金属冲压是一种冷成型工艺，利用模具和冲压机将金属板材加工成不同的形状。平板金属片（通常称为毛坯）被送入金属板冲压机，该冲压机使用工具和模具表面将金属成型为新形状。提供冲压服务的生产设施和金属制造商会将要冲压的材料放置在模具部分之间，在此处使用压力将材料成型并剪切成产品或组件所需的最终形状。
本文介绍了金属冲压工艺和步骤，介绍了通常使用的冲压机类型，探讨了冲压与其他制造工艺相比的优势，并解释了不同类型的冲压操作及其应用。
五金冲压的基本概念
金属冲压，也称为冲压，是一种低成本的高速制造工艺，可以生产大量相同的金属部件。冲压操作适用于短期或长期生产运行，并与其他金属成型操作一起进行，并且可能由一系列更具体的工艺或技术中的一个或多个组成，例如：
- 冲孔
- 冲裁
- 压花
- 铸币
- 弯曲
- 翻边
冲孔和冲裁是指使用模具将材料切割成特定形状。在冲压操作中，当冲头进入模具时，一块废料被去除，有效地在工件上留下一个孔。另一方面，冲裁从主要材料上移除工件，使移除的部件成为所需的工件或毛坯。
压花是一种通过将原始坯料压在包含所需形状的模具上，或通过将材料坯料通过辊模来在金属板上创建凸起或凹陷设计的过程。
压印是一种弯曲技术，其中将工件放置在模具和冲床或压力机之间进行冲压。此操作导致冲头穿透金属并导致准确、可重复的弯曲。深渗透还可以消除金属工件中的内应力，从而不会产生回弹效应。
弯曲是指将金属成型为所需形状（例如 L、U 或 V 形型材）的一般技术。金属的弯曲过程会导致塑性变形，应力高于屈服点但低于抗拉强度。弯曲通常围绕单个轴发生。
翻边是通过使用模具、压力机或专门的翻边机械在金属工件上引入喇叭口或法兰的过程。
金属冲压机可能不仅仅是冲压；他们可以铸造、冲压、切割和塑造金属板。机器可以编程或计算机数控 (CNC) 为每个冲压件提供高精度和可重复性。电火花加工 (EDM) 和计算机辅助设计 (CAD) 程序可确保准确性。可提供用于冲压件中使用的模具的各种工具机。渐进式、成型、复合和硬质合金工具可满足特定的冲压需求。级进模可用于同时在一个零件上制造多个零件。
冲压操作的类型
级进模冲压
级进模冲压使用一系列冲压站。金属线圈被送入带有级进冲压模具的往复式冲压机中。模具随压力机一起移动，当压力机向下移动时，模具关闭以冲压金属并形成零件。当压力机向上移动时，金属沿着水平方向移动到下一个工位。由于零件仍连接到金属带，因此必须精确对齐这些运动。最后一站将新制造的零件与其余金属分开。级进模冲压是长期运行的理想选择，因为模具可以使用很长时间而不会损坏，而且该过程具有高度可重复性。该过程中的每个步骤都对金属执行不同的切割、弯曲或冲压操作，从而逐渐实现所需的最终产品形状和设计。这也是一个更快的过程，浪费的废料数量有限。
转移模冲压
转移模冲压类似于级进模冲压，但零件在过程的早期与金属行程分离，并通过另一个机械传输系统（例如传送带）从一个冲压站转移到下一个冲压站。此过程通常用于可能需要转移到不同压力机的较大零件。
四滑动冲压
四滑块冲压也称为多滑块或四向冲压。此技术最适合制作具有大量弯曲或扭曲的复杂组件。它使用四个滑动工具，而不是一个垂直滑块，通过多次变形来塑造工件。两个滑块或冲头水平撞击工件以使其成形，并且不使用模具。多滑块冲压也可以有四个以上的移动滑块。
四幻灯片冲压是一种非常通用的冲压类型，因为不同的工具可以连接到每个幻灯片。它还具有相对较低的成本，并且生产速度快。
精冲
精冲，也称为精细边缘冲裁，对于提供高精度和光滑的边缘很有价值。通常在液压机或机械压力机上完成，或通过两者的组合完成，精冲操作包括三个不同的动作：
