沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)（第二版）課件 第7章其他沖模

沖壓工藝及模設(shè)計(jì)備課講義

課程名稱(chēng)冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)2

.

課程編號(hào)

1111400.

學(xué)時(shí)學(xué)分

48（4）學(xué)時(shí)3學(xué)分.

專(zhuān)業(yè)層次材料成型及控制工程.

備課教材

《沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì)》.

呂建強(qiáng)主編西電版2021授課班級(jí)材控1201

.授課日期

2023年2～5月.

授課教師呂建強(qiáng).

歸口系部材料成型系.

版次

01.

第7章其他沖壓方法與模具

其它成形工藝是指校形、翻邊、縮口、脹形、起伏成形等，這些工藝方法的變形特點(diǎn)不盡相同，常和沖裁、彎曲、拉深等工序組合，完成一些復(fù)雜形狀零件的沖壓加工。7.1校形校形包括校平與整形，屬于修整形的成形工藝，大都是在沖裁、彎曲、拉深等沖壓工序之后進(jìn)行的，主要是為了把沖壓件的不平度、圓角半徑或某些形狀尺寸修整到合格的要求。7.1.1校平?jīng)_裁后制件會(huì)產(chǎn)生穹彎，特別是用無(wú)壓料裝置的連續(xù)模沖裁所得的制件更不平整。對(duì)于平直度要求比較高的零件需要在沖裁工序后進(jìn)行校平。根據(jù)板料的厚度和對(duì)表面的要求不同，可以采用光面模校平和齒形模校平。1、光面模校平對(duì)于薄料質(zhì)軟而且表面不允許有壓痕的制件，一般應(yīng)采用光面模校平，光面模校平對(duì)改變材料的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的作用不大，材料仍有較大回彈，校平的效果較差，特別是對(duì)于高強(qiáng)度材料的零件校平后仍有較大回彈。為了使校平不受壓機(jī)滑塊導(dǎo)向精度的影響，校平模最好采用浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)。2、

齒形模校平對(duì)于平直度要求比較高、材料比較厚的制件或者強(qiáng)度極限比較高的硬材料的零件，通常采用齒形模校平。齒形模有細(xì)齒和粗齒兩種，上齒與下齒相互交錯(cuò)。用細(xì)齒校平模校平時(shí)，模具的齒尖擠壓入材料表面層內(nèi)一定的深度，使之形成很多塑性變形的小網(wǎng)點(diǎn)，改變了材料原有的應(yīng)力狀態(tài)，故能減少回彈，校平效果較好。但在校平零件的表面上留有較深的壓痕，而且工件也容易粘在模具上不易脫模。細(xì)齒校平模適用于材料較厚且表面允許有壓痕的工件。粗齒校平模適用于材料較薄以及鋁、銅等有色金屬，和工件表面不允許有較深壓痕的場(chǎng)合。如果零件的表面不允許有壓痕，或零件的尺寸較大，而又要求具有較高的平直度時(shí)，還可以采用加熱校平法。將需要校平的零件疊成一定的高度，用夾具壓緊成平直狀態(tài)，然后放進(jìn)加熱爐內(nèi)加熱到一定溫度，由于溫度升高以后材料的屈服強(qiáng)度降低，材料的內(nèi)力數(shù)值也相應(yīng)降低，所以回彈變形減小，達(dá)到校平的目的。3、

校平力F（N）F=Ap式中：A——校平面積（mm2）P——單位面積所需之校平壓力（MPa）對(duì)于軟鋼和黃銅在平面模上校平p=50～100MPa在細(xì)齒模上校平p=100～200MPa在粗齒模上校平p=200～300MPa7.1.2整形整形一般用于彎曲、拉深或其它成形工序之后。經(jīng)過(guò)這些工序的加工，制件已基本成形，但可能圓角半徑還太大，或是某些形狀和尺寸還沒(méi)有達(dá)到零件的要求，就需要進(jìn)一步整形。整形模和前工序所用的模具大體相似，只是對(duì)工作部分的精度要求更高，表面粗糙度要求更低，圓角半徑和凸、凹模間隙更小。7.1.2.1彎曲件整形彎曲件的整形可分為壓校和鐓校兩種。

