典型冲压件冲压工艺设计实例
汽车车门玻璃升降器外壳件的形状、尺寸如图 8.2.1 所示，材料为 08 钢板，板厚 1.5mm ，中批量生产，打算采用冲压生产，要求编制冲压工艺。
8.2.1 冲压件的工艺分析
首先必须充分了解产品的应用场合和技术要求，并进行工艺分析。汽车车门上的玻璃抬起或降落是靠升降器操纵的。升降器部件装配简图如图 8.2.2 所示，本冲压件为其中的外壳 5 。升降器的传动机构装在外壳内，通过外壳凸缘上三个均布的小孔 φ 3.2mm 用铆钉铆接在车门座板上。传动轴 6 以 I T11 级的间隙配合装在外壳件右端孔 φ 16.5mm 的承托部位，通过制动扭簧 3 、联动片 9 及心轴 4 与小齿轮 11 联接，摇动手柄 7 时，传动轴将动力传递给小齿轮，然后带动大齿轮 12 ，推动车门玻璃升降。 该冲压件采用 1.5mm 的钢板冲压而成，可保证足够的刚度与强度。外壳内腔的主要配合尺寸φ 16.5 mm 、 φ 22.3 mm 、 16 mm 为IT11-IT12 级。为确保在铆合固定后，其承托部位与轴套的同轴度，三个φ 3.2mm 小孔与φ 16.5mm 间的相对位置要准确，小孔中心圆直径φ 42 ± 0.1mm 为 Ⅰ T10 级。此零件为旋转体，其形状特征表明，是一个带凸缘的圆筒形件。其主要的形状、尺寸可以由拉深、翻边、冲孔等冲压工序获得。作为拉深成形尺寸，其相对值 、 都比较合适，拉深工艺性较好。φ 22.3 mm 、 16 mm 的公差要求偏高，拉深件底部及口部的圆角半径 R1.5 mm 也偏小，故应在拉深之后，另加整形工序，并用制造精度较高、间隙较小的模具来达到。 三个小孔 φ 3.2 mm 的中心圆直径 42 ± 0.1mm 的精度要求较高，按冲裁件工艺性分析，应以 φ 22.3 mm 的内径定位，用高精度（IT7 级以上）冲模在一道工序
中同时冲出。
图 8.2.1 玻璃升降器外壳
图 8.2.2 玻璃升降器外壳的装配简图
8.2.2 冲压件冲压工艺过程的确定
一．工艺方案的分析比较
外壳的形状表明，它为拉深件，所以拉深为基本工序。凸缘上三小孔由冲孔工序完成。该零件φ 16.5 mm 部分（见图 8.2.1 右侧）的成形，可以有三种方法：一种可以采用阶梯拉深后车去底部；另一种可以采用阶梯拉深后冲去底部；第三种可以采用拉深后冲底孔，再翻边的方法（见图 8.2.3 所示）。
第一种方法车底的质量较高，但生产率低，在零件底部要求不高的情况下，不易采用。第二种方法在冲去底部之前，要求底部圆角半径接近于零，因此需要增加一道整形工序，而且质量不易保证。第三种方法虽然翻边的端部质量不及前两种好，但生产效率高，而且省料。由于外壳高度尺寸 21 mm 的公差要求不
高，翻边工艺完全可以保证零件的技术要求，故采用拉深后再冲孔翻边的方案还是比较合理的。
图 8.2.3 外壳底部的成形方案
a) 车切 ;b) 冲切 ;c) 冲孔翻边
二．工艺方案的确定
• 计算毛坯尺寸
在计算毛坯尺寸以前需要先确定翻边前的半成品形状和尺寸，核算翻边的变形程度。参见图 8.2.1 ，零件φ 16.5 mm 处的高度尺寸为： H =21-16 =5mm 。
根据翻边工艺计算公式，翻边系数 K 为：
将翻边高度 H =5 mm ；翻边直径 D =16.5+1.5 =18mm ；翻边圆角半径 r = 1 mm ；材料厚度 t =1.5mm