- 将工件或工作材料夹紧到位
- 冲裁操作的性能
- 成品件的弹出
精冲压力机的工作压力高于传统冲压操作中使用的压力，因此在设计工具和机械时需要考虑到这些更高的工作压力。
由精冲产生的边缘避免了传统模具产生的断裂，并且表面平整度可以超过其他冲压方法的平整度。由于它是一种冷挤压技术，因此精冲是一个单步工艺，从而降低了制造的总体成本。
冲压机的类型
三种常见的冲压机类型包括机械、液压和机械伺服技术。通常，压力机与自动送料器相连，自动送料器将金属板材以卷材或坯料的形式送入压力机。
机械的
机械压力机使用连接到机械飞轮的电机来传输和存储能量。他们的冲头尺寸范围从 5 毫米到 500 毫米不等，具体取决于特定的压力机。机械压力机的速度也各不相同，通常在每分钟 20 到 1,500 次冲程之间，但它们往往比液压机快。这些压力机的尺寸从 20 吨到 6,000 吨不等。它们非常适合用金属板卷制造更浅和更简单的零件。它们通常用于大批量生产的级进和转移冲压。
液压
液压机使用加压液压流体对材料施加力。液压活塞以与活塞头直径成正比的力水平排出流体，允许对压力量进行高级控制，并且压力比机械压力机更一致。此外，它们具有可调节的冲程和速度功能，通常可以在冲程中的任何点提供全功率。这些压力机的尺寸通常从 20 吨到 10,000 吨不等，冲程尺寸从大约 10 毫米到 800 毫米不等。
液压机通常用于较小的生产运行，以制造比机械压力机更复杂和更深的冲压件。由于可调节行程长度和受控压力，它们具有更大的灵活性。
机械舵机
机械伺服压力机使用大容量电机代替飞轮。它们用于以比液压机更快的速度制造更复杂的冲压件。冲程、滑块位置和运动以及速度是可控的和可编程的。它们由连杆辅助驱动系统或直接驱动系统提供动力。这些压力机是所讨论的三种类型中最昂贵的。
冲压模具的种类
用于金属冲压操作的模具可分为单工位模具或多工位模具。
单工位模具包括复合模具和组合模具。复合模具在单个压力机中执行多个切割操作，例如用钢制造简单垫圈所需的多次切割。
组合模具是将切割和非切割操作结合到单个冲程中的模具。一个例子可能是为给定的金属毛坯产生切口和法兰的模具。
多工位冲模包括级进冲模和传送冲模，其中开槽、冲孔和切割操作在同一冲模组中按顺序进行。
钢尺模具，也称为刀模，最初用于较软的材料，如皮革、纸张或纸板，但也可用于切割和成型金属，包括铝、铜和黄铜。用于切割面的钢带材料设计成与所需形状相匹配，并在模座中切出一个槽以容纳钢尺材料。待切割材料的特性，例如其厚度和硬度，有助于确定要在切割刀片中使用的钢尺厚度。
材料考虑
所用金属冲压材料的选择取决于成品的所需属性。冲压不仅限于金属的制造工艺 - 有许多金属冲压材料可以通过冲压技术加工，例如纸张、皮革或橡胶，但金属是迄今为止最常用的。
一般来说，金属在冲压后往往会保持其延展性和延展性。用于精密冲压的材料通常从软到中等硬度，并具有低流动系数。通过冲压制造的一些常用金属和金属类型包括：
- 贵金属，例如银、金和铂金
- 黑色金属，尤其是不锈钢等铁基合金
- 有色金属，例如青铜、黄铜和锌
- 非标合金，例如铍镍和铍铜
黑色金属通常用于冲压操作，因为它们的低碳含量意味着它们是可用的最便宜的选择之一，从而降低了单位生产成本。
在执行金属冲压操作时需要解决几个重要因素和设计注意事项。
整理作业
冲压后生产操作可以包括让冲压产品经过去毛刺、攻丝、铰孔和锪孔工艺。这些允许将其他零件添加到冲压件或修正表面缺陷或去除可能影响安全的锋利边缘。
