度逐漸增大，塑性變形的程度也逐漸增大，材料內部的拉應力和彎矩都增大，位于凸凹模刃口處的材料加工硬化加劇，出現微裂紋，塑性變形階段結束。
③斷裂分離階段
沖頭繼續壓入，已形成的上、下微裂紋逐漸擴大并向材料內部延伸，當上、下裂紋相遇重合時，材料被剪斷分離，沖裁件被分離后，其斷裂面有明顯的區域特征。
沖裁件斷面質量主要與凸凹模間隙、刃口鋒利程度有關，同時也受模具結構、沖裁速度、材料性能及厚度等因素的影響。
2)凸凹模間隙
凸凹模間隙不僅嚴重影響沖裁件的斷面質量，而且影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。
沖裁所得的落料件和板料孔的斷面由圓角、光亮帶和斷裂帶組成，如圖3.3.2所示。光亮帶為圓柱形，沖裁硬度高、塑性差的材料時，光亮帶較窄;沖裁硬度低、塑性好的材料時，光亮帶較寬。光亮帶直徑代表了落料件和沖孔的尺寸。從沖裁變形過程可以看出，落料尺寸等于凹模尺寸，孔的尺寸等于凸模尺寸。所以落料時，由落料件尺寸確定凹模尺寸，而凸模尺寸等于凹模尺寸減去雙邊間隙;沖孔時，由沖孔件孔的尺寸確定凸模尺寸，而凹模尺寸等于凸模尺寸加上雙邊間隙。制造沖裁模時，一般單邊間隙取5%～10%板厚。沖裁軟材料時間隙取小值，沖裁硬材料時間隙取大值。
圖3.3.2 沖裁件的斷面
凹、凸模之間間隙過小，材料在變形過程中壓應力增強，拉應力減小，裂紋的產生和擴展受到限制，沖裁力加大。而且，凸模產生的裂紋相對于凹模裂紋向外錯開一些距離，導致毛刺增大;間隙過大，材料在變形過程中拉應力增強，壓應力減小，有利于裂紋的產生和擴展。凸模產生的裂紋相對于凹模裂紋向里錯開一些距離，也導致毛刺增大。只有將間隙控制在一定范圍內，凹、凸模具截面上的裂紋延伸才能交于一點，沖壓件表面質量高，毛刺最小。
沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間、凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，摩擦越嚴重。凹凸模間隙是影響模具壽命諸因素中最主要的一個因素。過小的間隙對延長模具使用壽命極為不利。
凸凹模間隙對卸料力、推件力也有比較明顯的影響。間隙越大，則卸料力和推件力越小。
在沖壓的實際生產中，間隙的選用主要考慮沖裁件斷面質量和模具壽命這兩個重要的因素。一般說來，當對沖裁件斷面的質量要求較高時，就選取較小的間隙值，而當對沖裁件質量要求不高時，則可加大間隙值，以利于提高沖模的壽命。
(2)拉深
拉深是利用模具使坯料變形成開口空心零件的變形工序，如圖3.3.3所示。拉深用的凹、凸模和沖裁模不同，它們的工作部分沒有鋒利的刃口，而是做成較大半徑的圓角，凹模圓角半徑R=(5～10)t(式中t為板厚)，凸模圓角半徑r=(0.6～1)R，并且凸、凹模之間的間隙稍大于板料的厚度，即單邊間隙為(1.1～1.2)t。
圖3.3.3 拉深工序
拉深后零件的直徑d與拉深前坯料直徑D的比值稱為拉深系數m，即
m= d/D
拉深系數是衡量變形程度的指標。拉深系數越小，表明拉深件直徑越小，變形程度越大。一般m= 0.5～0.8，m值過小，拉深過程中會出現底部拉裂現象。
如果拉深系數過小，不能一次拉深成形時，則采用多次拉深工藝，如圖3.3.4、圖3.3.5所示。多次拉深過程中，必然產生加工硬化現象。為保證坯料具有足夠的塑性，生產中坯料經過一兩次拉深后，就安排工序間的退火處理。其次，在多次拉深中，拉深系數應一次比一次略大些，確保拉深件質量，使生產順利進行?？偫钕禂档扔诿看卫钕禂档某朔e。
拉深過程中，坯料外緣在切向受壓縮，容易產生起皺現象，相對厚度越小或拉深系數越小越容易起皺。嚴重起皺，容易使坯料拉斷;輕微起皺，也影響拉深件表面質量。為了避免拉深件起皺，拉深時要用壓邊圈在一定的壓力下將坯料壓在凹模表面上。為了減少摩擦，減少壓邊圈和模具的磨損，拉伸時需在坯料兩面涂上潤滑劑。
