不銹鋼板材沖壓是利用沖模使板材產(chǎn)生分離或成型的加工方法。沖壓一般是冷態(tài)，即室溫下進(jìn)行，當(dāng)不銹鋼板坯料厚度大于8~10mm時，就需要在加熱的情況下再成型。沖壓成型廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車、儀表等構(gòu)件的成型加工。沖壓過程中，不銹鋼薄板的邊部由壓邊圈夾持，在凸模和凹模共同作用下，使薄板坯料向凹模移動產(chǎn)生塑性變形，將平板坯料加工成所需要的形狀零件。薄板拉深成型，如圖4-1所示。薄板脹形成型，見圖4-2。成型過程中金屬板料向凹模移動的量，是由沖模壓環(huán)的壓力大小所控制的。

沖壓成型的特點(diǎn)：

 ①. 可沖壓出成型形狀復(fù)雜的沖壓件，而且廢料少；

 ②. 產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，而且互換性好；

 ③. 沖壓件重量輕，材料消耗少，強(qiáng)度、剛性高；

 ④. 操作簡單，便于自動化，生產(chǎn)效率高；

 ⑤. 模具復(fù)雜，適于大批量生產(chǎn)。

進(jìn)行沖壓加工的設(shè)備一般包括有：下料的剪機(jī)；沖壓成型的沖床。

一、分離工序

分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序，通常

又稱為落料及沖孔（沖裁）。

 坯料的沖裁按封閉輪廓分離可分為：

   ①. 落料：  被分離的部分為成品，而周邊為廢料。

   ②. 沖孔： 被分離的部分為廢料，而周邊是成品。

1. 沖裁變形過程

  常用金屬材料的沖裁過程大致可以分成以下三個階段。

 ①. 彈性變形階段

  沖頭接觸板料后，開始壓縮材料，并使材料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸與彎曲等變形。這時沖頭略擠入材料，材料的另一側(cè)也略擠入凹模。隨著沖頭繼續(xù)壓人，材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到彈性極限。此時，凸模下的材料略有彎曲，凹模上的材料則向上翹。間隙越大，彎曲和上翹越嚴(yán)重。

②. 塑性變形階段

  當(dāng)沖頭繼續(xù)壓入，壓力增加，材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服極限時便開始進(jìn)入塑性變形階段。這時沖頭擠入材料的深度逐漸增大，即塑性變形程度逐漸增大，材料內(nèi)部的拉應(yīng)力和彎矩都增大，變形區(qū)材料硬化加劇，沖裁變形力不斷增大，直到刃口附近的材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋時，沖裁變形力達(dá)到最大值。材料出現(xiàn)微裂紋，說明材料開始被破壞，因而塑性變形階段告終。由于存在沖模間隙，這個階段中除了剪切變形處，沖裁區(qū)還產(chǎn)生彎曲和拉伸，顯然間隙越大，彎曲和拉伸也越大。

③. 斷裂分離階段

  沖頭仍然不斷地繼續(xù)壓人，已形成的上、下微裂紋逐漸擴(kuò)大并向材料內(nèi)延伸，當(dāng)上、下兩裂紋相遇重合時，材料便被剪斷分離。

  沖裁過程的變形是很復(fù)雜的，除了剪切變形外，還存在拉深、彎曲、橫向擠壓等變形。所以，沖裁件及廢料的平面不平整，常有翹曲現(xiàn)象。

2. 凸、凹模間隙

  凸、凹模間隙的大小直接影響斷面質(zhì)量、模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度，因此必須嚴(yán)格掌握和控制。

  間隙過大：①. 材料拉應(yīng)力大，塑性變形階段過早結(jié)束；②. 亮帶小，剪裂帶、毛刺大；③. 卸料力和推件力小。

  間隙過小：①. 壓應(yīng)力大、拉應(yīng)力小，可抑制裂紋；②. 凸模刃口裂紋正常向外，毛刺增大；③. 凸模與沖孔、凹模與落料之間摩擦增大；④. 降低模具壽命。

