第二章第4節(jié)沖壓模具設(shè)計——成形工藝和模具設(shè)計

1、第二章第第二章第4節(jié)節(jié) 沖壓模具設(shè)計沖壓模具設(shè)計 成形工藝和模具設(shè)計成形工藝和模具設(shè)計本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：一一.脹形脹形二二.翻邊翻邊三三.縮口縮口四四.校平與整形校平與整形概述概述成形：用不同性質(zhì)的局部變形來改變毛坯或半成品形狀和尺寸的沖壓工序。伸長類成形：如脹形和內(nèi)緣翻邊，受拉應(yīng)力而產(chǎn) 生伸長變形，易被拉裂而破壞；壓縮類成形：如縮口和外緣翻邊，受壓應(yīng)力而產(chǎn) 生壓縮變形，易起皺而破壞。一.脹形學(xué)習(xí)目標(biāo)： 能夠掌握脹形的概念、成形特點及分類，掌握脹形模的結(jié)構(gòu)及工作原理。教學(xué)要求： 掌握常見脹形模的工作過程，能夠根據(jù)模具設(shè)計手冊，進(jìn)行脹形模的設(shè)計。脹形：利用模具使坯料局部塑性變形，材料變

2、薄， 表面積增大的沖壓方法。1.脹形成形的特點和分類 外部材料不進(jìn)入變形區(qū)，變形區(qū)材料受雙向拉應(yīng)力，產(chǎn)生拉伸變形，材料變薄。 當(dāng)坯料外徑與成形直徑的比值/時，其成形完全依賴于直徑為的圓周以內(nèi)金屬厚度的變薄實現(xiàn)表面積的增大而成形。 脹形脹形主要有起伏成形和空心毛坯脹形兩類。2.起伏成形 通過材料局部拉伸變形，形成凹進(jìn)或凸起，用于腹板類板料零件壓制加強(qiáng)肋（加強(qiáng)工件剛度）或壓制凸包、凹坑、花紋圖案及標(biāo)記等。 a）加強(qiáng)肋 b）凸包2.12.1加強(qiáng)肋加強(qiáng)肋2.1.1變形部位受雙向拉應(yīng)力，其極限變形程度 式中 一起伏成形的極限變形程度 一材料單向拉伸的延伸率 一脹形變形區(qū)變形前后截面的長度 一形狀系數(shù)，加

3、強(qiáng)肋在0.70.75（半圓肋取最大值，梯形肋取最?。?若加強(qiáng)肋不能一次成形，則應(yīng)先壓制半球形過渡形狀，再壓出工件所需形狀。1100%llkl極極1ll，k 如加強(qiáng)肋與邊緣的距離小于（35t） 時，在成形中由于邊緣的收縮，需考慮增加切邊余量。2.2.1.21.2壓筋力壓筋力 對在曲柄壓力機(jī)上用薄料（t1.5mm）對小工件（面積 2000mm2）壓肋或壓肋兼有校形工序時的變形力按式計算。K-系數(shù)，取0.71；L-加強(qiáng)肋長度（mm）；t-材料料厚（mm）； 材料的抗拉強(qiáng)度（Mpa）；A-局部成形面積； bKLtF2KAtF b2.22.2壓凸包壓凸包D拉伸件凸緣直徑；dp拉伸件筒身外徑；當(dāng)局部鼓凸的

4、變形量較大時，應(yīng)先成形加強(qiáng)鼓凸肚部分，后成形其他周圍部分。 如果工件要求的鼓凸深度超過許用成形高度，則需先預(yù)成形球形到一定深度后，再沖壓凸包到設(shè)計深度。4pDd3.圓柱形空心毛坯脹形 將空心件或管狀坯料徑向向外擴(kuò)張，脹出所需凸起曲面的沖壓方法。 根據(jù)模具的不同，可分為鋼性脹形、橡膠模脹形和液壓脹形。1凸模 2凹模 3毛坯 4軟體介質(zhì) 5外套1上模上模2軸頭軸頭3下模下模4管坯管坯加軸向壓縮的液體脹形加軸向壓縮的液體脹形 3.3.1 1 脹形變形程度脹形變形程度 脹形系數(shù)K-材料的脹形系數(shù)；Dmax脹形后所能達(dá)到的最大直徑；d脹形前毛坯的直徑；3.3.2 2 脹形毛坯的計算脹形毛坯的計算 修邊余

5、量，一般取1020； 制件切向最大伸長率；L 制件母線長度。0L = L 1+(0.30.4)+ hhmax0K=d/d 3.3.3 3 脹形力脹形力 軟模脹形圓柱空心件的單位壓力p 兩端不固定兩端固定鋼模脹形所需壓力的計算公式，可根據(jù)力的平衡方程式推導(dǎo)得到，其表達(dá)式為：00000.15 0.208101215 .FtHt 式中：所需脹形力材料厚度脹形后高度材料厚度摩擦系數(shù)，一般芯軸錐角，一般，2tan212tanbFHtmax2btpdmax22bttpdR4.脹形模結(jié)構(gòu)1凹模分瓣凸模3拉簧4錐形芯塊斜塊脹形模墩壓脹形模1-上模板；2-上凹模；3-下凹模；4-下模板；5-凸輪；6-軸承釘；7