带入上式，得翻边系数：
预冲孔孔径 d = DK =11 mm ， d/t =11/1.5=7.33 ，查翻边系数极限值表知，当用圆柱形凸模预冲孔时，极限翻边系数 [ K ]=0.5 ，现 0.61>0.5 ，故能由冲孔后直接翻边获得 H =5 mm 的高度。翻边前的拉深件形状与尺寸如图 8.2.4 所示。
为了计算毛坯尺寸，还须确定切边余量。因为凸缘直径 d =50mm ，拉深直径 d
=23.8mm ，所以
，查拉深工艺资料，得凸缘修边余量 δ =1.8 mm ，实际凸缘直径 d' 凸 = d 凸 +2
δ = (50+3.6) mm ≈ 54 mm 。毛坯直径 D 按以下公式计算： D= =
≈ 65 mm
图 8.2.4 翻边前的半成品形状和尺寸
2 ．计算拉深次数
因为 t /D= 2.3% ， ， ，初定 r 1 ≈ ( 4 ～ 5) t , 从《冲压手册》中查表可得 极限拉深系数 [m 1 ]= 0.44 ， [ m 2 ]= 0.75 ，又由 [ m 1 ][ m 2 ] =0.44 × 0.75=0.33 ， 所以 m 总 ﹥ [ m 1 ][ m 2 ]。需要两次拉深，取 n =2 。
若采用接近于极限的拉深系数进行拉深，则需要选用较大的圆角半径，以保证拉深质量。目前零件的材料厚度 t =1.5mm 、圆角半径 r =2.55 mm ，约为 1.5 t ，过小，而且零件直径又较小，两次拉深难以满足零件的要求。因此需要在两次拉深后还增加一道整形工序，以得到更小的口部、底部圆角半径。 在实际应用中，可以采用三道拉深工序，依次减小拉深圆角半径，将总的拉深系数 m 总 =0.366分配到三道拉深工序中去，可以选取 m 1 = 0.56 ， m 2 = 0.805 , m 3 =0 .812 ，使
m 1 × m 2 × m 3 =0.56 × 0.805 × 0.812=0.366
3 ．工序的组合和顺序确定
对于外壳这样工序较多的冲压件，可以先确定出零件的基本工序，再考虑对所有的基本工序进行可能的组合排序，将由此得到的各种工艺方案进行分析比较，从中确定出适合于生产实际的最佳方案。
65 mm ，第一次拉深、第二次拉深（见图 8-11b ）、第三次拉深（见 外壳的全部基本工序为：落料 φ
图 8.2.5c ）、冲底孔 φ 11 mm （见图 8.2.5d ），翻边 φ 16.5 mm （见图 8.2.5e ），冲三小孔 φ
3.2 mm （见图 8.2.5f ），修边 φ 50 mm （见图 8.2.5g ）。共计八道基本工序，据此可以排出以下五种工艺方案：
方案一：落料与首次拉深复合（见图 8.2.5a ），其余按基本工序。
方案二：落料与首次拉深复合，冲 φ 11 mm 底孔与翻边复合（见图 8.2.6a ），冲三个小孔 φ 3.2 mm 与切边复合（见图 8.2.6b ），其余按基本工序。
方案三：落料与首次拉深复合，冲 φ 11 mm 底孔与冲三个小孔 φ 3.2 mm 复合（见图 8.2.7a ），翻边与切边复合（见图 8.2.7b ），其余按基本工序。
方案四：落料、首次拉深与冲 φ 11 mm 底孔复合（见图 8.2.8 ），其余按基本工序。
方案五：采用级进模或在多工位自动压力机上冲压。
分析比较上述五种方案，可以看出：方案二中，冲 φ