  總之，沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時，應(yīng)選用較小間隙；沖裁件斷面質(zhì)量無嚴(yán)格要求時，可選用較大間隙。一般來說間隙范圍在5%~10%的板厚，既可以提高沖裁件斷面質(zhì)量，還有利于提高沖模壽命。

3. 凸、凹模刃口尺寸確定及沖床噸位的選擇

  沖孔模：①. 以沖孔件來確定凸模尺寸，考慮磨損，凸模選孔的最大尺寸（公差允許內(nèi)）；②. 以凸模為基準(zhǔn)，加上間隙，設(shè)計(jì)凹模。沖裁（落料）

  模具：①. 以沖裁料件來確定凹模刃口尺寸，考慮凹模的磨損和沖裁精度，凹模刃口尺寸取公差范圍最小值；②. 以凹模尺寸為基準(zhǔn)，減去間隙，設(shè)計(jì)沖模。

  沖床噸位的選擇：在選擇沖床噸位時，應(yīng)以模具強(qiáng)度為依據(jù)。

  平刃沖模的沖裁力P為：

  P=KLδτ，N   式中 L-沖裁周邊長度，mm;  δ－坯料厚度，mm;  τ－抗剪強(qiáng)度，MPa;  K-系數(shù)，間隙不均，刃口鈍化等。

4. 沖裁件的排樣

  沖裁時沖裁件的排樣是一項(xiàng)精細(xì)的工作，排樣既要保證沖裁質(zhì)量，還要做到不浪費(fèi)原材料。

 ①. 排樣合理，可以提高材料利用率。

  無搭邊排樣：落料件形狀的一個邊作為另一個落料件邊緣，材料利用率高，尺寸不準(zhǔn)，毛刺不在同一平面上。

  有搭邊排樣：各落料件之間有一定尺寸的距離，毛刺小，并在同一平面上，尺寸精確，但造成一定材料的浪費(fèi)。

②. 修整

  利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一層薄金屬，以切掉普通沖裁時，在沖裁件斷面上存留的剪裂帶、毛刺，提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。

  外緣修整：修整沖裁件外形。內(nèi)緣修整：修整沖裁件內(nèi)孔。與切削加工相似，間隙小，可采用負(fù)間隙，凸模大于凹模。精度達(dá)IT6~IT7,表面粗糙度為Ra為0.8~1.6μm(V7~V8)。

 ③. 切斷

  用剪床或沖模把板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。

  剪切：一般條料是由大板料剪成。

 沖模：生產(chǎn)用于形狀簡單、精度要求不高的平板件。

二、變形工序

 變形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移，而且不發(fā)生破裂的工序。使坯料發(fā)生變形的工序包括有：拉深、彎曲、翻邊、成型等。

 1. 拉深

  拉深是利用專用模具將沖裁或剪裁后所得到的平板坯料制成開口的空心件的一種沖壓工藝方法。

  其特點(diǎn)是板料在凸模的帶動下，可以向凹模內(nèi)流動，即依靠材料的流動性和延伸率成型，如圖4-1所示。

  拉深可分為無壓邊圈拉深和有壓邊圈拉深兩種。只有當(dāng)法蘭尺寸保證不會起皺時，才有可能完成無壓邊圈拉深。毛坯越厚，法蘭就越不易失穩(wěn)。首次拉深不起皺的條件是：

  D-d≤(18~22)δ     式中 D--毛坯直徑，mm;  d--成型直徑，mm;  δ-毛坯厚度，mm.

