電子課件-《沖壓模具設(shè)計(第二版)》-B01-2639-第三章--其他沖壓模具設(shè)計

1、第三章 其他沖壓模具設(shè)計第一節(jié) 彎曲模設(shè)計第二節(jié) 拉深模設(shè)計第三節(jié) 成形工藝與模具第四節(jié) 冷擠壓工藝與模具第一節(jié) 彎曲模設(shè)計 彎曲是將平直板材或管材等型材，通過沖模彎成一定角度和形狀的沖壓加工方法。用彎曲方法成形的制件種類很多，如汽車縱梁、自行車把手、各種電器零件的支架、門窗鉸鏈、配電箱外殼等。 彎曲既可在壓力機上進行，也可在專用設(shè)備（如折彎機、彎管機、滾彎機、拉彎機和自動彎曲機等）上進行。 一、彎曲變形過程及特點彎曲成形a）壓彎 b）拉彎c）折彎 d）滾（輥）彎 1變形過 程 壓彎變形過程是依靠彎曲模的壓料動作，使坯料發(fā)生彎曲的。以板料在V形模內(nèi)校正彎曲為例，彎曲時，在凸模的壓力下，板料受彎

2、矩作用，產(chǎn)生變形，其主要過程及說明見下表。2變形特點 首先，彎曲變形只發(fā)生在彎曲中心角所圍成的扇形區(qū)域，直邊部分不發(fā)生塑性變形。其次，彎曲變形后，在坯料變形區(qū)域內(nèi)，纖維沿厚度方向的變形不同，即內(nèi)層纖維受壓而縮短；外層纖維受拉而伸長；在內(nèi)層與外層之間存在著一層既不伸長也不縮短的中性層纖維。開始彎曲 板料毛坯自由彎曲凸模下壓 板料毛坯與凸模工作表面逐漸靠緊，板料內(nèi)層（上表面）彎曲半徑和板料彎曲力臂逐漸變小繼續(xù)下壓 板料彎曲變形區(qū)域逐漸減小，直到與凸模三點接觸，板料內(nèi)層（上表面）彎曲半徑和板料彎曲力臂繼續(xù)變小行程終了 凸模、凹模對彎曲毛坯進行校正，使其圓角、直邊與凸模及凹模彎曲貼緊V形彎曲變形過程二

3、、彎曲模典型結(jié)構(gòu) 彎曲模的結(jié)構(gòu)主要取決于彎曲件的形狀及彎曲工序的安排。最簡單的彎曲模只有一個垂直運動；復(fù)雜的彎曲模除了垂直運動外，還有一個乃至多個水平動作。1V形件彎曲模 V形件彎曲1模柄 2銷釘 3凸模 4定位5凹模 6頂桿 7彈簧 V 形件彎曲模的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，圖中頂桿6和彈簧7組成頂件裝置。工作行程時，頂件裝置起壓料作用，可防止坯料橫向移位；回程時，頂件裝置將制件從凹模內(nèi)頂出。 這種模具結(jié)構(gòu)簡單，對材料的厚度公差要求不高，在壓力機上安裝調(diào)試也較方便，而且制件在彎曲沖程終端得到誤差校正，因此，回彈較小，制件的平面度較好。V形件折板式彎曲模1凸模 2鉸鏈芯軸 3頂桿 4凹模5立板 6下模

4、板 7支架 8鉸鏈 9定位板 如圖所示為V形件折板式彎曲模，其主要特點是凹模4由兩塊平板構(gòu)成，中間以鉸鏈8連接，鉸鏈芯軸2可沿支架7的長槽上下滑動。不工作時，兩個頂桿將兩塊凹模板頂起，成為一個平面，這時支架起限位作用。工作時，在凸模1的壓力下，兩凹模板將繞鉸鏈芯軸翻轉(zhuǎn)，鉸鏈芯軸沿支架槽下滑，這時支架又起導(dǎo)向作用。在彎曲過程中，制件始終與凹模板保持大面積接觸，即使直邊較窄，也能彎成尺寸精確的V形件?；爻虝r，兩凹模板在頂桿反頂力的作用下被頂起，并重新成為平面形狀，取放制件都很方便。2U形件彎曲模順出件U形件彎曲模 如圖所示為順出件U形件彎曲模，其主要特點是模具結(jié)構(gòu)簡單，彎曲后的制件可順下模板漏件孔

