【冲压】铝板冲压的相关问题！

来源：冲压帮

以下有些词翻译的不够专业，但相信行业中人都能理解清楚哈！（在此就不一一修正了，尊重作者吧.O(∩_∩)O哈哈~）

讨论一下轻量化金属：铝合金板料冲压的一些要素。

这包括冲压间距 die clearance，模具半径die radius，冲头半径 punch radius，最小弯曲半径 minimum bend radius，圆头杯零件 cup，方形零件 rectangular，余量极限 overhang limit，和附加物 addendum。

汽车可以通过优化设计和使用轻质材料来减重。铝合金是合适的选择：质量轻，而且一些铝合金的强度甚至高于结构钢。铝的密度约为铁的35%，铜的30%。

通过掺杂合金元素（锰，硅，铜，镁或锌）和冷加工硬化，铝合金强度可以加倍。甚至一些热处理过的铝合金，其拉伸强度达到700 MPa。

铝的杨氏模量约为钢的1/3，所以铝制品的刚度在理论上也会减少。为了克服这个问题，一般采用两种方法：1，增加筋,2,增加厚度。

铝合金的屈服强度低于钢。所以，在总体强度，抗凹陷，吸能，抗冲击等方面，铝冲压板低于钢制。2系和6系铝合金在变形后可以烘烤硬化来提高屈服强度。另外，需要额外的设计来弥补强度的损失。为了得到优良的铝合金冲压件，以下是一些模具和零件的设计准则仅供参考：

冲压间距 die clearance

如图1中uD，是冲头和模具表面间距。如果间距过大，成品为圆锥而非圆柱。如果间距太小，熨烫成形（ironing，均匀变薄）开始，变形力和断裂的危险都增加。

图1：uD是冲压间距

模具 die

冲压深度一般要小于任意拐角半径的7倍，或者拐角半径（<6.35 mm）的12倍。

半径 radius

模具半径rD取决于工件厚度。为了降低拉伸力，rD需要增加。然而，rD变大，翼缘和压紧区的接触面积则变小，起皱可能性变大。对于铝合金冲压，建议rD约为5-10倍板厚。

冲头半径 punch radius

选择合适的冲头半径rp是冲压成功的一个基本条件。对于厚度大的小部件，建议使用大过度角来预防过渡区的厚度的减少。rp必须不小于rD，防止穿透材料。对于铝合金冲塔，建议rp约为8-10倍板厚。若大于10倍板厚，起皱可能性增大，因为金属包围着冲头拐角时候环向压应力较大。

最小弯曲半径 minimum bend ratio

图2给出了对于不同铝合金，建议的最小弯曲半径和板厚的比率。

图2：最小弯曲半径

圆杯拉伸cup

越高强度合金，单次拉伸的最大深度要越小。冲头周长和板周长的比例至少要0.5（2024-O或者5052-O铝合金），以及0.3（6061-T4/T6铝合金）。模具拐角半径应该是板厚的5-10倍。

长方体零件 rectangular

见图3。拉伸深度要小于任何拐角半径rC（12.7-25.4毫米）的7倍，或者小于6.35毫米拐角半径的12倍。拉伸和拐角半径都要大于板厚的5倍；关注微信公众号，冲压帮 底部rB范围是板厚的3-8倍。对于3003-O，2024-O和5052-O铝合金，零件长宽比约是0.6（当拐角半径达到9.52毫米）和0.75（当拐角半径大于12.7毫米）。小于60度的拐角会降低可拉伸的深度。

图3：长方体零件的rB, rC

余量极限 overhang limit

余量极限是指一些模具无法支撑的材料量。铝合金的最大余量极限要小于板厚的75倍。图4显示了板厚50倍的余量极限是可以接受的。若余量太大，在收缩翼缘区由于压力会引起起皱。

图4：余量极限达到板厚的50倍是可以接受的

工艺补充 addendum

工艺补充是利用增加的额外模具特征来协助冲压。一般位于凸模修边线之外。工艺补充会经修边工序而切掉。工艺补充作用如下：根据产品特征；防止起皱和断裂；协助下一步工序如垂直翻边。只有当决定需要才设计附加物。是否使用附加物是由设计和工艺师决定，一般依据经验。附加物的种类包括深拉墙，挂钩，枕块，泡等。其中深拉墙和挂钩是最常用的。

深拉墙 draw walls

深拉墙是直面，连接冲头开线和成品边缘。其参数包括长度，角度和两端半径。通过改变长度和角度，深拉墙也被用于控制金属流入量。对于铝合金冲压，深拉墙的冲头半径应该为20毫米，见图5。拉深筋距离模具半径16-20毫米。较大半径有助于得到均匀化应变，较小半径可能导致材料断裂。对于铝合金，模具半径一般为10毫米。建议角度要大于6度。随着拉深深度增加，角度也要增加以防止极端成形条件。若金属流入量过大，则增大角度。

图5：附加物中的深拉墙用来填补夹具和成品表面的高度差

挂钩 drawbars

挂钩类似于夸大的拉深筋，一半属于凸模而另一半属于凹模，见图6。挂钩作用是消除起皱，通过补偿由拉深深度差值引起的多余的金属。建议沿着直边的冲头半径9-12倍板厚以及拐角半径要大于12倍板厚。挂钩半径至少要20毫米。对于铝合金冲压，挂钩距离拉深筋为16-20毫米。在设计试错阶段，若断裂，则可减少深度和增大拉深筋半径。若起皱，则可增大深度和减少拉深筋半径。拉深筋深度也会影响切边线。修边线应该在直边上而非半径。所以，任何附加物半径半径要低于切边线约6毫米。

图6：拉深筋距离模具半径16-20毫米。较大半径有助于得到均匀化应变。

图7：挂钩类似夸大的拉深筋。此图板厚为1毫米。

图8：切边线位置

END