11mm 孔与翻边复合，由于模壁厚度较小
mm ，小于凸凹模间的最小壁厚 3.8 mm ，模具极易损坏。冲三个小孔 φ 3.2 mm 与切边复合，也存在模壁太薄的问题，此时 mm ，因此不宜采用。
方案三中，虽解决了上述模壁太薄的矛盾，但冲 φ 11 mm 底孔与冲三个小孔 φ 3.2 mm 复合及翻边与切边复合时，它们的刃口都不在同一平面上，而且磨损快慢也不一样，这会给修磨带来不便，修磨后要保持相对位置也有困难。
方案四中，落料、首次拉深与冲 φ 11 mm 底孔复合，冲孔凹模与拉深凸模做成一体，也会给修磨造成困难。特别是冲底孔后再经二次和三次拉深，孔径一旦变化，将会影响到翻边的高度尺寸和翻边口部的质量。
方案五采用级进模或多工位自动送料装置，生产效率高。模具结构复杂，制造周期长，成本高，因此，只有大批量生产中才较适合。
方案一没有上述缺点，但工序复合程度低、生产效率也低，不过单工序模具结构简单、制造费用低，这在中小批生产中却是合理的，因此决定采用第一方案。本方案在第三次拉深和翻边工序中，于冲压行程
临近终了时，模具可对工件刚性镦压而起到整形作用，故无需另加整形工序。
图 8.2.5 各工序的模具结构
a) 落料与拉深 ;b) 二次拉深 ;c) 三次拉深 ;d) 冲底孔 ;e) 翻边 ;f) 冲小孔 ;g) 切边
图8.2.6方案二的部分模具结构
a)冲孔与翻边;b)冲小孔与切边
图8.2.7方案三的部分模具结构
a)冲底孔与冲小孔；b)翻边与切边
图8.2.8方案四的落料，拉深与冲底孔复合模具结构
关于排样与裁板中各工序半成品尺寸的确定，各工序冲压力及设备的选择等，可参见前面的有关章节，从此处略。
典型冲压件冲压工艺设计实例
汽车车门玻璃升降器外壳件的形状、尺寸如图 8.2.1 所示，材料为 08 钢板，板厚 1.5mm ，中批量生产，打算采用冲压生产，要求编制冲压工艺。
8.2.1 冲压件的工艺分析
首先必须充分了解产品的应用场合和技术要求，并进行工艺分析。汽车车门上的玻璃抬起或降落是靠升降器操纵的。升降器部件装配简图如图 8.2.2 所示，本冲压件为其中的外壳 5 。升降器的传动机构装在外壳内，通过外壳凸缘上三个均布的小孔 φ 3.2mm 用铆钉铆接在车门座板上。传动轴 6 以 I T11 级的间隙配合装在外壳件右端孔 φ 16.5mm 的承托部位，通过制动扭簧 3 、联动片 9 及心轴 4 与小齿轮 11 联接，摇动手柄 7 时，传动轴将动力传递给小齿轮，然后带动大齿轮 12 ，推动车门玻璃升降。 该冲压件采用 1.5mm 的钢板冲压而成，可保证足够的刚度与强度。外壳内腔的主要配合尺寸φ 16.5 mm 、 φ 22.3 mm 、 16 mm 为IT11-IT12 级。为确保在铆合固定后，其承托部位与轴套的同轴度，三个φ 3.2mm 小孔与φ 16.5mm 间的相对位置要准确，小孔中心圆直径φ 42 ± 0.1mm 为 Ⅰ T10 级。此零件为旋转体，其形状特征表明，是一个带凸缘的圆筒形件。其主要的形状、尺寸可以由拉深、翻边、冲孔等冲压工序获得。作为拉深成形尺寸，其相对值 、 都比较合适，拉深工艺性较好。φ 22.3 mm 、 16 mm 的公差要求偏高，拉深件底部及口部的圆角半径 R1.5 mm 也偏小，故应在拉深之后，另加整形工序，并用制造精度较高、间隙较小的模具来达到。 三个小孔 φ 3.2 mm 的中心圆直径 42 ± 0.1mm 的精度要求较高，按冲裁件工艺性分析，应以 φ 22.3 mm 的内径定位，用高精度（IT7 级以上）冲模在一道工序
