成形工藝與成形模

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1、模塊五成形工藝與成形模 在沖壓生產(chǎn)中，除沖裁、彎曲、拉深等工序外，還有一些工序，包括脹 形、翻邊、 縮口、矯形、旋壓等，通常稱為成形工序。成形工序是指用各種局 部變形的方法來(lái)改變 坯料或工序件形狀的加工方法，他們常和其他沖壓工序組合在一起，加工某些復(fù)雜形狀 的零件。如圖1所示的自行車中接頭，其主要加工工序有切管、脹形、制孔、圓孔翻邊 等，而脹形和圓孔翻邊是成形該零件的關(guān)鍵工序。本章主要介紹幾種典型成形工序的特 點(diǎn)、應(yīng)用、工藝計(jì)算及模具結(jié)構(gòu)。 學(xué)習(xí)項(xiàng)目一脹形 沖壓生產(chǎn)中，一般將空心件或管狀件沿徑向向外擴(kuò)張的成形工序稱為脹 形，這種成 形工序和平板坯料的局部凸起變形，在變形性質(zhì)上基本相同，因

2、此，可以把在坯料的平 面或曲面上使之凸起或凹進(jìn)的成形統(tǒng)稱為脹形，如圖 2所示 為各種脹形件。 圖1自行車接頭 一、變形特點(diǎn) 用圖3所示的球形凸模對(duì)平板坯料進(jìn)行脹形可說(shuō)明脹形的基本特點(diǎn)。由于 坯料被有 壓料筋的壓邊圈壓住，變形區(qū)限制在凹模口以內(nèi)。在凸模的作用下，變形區(qū)大部分材料 受雙向拉應(yīng)力作用而變形，其厚度變薄、表面積增大，形成一個(gè)凸起。在一般情況下， 脹形變形區(qū)內(nèi)金屬不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)起皺，表面光滑、質(zhì)量好。由于坯料的厚度相對(duì)于坯料 的外形尺寸極小，脹形時(shí)雙向拉應(yīng) 力在板厚方向上的變化很小，從坯料的內(nèi)表面到外表 面分布較均勻，因此當(dāng) 脹形力去除后，零件內(nèi)、外回彈方向一致，這樣回彈

3、就小， 零件形狀容易保持，精度也容易保證。 由于脹形屬于伸長(zhǎng)類變形，其成形極限受到拉 裂的限 制。材料的塑性越好，硬化指數(shù)n值越大，可 能達(dá)到的極限 變形程度越大。此外，模具結(jié)構(gòu)、零件形狀、潤(rùn)滑條件及材 料厚度等均影響脹形區(qū)金屬的變形。因此凡是能使變形均 勻、降低危險(xiǎn)部位拉應(yīng)變值的各種因素，均有利于提高極限 變形程度。 二、起伏成形 平板坯料在模具的作用下，產(chǎn)生局部凸起 的 圖3脹形變形特點(diǎn) 1 ■凸模2-壓料筋3?壓邊圈 4?坯料5-凹模 b) 沖壓方法稱為起伏成形。起伏成形主要用于增加 零件的剛度 和強(qiáng)度，如壓加強(qiáng)筋、壓加強(qiáng)窩，也 可按零件要求壓凸包、 壓字、壓花紋等。圖4所

4、示 是起伏成形的一些例子，起伏成 形常采用金屬?zèng)_模 C-C 1 > n hooiw j 圖4起伏成形舉例 1 .壓加強(qiáng)筋 由于壓筋后零件慣性矩的改變和材料加工后的硬化，能夠有效地提高零件的剛度和 強(qiáng)度，壓加強(qiáng)筋的工藝在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。 在平板坯料上壓加強(qiáng)筋，變形區(qū)材料主要承受拉應(yīng)力，對(duì)塑性差的材料或變形過(guò)大 時(shí)，則可能產(chǎn)生裂紋。 對(duì)于形狀較復(fù)雜的加強(qiáng)筋，成形時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變情況比較復(fù)雜，其危險(xiǎn)部位和極限變形程度，一般可通過(guò)試驗(yàn)的 方 法確定。 4放大 — (0.7 ?0.75)[] 1o 圖5起伏成形前后材料的長(zhǎng)度 對(duì)于一般的壓有形狀比較簡(jiǎn)單的加強(qiáng)

5、筋的零件（如圖5所示），按下式近似 地 確定其極限變形程度 式中 I。、I一分別為起伏成形前后的材料長(zhǎng)度。 口一材料的伸長(zhǎng)率。 系數(shù)0?7?0?75視筋的形狀而定，弧形筋取大值，梯形筋取小值。 如果計(jì)算結(jié)果符合上述條件，則可一次成形。否則，應(yīng)先壓制弧形過(guò)渡形狀，然后 再壓出零件所需形狀。 當(dāng)加強(qiáng)筋與邊緣距離小于（3?3.5）時(shí)，由于在成形過(guò)程中，邊緣材料要向內(nèi)收 縮，成形后需增加切邊工序，因此預(yù)先應(yīng)留切邊余量。 沖壓加強(qiáng)筋的變形力按下式計(jì)算 FKLb 式中F一變形力（N）； K一系數(shù)，K=0.7?1 （加強(qiáng)筋形狀窄而深時(shí)取大值，寬而淺時(shí)取小值）； L—加強(qiáng)筋的周長(zhǎng)（

