沖壓工藝與模具設(shè)計其他沖壓成形方法

1、第5章其他沖壓成形方法從表1.2可見，除彎曲和拉深外，成形工序中還有很多方法，其中比較常用的有脹形、翻邊、擴口、 縮口等。這些工序的基本特征為局部變形，因此，也常統(tǒng)稱為（狹義）成形工序。成形工序一般安排在沖裁、彎曲、拉深之后。5.1 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)生擴張 （鼓凸）變形，獲得表面積增大（厚度變?。?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。脹形的種類可從坯料形狀、坯料所處狀態(tài)、所用模具、所用能源、成形方式等角度作出區(qū)分，其中最 基本的是按變形區(qū)所占比例劃分為局部脹形

2、和整體脹形，最常用的是平板坯料局部脹形和空心坯料脹形。5.1.1 脹形變形特點圖5.1所示為圓形板料局部脹形，坯料的外環(huán)部分在足夠大的壓力下不發(fā)生流動，僅在直徑為d的區(qū)域內(nèi)坯料產(chǎn)生變形，變形的結(jié)果是板料變薄、表面積增大。從第4章中拉深系數(shù)的概念還可得知，當坯料的外徑與成形圓筒直徑的比值D/d 3時，外環(huán)形部分的材料產(chǎn)生切向收縮所需的徑向拉應(yīng)力很大，成為相對于中心部分的強區(qū)，以至于環(huán)形部分材料不可能向凹模內(nèi)流動。顯然，脹形變形區(qū)內(nèi)材料承受大小不等 的雙向拉應(yīng)力，并產(chǎn)生伸長類變形。正是由于這種應(yīng)力狀態(tài)，變形區(qū)不會產(chǎn)生起皺現(xiàn)象，成形后制件的表 面光滑、規(guī)整。同時，由于變形區(qū)材料截面上拉應(yīng)力沿厚度方向

3、分布比較均勻，所以卸件后的彈復(fù)很小， 容易得到精度較高的制件。因此，可以用脹形的方法來整形，提高沖壓件的精度和表面質(zhì)量。圖5.1 脹形變形區(qū)5.1.2 平板坯料局部脹形平板坯料局部脹形又叫起伏成形，它是依靠平板材料的局部拉伸，使坯料或制件局部表面積增大，形 成局部的下凹或凸起。生產(chǎn)中常見的有壓花、壓包、壓字、壓筋等（如圖5.2 所示）。經(jīng)過起伏成形后的制件，由于形狀改變引起慣性矩發(fā)生變化，再加上材料的冷作硬化作用，所以能夠 有效地提高制件的剛度和強度。在起伏成形中，由于摩擦力的關(guān)系，變形區(qū)材料的變薄、伸長并不均勻。在某個位置上最為嚴重，該 部位的伸長應(yīng)變最先達到最大值。若進一步增大變形程度，即

4、會發(fā)生迸裂。00圧字莊筋圖5.2起伏成形起伏成形的極限變形程度由許可的拉伸變薄量決定，主要受材料性能、制件幾何形狀、模具結(jié)構(gòu)、脹 形方法及潤滑條件等因素影響，很難用某種計算方法來準確表示。特別是復(fù)雜形狀的制件，成形部分各處 的應(yīng)力應(yīng)變分布比較復(fù)雜，計算的結(jié)論誤差比較大。所以，其危險部位和極限變形程度一般通過試驗方法 確定。但對于比較簡單的筋條類起伏成形件（如圖5.3 所示），則可按下式近似地確定其極限變形程度、.n=（l lo）/lo （0.70 0.75）、:式中：、；n極限變形程度；lo起伏成形前材料的長度；l起伏成形后制件輪廓的長度;月一上放大圖5.3 起伏成形前后材料的長度: 材料單向

