紧固件冲压加工特性与工艺要求

紧固件卡圈、垫圈、锁片等的制造加工，一般采用冷冲压加工的方法，用金属板料或非金属材料冲压加工而成。冷冲压加工是一种塑性加工的基本方法，应用范围广泛。冷冲压加工时，板料在模具的作用下内部会产生变形所需的应力。当应力的作用达到一定的数值时，板料毛坯或毛坯会产生相应的变形与分离断裂，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。

(1) 紧固件冷冲压特点：

A. 生产效率高：紧固件冷冲压生产靠模具与设备完成加工过程，生产率高，操作简便，便于实现机械化与自动化。一般的冲压加工，每分钟一台冲压设备可生产零件的数目十几件到几十件，目前已有相当数量高速冲床的生产率已达每分钟数百件或千件以上。

B. 产品尺寸一致性好：紧固件冷冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，同一套冲模冲出零件尺寸一致，互换性好，质量稳定。

C. 材料利用率高：冲压加工可以做到少废料或无废料，材料利用率一般可达到70%～80%，而材料费一般占冲压件成本的70%左右。

D. 产量越大，成本越低。

E. 可以获得用其它方法难以加工或无法加工的形状复杂的零件。

F. 在大批量生产中便于实现机械化或自动化。

 冲压加工的主要缺点:冲模制造周期长，制模技术高，费用大，在小批量生产中受到一定限制。

(2) 冲压加工的应用

冷冲压加工不需要加热，也不像切削加工那样在金属切成大量碎屑消耗很大的能量，所以它是一种省能的加工方法；冲压制品的表面质量较好，原材料是冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带，在冲压过程中材料表面不受破坏，能够把表面质量好、尺寸精和成本低等各种优点集中在一起，这是任何其它加工方法所不能与之竞争的。因此，冷冲压在紧固件生产方面占据十分重要的地位。紧固件冷冲压加工在汽车、拖拉机、电器、电机、仪表、建筑、公路以及日常生活用品的生产方面十分重要的地位。另一方面，在国防工业生产中紧固件冷冲压也是一个重要的加工方法，如在飞机、发动机、导弹、各种导弹与炮弹的生产中冷冲压加工量的比例也是相当大的。

(3) 冲压加工的基本工序

由于冷冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等不同，当前在生产中所采用的冷冲压工艺方法也是多种多样的。为了便于从变形的规律出发分析和研究各种实际问题，把生产中出现的种类繁多的各种冲压加工方法，按其变形特点、变形性质和变形规律等各方面的特点进行分类，可分为分离工序和成型工序。

A. 分离工序的目的：是在冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，冲压件分离断面的质量要满足一定的要求。

B. 成形工序的目的：是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化成设计要求的成品形状，并同时满足尺寸精度方面的要求。

冷冲压生产技术是多方面的，但其中最为主要的基础内容是在充分地了解和掌握各种冲压变形规律的基础上解决冲压加工中出现的各种实际问题，确定最佳工艺参数，在消耗最低的条件下以最简便的方式完成冲压加工过程，获得高质量的冲压产品。根据各种板料毛坯的受力与变形特点、各种冲压变形的共同规律和每种冲压变形本身的规律，解决冲压变形的控制、冲压成型极限的确定与提高、冲模设计的基本原理等各种实际问题。

（4） 冲压加工的工艺要求

A. 冲压工艺对材料的要求

a. 具有合适的材料强度

冲压用料的表面状态和强度应满足冲压工艺的要求。

b. 具有良好的冲压性能

   材料应具有良好的塑性，既要有较高的伸长率和断面收缩率、较低的屈服点和较高的抗拉强度。使工件坯料在成形过程中，允许的变形程度大、需要的变形力小，可以减少加工工序以及中间退火的次数，或者不需要中间退火；有利于冲压工艺的稳定性和变形的均匀性，提高产品的成品尺寸精度和模具的使用寿命，降低产品的成本。

c. 具有较高的表面质量

材料具有光洁平整无缺陷损伤的表面状态，坯料加工时不易破裂，不容易擦伤模具，产品零件表面状态好。

d. 材料厚度公差符合有关标准

一定的模具间隙应该对应使用一定厚度的材料，材料的厚度公差太大，不仅会影响产品质量，还可能导致产生废品、模具损坏。

e. 有良好的工艺适应性

材料应对机械接合及继续加工（如焊接、电镀、抛光等工序）有良好的工艺适应性能。

(5) 材料机械性能对冲压工艺的影响

    金属材料的冲压工艺性主要决定于其机械性能，包括塑性、屈服极限、强度极限、弹性、冷作硬化性能、各项异性等。

A. 塑性

塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不破坏的能力，以断面收缩率ψ和延伸率δ表示，ψ和δ的百分比越大，则塑性越好，冲压性能也越好。

B. 屈服极限

金属材料的试样拉伸时，当外力达到一定水平之后，虽然拉力不再增加，而试样仍继续发生塑性变形，这种现象称为屈服。产生屈服时的应力称为屈服极限σs，是材料的本身特性。

C. 强度极限

 材料在外力作用下，能抵抗断裂的最大应力称为强度极限。当外力是拉力时，称抗拉强度σb。

 材料的屈强比是指材料的屈服强度与抗拉强度之比σs/σb，小的屈强比几乎对所有的冲压成形都有利。  

D. 弹性

   弹性是指材料在外力作用下产生变形，当外力去除后恢复原状的能力。弹性高对冲压成形不利，弹性越好回弹越大。

E. 冷作硬化

   金属材料在塑性变形后，强度指标（如σs、硬度HRC）增加，塑性指标（ψ、δ）降低的现象称为冷作硬化。各种材料的冷作硬化性能不同，材料的冷作硬化特性，可用硬化指数N来衡量。N大表示硬化强度高，冲压变形时硬化显著。

F. 各向异性

金属材料在板平面内各方向的机械性能不同称为各向异性，各向异性对拉伸件质量的影响表现为边沿易形成凸耳、圆筒形易呈椭圆。各向异性越大，凸耳越大、椭圆度越明显。