6、mm）; 一材料厚度（mm）； b—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）。 2 .壓凸包 壓凸包時(shí)，有效坯料直徑與凸模直徑的比值 D/dp應(yīng)大于4。此時(shí)坯料外區(qū) 是相對(duì)的強(qiáng)區(qū)，不會(huì)向里收縮。變形也屬于局部脹形，否則便成為拉深。 沖壓凸包的高度因受材料塑性的限制不能太大，平板坯料壓凸包時(shí)的許用 成形高度 可由書中表查得。凸包成形高度還與凸模形狀與潤(rùn)滑有關(guān)，球形凸模 較平底凸模成形高 度大，潤(rùn)滑條件擠好時(shí)成形高度較大， 如果零件凸包高度超出表所列極限值，則可采用圖6所示的方法，第一道工 序用 大直徑的球形凸模脹形，達(dá)到在較大范圍內(nèi)聚料和均勻變形的目的，用第 二道工序最后 成形得到所要求的尺寸。

7、 三、空心坯料的脹形 空心坯料脹形是迫使材料沿徑向伸展，脹出所需的凸起曲面，可用于制造 7是自行車 許多形狀較為復(fù)雜的零件，如壺嘴、帶輪、波紋管、各種接頭等。圖 中接頭脹形的示意圖。 圖6深度較大的局部脹形法 圖7自行車中接頭的脹形 a）預(yù)成型 b）最后成形 1 .脹形方法 空心坯料脹形根據(jù)模具的不同分成兩類：一類是剛性凸模脹形，如圖 8所 示，利用錐形芯塊將分塊凸模向四周頂開，使坯料形成所需的形狀，分塊凸模數(shù)多有助 于提高零件精度。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高

8、，且難以得到精度較高的旋轉(zhuǎn)體零件；另 一類是軟模脹形，其原理是利用橡膠、液體、氣體或鋼丸等代替剛性凸模。橡膠脹形如 圖9所示，以橡膠作為凸模，在壓力作用下使橡膠變形，把坯料沿凹模內(nèi)壁脹開成所需 的形狀。橡膠脹形的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，坯料變形均勻，能成形復(fù)雜形狀的零件。近年來(lái)廣 泛采用聚氨脂橡膠脹形，它與一般橡膠相比具有強(qiáng)度高、彈性好、耐油性好和使用壽命 長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。 圖9軟模脹形 圖8用剛性凸模的脹形 1-凹模2■分瓣凸模3?拉簧 4 ■錐形芯塊 5-零件 1 ?凹模2-零件3■橡膠凸模 4-下凹模 5 ■軟墊塊  圖10所示為液壓脹形。液壓脹形時(shí)，凹模內(nèi)的坯料在高壓液體作用下直徑

9、脹大, 最終貼靠凹模內(nèi)壁成形。液體脹形可加工大型零件，且液體的傳力均勻，零件表面質(zhì)量 好。 圖11是采用軸向壓縮和高壓液體聯(lián)合作用的脹形方法。首先將管坯置于下 模，然后將上模壓下，再使兩端的軸頭壓緊管坯端部，繼而從兩軸頭孔內(nèi)通人 高 壓液體，在高壓液體和軸向壓縮力的共同作用下脹形而獲得所需零件，用這種方 法可加工高精度零件。 圖10液體脹形 圖11加軸向壓縮的液體脹形 1 ■上模2?軸頭3-下模4-管坯5?零件 2 .脹形的變形程度 圖12空心壞料脹形尺寸 脹形時(shí)，材料切向受拉神，其極限變形程度受最大變形處材料許用伸長(zhǎng)率的 的限制，生產(chǎn)中常用脹形系數(shù)K表示空心坯料變形程度，

10、脹形系數(shù)的表達(dá)式為 max D 式中dmax一脹形處最大直徑； D一空心坯料原來(lái)的直徑。脹形系數(shù)K和材料伸長(zhǎng) 率的關(guān)系為 d max D 由于坯料的變形程度受到材料伸長(zhǎng)率的限制，所以只要知道材料的伸長(zhǎng)率便可按 上式求出相應(yīng)的極限脹形系數(shù)。如果在對(duì)坯料徑向加壓的同時(shí)，也在軸向加壓的話，脹 形的變形程度可以增大。若對(duì)變形部分局部加熱，則能顯著增大脹形系數(shù)，其具體數(shù)值 詳見書中表。 3 ,脹形的坯料計(jì)算 為便于材料的流動(dòng)，減少變形區(qū)材料的變薄率，在脹形時(shí)坯料端頭一般不 予固定，使其能自由收縮，因此坯料高度要考慮增加一個(gè)必縮量并留有切邊余量 由圖12可知，坯料的直徑為 max

11、 K 坯料長(zhǎng)度為 Ll[1 （0.3- 0.4） ] b 式中I 一變形區(qū)母線長(zhǎng)度（mm）; 一坯料切向拉伸的切向伸長(zhǎng)率（％）； b一切邊余量，一般取5~15mm; 0. 3~0.4為切向伸長(zhǎng)伸長(zhǎng)而引起的高度減小所需的系數(shù) 4 .脹形力 脹形力的大小與脹形方法、零件的復(fù)雜程度等因素有關(guān)。在生產(chǎn)中，脹形壓力的大 小往往通過(guò)試壓才能準(zhǔn)確確定，脹形力的估算可參考有關(guān)資料。 5 .脹形模的結(jié)構(gòu) 脹形模的凹模一般采用鋼、鑄鐵、鋅基合金、環(huán)氧樹脂等材料制造，其結(jié)構(gòu)可分 為整體式和分塊式兩大類。整體式凹模必須有足夠的強(qiáng)度，因?yàn)楣ぷ鲏毫? 圖13橡膠脹形模 1 ■橡膠凸模2■組合凹模