中同时冲出。
图 8.2.1 玻璃升降器外壳
图 8.2.2 玻璃升降器外壳的装配简图
8.2.2 冲压件冲压工艺过程的确定
一．工艺方案的分析比较
外壳的形状表明，它为拉深件，所以拉深为基本工序。凸缘上三小孔由冲孔工序完成。该零件φ 16.5 mm 部分（见图 8.2.1 右侧）的成形，可以有三种方法：一种可以采用阶梯拉深后车去底部；另一种可以采用阶梯拉深后冲去底部；第三种可以采用拉深后冲底孔，再翻边的方法（见图 8.2.3 所示）。
第一种方法车底的质量较高，但生产率低，在零件底部要求不高的情况下，不易采用。第二种方法在冲去底部之前，要求底部圆角半径接近于零，因此需要增加一道整形工序，而且质量不易保证。第三种方法虽然翻边的端部质量不及前两种好，但生产效率高，而且省料。由于外壳高度尺寸 21 mm 的公差要求不
高，翻边工艺完全可以保证零件的技术要求，故采用拉深后再冲孔翻边的方案还是比较合理的。
图 8.2.3 外壳底部的成形方案
a) 车切 ;b) 冲切 ;c) 冲孔翻边
二．工艺方案的确定
• 计算毛坯尺寸
在计算毛坯尺寸以前需要先确定翻边前的半成品形状和尺寸，核算翻边的变形程度。参见图 8.2.1 ，零件φ 16.5 mm 处的高度尺寸为： H =21-16 =5mm 。
根据翻边工艺计算公式，翻边系数 K 为：
将翻边高度 H =5 mm ；翻边直径 D =16.5+1.5 =18mm ；翻边圆角半径 r = 1 mm ；材料厚度 t =1.5mm
带入上式，得翻边系数：
预冲孔孔径 d = DK =11 mm ， d/t =11/1.5=7.33 ，查翻边系数极限值表知，当用圆柱形凸模预冲孔时，极限翻边系数 [ K ]=0.5 ，现 0.61>0.5 ，故能由冲孔后直接翻边获得 H =5 mm 的高度。翻边前的拉深件形状与尺寸如图 8.2.4 所示。
为了计算毛坯尺寸，还须确定切边余量。因为凸缘直径 d =50mm ，拉深直径 d
=23.8mm ，所以
，查拉深工艺资料，得凸缘修边余量 δ =1.8 mm ，实际凸缘直径 d' 凸 = d 凸 +2
δ = (50+3.6) mm ≈ 54 mm 。毛坯直径 D 按以下公式计算： D= =
≈ 65 mm
图 8.2.4 翻边前的半成品形状和尺寸
2 ．计算拉深次数
因为 t /D= 2.3% ， ， ，初定 r 1 ≈ ( 4 ～ 5) t , 从《冲压手册》中查表可得 极限拉深系数 [m 1 ]= 0.44 ， [ m 2 ]= 0.75 ，又由 [ m 1 ][ m 2 ] =0.44 × 0.75=0.33 ， 所以 m 总 ﹥ [ m 1 ][ m 2 ]。需要两次拉深，取 n =2 。
若采用接近于极限的拉深系数进行拉深，则需要选用较大的圆角半径，以保证拉深质量。目前零件的材料厚度 t =1.5mm 、圆角半径 r =2.55 mm ，约为 1.5 t ，过小，而且零件直径又较小，两次拉深难以满足零件的要求。因此需要在两次拉深后还增加一道整形工序，以得到更小的口部、底部圆角半径。 在实际应用中，可以采用三道拉深工序，依次减小拉深圆角半径，将总的拉深系数 m 总 =0.366分配到三道拉深工序中去，可以选取 m 1 = 0.56 ， m 2 = 0.805 , m 3 =0 .812 ，使
