金属冲压设计指南：材料、公差和成型

金属冲压是一种经济有效的制造耐用、高强度、耐磨且性能稳定一致的部件的方法。

 在本指南中，我们分享全面的见解和最佳实践，以帮助您设计最大限度提高可制造性、可重复性和材料效率的冲压零件。

1.0冲压件的材料选择

选择合适的金属板材或带材至关重要。材料的价格、供应情况和性能特征差异很大。务必同时考虑机械性能和采购因素：

• 库存与定制可用性：标准规格尺寸通常都有库存，对于成本敏感或快速交付的应用应优先考虑。
• 最低数量：钢厂通常需要卡车装载定制厚度或合金的钢材。如果您的需求较小，通过仓库采购或许更方便，但供货情况会有所不同。
• 重新滚动选项：专业轧机可以满足小批量需求，但成本会大幅增加。

常见冲压材料比较

2.0金属冲压中的公差考虑因素

标准钢材等级采用固定厚度规格，并规定了公差。虽然可以缩小公差，但这样做通常会增加成本。指定材料公差时：

• 坚持 行业标准厚度尽可能。
• 理解 严格的公差可能会限制采购选择，特别是针对非标准材料规格。
• 松动的 公差 可以使用仓库库存，从而降低成本和交货时间。

3.0材料化学：避免过度规范

导致印花税成本上涨的主要原因之一是 合金规格过高虽然存在多种铁合金和有色合金，但通常只有少数库存。特种合金通常必须大批量定制熔炼。

• 利用现代 连续铸造，大大提高了合金的一致性和延展性。
• 考虑使用 仓库 材料 只要您的公差和应用允许。

4.0冲裁、修边和穿孔技术

了解冲压过程中的孔形成

冲压件毛刺的管理

毛刺是冲压加工的自然结果，类似于注塑成型中的分型线。预计毛刺高度可达 材料厚度10%。这些可以是：

• 对于非化妆品用途，请保持原样。
• 钝化或 已删除 如果需要，可以通过批量精加工或二次加工来实现。

5.0孔和特征的尺寸公差

冲头和模具间隙（通常每侧材料厚度为 8-10%）会导致：

• 内部特征（例如，孔）锥度 顶部较宽.
• 外部特征（例如，标签）锥度 底部较窄.

设计师应该：

• 尺寸孔位于 最小/剪切直径.
• 尺寸外部特征 最大/剪切部分.
• 使用 剃须 如果有必要，可以对直边进行操作，但需要增加成本。

材料的典型公差

6.0精密孔位置公差

• 同平面穿孔 非常精确：孔间距通常为±.002″。
• 如果孔 小于 1.5 倍材料厚度或 不同的平面，必须放宽公差以解决回弹和弯曲变化。
• 孔距紧密 可能需要单独操作来保持准确性。

7.0金属冲压模具设计指南

8.0冲压操作中的弯曲和成型

金属成型 冲压机 是一种线性、垂直操作。材料的成形性取决于其 合金和回火:

• 温度越低=延展性越好，较易成型。
• 更硬的回火=更多的回弹，要求 过度弯曲

形成经验规则：

• 90°弯头 是标准的；更复杂的形状可能需要额外的模具站或转移到 数控折弯机 用于后成型操作。
• 这 成形腿 应该是 ≥2.5×材料厚度 超出弯曲半径以确保结构完整性和可重复性。

9.0管理变形和弯曲缺陷

当材料弯曲时：

• 这 内表面压缩; 这 外表面延伸.
• 这可能会导致 壁厚变薄, 凸起， 或者 夹角.

要解决此问题：

• 添加 泄压孔 在相交弯曲的底部（例如，在盒子角落）。
• 轮廓毛坯 以避免关键区域出现弯曲凸起。
• 添加注释，例如 “此区域不允许凸起，” 如果需要的话，在图纸上。

10.0成形特征的尺寸和公差

弯曲会引入多个变量：

• 材料厚度公差
• 角度弯曲公差（典型值±1°）
• 工位间工具精度

设计指南：

• 弯曲内侧的尺寸，而不是从外边缘。
• 当特征远离弯道时， 角度变化 可能导致较大的尺寸偏差。这应计入公差计算中。
• 复杂的表格可能需要 限定或定型操作 以保持准确性。

11.0深冲压：设计和工艺指南

什么是深拉？

深拉将扁平毛坯拉到圆角模具上并拉入型腔，形成 封闭式底部外壳 或者 圆柱形杯. 与拉伸成型不同，该材料 拉，沒有拉伸。

深拉设计的意义

• 这 冲头必须是锥形的，允许拆卸零件。
• 贝壳会有自然的锥度 从底部（窄）到顶部（宽）。
• 材料晶粒方向可能导致 不圆的炮弹一个 法兰 可以帮助保持圆润。
• 捏 装饰物 留出部分内圆半径和锐利的外边缘。如果要求平齐切割，则需要进行机械加工。