12、3?推板4-定位銷 都由它承受。受力較大的脹形凹模，可帶有鑄 造加 強(qiáng)筋；也可以在凹模外面套上一個(gè)或幾個(gè)加強(qiáng)環(huán) 箍，凹模和環(huán)箍間采用過(guò)盈配合，組成預(yù)應(yīng)力組合 凹模，這比單純?cè)黾影寄１诤窀?效。 分塊式脹形凹模必須根據(jù)零件合理選擇分模 面，分塊數(shù)應(yīng)盡量減少。在閉合狀態(tài)下，分 模面應(yīng) 緊密貼合，形成完整的凹模型腔，在對(duì)縫處不應(yīng)有 間隙和不平。分模塊用整體模套固緊一般取10 ~15 為宜，太大不易自鎖，太小不便于使用。為了防止模塊錯(cuò)位，模塊之間應(yīng)有定位銷連接, 如圖13所示。 橡膠脹形凸模的結(jié)構(gòu)尺寸需設(shè)計(jì)合理。由于橡膠凸模是主要的承力和傳力件，所以 必須采用具有一定強(qiáng)度、硬度和彈性的橡膠。

13、橡膠凸模一般在封閉狀態(tài) 下工作，其形狀 和尺寸應(yīng)根據(jù)零件而定，不僅要保證能順利進(jìn)人空心坯料，還要有利于壓力的合理分 布，使零件的各部位都能很好地緊靠凹模腔。為了制作方便，橡膠凸模最好簡(jiǎn)化成柱 形、錐形和環(huán)形等簡(jiǎn)單的幾何形狀，橡膠凸模的直徑應(yīng)略 小于坯料的內(nèi)徑如圖14所示。橡膠凸模的直徑和高度按下式計(jì)算 d 0.895D LD2 h 式中d一橡膠凸模直徑； D一空心坯料內(nèi)徑； hi一橡膠凸模高度； L 一空心坯料長(zhǎng)度。 考慮橡膠棒受壓體積縮小及兩端承力面上因摩擦作用，影響局部變形力的發(fā)揮，橡 膠凸模還應(yīng)適當(dāng)增加高度，其總的高度應(yīng)為 H hi h2 hs 式中 hi—橡膠凸模的

14、高度； h2一壓縮后體積減小的高度； h3一為提高零件兩端變形力而增加的高度。 通常 h2h3 (0.1-0.2)hio 圖15所示為罩蓋脹形模。該模具采用聚氨脂橡膠進(jìn)行軟模脹形，為使零件脹形后 便于取出，將凹模分上下兩個(gè)部分，脹形上、下模間以止口定位，單邊間隙為0.05m mo零件側(cè)壁靠橡膠的脹開成形，底部靠壓包凸、凹模成形。當(dāng)模具閉合時(shí)，先由彈簧壓 緊上、下凹模，然后脹形。 4Mo 圖15罩蓋脹形模 1 ?下模板2-螺栓3-壓包凸模4?壓包凹模5?脹形下模6-脹形上模 7■橡膠8.拉桿9-上固定板10-上模板11 .螺釘12.模柄 13 ■彈簧14 ■螺母15

15、 ?拉桿螺釘16 ?導(dǎo)柱17-導(dǎo)套 學(xué)習(xí)項(xiàng)目二翻邊 翻邊是在模具的作用下，將坯料的孔邊緣或外邊緣翻成豎立直邊的成形方 法，圖 16所示均為翻邊后的零件。 利用翻邊可以加工各種具有特殊空間形狀和良好剛度的立體零件(如汽車門外板、 自行車中接頭等)，還能在沖件上制取與其他零件裝配的部位(如鉀釘孔、螺紋底孔和軸 承座等)。成形大型沖壓件時(shí)，還可以利用翻邊形成強(qiáng)區(qū)以免 發(fā)生破裂或起皺。 翻邊是沖壓生產(chǎn)中的常用工序之一。根據(jù)沖件邊緣的形狀和應(yīng)力、應(yīng)變狀 態(tài)的不 同，翻邊可以分為內(nèi)孔翻邊和外緣翻邊，也可分為伸長(zhǎng)類翻邊和壓縮類翻 邊等。 C) 圖16翻邊后的零件 圖16圓孔翻邊變形區(qū)的應(yīng)力

16、與應(yīng)變 a) b) c)d) ?內(nèi)孔翻邊 e) f) ?外緣翻邊 、圓孔翻邊 1 .圓孔翻邊的變形特點(diǎn)與翻邊系數(shù) 如圖17所示，翻邊前坯料孔徑為d,翻邊變形區(qū)是內(nèi)徑為d、外徑為D的環(huán) 形部 分。當(dāng)凸模下行時(shí)，d不斷擴(kuò)大，凸模下面的材料向側(cè)面轉(zhuǎn)移，最后使平面環(huán)形變成豎 邊。 圓孔翻邊時(shí)的變形情況同樣可以通過(guò)觀察變形前后網(wǎng)格的變化來(lái)進(jìn)行分 析，如圖 17所示。由圖中可見，變形區(qū)坐標(biāo)網(wǎng)格由扇形變成矩形，說(shuō)明變形區(qū)材料沿切向伸長(zhǎng)， 越靠近孔口伸長(zhǎng)越大，接近于線拉伸狀態(tài)，是三向主應(yīng)變中最大的主應(yīng)變。同心圓之間 的距離變化不明顯，即其徑向變形很小，徑向尺寸略有減小。豎邊的壁厚有所減薄，尤 其在孔

17、口處，減薄較為嚴(yán)重。圖中所示的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)反映了上述分析的這些變形特 點(diǎn)。圓孔翻邊的主要危險(xiǎn)在于孔口邊緣被拉裂，破裂的條件取決于變形程度的大小。 圓孔翻邊的變形程度以翻邊前孔徑d與翻邊后孔徑D的比值K來(lái)表示。即 K稱為翻邊系數(shù)。K值越小，則變形程度越大。翻邊時(shí)孔邊不破裂所能達(dá) 到的最小 K值，稱為極限翻邊系數(shù)，以（K）或Kmm表示，有時(shí)簡(jiǎn)寫為K。極限翻邊系數(shù)與許多因 素有關(guān)，主要有： （1）材料的力學(xué)性能：塑性好的零件，極限翻邊一系數(shù)可以小些。 （2）孔的邊緣狀況：翻邊前孔邊表面質(zhì)量高（無(wú)撕裂，無(wú)毛刺）時(shí)就有利 于翻 邊成形，極限翻邊系數(shù)可小些。因此，為了提高變形程度，有時(shí)采用先鉆