m 1 × m 2 × m 3 =0.56 × 0.805 × 0.812=0.366
3 ．工序的组合和顺序确定
对于外壳这样工序较多的冲压件，可以先确定出零件的基本工序，再考虑对所有的基本工序进行可能的组合排序，将由此得到的各种工艺方案进行分析比较，从中确定出适合于生产实际的最佳方案。
65 mm ，第一次拉深、第二次拉深（见图 8-11b ）、第三次拉深（见 外壳的全部基本工序为：落料 φ
图 8.2.5c ）、冲底孔 φ 11 mm （见图 8.2.5d ），翻边 φ 16.5 mm （见图 8.2.5e ），冲三小孔 φ
3.2 mm （见图 8.2.5f ），修边 φ 50 mm （见图 8.2.5g ）。共计八道基本工序，据此可以排出以下五种工艺方案：
方案一：落料与首次拉深复合（见图 8.2.5a ），其余按基本工序。
方案二：落料与首次拉深复合，冲 φ 11 mm 底孔与翻边复合（见图 8.2.6a ），冲三个小孔 φ 3.2 mm 与切边复合（见图 8.2.6b ），其余按基本工序。
方案三：落料与首次拉深复合，冲 φ 11 mm 底孔与冲三个小孔 φ 3.2 mm 复合（见图 8.2.7a ），翻边与切边复合（见图 8.2.7b ），其余按基本工序。
方案四：落料、首次拉深与冲 φ 11 mm 底孔复合（见图 8.2.8 ），其余按基本工序。
方案五：采用级进模或在多工位自动压力机上冲压。
分析比较上述五种方案，可以看出：方案二中，冲 φ
11mm 孔与翻边复合，由于模壁厚度较小
mm ，小于凸凹模间的最小壁厚 3.8 mm ，模具极易损坏。冲三个小孔 φ 3.2 mm 与切边复合，也存在模壁太薄的问题，此时 mm ，因此不宜采用。
方案三中，虽解决了上述模壁太薄的矛盾，但冲 φ 11 mm 底孔与冲三个小孔 φ 3.2 mm 复合及翻边与切边复合时，它们的刃口都不在同一平面上，而且磨损快慢也不一样，这会给修磨带来不便，修磨后要保持相对位置也有困难。
方案四中，落料、首次拉深与冲 φ 11 mm 底孔复合，冲孔凹模与拉深凸模做成一体，也会给修磨造成困难。特别是冲底孔后再经二次和三次拉深，孔径一旦变化，将会影响到翻边的高度尺寸和翻边口部的质量。
方案五采用级进模或多工位自动送料装置，生产效率高。模具结构复杂，制造周期长，成本高，因此，只有大批量生产中才较适合。
方案一没有上述缺点，但工序复合程度低、生产效率也低，不过单工序模具结构简单、制造费用低，这在中小批生产中却是合理的，因此决定采用第一方案。本方案在第三次拉深和翻边工序中，于冲压行程
临近终了时，模具可对工件刚性镦压而起到整形作用，故无需另加整形工序。
图 8.2.5 各工序的模具结构
a) 落料与拉深 ;b) 二次拉深 ;c) 三次拉深 ;d) 冲底孔 ;e) 翻边 ;f) 冲小孔 ;g) 切边
图8.2.6方案二的部分模具结构
a)冲孔与翻边;b)冲小孔与切边
图8.2.7方案三的部分模具结构
a)冲底孔与冲小孔；b)翻边与切边
图8.2.8方案四的落料，拉深与冲底孔复合模具结构
关于排样与裁板中各工序半成品尺寸的确定，各工序冲压力及设备的选择等，可参见前面的有关章节，从此处略。