5、漏下，不需手工取走制件。但缺點是不能進行校正彎曲，制件回彈較大，底部不夠平整。故適用于高度較小、尺寸精度要求不高，對底部平整度沒有要求的小型U形件的彎曲成形，彎曲半徑和凸、凹模間隙應(yīng)取較小值，以減小回彈。逆出件U形件彎曲模 如圖所示為常用的逆出件U形件彎曲模，其主要特點是：在凹模5內(nèi)設(shè)置一反頂板3，反頂力來自裝在下模板6底部的通用彈頂裝置。彎曲時始終能對制件底部施加較大的反頂壓力，故制件底部能保持平整。同時，利用制件上的工藝孔設(shè)置了定位銷釘2，對制件進行定位并有效地防止坯料在彎曲過程中的滑動偏移。并在凸模1對應(yīng)定位銷處設(shè)置讓位孔。如果要進行校正彎曲，反頂板可作為凹模底使用。回程時，反頂板又能將

6、工件從凹模內(nèi)頂出。1凸模 2定位銷釘 3反頂板4定位板 5凹模 6下模板 彎曲角小于90的U形件彎曲模 對于彎曲角小于90的U形件，可在彎角處設(shè)置活動凹模鑲塊，彎曲模下降到與鑲塊接觸時，活動凹模擺動使材料包緊凸模，完成彎曲，如圖所示。1凸模 2定位板 3彈簧 4回轉(zhuǎn)凹模 5限位釘3L形件彎曲模L形件彎曲模 如圖所示為L形件彎曲模。由于是單邊彎曲，彎曲時坯料容易移位，并且凸模1將承受較大的側(cè)向力，結(jié)構(gòu)中采用反頂板及定位銷來有效地防止彎曲時坯料的偏移。圖a的定位銷裝在反頂板5上，圖b的定位銷則裝在凹模3上。擋塊2的作用是平衡上、下模之間水平方向的側(cè)向力；同時，也為頂板或凸模導(dǎo)向，防止其竄動。在凸模

7、接觸板料之前，就應(yīng)先靠住擋塊，為此，擋塊應(yīng)高出凹模端面。a）定位銷裝于反頂板 b ）定位銷板裝于凹模4Z形件彎曲模Z形件彎曲模1頂板 2托板 3橡膠 4壓塊 5上模座 6、7凸模 8下模座 由于Z形件兩直邊折彎方向相反，所以彎曲模必須有兩個方向彎曲的動作。如圖所示為Z形件彎曲模典型結(jié)構(gòu)，該模具由兩個凸模聯(lián)合彎曲。為防止坯料的偏移，設(shè)置了定位銷及彈性頂板1。定位銷和擋料銷為定位元件，兩側(cè)側(cè)壓塊能克服上、下模之間水平方向的錯移力。5形件彎曲模（四角彎曲模） 形件有四個角要彎曲，這一類制件可以一次彎曲成形，也可以分兩次彎曲成形。 圖a所示為一次成形彎曲模。在彎曲過程中由于凸模肩部阻礙了坯料的轉(zhuǎn)動，加

8、大了坯料通過凹模圓角的摩擦力，使彎曲件側(cè)壁容易擦傷和變薄，彎曲后容易產(chǎn)生較大的回彈，使直邊不直，上口尺寸偏大。當(dāng)彎曲件高度較小時，上述影響不大。但當(dāng)材料厚，彎曲件較高，圓角半徑小時，這一現(xiàn)象比較嚴重。根據(jù)經(jīng)驗，對于H（810）t，t1mm的形件，如果尺寸精度要求不高，可以采用一次成形的模具。 圖b所示一次成形彎曲?？捎糜趓很小制件的彎曲，尺寸精度較高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。形件的一次成形彎曲模a）適于尺寸精度不高制件 b ）適于尺寸精度較高制件 如圖所示為兩次形彎曲模。當(dāng)H（1215）t，特別是彎曲半徑r 較小，尺寸精度要求較高時采用。第一次彎曲時，將坯料彎成U形；第二次彎曲時，利用彎曲凹模的外形兼