18、子再翻邊或整 修沖孔邊緣后再翻邊的工藝。 」 （3）翻邊的孔徑d和材料厚度的比值d /越小， 匚二］ 匚口 J 一 些。因此，較厚材料的極限翻邊系數(shù)可以小些。 I I （4）凸模的形狀：球形（拋物線或錐形）凸模 I J \ / （見圖18）較平底凸模對(duì)翻邊有利，因?yàn)榍罢咴诜厱r(shí)， 孔邊圓滑地逐漸張開，所以極限翻邊系數(shù)可以小些。 圖18翻邊凸模的頭部形狀 不同材料的極限翻邊系數(shù)可由書中表查得。 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)零件的尺寸D計(jì)算出預(yù)沖孔直徑d,并核算其翻邊 高度H,如圖19所示。當(dāng)采用平板坯料不能直接翻出所要求的高度H時(shí)、則應(yīng)預(yù)先拉 深

19、，然后在此拉深件的底部沖孔再進(jìn)行翻邊，如圖20所示。有時(shí)也可以進(jìn)行多次翻 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，在進(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，現(xiàn)分別 討論如下。 圖19平板坯料翻邊尺寸計(jì)算 圖20預(yù)先拉深的翻邊 （1）平板坯料翻邊的工藝計(jì)算 當(dāng)在平板坯料上翻邊時(shí)，其預(yù)沖孔的直徑d按彎曲展開的原則求出 d Di 2[—(r -) h] 2 2 因?yàn)?Di D 2 2r, h H r 因此代入上式得 d D2(H 0.43r 0.72 ) 由上式可得到翻邊圖度H的表達(dá)式 0

20、72 H 專 043r 72 726 ? o 產(chǎn)a d OD 4 ? o >K) D 2 1 d(2 若將Kmin代入上式，則可得到一次翻邊可達(dá)到的極限高度為 Hmaxy(l Kmin) 043r 0. 72 當(dāng)零件要求高度H>Hmax時(shí)丁就不能直接由平板坯料翻邊成形， 這時(shí)可以 采用加熱翻邊，多次翻邊或先拉深后沖底孔再翻邊的方法。采用多次翻邊時(shí)，應(yīng)在每?jī)?次工序間進(jìn)行退火。第一次翻邊以后的極限翻邊系數(shù)[K]可取為 [K1] (1.15- 1.20)[K] 多次翻邊所得沖件豎邊壁部有較嚴(yán)重的變薄，若對(duì)豎邊壁部厚度有要求時(shí)，則可采 用拉深后再?zèng)_孔翻

21、邊的方法，如圖 20所示。 (2)先拉深后沖孔在翻邊的工藝計(jì)算 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。由圖20可知，翻邊高度h可按板厚中線尺寸計(jì)算 如下 h，衛(wèi)(r ) (r ) D(1 —) 0. 75r 2 2 2 2 2 D 若以Kmin代入上式中的K d/D,即可求得極限翻邊高度hmax為 h D (1 K、 由「 max min/ o ? 57 2 其預(yù)沖孔直徑d應(yīng)為d D 2h 1.14ro 其拉深高度h應(yīng)為h H h r o 翻邊時(shí)，豎邊口部變薄現(xiàn)象較為嚴(yán)重，其近似厚度 d/D 

22、、外緣翻邊 圖22外緣翻邊 1 .變形程度 廠淺拉 F_形過(guò)程 凹的外緣翻 變形區(qū)主要 平面外緣翻邊如圖22所示。圖22a「為外 凸的外緣翻邊，其變形情況近似于 深，變形區(qū)主要為切向受壓；在變 中，材料容易起皺；圖22b為內(nèi)一 邊，其變形特點(diǎn)近似于圓孔 翻邊， 為切向拉伸，邊緣容易拉裂。 外緣翻邊的變形程度可用下式表示，即 b 外凸的外緣翻邊變形程度 內(nèi)凹的外緣翻邊變形程度 外緣翻邊的極限變形程度可由書中表查得。 2 .坯料計(jì)算 外緣翻邊可根據(jù)翻邊形式來(lái)計(jì)算，對(duì)于外凸的外緣翻邊，坯料形狀按淺拉 深件坯料 的計(jì)算方法；對(duì)于內(nèi)凹的外緣翻邊，坯料形狀按一般孔的翻邊方法計(jì)算。由

23、于外緣翻邊 是沿不封閉的曲線翻邊，坯料變形區(qū)內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變的分布是不均勻 的，中間變形大，兩 端變形小。若采用寬度b一致的坯料形狀，則翻邊后，零件的高度就不是平齊的，豎邊 的端線也不垂直。為了得到平齊一致的翻邊高度，應(yīng) 對(duì)坯料的輪廓線做必要的修正，采 用如圖22中虛線所示的形狀，其修正值根據(jù)變 形程度和a的大小而不同。如果翻邊的高 度不大，而且翻邊沿線的曲率半徑很大 時(shí)，則可不作修正。 三、翻邊模 圖23是圓孔翻邊模，采用倒裝結(jié)構(gòu)，使用大圓角圓柱形翻邊凸模7,零件預(yù)沖孔套 在定位銷9上定位，壓邊力由壓力機(jī)及裝于下模座下方的標(biāo)準(zhǔn)彈頂器提供，零件若留在 上模，由打料桿推動(dòng)推件板推下。 翻邊模的