壓校中由于材料沿長(zhǎng)度方向無(wú)約束，整形區(qū)的變形特點(diǎn)與該區(qū)彎曲時(shí)相似，材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化不大，因而整形效果一般。為了得到較好的整形效果，對(duì)于彎曲件可以采用如圖所示的鐓校整形方法。這時(shí)要取半成品的長(zhǎng)度稍大于成品要求的長(zhǎng)度。

7.1.2.2拉深件整形拉深件的整形隨整形部位的不同，具有不同的特點(diǎn)。筒壁整形主要是提高筒壁的形狀和尺寸精度。整形模間隙取(0.9~0.95)t，整形時(shí)直壁稍有變薄，通常把整形工序和最后一道拉深工序合二為一，這時(shí)拉探系數(shù)應(yīng)取得大些。

校平和整形工序的特點(diǎn)1）變形量都很小，只是在局部部位成形。2）校平和整形后制件的精度比較高。3）這類(lèi)工序在沖壓時(shí)都需要在壓力機(jī)下止點(diǎn)剛性卡壓一下。7．2

翻邊翻邊是指沿曲線或直線將薄板坯料邊部或坯料上預(yù)制孔邊部窄帶區(qū)域的材料彎折成豎邊的塑性加工方法。翻邊主要用于零件的邊部強(qiáng)化，去除切邊以及在零件上制成與其它零件裝配、連接的部位或具有復(fù)雜特異形狀、合理空間的立體零件，同時(shí)提高零件的剛度。在大型飯金成形時(shí)，也可作為控制破裂或折皺的手段。

7．2．1

圓孔翻邊圓孔翻邊就是把平板上或空心件上預(yù)先制好的孔擴(kuò)大成帶有堅(jiān)立邊緣的孔。翻邊前毛坯孔的直徑為d，翻邊過(guò)程中，凸模底部材料在凸模的作用下，孔內(nèi)徑不斷擴(kuò)大，材料逐漸靠近凹模內(nèi)壁而形成側(cè)壁，直到翻邊結(jié)束，變形區(qū)內(nèi)徑的尺寸等于凸模的直徑，即形成了豎直的邊緣。翻邊的變形區(qū)在凹模圓角區(qū)內(nèi)，凸模底部的材料為主要變形區(qū)，翻邊變形區(qū)受二向拉應(yīng)力即切向拉應(yīng)力σ?和徑向拉應(yīng)力στ的作用。切向拉應(yīng)力σ?

是最大主應(yīng)力，在孔口處達(dá)到最大值，此值若超過(guò)材料的允許值，翻邊即會(huì)破裂。

影響圓孔翻邊成形極限的因素（1）材料種類(lèi)及其力學(xué)性能。（2）預(yù)制孔的孔口狀態(tài)孔緣無(wú)毛刺和無(wú)冷作硬化時(shí)，較小，成形極限較大。（3）材料的相對(duì)厚度相對(duì)厚度愈大，Kmin愈小，成形極限愈大。（4）凸模的形狀用球形、錐形和拋物線形凸模翻邊時(shí)，變形條件比平底凸模優(yōu)越，Kmin較小。2、圓孔翻邊的工藝計(jì)算進(jìn)行翻邊工藝計(jì)算時(shí)需要根據(jù)制件的尺寸D計(jì)算出預(yù)沖孔直徑d，并核算其翻邊高度H。當(dāng)采用平板毛坯不能直接翻出所要求的高度H時(shí)，則應(yīng)預(yù)先拉深，然后在此拉深件的底部沖孔再翻邊。由于翻邊時(shí)材料主要是切向拉伸，厚度變薄，而徑向變形不大，因此進(jìn)行工藝計(jì)算時(shí)可以根據(jù)彎曲件中性層長(zhǎng)度不變的原則近似地進(jìn)行預(yù)沖孔徑大小的計(jì)算。

