3.4 板料冲压
板料冲压是指利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法。板料冲压的坯料通常都是较薄的金属板料，而且，冲压时通常在常温进行，故又称为冷冲压，简称冲压。用冲压的方法制成的工件或毛坯称为冲压件。
3.4.1 概述
3.4.1.1 板料冲压的特点和应用
与锻造和其他加工方法相比，板料冲压具有下列特点：
（1）它是在常温下通过塑性变形对金属板料进行加工的，因而，原材料必须具有足够的塑性和较低的变形抗力。
（2）冲压件经过变形强化作用，成形后具有结构轻巧、强度和刚度较高的优点。
（3）冲压件尺寸精度高、质量稳定、互换性好，一般不再进行切削加工，即可作为零件使用。
（4）冲压生产操作简单方便，生产率高，便于实现机械化和自动化。
（5）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用高，主要适用于大批量生产。
板料冲压是机械制造中的重要加工方法之一，它在现代工业的许多部门都得到广泛的应用，特别是在汽车制造、拖拉机、电机、电器、仪器仪表、兵器及日用品生产等工业部门。
3.4.1.2 冲压设备
板料冲压设备主要是剪床和冲床。
（1）剪床
剪床用于把板料切成需要宽度的条料，以供冲压工序使用。如图3-11所示为斜刃剪床的外形及传动机构。生产中，常用的剪床还有平刃剪、圆盘剪等。
图3-11 剪床
1—电动机 2—轴 3—离合器 4—曲轴 5—滑块 6—工作台 7—滑块制动器
（2）冲床
冲床的种类较多，主要有单柱冲床、双柱冲床、双动冲床等。如图3-12所示为单柱冲床外形及传动示意图。
3.4.2 板料冲压的基本工序
板料冲压的基本工序有分离工序和成形工序两大类。
分离工序是指使坯料的一部分与另一部分分离的工序，包括裁剪、落料、冲孔、整修等。成形工序是指使板料发生塑性变形，以获得规定形状工件的工序，包括弯曲、拉深、翻边、缩口、成形等。
3.4.2.1 冲裁
冲裁是指使板料沿封闭的轮廓线分离的工序，包括冲孔和落料。这两个工序的坯料变形过程和模具结构都是一样的，区别在于冲孔是在板料上冲出孔洞，被分离的部分为废料，而孔的周边是带孔的成品；落料是被分离的部分是成品，周边是废料。
图3-12 单柱冲床
1—制动闸 2—曲轴 3—离合器 4—飞轮 5—电动机 6—踏板 7—滑块 8—连杆
冲裁时板料的变形和分离过程，如图3-13所示。凸模和凹模的边缘都带有锋利的刃口。当凸模向下运动压住板料时，板料受到挤压，产生弹性变形并进而产生塑性变形，当上、下刃口附近材料内的应力超过一定限度后，即开始出现裂纹。随着冲头（凸模）继续下压，上、下裂纹逐渐向板料内部扩展直至汇合，板料即被切离。
图3-13 冲裁过程
3.4.2.2 弯曲
弯曲是指将平直板料弯成一定角度和圆弧的工序，如图3-14所示。弯曲时，坯料外侧的金属受拉应力作用，发生伸长变形；坯料内侧金属受压应力作用，产生压缩变形。在这两个应力—应变区之间存在一个不产生应力和应变的中性层，其位置在板料的中心部位。当外侧的拉应力超过材料的抗拉强度时，将产生弯裂现象。坯料越厚、内弯曲半径r越小，坯料的压缩和拉伸应力越大，越容易弯裂。
图3-14 弯曲过程示意图
3.4.2.3 拉深
拉深是指利用拉深模使平面板料变为开口空心件的冲压工序，又称拉延。拉深可以制成筒形、阶梯形、球形及其他复杂形状的薄壁零件。
拉深过程如图3-15所示。原始直径为D的板料，经拉深后变成内径为d的杯形零件。凸模压入过程中，伴随着坯料变形和厚度的变化。拉深件的底部一般不变形，厚度基本不变。其余环形部分坯料经变形成为空心件的侧壁，厚度有所减小。侧壁与底之间的过渡圆角部位被拉薄最严重。拉深件的法兰部分厚度有所增加。拉深件的成形是金属材料产生塑性流动的结果，坯料直径越大，空心件直径越小，变形程度越大。
拉深件最容易产生的缺陷是拉裂和起皱。拉裂产生的最危险的部位是侧壁与底的过渡圆角处。为使拉深过程正常进行，必须把底部和侧壁的拉应力限制在不使材料发生塑性变形的限度内，而环形区内的径向拉应力，则应达到和超过材料的屈服极限，并且任何部位的应力总和都必须小于材料的强度极限，否则就会造成如图3-16（a）所示的拉穿缺陷。起皱是拉深时坯料的法兰部分受到切向压应力的作用，使整个法兰产生波浪形的连续弯曲现象。环形变形区内的切向压应力很大，很容易使板料产生如图3-16（b）所示的皱折现象，从而造成废品。
图3-15 拉深过程
1—冲头 2—压板 3—凹模
图3-16 拉深废品
3.4.2.4 成形
成形是指使板料或半成品改变局部形状的工序，包括压肋、压坑、胀形、翻边等。成形工序使冲压件具有更好的刚度和更加合理的空间形状。
（1）压肋和压坑（包括压字，压花）
压肋和压坑是压制出各种形状的凸起和凹陷的工序。采用的模具有刚模和软模两种。如图3-17所示是用刚模压坑。与拉深不同，此时只有冲头下的这一小部分金属在拉应力作用下产生塑性变形，其余部分的金属并不发生变形。如图3-18所示是用软模压肋，软模是用橡胶等柔性物体代替一半模具。这样，可以简化模具制造，冲制形状复杂的零件。但软模块使用寿命低，需经常更换。此外，也可采用气压或液压成形。
图3-17 刚模压坑
图3-18 软模压肋
（2）胀形
胀形是将拉深件轴线方向上局部区段的直径胀大，也可采用刚模（如图3-19所示）或软模（如图3-20所示）进行。刚模胀形时，由于芯子2的锥面作用，分瓣凸模1在压下的同时沿径向扩张，使工件3胀形。顶杆4将分瓣凸模顶回到起始位置后，即可将工件取出。显然，刚模的结构和冲压工艺都比较复杂，而采用软模则简便得多。因此，软模胀形得到广泛应用。
图3-19 刚模胀形
1—分瓣凸模 2—芯子 3—工件 4—顶杆
图3-20 软模胀形
1—凸模 2—凹模 3—工件4—橡胶 5—外套 6—垫块
（3）翻边
翻边是指在板料或半成品上沿一定的曲线翻起竖立边缘的冲压工序。按变形的性质，翻边可分为伸长翻边和压缩翻边。当翻边在平面上进行时，称平面翻边；当翻边在曲面上进行时，称曲面翻边，如图3-21所示。孔的翻边是伸长类平面翻边的一种特定形式，又称翻孔。翻孔过程如图3-22所示。
图3-21 曲面翻边
图3-22 翻孔过程