24、結(jié)構(gòu)與拉深模相似。凹模圓角對(duì)翻邊成形影響不大，可按沖件圓角確定。 翻邊凸模圓角半徑一般較大，對(duì)于平底凸模一般取 rP4,翻邊模采 用壓邊圈時(shí)，凸模臺(tái)肩可以不用。為改善翻邊時(shí)塑性流動(dòng)條件，可采用拋物形凸?；蚯?形凸模。 圖23翻邊模 1 ■限位釘2-頂桿3、16-螺釘4、13?銷釘5一下模座6-下固定板7-凸模8-托料板 9 ?定位銷10 ?凹模11-上頂出器12-上模座14 ■模柄15?打料桿17 ?導(dǎo)套18-導(dǎo)柱 圖24是四種常用的圓孔翻邊凸模形狀，其中：圖24a可用于沖孔和翻邊(豎邊內(nèi) 徑d〈4mm);圖24b適于豎邊內(nèi)徑d小于或等于10mm的翻邊；圖26c適于豎邊 內(nèi)徑

25、d大于 10mm的翻邊; 圖26d可用于任意孔翻邊。 翻邊凸、 凹模間隙為 式中 D一凹模直徑; d一凸模直徑。 由于翻邊后材料要變薄，所以一般可取單邊間隙Z為 Z 0. 85 圖24圓孔翻邊凸模的結(jié)構(gòu) 學(xué)習(xí)項(xiàng)目三縮口 縮口是將先拉深好的圓筒形件或管件坯料，通過(guò)縮口模具使其口部直徑縮小的 一種成形工序。它廣泛地用于國(guó)防工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和日用工業(yè)中。若用 縮口代替拉 深工

26、序加工某些零件，可以減少成形工序。如圖 6-25所示的沖件， 原來(lái)采用拉深工藝需要五道工序，現(xiàn)改用管料縮口工藝后只要三道工序。 圖25縮口與拉深工藝比較 a）拉深工藝 b）縮口工藝 圖26縮口變形應(yīng)力應(yīng)變 、變形特點(diǎn) 縮口的變形特點(diǎn)如圖26所示，在壓力F的作用 下，模具工作部分壓迫坯料的口部，使變形區(qū)的材料 基本上處于兩向受壓的平面應(yīng)力狀態(tài)和一向壓縮、兩 向伸長(zhǎng)的立體應(yīng)變狀態(tài)。在切向壓縮 主應(yīng)力3的

27、作用 下，產(chǎn)生了切向壓縮主應(yīng)變3。由此引起的材料轉(zhuǎn)移導(dǎo) 致高度和厚度方向的伸長(zhǎng)應(yīng)變I和2,變形主要是直徑 因切向受壓而縮 小，同時(shí)高度和厚度有相應(yīng)的增加。 坯料端部直徑在縮口前后不宜相差太大，否則 切向壓應(yīng)力值過(guò)大，易使變形區(qū)失穩(wěn)起皺。在 非變形 區(qū)的筒壁部分由于承受縮口壓力，也有可能 失穩(wěn)而彎 曲變形，所以防止失穩(wěn)起皺和彎曲變形時(shí)縮口工藝要解 決的主要問(wèn)題。 二、縮口系數(shù) 縮口變形程度用縮口系數(shù)m表示 d m - D 式中d一縮口后直徑； D 一縮口前直徑。 材料的塑性好、厚度大，模具對(duì)筒壁的支承剛性好，極限縮口系數(shù)就小。此外，極 限縮口系數(shù)還與模具工作部分的表面形狀和粗糙度、

28、坯料的表面質(zhì)量、潤(rùn)滑等有關(guān)。不 同材料和厚度的平均縮口系數(shù)、不同支承方式所允許的第一次縮口的極限縮口系數(shù)］m) 見書中相關(guān)表。 縮口模具對(duì)縮□件筒壁的支承形式有三種：圖27a是無(wú)支承形式，此類模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，但坯料筒壁的穩(wěn)定性差；圖27b是外支承形式，此類模具較前者復(fù)雜，對(duì)坯料筒壁 的支承穩(wěn)定性好，極限縮口系數(shù)可取得小些；圖 27c為內(nèi)外 支承形式，此類模具最為復(fù)雜，對(duì)坯料筒壁的支承穩(wěn)定性最好，極限縮口系數(shù)可取得更 小。 圖27不同支撐方式的縮口 縮口工件的d/D值大于極限縮口系數(shù)時(shí)，則一次縮口即成；當(dāng) d/D值小于 極限縮口系數(shù)時(shí)，則需多次縮口，每次縮口工序后最好進(jìn)行中間退火。

29、 首次縮口系數(shù)［mJ0.9m,以后各次縮口系數(shù)［m" (1.05-1.1)mo縮口 次數(shù)為 Ind In D n In m 三、坯料尺寸計(jì)算 縮口坯料尺寸主要是指縮口前坯料的高度，一般根據(jù)變形前后體積不變的原則計(jì) 算，各種形狀工件縮口前高度的計(jì)算公式件書中表。 縮口后徑口部的厚度略為變厚，一般可忽略不計(jì)，精確時(shí)按下式計(jì)算 D 1 ,d .dnr Ed. 式中 n—各次縮口后材料的厚度； dn —各次縮口后頸部直徑； 一縮口前材料的厚度； D 一縮口前口部的直徑。 四、縮口模 縮口模工作部分的尺寸根據(jù)縮口部分尺寸來(lái)確定，并應(yīng)考慮縮口件產(chǎn)生 的比縮口模 實(shí)際尺寸大0