多次翻邊當(dāng)制件高度大于Hmax時(shí)，說(shuō)明不可能在一次翻邊中直接成形，需增加其他工序，如加熱翻邊、多次翻邊或先拉深、沖孔再翻邊等方法。多次翻邊的制件應(yīng)在2次工序之間進(jìn)行退火，以消除前次翻邊的冷作硬化。后續(xù)翻邊的極限翻邊系數(shù)在拉深件底部沖孔翻邊時(shí)，應(yīng)先決定翻邊所能達(dá)到的最大高度h，然后根據(jù)翻邊高度h及工件高度H來(lái)確定拉深高度h′。極限翻邊高度:hmax=D(1－Kmin)/2+0.57r預(yù)制孔直徑:d=D－2h+1.14r拉深高度:h′=H－h(huán)+r+t3、翻邊力3、翻邊力不同形狀凸模翻邊力的計(jì)算式為：柱形凸模P=1.1t(D-d)σb

球形凸模P=1.2Dtmσb式中：P——翻邊力(N)；t——板料厚度(mm)；D——翻孔中徑(mm)；d——預(yù)制孔直徑(mm)；σb——材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)；m——系數(shù)4、

圓孔翻邊模設(shè)計(jì)翻邊凸模和凹模間的單邊間隙Z為：式中D凹——凹模直徑；D凸——凸模直徑。由于翻邊后材料要變薄，一般可取單邊間隙Z為：Z=0.85t7．2．2外緣翻邊

內(nèi)凹翻邊若變形程度過(guò)大，豎邊邊緣的切向伸長(zhǎng)和厚度就比較大，容易發(fā)生破裂。2、

外凸翻邊用模具將毛坯上外凸的外邊緣翻成豎邊的沖壓加工方法稱(chēng)為外凸翻邊。如右圖所示，其應(yīng)力和應(yīng)變情況類(lèi)似于淺拉深，屬壓縮類(lèi)翻邊。

7．2．3非圓孔翻邊非圓孔翻邊的變形性質(zhì)與其孔線輪廓性質(zhì)有關(guān)。凡是內(nèi)凹弧線部分，其變形性質(zhì)與圓孔翻邊相同，變形區(qū)材料主要是產(chǎn)生切向拉伸變形。凡是外凸弧線部分，其翻邊屬壓縮類(lèi)變形。非圓孔翻邊時(shí)，伸長(zhǎng)類(lèi)翻過(guò)區(qū)的變形可以擴(kuò)展到與其相連的彎曲變形區(qū)域或壓縮類(lèi)翻邊區(qū)，從而可減輕伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊區(qū)的變形程度，所以非圓孔翻邊時(shí)，內(nèi)凹弧線段的極限翻邊系數(shù)可以小于圓孔翻邊時(shí)的極限翻邊系數(shù)，兩者之間的關(guān)系為:非圓孔翻邊所采用的預(yù)制孔形狀和尺寸，可根據(jù)各段孔線的曲線性質(zhì)分別類(lèi)比圓孔翻邊、彎曲和淺拉深毛坯計(jì)算方法確定。通常翻邊后弧線段的豎邊高度較直線段豎邊高度稍低，為消除誤差，弧線段的展開(kāi)寬度應(yīng)比直線段大5％～10％。由理論計(jì)算出的孔形應(yīng)加以適當(dāng)修正，使各段孔線能平滑過(guò)渡。7.2.4變薄翻邊若零件的翻邊高度較大難于一次成形，內(nèi)壁又允許變薄時(shí)，可采用變薄翻邊，以提高生產(chǎn)率并節(jié)約材料。變薄翻邊時(shí)，成形凸模、凹模間的間隙小于坯料的厚度，凸模下方的材料成形為豎邊后，會(huì)在凸模和凹模之間的小間隙內(nèi)受到擠壓，被強(qiáng)迫拉深變薄，從而增加一次翻邊成形的豎邊高度。7.2.5翻邊模結(jié)構(gòu)舉例7.3

