2-3 冲压（课件）《机械制造工艺基础》上好课（劳动版·第八版）

《机械制造工艺基础》（劳动版)第八版 上好课—中职专业课 第二章 锻压 2-3 冲压 教学目标 知识目标 1.能说出冲压的定义及常用材料。 2.能描述冲床和剪床的结构、工作原理及用途。 3.能区分分离工序与成形工序。 4.能准确描述落料、冲孔、剪切、弯曲、拉深、翻边的定义及工艺特点。 能力目标 1.能识别冲压设备（冲床、剪床）的主要组成部分。 2.能根据零件形状判断适用的冲压工序。 3.能正确区分落料与冲孔。 情感目标 1.培养规范操作、严谨细致的职业意识。 2.养成认真背诵、主动参与、积极思考的学习习惯。 教学引入 这些零件是用什么方法制造出来的？ 和我们之前学过的锻造有什么不同？ 知识讲授：冲压与锻造的核心区别 1. 工艺本质差异 锻造是对体积较大的金属坯料（如圆钢、方坯）施加外力，通过锤击或压力实现整体塑性变形，如同“捏塑泥人”，能获得致密的金属组织与高强度力学性能。 冲压则针对薄板材料（厚度通常<6mm），在常温下利用模具实现局部快速成型，如同“模具压饼干”，高效复制形状，适合大批量生产。 2. 应用场景启示 承受巨大冲击、载荷的重型机械核心部件首选锻造；大批量生产的轻薄、复杂壳体类零件（如汽车覆盖件），冲压是不可替代的高效方案。 知识讲授：冲压的定义 冲压是在常温下，利用安装在压力机（冲床）上的模具，对板料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需形状和尺寸零件的一种压力加工方法。 其核心特征包括： 常温冷加工（无需预热，保留材料性能）、模具为核心（决定零件精度与质量）、 板料为对象（金属薄板为主要原料）、 变形为形式（分离或塑性变形实现成型）。 知识讲授：冲压工艺的核心特点 生产效率高：单次行程即可完成工序，易于自动化连续作业，每分钟产量可达数百件； 精度高、质量稳：产品尺寸由精密模具保障，批次一致性极佳； 材料利用率高：通过优化排样大幅减少废料，符合绿色生产趋势； 加工复杂形状零件：突破切削工艺局限，一次成型复杂曲面与异形轮廓； 大批量生产时成本低：模具成本可被海量产品分摊，边际成本递减效应显著。 知识讲授：冲压的应用领域 在汽车工业中，它是核心支柱，车身覆盖件、底盘结构件等关键部件均依赖冲压成型，冲压件占整车重量超50%，直接决定汽车装配质量与安全性。 在电子电器领域，冲压用于手机金属中框、电脑机箱、精密散热器等结构件制造，追求轻薄与高强度的结合。 家用电器行业则借助冲压完成冰箱内胆、洗衣机内筒、空调外机壳等大型钣金件的大批量标准化生产。 包装行业里，易拉罐、金属瓶盖、食品罐头盒等轻量化容器。 航空航天领域，冲压技术更是应用于飞机薄壁结构件、高精度仪表零件的成型。 知识讲授：冲压的材料 基本要求：冲压加工核心要求材料具备良好的塑性，塑性越好越不易开裂，允许变形程度越大，是保证成品率的关键。 常用材料： 1. 低碳钢：成本低、塑性佳，是应用最广的基材，适合多种冲压工艺。 2. 铝及铝合金：密度低、耐腐蚀，是轻量化首选，高温成型性更优。 3. 铜及铜合金：导电性、导热性优异，适用于功能传导部件。 4. 奥氏体不锈钢：耐候性与强度高，用于高要求冲压件。 5. 非金属材料：胶木板、云母片等，满足绝缘、密封等特殊需求。 