沖模設計第7章其他沖模

第7章其它成形工藝與模具設計

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不盡相同，常和沖裁、彎曲、拉深等工序組合，完成一些復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。對于平直度要求比較高的零件需要在沖裁工序后進行校平。根據(jù)板料的厚度和對表面的要求不同，可以采用光面模校平和齒形模校平。1、光面模校平對于薄料質軟而且表面不允許有壓痕的制件，一般應采用光面模校平，光面模校平對改變材料的內應力狀態(tài)的作用不大，仍有較大回彈，特別是對于高強度材料的零件校平效果差。為了使校平不受壓機滑塊導向精度的影響，校平模最好采用浮動式結構。2、

齒形模校平對于平直度要求比較高、材料比較厚的制件或者強度極限比較高的硬材料的零件，通常采用齒形模校平。齒形模有細齒和粗齒兩種，上齒與下齒相互交錯。用細齒校平模校平后，制件表面殘留有細齒痕，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，工件表面不允許有較深的壓痕。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）對于軟鋼和黃銅在平面模上校平p=50～100MPa在細齒模上校平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。整形模和前工序所用的模具大體相似，只是對工作部分的精度要求更高，表面粗糙度要求更低，圓角半徑和間隙較小。

拉深件整形

校平和整形工序的特點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）這類工序在沖壓時都需要在壓力機下止點剛性卡壓一下。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。翻邊的種類、形式很多。根據(jù)成形過程中邊部材料長度的變化情況，可將翻邊分為伸長類翻邊和壓縮類翻邊。根據(jù)變形工藝特點，翻邊可分為內孔翻邊（圓孔或非圓孔）、外緣翻邊（外緣內凹和外緣外凸）、變薄翻邊等。a-平面圓孔翻邊b-立體件上圓孔翻邊c-平面內凹外緣翻邊d-伸長類曲面翻邊e-壓縮類曲面翻邊f(xié)-平面外凸外緣翻邊7．2．1

圓孔翻邊圓孔翻邊就是把平板上或空心件上預先制好的孔擴大成帶有堅立邊緣的孔。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，孔內徑不斷擴大，材料逐漸靠近凹模內壁而形成側壁，直到翻邊結束，變形區(qū)內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，凸模底部的材料為主要變形區(qū)，翻邊變形區(qū)受二向拉應力即切向拉應力σ?和徑向拉應力στ的作用。切向拉應力σ?

是最大主應力，在孔口處達到最大值，此值若超過材料的允許值，翻邊即會破裂。圓孔翻過時成形的變形程度，用坯料上預制孔的初始直徑與翻邊成形完成后豎邊的中徑比值表示：稱為翻邊系數(shù)，值愈小，表示翻邊時變形程度愈大。圓孔翻邊的成形極限可根據(jù)口部是否發(fā)生破裂來確定。所以在翻邊過程中應保證毛坯孔邊緣的伸長變形小于材料塑性伸長所允許的極限值。翻邊系數(shù)與豎邊邊緣厚度變薄量的關系可近似表達為由上式可知，值愈小，豎邊孔緣厚度減薄愈大，容易發(fā)生破裂，當翻邊系數(shù)減小到使孔的邊緣瀕于破裂時，這種極限狀態(tài)下的翻邊系數(shù)稱為極限翻邊系數(shù)，以Kmin表示。影響圓孔翻邊成形極限的因素（1）材料種類及其力學性能。（2）預制孔的孔口狀態(tài)孔緣無毛刺和無冷作硬化時，較小，成形極限較大。（3）材料的相對厚度相對厚度愈大，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，變形條件比平底凸模優(yōu)越，Kmin較小。2、圓孔翻邊的工藝計算進行翻邊工藝計算時需要根據(jù)制件的尺寸D計算出預沖孔直徑d，并核算其翻邊高度H。當采用平板毛坯不能直接翻出所要求的高度H時，則應預先拉深，然后在此拉深件的底部沖孔再翻邊。由于翻邊時材料主要是切向拉伸，厚度變薄，而徑向變形不大，因此進行工藝計算時可以根據(jù)彎曲件中性層長度不變的原則近似地進行預沖孔徑大小的計算。當在平板毛坯上翻邊時，其預沖孔直徑d可以計算如下： d=D-2（H-0.43r-o.72t）翻邊高度H的表達式：