9、作半成品坯件的定位，然后彎成形。因為工序件倒扣在凹模上，工件高度越小，凹模壁厚就越薄，為了保證凹模的強度，需H （1215）t。由于采用兩套模具彎曲，因此避免了一次成形彎曲時出現(xiàn)的問題，提高了彎曲件的質(zhì)量。形件的兩次成形彎曲模a）第一次彎曲 b ）第二次彎曲一次彎曲成型的復(fù)合彎曲模1凸凹模 2活動凸模 3凹膜 4頂板 如圖所示為一次彎曲成形的復(fù)合彎曲模。凸凹模1既是彎曲U形件的凸模，又是彎曲形件的凹模。彎曲時，凸凹模1下行，先將坯料通過凹模3壓彎成U形，凸凹模1繼續(xù)下行與活動凸模2作用，將工序件彎成形。這種結(jié)構(gòu)需凹模下腔空間較大，以方便制件側(cè)邊的擺動。由于彎曲過程中坯料未被夾緊，易產(chǎn)生偏移和回

10、彈，制件的尺寸精度較低。擺塊式形件彎曲模1凹模 2活動凸模 3擺塊 4墊板 如圖所示為一次彎曲成形復(fù)合彎曲模的另一種形式。彎曲時，在彈頂裝置彈力的作用下，活動凸模2與下行的凹模1一起壓緊中間坯料，將其彎成U形。凹模1繼續(xù)下行，當(dāng)推件器與凹模底面接觸時，強迫活動凸模2向下運動，迫使擺塊3向外運動至水平，在擺塊作用下彎成形。這種彎曲模的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。6圓形件彎曲模圓形件的彎曲方法根據(jù)圓的直徑大小而不同，其彎曲方法可分為三類。對于直徑不大于5mm的小圓形彎曲件 對于直徑不小于20mm的大圓形彎曲件 對于直徑為1040mm，材料厚度約1mm的圓形件 小圓形件一次彎曲成形模1凸模 2導(dǎo)柱 3芯軸 4支

11、架 5導(dǎo)套 6凹模固定板 7凹模鑲件 8壓料板 （1）對于直徑不大于5mm的小圓形彎曲件，一般是先彎成U形，再將U形彎成圓形。由于彎曲件小，分次彎曲操作不便，如要求獲得較高精度的彎曲件時，可采用如圖所示芯軸卷圓模，毛坯在凹模固定板6的定位槽中定位。當(dāng)模具工作時，芯軸3和凹模鑲件7將毛坯預(yù)彎成U形。在芯軸下壓時，壓縮彈簧被壓縮，使凸模1的圓弧成型面將U形再彎成圓，并包在芯軸上。上?；爻毯罄瓌有据S手輪卸下彎曲件。該結(jié)構(gòu)要求所設(shè)計的上模彈簧壓力，應(yīng)大于首先將毛坯預(yù)彎成U形時的壓力，才能實現(xiàn)圓形件的彎曲。大圓筒兩次彎曲模1支撐板 2凸模 3定位板 （2）對于直徑不小于20mm的大圓形彎曲件，其彎曲方法

12、是先用簡單模將毛坯彎成三個120的波浪形，然后再彎成圓形，其結(jié)構(gòu)如圖所示。波浪形工序件在彎曲模定位板3的槽內(nèi)定位，隨著上模的下行，凸模2對波峰處進行反向彎曲，兩端圓弧將合攏，成為圓形件。轉(zhuǎn)動支撐板1，可將彎曲件沿凸模軸線方向取出。凸模2既起凸模作用，又起芯軸作用。擺動凹模式一次彎曲模1支撐板 2凸模 3擺動凹模 4頂板 5頂桿 （3）對于直徑為1040mm，材料厚度約1mm的圓形件，可以采用圖示的擺動凹模式結(jié)構(gòu)彎曲模一次彎成。彎曲時，凸模2將坯料壓入凹模內(nèi)，先將坯料壓成U形；后凸模繼續(xù)下行，下壓擺動凹模3的底部，使擺動凹模繞軸向旋轉(zhuǎn)，將制件彎成圓形；彎曲結(jié)束后，向右推開支撐板1，將制件從凸模上