知识讲授：冲压工序的分类 1. 分离工序：材料的“断裂与分割” 使板料按轮廓线分离，将原材料分割为零件与废料。核心是破坏材料连续性，分离后部分无连接。 典型工艺：冲裁（落料、冲孔）、剪切、整修、剖切、精密冲裁等。 2. 成形工序：材料的“流动与重塑” 利用金属塑性，使板料产生无破裂的形状改变，保留材料整体性以获得立体零件。 典型工艺：弯曲、拉深、翻边、胀形、旋压、校形、复合成形等。 知识讲授：常用冲压设备 核心主力：冲床（压力机） 冲压加工的灵魂设备，通过滑块的往复运动对板材施加巨大压力，使其发生塑性变形或分离。 前序搭档：剪床（下料机） 冲压生产的“第一道工序”执行者。其核心任务是将卷材或大板料按照工艺要求，剪切成具有特定宽度和长度的条料或毛坯。 知识讲授 二、冲床的结构 (以开式单柱冲床为例) 机身 (床身)：采用经典C型框架结构，为整机提供稳固的安装基础与刚性支撑，吸收冲压冲击力，确保长时间连续作业的设备稳定性。 传动系统：核心包含电动机、V型带、带轮及飞轮组件。 工作机构：由离合器、曲轴、连杆与滑块构成。 操作机构：配备脚踏开关或按钮式操控单元，作为人机交互的关键界面。 支撑与导向：高精度导轨副是核心部件，严格约束滑块的垂直运动轨迹，减少侧向间隙。 安全装置：集成干式离合器制动器、光电保护与紧急停止按钮。 知识讲授：三、冲床的工作原理 核心执行机构：冲床的核心是曲柄-连杆-滑块系统。 动力传递与转换：电动机驱动曲轴做旋转运动，通过连杆将圆周运动转化为滑块的垂直往复直线运动，实现从“旋转动力”到“直线做功”的物理转换，为冲压提供机械动能。 单次冲压作业循环：上模随滑块下行对板料施压成型，随后滑块上行复位，完成工件取放与新料送入。周而复始的自动化循环，配合模具精度构成了冲压生产的基础作业单元。 知识讲授：四、冲床的工作模式 单次冲压 (寸动) 操作：踩下踏板后立即抬起，触发单次行程指令。 动作：滑块完成一次完整上下往复，自动停止于上止点。 连续冲压 操作：持续踩下踏板不松开，或切换至自动模式保持触发。 动作：滑块无间歇连续往复运动，直至解除触发或完成产量。 知识讲授：五、剪床 【核心用途】针对板材进行下料作业，通过刀具将板料按预设的不封闭轮廓实现分离，是钣金制造中获取基础坯料的第一道关键工序。 【结构构成】主要包含承载整机的床身机架、负责切削的上下刀片组、确保定位的压料装置，以及驱动执行部件的动力传动系统。 知识讲授：分离工序 一、工序定义 通过模具施加外力，使板料按预定的轮廓线产生分离，是冲压加工中最基础的工序之一。 二、核心目的 从原材料板料上分离出符合设计要求的几何形状，直接获得所需的零件毛坯或成品。 三、常见工序 1. 冲裁：沿封闭轮廓将材料切断，使零件与毛坯完全分离；2. 剪切：沿不封闭轮廓（直线/曲线）切开板料；3. 整修：对已冲裁零件边缘微量切削，提升精度与质量。 知识讲授：冲裁：落料与冲孔 冲裁：利用冲模沿封闭轮廓将板料分离的工序，是金属冷加工中最基础的分离工艺。 落料：被分离下来的部分是最终制件，剩余周边材料为废料，是生产毛坯或平板零件的主要方式。 冲孔：被分离的部分是废料，带有孔形的板料主体为所需制件，常用于在工件上加工各种孔形。 知识讲授 案例分析：落料还是冲孔？ 案例一：金属铭牌加工 某冲压件生产过程中，封闭轮廓以内的部分被保留作为产品，以外的部分为废料。