30、.5%?0.8%的彈性恢復(fù)量，以減少試沖后模具的修正 量。縮口凹模的半錐角對(duì) 縮口成形很重要，小些對(duì)縮口變形有利，一般半錐角＜45。，最好半錐角＜30。。當(dāng)半錐 角值合理時(shí)，極限縮口系數(shù)可比平均縮口系 數(shù)小10%?15%。 圖28為無(wú)支承襯套縮口模，適用于管子高度不大、帶底零件的錐形縮口。 圖28無(wú)支撐襯套縮口模 1 ■卸料板2■縮口凹模3?定位座 圖29為倒擠式縮口模。此模通用性好, 圖29倒擠式縮口模 1 ?上模座2?墊板3-凸模4-緊固套 5?導(dǎo)正圈6-凹模7-凹模套8?下模座 更換不同尺寸的凹模 6和導(dǎo)正圈5 以及凸模3,就可進(jìn)行不同孔徑的縮口。導(dǎo)正圈主要起導(dǎo)

31、向和定位作用，同時(shí) 起一定的外 支承筒壁的作用。凸模加工成臺(tái)階形式，下部小直徑恰好深人坯料 內(nèi)孔起定位導(dǎo)向及內(nèi)支承作用。沖壓時(shí)凸模大臺(tái)階對(duì)坯料加壓，使之進(jìn)人凹模6而壓縮成 形。凹模6內(nèi)孔的表面粗糙度要小，以防刮傷零件表面，此模適用于較長(zhǎng)零件的縮口。 圖30為氣瓶縮口模?？s口前先采用拉深工藝制成圓筒形件，再進(jìn)行縮口成 形，縮口模采用外支承式一次縮口成形。模具使用標(biāo)準(zhǔn)下彈頂器，采用后側(cè)導(dǎo)柱模架， 導(dǎo)柱、導(dǎo)套加長(zhǎng)。 圖30氣瓶縮口模 1 ■頂桿2-下模座3、14-螺釘4、11-銷釘5■下固定板6?墊板7-外支撐套 8-縮口凹模9-頂出器10-上模座12?打料桿13?模柄15-導(dǎo)柱

32、16?導(dǎo)套 學(xué)習(xí)項(xiàng)目四校平與整形 校平和整形屬于修整性成形工序，大都是在沖裁、彎曲、拉深等沖壓工序 后進(jìn)行， 主要是為了提高沖件表面的平面度或把沖件的圓角半徑及某些形狀尺寸修整到符合零件 的要求，這類工序關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量及其穩(wěn)定性，因而應(yīng)用廣泛。 這類工序的特點(diǎn)是： 1 ?變形量很小，通常是在局部地方成形以達(dá)到修整的目的，使沖件符合零件圖樣 的要求。 2 .要求校平和整形后，沖件的誤差比較小，因而模具的精度要求比較高。 3 .要求壓力機(jī)的滑塊到達(dá)下極點(diǎn)時(shí)，對(duì)沖件要施加校正力，因此，所用設(shè)備要有 一定的剛性。這類工序最好使用精壓機(jī)，著用一般的機(jī)械壓力機(jī)，則必須帶有保護(hù)裝 置，以防損壞

33、設(shè)備。 一、校平 把不平整的沖件放人模具內(nèi)壓平的校形稱為校平，主要用于提高沖件的平面度。沖 裁件受模具作用呈現(xiàn)出的拱彎，特別以斜刃沖裁和無(wú)壓料的連續(xù)沖裁更為嚴(yán)重，無(wú)壓料 的彎曲件底部也常有拱彎，以及坯料的平面度誤差太大時(shí)，都需 進(jìn)行校平。 1 .校平變形特點(diǎn)與校平力 校平的變形情況如圖31所示，在校平模的作用下，坯料產(chǎn)生反向彎曲變形 圖31校平的變形 1 ?上模2-沖件3■下模 而被壓平，并在壓力機(jī)的滑快到達(dá)下極點(diǎn)時(shí)被強(qiáng)制壓緊，使材料處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)。 校平的工作行程不大，但壓力很大。 校平力F用下式概略估算 FpA 式中p一單位面積上的校平壓力（MPa） A 一校平

34、面積（mm?） 2 .平板校平模 a） _ b） 圖33平面浮動(dòng)校平 a）上浮動(dòng)模b）下浮動(dòng) 平板沖件的校平模分光面校平模和齒面校平模兩種。 圖32平板沖件校平模 a）光面校平b）齒面校平 圖32a為光面校平模，模具的壓平面是光滑的，因而作用于平板料的有效單位壓力較小，對(duì)改變材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的效果較弱，卸載后零件有一定的回彈，對(duì)于高強(qiáng) 度材料的零件效果更差，為使校平不受板厚偏差或壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)精度的影響，光面校平 ?？刹捎萌鐖D33所示的浮動(dòng)模柄或浮動(dòng)凹模的結(jié)構(gòu)。光面校平模主要用于平面度要求不 高，表面不許有壓痕的落料件和軟金屬（如鋁、軟黃銅等）制成的小型零件的校平。 圖32b

35、為齒面校平模，由于齒壓人坯料形成許多塑性變形的小網(wǎng)點(diǎn)，有助于 徹底地改變材料原有的和應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，故能減少回彈，因而校平效果好。根據(jù) 0^3 圖34尖齒校平 圖35平齒校平 1 ?方形尖齒2■菱形尖齒 齒形不同，齒面校平又有尖齒和平齒之分。尖 齒齒形如圖34所示，有方形和菱形兩種，工作時(shí)上模齒與下模齒應(yīng)錯(cuò)開，否則校平作用 較差，且易使齒尖過(guò)早磨平。尖齒壓人零件表面的壓痕深，零件易粘在模具上，這種模具 主要用于平面度要求較高，強(qiáng)度大而硬的材料，表面允許有壓痕或板料厚（=3~15mm） 的沖件校平。 平齒齒形如圖35所示，齒尖被削成具有一定面積的平齒頂，因而壓人坯料表面的壓痕 淺，