圖3.3.4 多次拉深
圖3.3.5 多次拉深時圓直徑的變化
(3)彎曲
彎曲是利用模具或其他工具將坯料的一部分相對另一部分彎曲成一定角度的變形工序。彎曲過程如圖3.3.6所示。
坯料彎曲時，曲率發生變化的部分為變形區，變形區坯料內側受壓縮，外側受拉伸，中間有一層材料既不被壓縮也不被拉伸，這層材料稱為中性層。如變形時外側拉應力超過坯料的抗拉強度極限時，則會造成金屬破裂，內側金屬也會因受壓力過大而使彎曲內側失穩起皺。
圖3.3.6 彎曲變形過程簡圖
坯料厚度越厚，內彎曲半徑r越小，則壓縮和拉伸應力越大，越容易彎裂。為防止破裂，彎曲半徑應r min≥(0.25～1)t(式中t為板厚)，材料塑性好，彎曲半徑可選小值，材料塑性差，彎曲半徑應選大值。
導致彎曲破裂還與材料的纖維方向有關。彎曲時應盡可能使彎曲中心線與坯料纖維方向垂直，若彎曲中心線與纖維方向一致，則容易產生破裂，此時可用增大最小彎曲半徑來避免。
彎曲變形與任何方式的塑性變形一樣，在總變形量中總存在一部分彈性變形。當外力去掉后，這部分彈性變形部分要恢復，使被彎曲的角度增大，這種現象稱為回彈。一般回彈角為0°～10°。因此，在設計彎曲模時必須使模具的角度比成品件角度小一個回彈角，以補償彈性變形的回彈角，使零件得到準確的彎曲角度。
(4)脹形
脹形是利用坯料局部厚度變薄形成零件的變形工序。脹形主要有平板坯料脹形(圖3.3.7)、管坯脹形(圖3.3.8)、球體脹形(圖3.3.9)、拉形(圖3.3.10)等幾種方式。
具體脹形方法有剛模脹形和利用液體、氣體或橡膠壓力成型的軟模脹形。脹形時鋼材的塑性變形局限在一個固定的變形區范圍內，板料不向變形區外轉移，也不從外部進入。脹形變形區內的金屬在變形時處于兩向受拉的應力狀態，表面積增大，板厚變薄。
圖3.3.7 平板坯料脹形
圖3.3.8 管坯脹形
1—凸?！?—凹?！?—坯料 4—橡膠 5—外套
圖3.3.9 球體脹形
圖3.3.10 拉形
脹形時在變形區板料截面上只有拉應力的作用，而且在厚度方向應力分布比較均勻，在受力狀態下板材的幾何形狀易于固定，卸載后彈復現象較小;變形區板料不會產生失穩起皺現象，沖成的零件表面光滑，質量好;脹形容易得到尺寸精度較高的零件。在某些曲率不大的曲面零件沖壓生產中常采用脹形方法或主要是脹形作用的拉深方法來加工。有時也采用脹形來對沖壓零件進行矯形，提高其尺寸精度。
拉形也是一種脹形加工的方法。常用于板厚較小，曲率半徑很大的彎曲面的加工。拉形變形與一般彎曲變形不同之處在于拉形內外部都受拉應力。當外力去除后，材料內外表面產生相同方向的回彈，而彎距回彈較小。因此，零件成型形狀容易固定，成型精度較高。
(5)翻邊
使帶孔的平板料孔口獲得凸緣的工序。翻邊前板料孔的直徑是d0，翻邊變形區是內徑為d0而外徑為d1的環形部分，如圖3.3.11所示。在翻邊過程中，變形區在沖頭的作用下其內徑d不斷地增大，直到翻邊結束，內徑d擴大到沖頭的直徑內徑d p，形成了豎直的凸緣，翻邊凸模圓角半徑r n=(4～9)t。
在翻邊工序里，如果翻邊孔的直徑超過容許值的大小，就會使孔的邊緣造成破裂，其允許值可用翻邊系數K來估計
當低碳鋼板翻邊時，如其d0/t(孔徑/板厚)的值為10，則K的極限系數數值K0= 0.45，用鉆孔的方法代替沖孔或者沖孔后進行整修，再進行翻邊時的K0= 0.36，提高了翻邊極限變形程度。
圖3.3.11 翻邊
當零件所需凸緣的高度較大，用一次翻邊成型計算出的翻邊系數值很小，直接成型無法進行時，則可采用先拉深、后沖孔(按K0計算得到的容許孔徑)、再翻邊的工藝來實現，如圖3.3.12所示。
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