去毛刺涉及去除冲压操作完成后留在工件上的切削材料碎片。锋利的边缘可能需要打磨以去除毛刺，或者可能需要翻边以产生光滑的边缘并将毛刺边缘引导至内部折叠处，在那里它不会造成伤害或在外观上被注意到。
设计理念
通常应避免在冲压产品中使用过窄的投影，因为它们可能更容易变形并影响成品的质量感知。
在可能的情况下，设计应基于标准形状和弯曲的现有模具的使用。需要创建用于冲压的定制模具将增加初始模具成本。
在冲压产品设计中避免尖锐的内角和外角有助于降低在这些区域形成较大毛刺的可能性，以及需要二次处理才能去除的尖锐边缘。此外，尖角处存在很大的应力集中可能性，这可能导致零件在长时间使用后开裂或随后失效。
成品的整体尺寸将受到金属板材或毛坯的可用尺寸的限制，这些限制需要考虑到边缘或法兰折叠处消耗的材料以及任何额外的材料移除或使用。非常大的产品可能需要在多个步骤中创建，并作为生产过程的第二步机械连接在一起。
对于冲压操作，请同时考虑冲压方向和冲压特征的尺寸。一般来说，最好是单向冲孔，这样冲头产生的任何锐边都会在工件的同一侧。然后可以出于外观目的隐藏这些边缘，并使工人或产品最终用户远离可能存在危险的一般访问。冲孔特征应反映原材料的厚度。一般规则是冲压特征的尺寸至少应为材料厚度的两倍。
对于折弯，钣金中的最小折弯半径与材料厚度大致相同。更小的弯曲更难实现，并且可能导致成品部件出现应力集中点，进而可能导致产品质量问题。
在钻孔或冲孔时，在同一步骤中执行这些操作将有助于确保它们的定位、公差和可重复性。作为一般准则，孔径不应小于材料厚度，孔之间的最小间距应至少为材料厚度的两倍。
弯曲操作应在意识到风险或扭曲材料的情况下进行，因为弯曲点的内表面和外表面上的材料分别被压缩和拉伸。最小弯曲半径应大约等于工件的厚度，再次避免应力集中。作为一个好的做法，法兰长度应该更像是工件厚度的三倍。
冲压优缺点
与其他工艺相比，冲压的一些好处包括模具成本更低、二次成本更低以及自动化程度更高。与其他常见工艺中使用的模具相比，金属冲压模具的生产和维护成本往往相对较低。二次成本，如清洁和电镀，也比其他金属制造工艺的类似处理便宜。冲压机相对容易实现自动化，可以采用高端计算机控制程序，提供更高的精度、更快的生产速度和更快的周转时间。高水平的自动化也降低了劳动力成本。
冲压的缺点之一是压力机的成本较高。还必须获取或创建模具，生产定制金属冲压模具是一个较长的预生产过程。如果在生产过程中必须更改设计，则模具也很难更换。
应用
冲压用于各种应用，尤其是那些涉及三维设计、刻字或其他表面雕刻特征的应用。此类冲压产品通常为家电制造商、汽车公司、照明行业、电信服务、军事和国防、航空航天工业、医疗设备制造商和电子公司生产。很可能您家中有一种产品的零件是通过金属冲压制成的，因为从家用电器到汽车，一切都采用这种工艺。
特定产品和组件的范围可以从简单的冲压件（例如金属夹、弹簧、配重、垫圈和支架）到更复杂的设计（例如发动机底座或摩擦片中的那些）。该工艺既可用于生产大型机械零件，也可用于生产非常精细的小零件。微型精密冲压可以制造出直径最大为 0.002 英寸的零件。
电子冲压件是通过金属冲压工艺制造的电子元件。它们用于各种行业，从家用电子产品和电器到电信和航空航天。电子冲压件可用于多种金属，包括铜、铜合金、铝和钢，以及更昂贵的金属，如铂和金。通过金属冲压方法生产的电子元件包括端子、触点、引线框架、弹簧和引脚。它们可以由黑色金属或有色金属材料制成。金属冲压件广泛用于计算机、电子设备和医疗设备。由于各种特殊形状可以制成冲压工艺，许多电子产品都是通过这种冷成型工艺制成的。