5、拉伸的伸長率。系數(shù)（0.700.75）視局部脹形的形狀而定，球形筋取大值，梯形筋取小值。如果制件要求的局部脹形量超過極限變形程度，可以采用分步方法解決（如圖5.4 所示）。第1道工序脹成大直徑的球形（或錐形），以求在較大范圍內(nèi)聚料和盡可能地均勻變形。第2道工序再得到所要求的尺寸。第1道成形的表面積應(yīng)略小于最后成形的表面積，以便通過第2次成形使表面積再略微增大，起到整形作用，避免制件起皺。壓筋、壓凸的形式和尺寸可參考表5.1 o當起伏成形的筋（或包）與制件外邊緣的距離小于3倍板料厚度時，成形過程中邊緣材料會向內(nèi)收縮（如圖5.5 所示）。對于要求較高的制件應(yīng)預(yù)先留出切邊余量，成形后修切整齊。也可以

6、增大壓邊力，阻止材料向內(nèi)滑動，保持邊緣規(guī)整。在曲柄壓力機上對薄板（t1.5mm）、小制件（面積A0.5 1.01.0黃銅0.850.80 0.700.700.65鋼0.800.750.700.65表5.8 允許縮口系數(shù)m0/n542 縮口?；窘Y(jié)構(gòu)典型的縮口模具形式如圖5.25所示，縮口時工序件/半成品由夾緊裝置夾緊，夾緊力通過上模套筒與下模外圓緊配實現(xiàn)，也可通過斜楔裝置實現(xiàn)?？s口模具的支承形式有 3種。無支承（如圖5.23 所示）的模具結(jié)構(gòu)簡單、造價低，但穩(wěn)定性差，一般只 在厚壁坯料上采用；外支承形式（圖5.26（a）的模具較前者復(fù)雜一些，但縮口穩(wěn)定性較好，許可縮口系數(shù)可取小些，這種形式生產(chǎn)

7、中采用較多；內(nèi)外支承形式（圖5.26（b）的模具結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，但由于應(yīng)力狀態(tài)理想、穩(wěn)定性最好，一般在薄壁筒形件中使用。圖5.25縮口模原理圖圖5.26不同支承方法的縮口模1 壓簧；2 芯座；3活動夾緊環(huán)；4套筒；5 縮口凹模;6推件器（兼內(nèi)支承作用）5.4.3 縮口工藝計算1. 縮口次數(shù)若制件的縮口系數(shù) m小于允許的縮口系數(shù)，可采用多次縮口工藝。先確定縮口次數(shù)n。=lgdn - lg D lg mo縮口總次數(shù)式中：dn縮口的最終直徑（中徑）；D坯料/工序件/半成品直徑（中徑）； mo平均縮口系數(shù)（表5.7）。d1d2d3dnmo = =Dd1d2dn-1式中：d1, d2，dn分別為第1, 2,

8、，n次縮口后制件的中徑。首次縮口系數(shù) m1=o.9mo,再次縮口系數(shù) m2=（1.051.10） mo。需要注意的是，材料變形后的冷作硬化 現(xiàn)象會影響縮口系數(shù)。縮口次數(shù)愈多，縮口系數(shù)愈大?？s口后，制件端部壁厚略有增大,般可忽略不計。若需要較準確的數(shù)據(jù)，可按下式估算:dn-1 dnt【n= t【n-1式中：tn, tn-1縮口后與縮口前的厚度；dn, dn-1縮口后與縮口前的中徑。2. 縮口坯料高度縮口制件的基本類型有3種，如圖5.27所示?？s口坯料高度 H的計算如下。圖5.27(a)所示形式d(4)(b)(c)圖5.27縮口制件的基本類型eH=1.05 h?D2 - d2 +8Dsin a圖5.27(b)所示形式D2 + d +8DsineH=1.05 h1 +上述兩個式子中 a為縮口模的半錐角，一般小于45最好小于30。這點在沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量給予考慮。圖5.27(c)所示形式H=hi+*D2- d2縮口后由于回彈，制件要比模具尺寸增大 制造到位，最好通過多次試驗修正確定。0.5%0.8%?？s口制件精度要求較高時，模具難以一次設(shè)計3. 縮口力縮口力的大小與縮口件的形狀、 變形程度、沖壓設(shè)備及模具結(jié)構(gòu)形式有關(guān),很難精確計算。對于圖5.26(a)所示的錐形縮口件，在無芯軸內(nèi)支承時其縮口力可按下式計算1 1ji-tan a COS a式中：P縮口