6、-手把；8-凸模二.翻邊學(xué)習(xí)目標(biāo)： 能夠掌握翻邊的概念、成形特點及分類，掌握翻邊模的結(jié)構(gòu)及工作原理。教學(xué)要求： 掌握常見翻邊模的工作過程，能夠根據(jù)模具設(shè)計手冊，進(jìn)行翻邊模的設(shè)計。翻邊： 利用模具，將工件的孔邊緣或外緣邊緣翻成豎立直邊的成形方法。1.內(nèi)孔翻邊1.1 變形特點及變形系數(shù) 坯料受切向和徑向拉伸，接近預(yù)孔邊緣變形大，易拉裂。翻邊系數(shù)0dKD1.1.2 2 工藝計算與翻邊力工藝計算與翻邊力（1）平板毛坯內(nèi)孔翻邊時預(yù)孔直徑及翻邊高度內(nèi)孔的翻邊極限高度：2(0.430.72 )dDHrttrKDH72. 043. 0)1 (2minmaxtrdDH72. 043. 02（2）在拉伸件的底部沖

7、孔翻邊允許的翻邊高度：拉伸高度：預(yù)孔直徑：或式中D翻邊直徑；r翻邊件半徑； t材料厚度。0(1)0.57()22DthKrhHhr0dK D1.14()22tdDrh（3）非圓孔翻邊變形特點： I部分視為圓孔翻邊； II視為彎曲變形；III部分視為拉伸。 最小圓角部分進(jìn)行允許變形程度的校核。 翻邊系數(shù)：預(yù)制孔：分別按彎曲，翻邊，拉伸展開；圓弧處寬度比直線部分寬510%，再光滑連結(jié)。f0K =(0.850.9)K（4）翻邊力的計算翻邊力一般不大，非圓孔翻邊力比圓孔翻邊力小圓柱形凸模：圓錐形（球形）凸模：(m=0.050.25)0sF=1.1 (D-d )tsF=1.2 tDm2.外緣翻邊沿毛坯的

8、曲邊，使材料的拉伸或壓縮，形成高度不大的豎邊。2.1 分類（1）外凸外緣翻邊：屬壓縮類翻邊，近似于局部淺拉伸，易起皺。（2）內(nèi)凹外緣翻邊：屬伸長類翻邊，近似于局部孔翻邊，易開裂。2.2.2 2 變形程度變形程度內(nèi)凹外緣翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)Es表示：外凸外緣翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)Ec表示：3.外緣翻邊力k=0.20.3SbERbbEcRbbF1.25Ltk 3 3. .翻邊模結(jié)構(gòu)翻邊模結(jié)構(gòu)3.3.1 1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 與拉伸模相似，但凸模圓角半徑較大，常做成球形或拋物面形。（以避免成為拉伸）凹模圓角半徑影響不大，一般取工件圓角半徑（但應(yīng)大于翻邊圓角半徑）。3.3.2 2 凸、凹模間隙凸、凹模間

9、隙Zt：翻邊力較小，精度不高；Zt：翻邊豎壁垂直要求較高。 內(nèi)孔翻邊模 內(nèi)、外緣翻邊模 3.3.3 3 凸模結(jié)構(gòu)類型凸模結(jié)構(gòu)類型 帶導(dǎo)正銷的圓柱形凸模、圓錐形（球形、拋物線形）凸模、帶整形臺階凸模等。有預(yù)制孔的小孔翻邊有預(yù)制孔的小孔翻邊小孔用穿孔翻邊凸模小孔用穿孔翻邊凸模沖孔翻邊復(fù)合模沖孔翻邊復(fù)合模三.縮口學(xué)習(xí)目標(biāo)： 能夠掌握縮口的概念、成形特點及分類，掌握縮口模的結(jié)構(gòu)及工作原理。教學(xué)要求： 掌握常見縮口模的工作過程，能夠根據(jù)模具設(shè)計手冊，進(jìn)行縮口模的設(shè)計?？s口： 將預(yù)先拉伸好的圓筒或管狀坯料，通過縮口模將其口部縮小的一種成形工藝。 1.縮口成形的特點與變形程度1.1 成形特點縮口屬于壓縮類成