縮口與擴(kuò)口7.3.1縮口縮口是將先拉深好的圓筒形件或管件坯料通過(guò)縮口模使其口部直徑縮小的一種成形工序，也稱(chēng)縮徑。A—變形區(qū)；B—待變形區(qū)（傳力區(qū)）；C—已變形區(qū)縮口模原理圖無(wú)支承外支承內(nèi)外支承縮口模具的支承形式有3種A—變形區(qū)；B—待變形區(qū)（傳力區(qū)）；C—已變形區(qū)縮口變形時(shí)坯料切向受壓應(yīng)力，在此應(yīng)力作用下坯料直徑減小而厚度與高度略有增加，其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)如圖所示?？s口變形特點(diǎn)與拉深變形相同，也屬于壓縮類(lèi)變形。正因?yàn)槿绱?，縮口工藝中坯料變形區(qū)容易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。而在非變形區(qū)(筒壁)由于承受全部縮口時(shí)的壓力，也易產(chǎn)生失穩(wěn)變形。因此，防止這兩種失穩(wěn)變形是縮口工藝能否順利進(jìn)行的主要問(wèn)題。

7.3.2擴(kuò)口擴(kuò)口也稱(chēng)擴(kuò)徑，它是將管狀坯料或空心坯料的口部通過(guò)擴(kuò)口模加以擴(kuò)大的一種成形方法。

極限擴(kuò)口系數(shù)是在傳力區(qū)不失穩(wěn)、變形區(qū)不開(kāi)裂的條件下，所能達(dá)到的最大擴(kuò)口系數(shù)。用Kmax來(lái)表示。此系數(shù)也是衡量擴(kuò)口能否順利進(jìn)行的重要參數(shù)。極限擴(kuò)口系數(shù)(15鋼，擴(kuò)口角＝20°)

7.4

脹形板料、空心工序件、空心半成品在雙向拉應(yīng)力作用下，產(chǎn)生擴(kuò)張(鼓凸)變形，獲得表面積增大(厚度變薄)的制件的沖壓成形方法稱(chēng)為脹形。常見(jiàn)的脹形件有板料的壓花(筋)件、肚形搪瓷制品、自行車(chē)管接頭、波紋管等，以及汽車(chē)車(chē)身的某些覆蓋件。7.4.1脹形變形特點(diǎn)7.4.2平板坯料局部脹形

1.壓筋在曲柄壓力機(jī)上對(duì)薄板(t<1.5mm)、小制件(面積A<2000mm2)進(jìn)行局部脹形時(shí)(加強(qiáng)筋除外)其沖壓力可按下式近似計(jì)算：P=AKt2加強(qiáng)筋所需沖壓力可按下式近似計(jì)算：P=LtσbK2.壓凸包壓凸包的成形極限可以用凸包的高度h表示3.壓印壓印是指利用模具在制件上壓出各種花紋、文字和商標(biāo)等印記的沖壓加工方法。壓印的變形特點(diǎn)與壓凸包或壓筋相同，也是通過(guò)變形區(qū)材料厚度減薄表面積增大的變形方式獲得所需形狀。7.4.3空心坯料脹形

1.機(jī)械脹形（剛模脹形）2.

橡皮脹形3.

液壓脹形

7.5旋壓旋壓可以完成類(lèi)似拉深、翻邊、凸肚、縮口等工藝，而不需要類(lèi)似于拉探、脹形等復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)，適用性較強(qiáng)。它是根據(jù)材料的塑性特點(diǎn),將毛坯裝卡在芯模上并隨之旋轉(zhuǎn)，選用合理的旋壓工藝參數(shù)，旋壓工具（旋輪或其他異形件）與芯模相對(duì)連續(xù)地進(jìn)給，依次對(duì)工件的極小部分施加變形壓力,使毛坯受壓并產(chǎn)生連續(xù)逐點(diǎn)變形而逐漸成形工件的一種先進(jìn)塑性加工方法。7.5.1普通旋壓普通旋壓簡(jiǎn)稱(chēng)普旋，普通旋壓的基本方式有拉深旋壓（拉旋）、縮