36、生產(chǎn)中常用此校平模，尤其是薄材料和軟金屬的沖件校平。當(dāng)零件表面單面不許有 壓痕時(shí)，可采用一面平板，一面齒板的校平。 3.校平方式及設(shè)備 校平方式有多種，如模具校平、手工校平和在專門設(shè)備上校平等。模具校平多在摩 擦壓力機(jī)上進(jìn)行；厚料校平多在精壓機(jī)或摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行；大批量生產(chǎn)中，厚板件還 可成疊地在液壓機(jī)上校平，此時(shí)壓力穩(wěn)定并可長(zhǎng)時(shí)間保持；當(dāng)校平與拉深、彎曲等工序 復(fù)合時(shí)，可采用曲軸或雙動(dòng)壓力機(jī)，這時(shí)須在模具或設(shè)備上安置保險(xiǎn)裝置，以防材料厚度 的波動(dòng)而損壞設(shè)備；對(duì)于不大的平板件或帶料校正還可采用滾輪碾平。當(dāng)零件的兩個(gè)面都 不許有壓痕或校平面積較大，而對(duì)其平面度有較高要求時(shí)，可采用加熱校平。將

37、成疊的 零件用夾具壓平，然后整體人爐加熱，坯料溫度升高使其屈服強(qiáng)度下降，壓平時(shí)反向彎曲 變形引起的內(nèi)應(yīng)力也隨之下降，從而回彈大為減少，保證了較高的校平精度。 二、整形 整形一般用于拉深、彎曲或其他成形工序之后，用整形的方法可以提高拉深件或彎 曲件的尺寸和形狀準(zhǔn)確度，減小圓角半徑。整形模與一般成形模相似，只是工作部分的精 度和表面粗糙度要求更高，圓角半徑和凸、凹模之間的間隙取得更小 由于各種沖件的幾何形狀、精度以及整形內(nèi)容不同，所用的整形方法也有所不同。 L彎曲件整形 彎曲件的整形方法主要有壓校和徽校兩種。 圖36彎曲件壓校 圖37 V形件的布置 （1）壓校 圖38彎曲件

38、的徽校 圖36所示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)的性質(zhì)變化不大，因而整形效果一般。壓校 V形件 時(shí)，應(yīng)使兩個(gè)側(cè)面的水平分力大致平衡和壓應(yīng)力分布大致均勻， 如圖37所示。這 對(duì)兩側(cè)面積對(duì)稱的彎曲件是容易做到的，否則應(yīng)注意合理布置彎曲件在模具中的位置。壓 校U形件時(shí)，若單純整形圓角，應(yīng)采用兩次壓校，每次只壓一個(gè)圓角，才有較好的整形效 果。壓校特別適用于折彎件和對(duì)稱彎曲件的整形。 （2）徽校 圖38所示徽校前的沖件長(zhǎng)度尺寸應(yīng)稍大于零件的長(zhǎng)度，這樣變形時(shí)長(zhǎng)度方向的材 料在補(bǔ)人變形區(qū)的同時(shí)、仍然受到極大的壓應(yīng)力作用而產(chǎn)生微量的壓縮變形，從而

39、在本質(zhì) 上改變了材料內(nèi)原有的應(yīng)力狀態(tài)，使之處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)中，厚度上壓應(yīng)力分布也較均 勻，因而整形效果好。但此法的應(yīng)用常受零件形狀的限制，對(duì)帶大孔和寬度不等的彎曲件 都不用此法，否則造成孔形和寬度不一致的變 形。 2.拉深件整形 如果拉深件凸緣平面、底面平面、側(cè)壁曲面等未達(dá)到具體形狀要求，或者 對(duì)于圓筒 形拉深件筒壁與筒底的圓角半徑 r ,或筒壁與凸緣的圓角半徑 R 2,對(duì)于矩形件，若壁間的圓角半徑Q 3,則應(yīng)進(jìn)行整形才能達(dá)到?jīng)_件要求。 圖39拉深件整形 圖39為拉深件的整形。拉深件上整形的 部位不同，所采用的整形方法也不同。 (1)拉深件筒壁整形 對(duì)于直壁拉深件的整形，一般采

40、用負(fù)間隙拉 深整形法，整形模凸、凹模間隙Z(0.9?0.95), 整形時(shí)直壁稍有變薄。經(jīng)常把整形工序和最后一 道拉深工序相結(jié)合，這時(shí)拉深系數(shù)應(yīng)取得大些。 (2)拉深件圓角整形 圓角包括凸緣根部和底部的圓角。如果凸緣直徑大于筒部直徑 2~2?5倍時(shí)， 整形中圓角區(qū)及其鄰近區(qū)兩向受拉，厚度變薄，以此實(shí)現(xiàn)圓角整形。此時(shí)，材料內(nèi)部產(chǎn)生 的拉應(yīng)力均勻，圓角區(qū)變形相當(dāng)于變形不大的脹形，所以整形效果好且 穩(wěn)定。圓角區(qū)材 料的伸長(zhǎng)量以2%?5%左右為宜，過(guò)小，拉應(yīng)力狀態(tài)不足且不均勻；過(guò)大，又可能發(fā)生破 裂。若圓角區(qū)變形伸長(zhǎng)量超過(guò)上述值時(shí)，整形前沖件的高度稍微大于零件的高度如圖39 所示，以補(bǔ)充材料的流動(dòng)