10、形工序，縮口端材料在凹模的壓力下向凹模滑動，直徑縮小，壁厚和高度增加。 在縮口時，縮口端承受切向壓力，筒壁坯料承受全部縮口壓力而易于失穩(wěn)起皺，所以防止失穩(wěn)是縮口工藝的主要問題。1.2 1.2 縮口變形程度縮口變形程度 ）總縮口系數(shù)： 式中 ms-總縮口系數(shù)； d-縮口后直徑； D-縮口前直徑。當(dāng)工件需要多次進(jìn)行縮口）多次縮口縮口次數(shù)：首次縮口系數(shù)：以后各次縮口系數(shù)：lglglglglgsmdDnmm均均10.9mm均(1.05 1.10)nmm均sdmD1.1.3 3 縮口工藝計算縮口工藝計算）縮口形式a)斜口形式 b)直口形式 c)球面形式）縮口毛坯高度 斜口形式：直口形式：球面形式： 22

11、111.05(1/)8sinDdHhD dD221211.05/(1/)8sinDdHhhD dD dD2211(1/)4HhD dDd）縮口力計算(與縮口形狀有關(guān)）在無內(nèi)支承縮口模上進(jìn)行縮口時，其縮口力可用下式計算：式中：F縮口力（N)； K速度系數(shù)，用曲柄壓力機(jī)時k=1.15； 材料的抗拉強(qiáng)度（MPa)； 工件與凹模接觸的摩擦系數(shù)。 01(1.1(1)(1cot)cosbdFkDtDb）常見縮口模結(jié)構(gòu) a-無支承無支承 b-外支承外支承 c-內(nèi)外支承內(nèi)外支承 無支承模具結(jié)構(gòu)簡單，有支承的模具增加了坯料的穩(wěn)定性，提高變形程度?？s口內(nèi)設(shè)有芯棒時，可提高縮口部分內(nèi)徑尺寸精度。實例：氣瓶縮口模剛制

12、氣瓶縮口模，成形材料為1mm的08鋼四四. .校平與整形校平與整形學(xué)習(xí)目標(biāo)： 能夠掌握校平和整形的概念、成形特點及分類，掌握校平模和整形模的結(jié)構(gòu)及工作原理。教學(xué)要求： 掌握校平模和整形模的工作過程，能夠根據(jù)模具設(shè)計手冊，進(jìn)行校平模和整形模的設(shè)計。校平與整形：利用模具使坯料局部或整體產(chǎn)生不大的塑性變形，以消除平面度誤差，提高制件形狀及尺寸精度的沖壓成形方法。校平和整形工序的工藝特點： 1）允許的變形量很小，坯料的形狀與尺寸與制件非常接近； 2）對模具的成形部分的精度要求比較高； 3）通常在專用的精壓機(jī)進(jìn)行校平和整形，若用 機(jī)械壓力機(jī)，機(jī)床應(yīng)有較好的剛度，并需要 裝有過載保護(hù)裝置。 1.校平平面校

13、平模：用于薄料，表面不允許有壓痕的工件（有回彈）。主要用于平直度要求不高，由軟金屬（如鋁、軟鋼、銅等）制成的小型零件。光面校平模光面校平模-上模浮動式上模浮動式 -下模浮動式下模浮動式齒面校平模：用于厚料，平直度要求高的，且表面上容許有細(xì)痕的工件工件（校平效果好）。齒形校平模齒形校平模）尖齒齒形）平齒齒形）尖齒齒形）平齒齒形校平所產(chǎn)生的變形 2.整形 彎曲回彈會使工件的彎曲角度改變；由于凹模圓角半徑的限制，拉伸或翻邊的工件也不能達(dá)到較小的圓角半徑。利用模具使彎曲或拉伸后的沖壓件局部或整體產(chǎn)生少量塑性變形以得到較準(zhǔn)確的尺寸和形狀，稱為整形。整形常在彎曲、拉深、成形工序之后。 整形模一般成形模具結(jié)

14、構(gòu)相似，但對模具工作部分的定形尺寸精度、粗糙度要求更高，圓角半徑和間隙較小。2. 彎曲件的整形彎曲件的整形彎曲件的整形彎曲件的整形 ）壓校）壓校 &）鐓校）鐓校彎曲件的整形方法主要有壓校和鐓校兩種形式。彎曲件的整形方法主要有壓校和鐓校兩種形式。 鐓校整形效果好，但帶大孔的零件或?qū)挾炔荤呅Ｕ涡Ч茫珟Т罂椎牧慵驅(qū)挾炔坏鹊膹澢疾荒苡苗呅５姆椒?。等的彎曲件都不能用鐓校的方法?. 無凸緣拉伸件的整形：通常取整形模間隙等于(0.90.95)，即采用變薄拉伸的方法進(jìn)行整形?？砂颜喂ば蚺c最后一道拉伸工序結(jié)合成一道工序完成。2. 帶凸緣拉伸件需整形的部位：）凸緣平面）側(cè)壁）底平面）底部圓角半徑）凸緣圓角半徑本章小結(jié)1.脹形脹形工藝及模具設(shè)計要點工藝及模具設(shè)計要點2.翻邊翻邊工藝及模具設(shè)計要點工