將Kmin代入上式，則可得到許可的最大翻邊高度Hmin：當制件要求高度H>Hmin時，就不能直接由平板毛坯翻邊成形，而需要采用先拉深，再在拉深底部沖孔翻邊。在拉深件底部沖孔翻邊時，應先決定翻邊所能達到的最大高度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′。其預沖孔直徑d應為：d=D-2h+1.14r其產(chǎn)深高度h`應為：3、翻邊力翻邊力F（N）一般不大，可按下式計算： F=1.1л（D-d）tσ式中D

——

翻邊后直徑（按中線計）（mm）

d

——

翻邊預沖孔直徑（mm）

t

——

材料厚度（mm）

σs——

材料的屈服點（MPa）4、

圓孔翻邊模設計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1、

內凹翻邊用模具將毛坯上內凹的邊緣，翻成豎邊的沖壓加工方法稱為內凹翻邊。如右圖所示，其應力和應變情況與圓孔翻邊相似，屬于伸長類翻邊。內凹翻邊的變形程度用Es表示內曲翻邊若變形程度過大，豎邊邊緣的切向伸長和厚度就比較大，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，其應力和應變情況類似于淺拉深，屬壓縮類翻邊。外凸翻邊的變形程度用表示外曲翻邊時由于切向壓應力的作用，產(chǎn)生較大的壓縮變形，容易起皺，故成形極限主要受壓縮起皺的限制。當翻邊高度較大，起皺趨勢增大時，為避免起皺，可采用壓邊裝置。7．2．3非圓孔翻邊非圓孔翻邊的變形性質與其孔線輪廓性質有關。凡是內凹弧線部分，其變形性質與圓孔翻邊相同，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，伸長類翻過區(qū)的變形可以擴展到與其相連的彎曲變形區(qū)域或壓縮類翻邊區(qū)，從而可減輕伸長類翻邊區(qū)的變形程度，所以非圓孔翻邊時，內凹弧線段的極限翻邊系數(shù)可以小于圓孔翻邊時的極限翻邊系數(shù)，兩者之間的關系為非圓孔翻邊所采用的預制孔形狀和尺寸，可根據(jù)各段孔線的曲線性質分別類比圓孔翻邊、彎曲和淺拉深毛坯計算方法確定。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比直線段大5％～10％。由理論計算出的孔形應加以適當修正，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，內壁又允許變薄時，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，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，會在凸模和凹模之間的小間隙內受到擠壓，被強迫拉深變薄，從而增加一次翻邊成形的豎邊高度。7.2.5翻邊模結構舉例7.3

脹形板料、空心工序件、空心半成品在雙向拉應力作用下，產(chǎn)生擴張（鼓凸）變形，獲得表面積增大（厚度變?。┑闹萍臎_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。7.3.1脹形變形特點7.3.2平板坯料局部脹形7.3.3空心坯料脹形空心坯料的脹形俗稱凸肚成形，成形時材料沿徑向拉伸，將空心坯料（空心工序件或管坯）向外擴張，脹出所需凸起形狀。變形程度以脹形系數(shù)K表示，即K＝dmax/d0（1）

機械脹形（剛模脹形）（2）

橡皮脹形（3）

液壓脹形7．4

縮口7.4.1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?？s口變形主要是毛坯受切向壓縮而使直徑減小，厚度與高度略有增加。因而在縮口工藝中毛坯易于失穩(wěn)起皺。同時，在非變形區(qū)（傳力區(qū)）的筒壁，由于承受全部縮口壓力F，也易產(chǎn)生失穩(wěn)變形。A—變形區(qū)；B—待變形區(qū)（傳力區(qū)）；C—已變形區(qū)7.4.2擴口擴口也稱擴徑，它是將管狀坯料或空心坯料的口部通過擴口模加以擴大的一種成形方法。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、脹形等復雜的模具結構，適用性較強。它是根據(jù)材料的塑性特點,將毛坯裝卡在芯模上并隨之旋轉，選用合理的旋壓工藝參數(shù)，旋壓工具（旋輪或其他異形