  對于有壓邊圈的拉深，由于拉深過程中毛坯邊緣變厚，所以壓邊的力不可能均勻地分布在法蘭的面積上，，而是集中于距毛坯邊緣一定距離的環(huán)形面積上，其他部分則無壓邊力作用。

  拉深過程：①. 直徑為D的坯料平板放置在凹模上；②. 凸模向下運(yùn)動，板坯料被拉入凸、凹模的間隙中，形成空心零件。

  受力分析：底部是不變形的，只起傳遞拉力的作用，所以其厚度基本不變。壓環(huán)圈部分在拉力的作用下，厚度略減小。法蘭部分由于切向受壓力作用，所以會變厚。底角部分受拉力作用，故會變厚。

 2. 拉深中的廢品

  ①. 拉裂

   當(dāng)應(yīng)力大于材料的抗拉強(qiáng)度時，在無底角部分會發(fā)生拉裂。

   產(chǎn)生拉裂的影響因素如下：

   a. 凸凹模的圓角半徑：圓角半徑過于小，也就是凸凹模與坯料接觸的棱角不可太鋒利，否則易拉裂。凸凹模的圓角半徑：rm=108(板厚）；ra=(0.6~1)rm

   b. 凸凹模間隙：間隙過小，模具與拉深件間的摩擦力增大，極易拉裂工件，同時擦傷工件表面，降低模具壽命（磨損大）。一般要求，間隙＝（1.1~1.2)δ.當(dāng)間隙過大時，極易造成工件起皺。

   c.拉深系數(shù)m:m=d/D(d為工件直徑；D為坯料直徑）。

   拉深系數(shù)是用來衡量拉深變形程度的，m越小，變形越大，易于拉深，材料的塑性好，m值相對會小，一般來說，m≥0.5~0.8 時易于塑性變形，若m過小，則應(yīng)采取多次拉深，方可完成拉深作業(yè)，多次拉深時要進(jìn)行中間退火。在兩次拉深之間進(jìn)行退火，以消除拉深過程中的加工硬化。

②. 起皺

  法蘭受切向壓力起皺，起皺后坯料拉不進(jìn)凹模；在凹模入口處，拉裂，若能拉人，產(chǎn)品側(cè)壁就會有痕跡。

  影響因素：8/D(8為板厚，D為坯料直徑）比值小，起皺。

  起皺防止方法：拉深時，采用壓邊環(huán)。

 ③. 毛坯尺寸及拉深力的確定： 按變形前后板料面積不變，計(jì)算毛坯尺寸。

 ④. 法加工拉深件： 旋壓件的成型加工，不用沖模，變形小，可以加工成型很小的工件，如鋼筆帽等，也能加工生產(chǎn)大型工件，如大型容器的封頭等。

 ⑤.  脹形： 局部變形：制造加強(qiáng)筋，局部直徑擴(kuò)大。

 脹形是利用模具強(qiáng)迫坯料厚度減薄和表面積增大，以獲取零件幾何形狀的沖壓加工方法。特點(diǎn)是坯料被壓邊圈壓死，不能向凹模內(nèi)流動，完全依靠材料本身的延伸成型，如圖4-2所示。

 3. 彎曲

  彎曲是在坯料的一部分相對于另一部分彎曲成一定角度的工序。

  影響彎曲應(yīng)變量的主要因素有彎曲半徑與板厚之比值及彎曲件彎曲成型時，外區(qū)受拉而內(nèi)區(qū)受壓，卸載后這些應(yīng)力導(dǎo)致回彈。

 4. 翻邊

  翻邊是彎曲的變種，沿彎曲線方向應(yīng)變不相等。沿彎曲線為壓應(yīng)變時稱收縮翻邊；沿彎曲線為拉應(yīng)變時稱拉伸翻邊。彎曲線為圓周的拉伸翻邊即變?yōu)閿U(kuò)孔。

  翻邊是利用模具把坯料上的孔緣或者外緣翻成豎邊的沖壓加工方法，如圖4-3所示。

  在圓孔翻邊的中間階段，即凸模下面的材料尚未完全轉(zhuǎn)移到側(cè)面之前，如果停止變形，就會得到如圖4-3所示的成型方式，這種成型方式叫做擴(kuò)孔，生產(chǎn)應(yīng)用中很普遍。

  圖4-4所示的是帶孔翻邊時，在圓孔周圍方向延伸，而在半徑方向收縮的示意圖。

 圖4-5是收縮翻邊和拉伸翻邊的示意圖。

翻邊是在帶孔的板坯上，用擴(kuò)孔的方法獲得凸緣的工序。