41、不足，防止圓角區(qū)脹形過(guò)大而破裂。沖件的高度也不能過(guò)大，否 則因沖件面積大于或等于零件面積，使圓角區(qū)不產(chǎn)生脹形變形，整形效果不好。更甚者 因材料過(guò)剩，在筒壁等非變形區(qū)形成較大的壓應(yīng)力，使沖件表面失穩(wěn)起皺，反使質(zhì)量惡 化。如果凸緣直徑小于2?2. 5倍的筒部直徑時(shí)，整形圓角時(shí)凸緣可產(chǎn)生微量收縮，以緩 解因圓角變化過(guò)大而產(chǎn)生的過(guò)分伸長(zhǎng)，因而整形前沖件的高度尺寸應(yīng)等于零件的高度尺 寸。 拉深件的凸緣平面和底部的整平，主要是利用模具的矯平作用。當(dāng)拉深件 的筒壁、 圓角、凸緣平面和底部同時(shí)整形時(shí)，應(yīng)從沖件的高度和表面積上進(jìn)行控 制，使整形各部分 都處于相適應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)，否則筒壁和圓角區(qū)的幾何參數(shù)和應(yīng)力狀

42、態(tài)稍有變化，都會(huì)使 凸緣和底部的平面發(fā)生翹曲，特別是凸緣平面更為敏感。如果將各部分整形分開，則要增 加工序，整形的綜合效果不太好，但整平的效果較好。 圖40旋壓成形 1-主軸2-模具3■坯料4■頂塊 5■頂尖6-趕棒或旋輪 學(xué)習(xí)項(xiàng)目五旋壓 將平板坯料或空心坯料固定在旋壓機(jī)的模具上，在坯料隨同機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng) 的同時(shí)、 用旋輪或趕棒加壓于坯料，使其逐漸變形并緊貼于模具，從而獲得所要求的零件，此種 成形稱為旋壓，如圖40所示。旋壓能加工各種形狀復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)體 零件（見圖41）,從而 可替代這些零件的拉深、翻邊、縮口、脹形、彎邊等工序。旋壓所用的設(shè)備和工具都較 簡(jiǎn)單，旋壓機(jī)還可用車床改裝。旋

43、壓廣泛應(yīng)用于日用 品和鋁制品的生產(chǎn)中。隨著航空工 業(yè)和火箭、導(dǎo)彈生產(chǎn)的發(fā)展，在普通旋壓的基 礎(chǔ)上又發(fā)展了強(qiáng)力旋壓。旋壓工藝多為手 工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，生產(chǎn)率較低，因而多用于試制和小批量生產(chǎn)中。 當(dāng)采用成形模經(jīng)濟(jì)性差和制造周 期太長(zhǎng)時(shí)，也常用旋壓的方法。 圖41各種旋壓件 一、變形特點(diǎn) 圖40為平板壞料旋壓成圓筒件的變形 過(guò)程。頂塊4把坯料壓緊在模具2上，旋轉(zhuǎn) 時(shí)趕棒6與坯料3點(diǎn)接觸并施加壓力，由點(diǎn) 到線，由線到面地反復(fù)趕碾，使坯料逐步緊貼于模具而成形。坯料在趕棒的作用下，一 方面局部產(chǎn)生塑性變形流動(dòng)；另一方面坯料沿趕棒加壓的方向倒伏。前種變形使坯料螺 旋式由筒底向外緣發(fā)展

44、，致使坯料切向收縮和徑向延伸而最終成形。倒伏則易使坯料失 穩(wěn)而產(chǎn)生皺折和顫動(dòng)。另外，圓角處坯料容易變薄旋裂。旋壓在瞬間是坯料的局部點(diǎn)變 形，所以可用較小的力加工成尺寸大的零件。 二、旋壓系數(shù) 旋壓的變形程度以旋壓系數(shù)表示md D 式中d一零件直徑，零件為錐形時(shí)，d取圓錐的最小直徑； D 一坯料直徑。 極限旋壓系數(shù)可由書中表查得。 當(dāng)旋壓的變形程度較大時(shí)，應(yīng)在尺寸不同的模具上多次旋壓，且最好以錐 形過(guò)渡。 旋壓加工硬化比拉深大，多次旋壓時(shí)必須中間退火。旋壓坯料直徑的計(jì) 算可參照拉深， 由于旋壓時(shí)的材料變薄比拉深大，因此實(shí)際上取計(jì)算值的93%?95%左右。 三、旋壓的基本要點(diǎn) 1

45、） 合理的轉(zhuǎn)速：如果轉(zhuǎn)速太低，坯料在趕棒作用下翻騰起伏極不穩(wěn)定，使旋 壓工作難以進(jìn)行。轉(zhuǎn)速太高，則趕棒與材料過(guò)多接觸而使坯料過(guò)度輾薄。 合理轉(zhuǎn) 速一般是：軟鋼為400s600r/min;鋁為800?1200r/min。坯料直徑較大，厚度較 薄時(shí)可 取小值，反之則取較大值。 2） 合理加力：趕棒的加力大小憑操作者的經(jīng)驗(yàn)，加力過(guò)大易失穩(wěn)起皺；趕棒的 著力點(diǎn)應(yīng)逐漸而均勻地轉(zhuǎn)移，以使材料變形均勻。 3） 合理的過(guò)渡形狀：旋壓成形的過(guò)渡形狀（見圖40） o首先應(yīng)從坯料靠近模 具 底部圓角處開始趕輾，然后由內(nèi)向外趕成淺錐形，由于錐形件和平板件相比不易起皺， 這就為以后逐步過(guò)渡到筒形件創(chuàng)造了條件。 4）選擇適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑以及趕棒或旋輪如圖42所示，有助于獲得表面質(zhì)量好的 零件。 圖42各種趕棒與旋輪 a）趕棒b）旋輪