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）材料種類及其力學(xué)性能。（2）預(yù)制孔的孔口狀態(tài)孔緣無毛刺和無冷作硬化時(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為外凸翻邊。如右圖所示，其應(yīng)力和應(yīng)變情況類似于淺拉深，屬壓縮類翻邊。

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，其翻邊屬壓縮類變形。非圓孔翻邊時(shí)，伸長(zhǎng)類翻過區(qū)的變形可以擴(kuò)展到與其相連的彎曲變形區(qū)域或壓縮類翻邊區(qū)，從而可減輕伸長(zhǎng)類翻邊區(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縮口模使其口部直徑縮小的一種成形工序，也稱縮徑。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，也屬于壓縮類變形。正因?yàn)槿绱耍s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)行的主要問題。

7.3.2擴(kuò)口擴(kuò)口也稱擴(kuò)徑，它是將管狀坯料或空心坯料的口部通過擴(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)不開裂的條件下，所能達(dá)到的最大擴(kuò)口系數(shù)。用Kmax來表示。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為脹形。常見的脹形件有板料的壓花(筋)件、肚形搪瓷制品、自行車管接頭、波紋管等，以及汽車車身的某些覆蓋件。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似拉深、翻邊、凸肚、縮口等工藝，而不需要類似于拉探、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)稱普旋，普通旋壓的基本方式有拉深旋壓（拉旋）、縮