指定绘制的壳

由于厚度在拉伸过程中会发生变化：

使用下列方法之一：

• 材料起始厚度
• 最小壁厚
• 最大壁厚

方面 ID（内径） 当参考冲孔尺寸时。

方面 OD（外径） 当参考最终产品时，请注意锥度余量。

12.0金属冲压件的平整度

材料相关变形

卷材送料带状金属存在两个主要问题：

• 线圈组（纵向弯曲）：通常可以使用精密调平机或滚筒压平系统进行矫直，以纠正纵向线圈曲率。
• 弩（沿宽度弯曲）：更难去除，并且通常会影响最终的平整度。

工艺引起的失真

冲裁和成型应力使材料边缘弯曲或卷起，特别是在：

• 较厚的材料
• 更硬的合金（例如不锈钢、高强度钢）

为了尽量减少失真：

• 避免穿孔 彼此太近 或者 靠近边缘—留下≥1.5倍厚度。
• 保留孔 距离弯曲或形状≥2倍厚度.
• 如果不可能的话， 扩大孔公差 以解释扭曲。

13.0冲压件表面外观管理

工具痕迹

由于力量强大， 工具痕迹不可避免 在许多情况下：

• 擦拭成型在外弯处留下划痕。
• 绘画 原因 冲击线.
• 压花和压纹 留下明显的压痕。

创意模具设计和 精细的模具表面 可以最大限度地减少这些，特别是在 外观很重要.

14.0处理和表面保护

大多数冲压件是：

• 散装处理 通过生产线。
• 批量完成（翻滚、去毛刺等）。
• 散装，往往没有个人防护。

对于敏感部位：

• 定义 化妆品 要求 在图纸上。
• 考虑 独立包装 或者 最后的精加工工序 如果表面完整性至关重要。

15.0最后的想法

通过理解并应用这些金属冲压设计原则，您可以显著提高零件质量、降低生产成本并确保始终如一的可制造性。无论是选择合适的材料、确定深冲压的公差，还是设计符合形状要求的特征，与经验丰富的模具工程师和制造商合作都能获得最佳效果。

16.0关于金属冲压设计的常见问题 (FAQ)

1. 哪些材料最适合金属冲压？

金属冲压常用的材料包括碳钢、不锈钢、铝、铜和黄铜。最佳选择取决于您的应用对强度、成形性、导电性、耐腐蚀性和成本效益的需求。

2. 如何最大程度减少金属冲压件的毛刺？

毛刺是冲裁和穿孔过程中常见的副产品。为了尽量减少毛刺高度，请执行以下操作：

• 使用最佳冲头/模具间隙（每侧材料厚度约为 8-10%）
• 确保工具锋利并进行维护
• 考虑进行二次去毛刺或翻滚操作以实现美观效果

3. 冲压金属零件的典型公差是多少？

在高精度应用中，孔或边缘的标准尺寸公差通常可保持在±0.002英寸。但是，公差可能会根据以下因素而放宽：

• 材料厚度和回火
• 刀具磨损和冲程速度
• 特征位置（平面与成形平面）

4. 金属冲压能实现复杂的3D形状吗？

是的。使用级进模和复合模具，可以实现复杂的形状，包括弯曲、偏移、百叶窗和浅拉伸。对于更深的形状， 深冲压 尽管它引入了壁厚和锥度，但仍被采用。

5、材料回弹如何影响折弯精度？

材料越硬，弯曲越小，回弹就越明显。为了补偿：

• 稍微弯曲角度
• 考虑材料晶粒方向和回火
• 使用旨在抵消回弹效应的成形工具

6. 冲压件孔之间的最小间距是多少？

为了避免变形，孔的间距至少应 1.5×材料厚度 分开。对于靠近弯曲处的孔，保持它们 距弯曲半径 2 倍材料厚度.

7. 为什么我的冲压件不是完全平整？

平整度问题可能由以下原因造成：

• 线圈组和原始带状的弩
• 穿孔特征附近的材料过度变薄
• 在无支撑边缘附近进行成型操作
  工具调整或二次压平操作可以帮助缓解这种情况。

8. 金属冲压件可以达到化妆品级吗？

是的，但必须在图纸上明确定义外观要求。模具设计、处理方法和后处理（例如翻滚或保护性包装）均可定制，以满足外观质量标准。

9.深拉和拉伸成型有什么区别？

• 深拉伸 将材料拉入腔体，导致壁增厚和底部封闭。
• 拉伸成型 将板材拉伸到模具上，使壁变薄，并且通常底部敞开。
  深拉非常适合高强度、封闭容器状的形状。

10. 如何降低金属冲压设计的成本？

• 使用标准量规和常见合金。
• 除非必要，否则避免公差过紧。
• 设计特征时考虑可制造性（例如间距、半径、腿长）
• 在设计阶段早期咨询冲压厂。

 

参考

https://www.researchgate.net/figure/Schematic-presentation-of-the-conventional-deep-drawing-process_fig1_283671332

https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/bending/r-d-update-edge-fracture-in-hole-extrusion-and-flanging-part-i

https://aminds.com/understanding-sheet-metal-stamping-guideline-for-buyers/