请问这是落料还是冲孔？ 结论为：落料 案例二：安装板螺栓孔加工 为方形安装板加工螺栓孔时，核心目标是保留带孔的安装板作为成品，冲掉的废料被舍弃。孔的产生是为满足零件功能需求， 结论为：冲孔 知识讲授:剪切 核心定义：利用剪刃或冲模沿不封闭轮廓分离板料的工序，是板材加工中最基础的分离方法，通过刃口的剪切力使材料发生断裂分离。 关键设备：核心为剪床（含机械剪床、数控液压剪床等），通过上下剪刃相对运动产生剪切力，是板材自动化切断的核心载体。 主要用途：应用于下料工序，将大规格金属板料分割成适合后续冲压、折弯的毛坯件，是零件加工的首道准备环节。 工艺特点：切口多为直线或简单曲线，加工效率极高，操作标准化程度高，适合大批量、规则形状板材的快速初步加工。 知识讲授：成形工序 核心定义：通过模具或专用设备使板料发生塑性变形，将其加工成具有特定几何形状和精确尺寸零件的工艺，是金属板材加工中“从平面到立体”的关键环节。 工艺目的：在不破坏材料连续性的前提下改变板料宏观形状，区别于切割等分离工序，以获得符合设计要求的空间立体结构。 常见工序：包含弯曲（将板料弯成角度/弧度）、拉深（压制成开口空心件）、翻边（沿孔/边缘翻出竖立直边）等基础方式。 知识讲授：弯曲 核心定义 将板料、型材或管材通过外力作用弯成一定角度和曲率的塑性加工工序，是利用金属塑性变形能力使其产生永久形状改变的基础工艺。 典型应用 广泛应用于建筑工程、通用机械、装饰装修及轨道交通车辆制造等领域，实现材料从平面到立体的形态重塑。 变形特点 弯曲时内侧受压缩，易起皱；外侧受拉伸，易断裂，需严格控制变形程度以保证成形质量。 知识讲授：弯曲的废品：拉裂 失效现象：在弯曲加工中，工件外侧受单向拉伸应力，当变形量超材料极限延伸率时，表面会出现细微裂纹，严重时裂纹贯穿壁厚导致报废。 主要诱因： 1. 弯曲半径过小，设计内R角远小于材料允许最小值； 2. 材料塑性不足，如选用脆性大的材料或经硬化处理后韧性下降； 3. 纤维方向错误，弯曲线与轧制纤维方向平行，易导致分层开裂。 知识讲授：拉深 工艺定义：通过模具将平板状的金属板料毛坯，在压力作用下制成各种开口空心零件的压力加工工序，是金属塑性成形中最基础且应用最广的工艺之一。 行业别称：在机械制造与模具行业中常被称作“拉延”。 核心特点：加工时板料厚度基本不变，属体积不变的塑性变形，可保证成品壁厚均匀，最大化利用原材料。 知识讲授：拉深的应力状态 凸缘部分：材料在径向流动过程中主要承受切向压应力，压应力过大会导致板料失稳起皱。 筒壁部分：作为传力区承受凸缘变形区的拉力，处于单向轴向拉应力状态，拉应力过大易引发纵向拉裂。 底部圆角区：受力最复杂，同时承受径向、切向拉应力和弯曲应力，材料塑性变形剧烈、厚度急剧变薄，是拉裂的危险区。 知识讲授：翻边 工艺定义：在带孔的平坯料上，沿孔的边缘通过模具施压，翻出竖立边缘（凸缘）的冲压成形工序。 核心应用：显著增加零件局部刚度；常用于螺纹连接底座、装配定位孔、减轻孔边缘磨损及美化外观。 变形特性：孔边缘材料切向受拉伸致壁厚减薄，变形量过大易在凸缘顶部产生裂纹。 知识讲授：翻边的工艺限制与工艺顺序 翻边的工艺限制： 翻边高度存在物理极限，单次翻边高度过大易导致孔边缘材料因过度拉伸开裂，这是由材料塑性和变形程度决定的技术红线。 