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沖壓 sheet metal foming；stamping利用模具在壓力機上將金屬板材制成各種板片狀零件和殼體、容器類工件,或將管件制成各種管狀工件。這類在冷態(tài)進行的成型工藝方法稱為冷沖壓,簡稱沖壓。

沖壓加工是借助于常規(guī)或專用沖壓設備的動力,使板料在模具里直接受到變形力并進行變形,從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產品零件的生產技術。板料,模具和設備是沖壓加工的三要素。

按沖壓加工溫度分為熱沖壓和冷沖壓。前者適合變形抗力高,塑性較差的板料加工；后者則在室溫下進行,是薄板常用的沖壓方法。它是金屬塑性加工（或壓力加工）的主要方法之一,也隸屬于材料成型工程技術。

沖壓所使用的模具稱為沖壓模具,簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要,沒有符合要求的沖模,批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的沖模,先進的沖壓工藝就無法實現。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素,只有它們相互結合才能得出沖壓件。

沖壓件與鑄件、鍛件相比,具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件,以提高其剛性。由于采用精密模具,工件精度可達微米級,且重復精度高、規(guī)格一致,可以沖壓出孔窩、凸臺等。冷沖壓件一般不再經切削加工,或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件,但仍優(yōu)于鑄件、鍛件,切削加工量少。

沖壓是高效的生產方法,采用復合模,尤其是多工位級進模,可在一臺壓力機（單工位或多工位的）上完成多道沖壓工序,實現由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產。生產效率高,勞動條件好,生產成本低,一般每分鐘可生產數百件�！∨c機械加工及塑性加工的其它方法相比,沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現如下。

1、沖壓加工的生產效率高,且操作方便,易于實現機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工,普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次,高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上,而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。

2、沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度,且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。

3、沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件,如小到鐘表的秒表,大到汽車縱梁、覆蓋件等,加上沖壓時材料的冷變形硬化效應,沖壓的強度和剛度均較高。

4、沖壓一般沒有切屑碎料生成,材料的消耗較少,且不需其它加熱設備,因而是一種省料,節(jié)能的加工方法,沖壓件的成本較低。

由于沖壓具有如此優(yōu)越性,沖壓加工在國民經濟各個領域應用范圍相當廣泛。例如,在宇航,航空,軍工,機械,農機,電子,信息,鐵道,郵電,交通,化工,醫(yī)療器具,日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產業(yè)界都用到它,而且每個人都直接與沖壓產品發(fā)生聯系。像飛機,火車,汽車,拖拉機上就有許多大,中,小型沖壓件。小轎車的車身,車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據有關調查統計,自行車,縫紉機,手表里有80%是沖壓件；電視機,收錄機,攝像機里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼,鋼精鍋爐,搪瓷盆碗及不銹鋼餐具,全都是使用模具的沖壓加工產品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。

沖壓主要是按工藝分類,可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁,其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離,同時保證分離斷面的質量要求（表1）。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形,制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產中,常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。

分離工序（沖裁）

是使用模具分離材料的一種基本沖壓工序,它可以直接制成平板零件或為其他沖壓工序如彎曲、拉深、成形等準備毛坯,也可以在已成形的沖壓件上進行切口、修邊等。沖裁廣泛用于汽車、家用電器、電子、儀器儀表、機械、鐵道、通信、化工、輕工、紡織以及航空航天等工業(yè)部門。沖裁加工約占整個沖壓加工工序的50%～60%。

成形工序

彎曲將金屬板材、管件和型材彎成一定角度、曲率和形狀的塑性成型方法。彎曲是沖壓件生產中廣泛采用的主要工序之一。金屬材料的彎曲實質上是一個彈塑性變形過程,在卸載后,工件會產生方向的彈性恢復變形,稱回彈�；貜椨绊懝ぜ�的精度,是彎曲工藝必須考慮的技術管件。

拉深也稱拉延或壓延,是利用模具使沖裁后得到的平板坯料變成開口的空心零件的沖壓加工方法。 用拉深工藝可以制成筒形、階梯形、錐形、球形、盒形和其他不規(guī)則形狀的薄壁零件。如果與其他沖壓成形工藝配合,還可制造形狀極為復雜的零件。在沖壓生產中,拉深件的種類很多。由于其幾何形狀特點不同,變形區(qū)的位置、變形的性質、變形的分布以及坯料各部位的應力狀態(tài)和分布規(guī)律有著相當大的、甚至是本質的差別。所以工藝參數、工序數目與順序的確定方法及模具設計原則與方法都不一樣。各種拉深件按變形力學的特點可分為直壁回轉體（圓筒形件）、直壁非回轉體（盒形體）、曲面回轉體（曲面形狀零件）和曲面非回轉體等四種類型。

