钣金冲压模具和工艺完整指南

钣金冲压是一种大批量生产工艺，使用专用模具和强力压力机将金属板材成型并切割成精密零件。该工艺广泛应用于汽车、航空航天和家电等行业，将材料的可成形性与精心设计的模具相结合，高效地生产复杂的零部件。

1.0钣金冲压和模具简介

钣金冲压是一种大批量生产工艺，使用 冲压机 以及专用模具，将金属板材成型并切割成成品部件。压力机提供所需的力来闭合模具组，从而形成零件。

虽然生产冲压通常使用厚度为 0.020 英寸至 0.080 英寸的金属板材料进行，但该工艺也可应用于非常薄的箔片（0.001 英寸）和接近 1.000 英寸的厚板原料。

2.0了解金属板材的成形性和延展性

成形性是决定金属板材冲压性能的主要属性。它指的是材料弯曲、拉伸或拉深成所需形状的能力。这些特性属于冶金学术语 延展性，即材料在不断裂的情况下变形和伸长的能力。零件的几何形状和复杂性直接影响材料需要变形的程度。
除了材料特性外，其他因素也会影响成形性，例如：

• 模具设计
• 印刷机的类型和能力
• 压机行程速度
• 润滑方法
• 金属板进料机构
• 监控系统

3.0钣金冲压模具：组件和功能

“模具”是指用于生产冲压金属零件的工具。一套模具通常包含公模和母模，它们相互反向运动，对板材进行成形或冲压。上模（可以是公模或母模）安装在压力机的压头上，用于实现垂直冲程。下模（可以是公模或母模）固定在压力机床身的垫板上。导销确保上下模（可以是公模或母模）之间的精确对准。
模具经过精心设计，以确保每次冲压都能提供一致、准确的结果。

4.0切模和落料操作

切割模具用于将金属板剪切成所需的形状。它们执行几项特定的操作，例如：

• 消隐：从板材上切割零件的整个外部轮廓
• 冲孔：去除金属块以形成孔或槽
• 修剪：从成型部件上切除多余的金属

在这些操作中，凸模（阳模）和凹模（阴模）之间适当的模具间隙至关重要。该间隙取决于原料的厚度和硬度。一般来说，原料越厚或越硬，需要的间隙就越大。较软的金属允许凸模穿透得更深。

5.0成型模具及其关键工序

成型是指根据模具轮廓而非切割来塑造金属形状。常见的成型操作包括：

• 绘画：将毛坯拉入模腔以形成深形状。这需要 压边圈 控制金属流动并防止起皱或破裂。
• 弯曲：创建定义的角度或曲线以增加刚性和形状
• 翻边：从边缘形成小角度延伸，以增加强度或紧固
• 包边：将法兰折叠起来，形成光滑的边缘，方便零件配合

每个成型操作都会对最终零件的整体几何形状、强度和功能产生影响。

6.0单工位和多工位模具

冲压操作可以使用不同类型的模具进行：

• 单工位模具:
• 复合模具：同时执行多种切割操作，例如落料和冲孔
• 组合模具：在一个模具中结合切割和成型

多工位模具:

• 渐进模：采用卷材送料，每个工位执行冲压工艺中的一项步骤。零件通过载体带保持连接，直至完全成型并分离。
• 转移模具：使用预切毛坯，通过机械方式在同一模具组内从一个工位转移到另一个工位
• 串联冲压线：大规模操作，其中一系列压力机分别执行特定任务（例如，拉伸或修整）

这些不同的模具配置使得复杂零件能够高效、高产量地生产。

7.0冲压模具润滑的重要性

在冲压过程中，模具与金属坯料之间的高压接触会产生很大的摩擦。润滑可以减少这种摩擦，延长模具寿命，降低所需吨位，并改善表面光洁度。
常见的润滑剂类型包括：

• 轻质矿物油
• 高粘度拉丝剂
• 油基、水溶性或合成润滑剂
  这些可以通过以下方式应用：
• 手动刷或滚筒
• 滴灌系统
• 自动化机器滚筒
• 喷洒或漫灌

选择正确的润滑方法和流体对于成功、一致的成型过程至关重要。

8.0圆网格分析（CGA）：优化冲压件质量

即使模具设计精良，最初的冲压件也未必符合规格。模具制造商使用 圆网格分析（CGA） 用于评估材料变形。在CGA中，会在毛坯上蚀刻出由小圆圈组成的网格。随着零件的冲压，网格会变形，从而显示出凸显过度应变、变薄、起皱或其他缺陷的图案。
通过分析变形的网格，模具制造商可以确定模具需要修改的位置。该过程不断重复，直到最终零件满足质量要求。

9.0在模具设计中使用有限元建模（FEM）

为了减少反复试验所花费的时间，工程师越来越多地使用仿真工具，例如 有限元建模（FEM）有限元法 (FEM) 可以对深拉等复杂成型工艺进行虚拟分析，在制造实体模具之前预测材料的性能。这有助于：

• 最大程度减少模具返工
• 优化毛坯形状和尺寸
• 确保零件在模具制造前可制造
  FEM 与 CGA 和专业工艺相结合，可实现更高效的冲压工作流程和更高质量的零件。

10.0常见问题解答：钣金冲压和模具

问题1：钣金冲压中落料与冲孔有什么区别？
答案1： 落料是从板材上切下零件的外周，而冲孔则是去除废料，在零件内部形成孔或开口。这两种操作都需要用到冲模。

问题 2：渐进模和传递模有何不同？
答案2： 级进模将卷料送入多个模位，每个模位对连续带材执行不同的操作。传送模使用机械传送系统将单个坯料从一个模位移动到另一个模位。

问题 3：为什么模具间隙在冲压操作中如此重要？
答案3： 适当的模具间隙可确保切口干净利落，防止毛刺，并减少刀具磨损。必须根据坯料厚度和材料特性进行调整。

问题4：深拉过程中出现起皱或撕裂的原因是什么？
A4： 成形性差、压边力不足或冲头/模具设计不当都可能导致起皱、变薄或撕裂。这些缺陷通常可以通过CGA或FEM分析来识别和纠正。

Q5：金属冲压应该使用什么类型的润滑剂？
答案5： 润滑剂的选择取决于操作类型和材料。轻质油常用于轻型成型，而重载拉伸则可能需要高粘度合成化合物。使用方法也会影响效率。

Q6：一个模具可以执行多种操作吗？
答案6： 是的。复合模具和组合模具可以同时完成落料、冲孔和成型。多工位模具（例如级进式或传送式系统）则通过不同的工位对操作进行排序。

问题 7：有限元建模如何改进模具设计？
答案7： 有限元法 (FEM) 在模具制造之前模拟材料流动和变形。它可以识别潜在的故障区域，减少返工，并确保零件能够准确高效地生产。

参考

https://www.tldmetal.com.tw/news_detail/21.htm