合理工艺顺序： 为实现高凸缘需求，需采用组合成形工艺：先通过预拉深为孔边缘储备材料，再进行底部精准冲孔确立翻边基准，最后完成终序孔口翻边，以此突破单一工序的限制，保障成形质量。 案例分析 某冲压件在弯曲过程中，外侧出现裂纹。请分析可能的原因。 弯曲时，板料内侧受压，外侧受拉。外侧出现裂纹的原因是：弯曲变形程度过大，使外侧拉应力超过了材料的强度极限。 具体可能原因包括： 1. 凸模和凹模的圆角半径过小 2. 弯曲变形程度过大 3. 板料的塑性较差 案例分析 某工件需要较高凸缘，直接翻边无法实现。请提出可行的工艺方案。 采用“先拉深、后冲孔、再翻边”的工艺方案。 具体工艺顺序： 先进行拉深，将板料拉深成一定高度的筒形件 再进行冲孔，在底部冲出所需大小的孔 最后进行翻边，将孔边缘翻成直立凸缘 传动部分 知识点背诵 一、冲压的两种工序：分离工序、成形工序。 二、分离工序包括：冲裁、剪切、整修。 三、成形工序包括：弯曲、拉深、翻边。 四、冲裁包括：落料、冲孔。 师生互动 问题 冲压车间正在批量生产一批直角支架。工艺路线是：落料 → 弯曲。夜班结束后，质检员发现约有10%的零件在弯曲处外侧有细小裂纹。 问题 ：这批有裂纹的零件，你认为应该报废返工，还是降级使用？为什么？ 结论 报废返工的情况： 裂纹深 零件用于关键部位（如承重、安全件） 客户要求严格 降级使用的情况： 裂纹浅 零件用于非关键部位 批量大、工期紧 单项选择题 1.关于落料和冲孔，下列说法正确的是（ ） A. 落料时，封闭轮廓以内的部分是废料 B. 冲孔时，封闭轮廓以外的部分是废料 C. 落料时，封闭轮廓以外的部分是废料 D. 落料和冲孔是同一种工序的不同叫法 正确答案：C 落料时，封闭轮廓以内部分的板料是制件或坯料，封闭轮廓以外部分的板料是余料或废料。冲孔时正好相反，封闭轮廓以外部分的板料是制件或坯料，封闭轮廓以内部分（被冲落部分）的板料是余料或废料。 课后练习 单项选择题 2.弯曲时，板料的受力变形情况是（ ） A. 内侧受拉，外侧受压 B. 内侧受压，外侧受拉 C. 内外两侧均受拉 D. 内外两侧均受压 正确答案：B 弯曲时，板料内侧受压，外侧受拉。当变形程度过大时，弯形件的外侧易被拉裂。为防止工件被拉裂，凸模和凹模的工作部分应有合理的圆角。这是弯曲工序的核心知识点。 课后练习 单项选择题 3.某工件需要较高的凸缘，直接翻边无法实现，正确的工艺方案是（ ） A. 先冲孔，再拉深，后翻边 B. 先翻边，再拉深，后冲孔 C. 先拉深，再冲孔，后翻边 D. 先拉深，再翻边，后冲孔 正确答案：C 翻边的变形程度受到限制，对凸缘高度较大的工件，可以采用先拉深后冲孔再翻边的工艺来实现。先拉深得到一定高度的筒形件，再冲孔开出所需孔，最后翻边形成直立凸缘。 课后练习 请简述分离工序与成形工序的区别，并各列举两个例子。 课后练习 区别： 分离工序：使零件与母材沿一定的轮廓相互分离的工序 成形工序：在板料不被破坏的情况下产生局部或整体塑性变形的工序 例子： 分离工序：冲裁、剪切、整修（答出其中两个即可） 成形工序：弯曲、拉深、翻边（答出其中两个即可） 课堂小结 1. 简述落料与冲孔的区别。 2. 画出弯曲时金属变形示意图，并标注受拉侧与受压侧。 3. 列举三种成形工序，并写出拉深的别称。 课后作业 感谢观看 $