拉形是通過拉形模對板料施加拉力,使板料產生不均勻拉應力和拉伸應變,隨之板料與拉形模貼合面逐漸擴展,直至與拉形模型面完全貼合。拉形的適用對象主要是制造材料具有一定塑性,表面積大,曲度變化緩和而光滑,質量要求高（外形準確、光滑流線、質量穩(wěn)定）的雙曲度蒙皮。拉形由于所用工藝裝備和設備比較簡單,故成本較低,靈活性大；但材料利用率和生產率較低。

旋壓是一種金屬回轉加工工藝。在加工過程中,坯料隨旋壓模主動旋轉或旋壓頭繞坯料與旋壓模主動旋轉,旋壓頭相對芯模和坯料作進給運動,使坯料產生連續(xù)局部變形而獲得所需空心回轉體零件。

沖壓用板料的表面和內在性能對沖壓成品的質量影響很大。對于沖壓材料的要求是：

① 、厚度精確、均勻。沖壓用模具精密、間隙小,板料厚度過大會增加變形力,并造成卡料,甚至將凹模脹裂；板料過薄會影響成品質量,在拉深時甚至出現拉裂。

② 、表面光潔,無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等。一切表面缺陷都將存留在成品工件表面,裂紋性缺陷在彎曲、拉深、成形等過程可能向深廣擴展,造成廢品。

③ 、屈服強度均勻,無明顯方向性。各向異性（見塑性變形的板料在拉深、翻邊、脹形等沖壓過程中,因各向屈服的出現有先后,塑性變形量不一致,會引起不均勻變形,使成形不準確而造成次品或廢品。

④ 、均勻延伸率高�？估�試驗中,試樣開始出現細頸現象前的延伸率稱為均勻延伸率。在拉深時,板料的任何區(qū)域的變形不能超過材料的均勻延伸范圍,否則會出現不均勻變形。

⑤、屈強比低。材料的屈服極限與強度極限之比稱為屈強比。低的屈強比不僅能降低變形抗力,還能減小拉深時起皺的傾向,減小彎曲后的回彈量,提高彎曲件精度。

⑥、加工硬化性低。冷變形后出現的加工硬化會增加材料的變形抗力,使繼續(xù)變形困難,故一般采用低硬化指數的板材。但硬化指數高的材料的塑性變形穩(wěn)定性好（即塑性變形較均勻）,不易出現局部性拉裂。

在實際生產中,常用與沖壓過程近似的工藝性試驗,如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能,以保證成品質量和高的合格率。

過去在生產深沖或者重沖工件,大家都認為耐壓型(EP) 潤滑油是保護模具的最好選擇。硫和氯EP添加劑被混合到純油中來提高模具壽命已經有很長的歷史了。但是隨著新金屬——高強度鋼的出現,環(huán)保要求的嚴格,EP油基潤滑油的價值已經減少,甚至失去市場。

在高溫下高強度鋼的成型,EP油基潤滑油失去了它的性能,無法在極溫應用中提供物理的模具保護隔膜。而極溫型的IRMCO高固體聚合物潤滑劑則可以提供必要的保護。隨著金屬在沖壓模具中變形,溫度不斷升高,EP油基潤滑油都會變薄,有些情況下會達到閃點或者燒著（冒煙）。IRMCO高分子聚合物潤滑劑一般開始噴上去時稠度低得多。隨著成形過程中溫度的上升,會變得更稠更堅韌。實際上高分子聚合物極溫潤滑劑都有“熱尋性”而且會粘到金屬上,形成一個可以降低摩擦的隔膜。這個保護屏障可以允許工件延展,在最高要求的工件成型時沒有破裂和粘接,以此來控制摩擦和金屬流動。有效的保護了模具,延長了模具使用壽命,提高了沖壓的強度。

模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間,這就延長了新沖壓件的生產準備時間。模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具（供小批量生產）、復合模、多工位級進模（供大量生產）,以及研制快速換模裝置,可減少沖壓生產準備工作量和縮短準備時間,能使適用于大批量生產的先進沖壓技術合理地應用于小批量多品種生產。

除厚板用水壓機成形外,一般都采用機械壓力機。以現代高速多工位機械壓力機為中心,配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置,并利用計算機程序控制,可組成高生產率的自動沖壓生產線。

模具問題

沖壓加工所使用的模具一般具有專用性,有時一個復雜零件需要數套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技術要求高,是技術密集型產品。所以,只有在沖壓件生產批量較大的情況下,沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現,從而獲得較好的經濟效益的。

安全問題

沖壓加工也存在著一些問題和缺點。主要表現在沖壓加工時產生的噪音和振動兩種公害,而且操作者的安全事故時有發(fā)生。不過,這些問題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來的,而主要是由于傳統的沖壓設備及落后的手工操作造成的。隨著科學技術的進步,特別是計算機技術的發(fā)展,隨著機電一體化技術的進步,這些問題一定會盡快而完善的得到解決。

高強度鋼沖壓

當今高強鋼、超高強鋼很好的實現了車輛的輕量化,提高了車輛的碰撞強度和安全性能,因此成為車用鋼材的重要發(fā)展方向。但隨著板料強度的提高,傳統的冷沖壓工藝在成型過程中容易產生破裂現象,無法滿足高強度鋼板的加工工藝要求。在無法滿足成型條件的情況下,目前國際上逐漸研究超高強度鋼板的熱沖壓成形技術。該技術是綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝,主要是利用高溫奧氏體狀態(tài)下,板料的塑性增加,屈服強度降低的特點,通過模具進行成形的工藝。但是熱成型需要對工藝條件、金屬相變、CAE分析技術進行深入研究,目前該技術被國外廠商壟斷,國內發(fā)展緩慢。

一般工件在沖壓過程中,由于沖壓過程中,尤其是在冷鍛沖壓加工過程中,溫度會很快升高,必須加潤滑油潤滑,如果不使用潤滑而直接沖壓,除工件光潔度受到影響外,模具壽命將縮短,同時精度降低,為此模具方面的改進將投入大量費用。正是由于此種原因,所以在冷鍛沖壓中必須要沖壓潤滑。在金屬成型時,很薄的一層愛美可水基沖壓潤滑劑就可以保護模具,因此潤滑劑用量會減少50%以上,而且避免了用量過多帶來的浪費,還解決了車間整潔問題。模具在沖壓過程中由于摩擦會產生熱,這種高性能的潤滑劑會自動粘著于受熱的關鍵部位,保護模具,平均減少25%的模具拋光停機時間。焊接-組裝,表面沒有油的部件便于焊接和組裝。研究和實踐表明愛美可金屬極惰性氣體電弧焊,鎢極氣體保護電弧焊,電阻焊的應用上都有上佳結果。

在每分鐘生產數十、數百件沖壓件的情況下,在短暫時間內完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序,常常發(fā)生人身、設備和質量事故。因此,沖壓中的安全生產是一個非常重要的問題。沖壓的安全措施是：①實現機械化、自動化進出料。②設置機械防護裝置,防止傷手。應用模具防護罩、自動退料裝置和手工工具進出料。③設置電氣保護、斷電裝置。設置光電或氣幕保護開關、雙手或多手串聯啟動開關、防誤操作裝置等。④改進離合器和制動結構,在危險信號發(fā)出后,壓力機的曲軸、連桿、沖頭能立即停止在原位上。

按傳動結構

手動沖壓機：手動,工作效率低,壓力小,適合小孔,紙張皮革等手工加工。

機械沖床：機械傳動,高速,效率高,噸位大,最常見。

液壓沖床：液壓傳動,速度比機械的慢,噸位大,價格比機械的便宜,很常見。

氣動沖床：氣壓傳動,與液壓相當,但穩(wěn)定性不如液壓,通常較少見。

高速機械沖床：主要用于電子類產品等連續(xù)模沖裁,如電機定、轉子片等,數控,速度極高,能到普通機械沖床的100倍左右。常見。

還有一種數控沖床,這種沖床相對比較特殊,主要適合加工孔數較多且分布密集的零件。

按加工精度

普通沖床

精密沖床