13、取下。擺動凹模閉合時將頂板4壓下，通過頂桿5使裝在下模板中間的通用彈頂器受壓縮?；爻虝r，彈頂器將頂桿頂起，通過頂板使擺動凹模復(fù)位。這種生產(chǎn)方式生產(chǎn)率較高，但由于制件上部未受到校正，因而回彈較大。7鉸鏈件彎曲模 鉸鏈件彎曲成形一般分兩道工序進行，先將平直的坯料端部預(yù)彎成圓弧，然后再進行卷圓。卷圓通常是采用推圓法。 圖a所示為預(yù)彎模，圖b所示為立式卷圓模，當(dāng)上、下模閉合時，便將一端推卷成圓筒。采用立式卷圓模，直邊高度不宜過高，以免推卷時發(fā)生失穩(wěn)。該結(jié)構(gòu)較簡單，制造容易。圖c所示為臥式卷圓模，其主要特點是采用了斜楔滑塊機構(gòu)。工作時，坯料由墊板6的臺階定位，并由凸模5壓住，壓緊力由彈簧4提供。在上模下

14、行時，利用斜楔1推動卷圓凹模2在水平方向進行彎曲卷圓。回程時，凹模由彈簧3的壓力復(fù)位。這種模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但制質(zhì)量較好，操作方便。鉸鏈件彎曲模a）預(yù)彎模b）立式卷圓模c）臥式卷圓模1斜楔 2凹模 3、4彈簧 5凸模 6墊板8級進彎曲模 對于批量大、尺寸較小的彎曲件，為了提高生產(chǎn)效率，使之操作方便，保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)采用多工位的沖裁、壓彎、切斷連續(xù)工藝成形的級進模，這是現(xiàn)代沖壓模具的發(fā)展趨勢。 如圖所示為同時進行切邊、沖孔、彎曲和切斷的級進模，用以彎制側(cè)壁帶孔的雙角彎曲件。該模具的切邊凸模既起切出彎曲邊的作用，又起側(cè)刃定距的作用。由于導(dǎo)尺前寬后窄，并有凸肩，所以只有切邊凸模切去一個步距的料邊后，才能

15、再前進一個送料距離。最后將制件從模具端推出。級進彎曲模操作方便，生產(chǎn)效率高，易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。級進彎曲模1切斷凸模 2彎曲凸模 3沖孔凸模 4切邊凸模三、彎曲工藝計算1彎曲件毛坯展開尺寸的計算 因材料彎曲變形區(qū)成形后外層伸長、內(nèi)層縮短，中性層長度不變，所以彎曲件毛坯長度等于中性層的長度。具體地說，彎曲件毛坯長度等于直邊部分與彎曲部分中性層長度之和，即 L總L直邊L彎曲 對于彎曲部分，其長度可用下式計算，即 L彎曲r/t0.250.50.81234567810121416K0.20.250.30.350.370.40.410.430.440.450.460.470.480.490.5中性層位置系

16、數(shù) 例：彎曲如圖所示制件，已知料厚t5mm，試求其毛坯展開尺寸。 60角彎曲件解：根據(jù)坯料展開長度公式：L總L直邊L彎曲 L直邊ABCD（AEBE）（CEDE）50（R+t）ctg3038（R+t）ctg3050（10+5）ctg3038（105）ctg3024.0212.0236.04（mm） L彎曲（R+Kt）3.14（100.375） 24.81（mm） L總36.0424.8160.85（mm）2彎曲力的計算 彎曲力計算 單位：單位校正力P的選擇 單位： MPa材料材料厚度1mm13mm36mm610mm鋁1520203030404050黃銅203030404060608010鋼，20

17、鋼3040406060808010025鋼，30鋼4050507070100100120 例：V形彎曲件，材料為黃銅（H68），厚度3mm，寬度為100mm，抗拉強度為400MPa，彎曲內(nèi)側(cè)圓角半徑R為3mm，工件被校正部分在凹模上的投影面積10000mm2，求自由彎曲力及校正彎曲力。解：（1）自由彎曲力計算：因為 =46800（N）=4.68（kN）Aq= 4010000 = 400000 = 400（kN）由此可見，校正彎曲力比自由彎曲力大得多。（2）校正彎曲力計算 查表得 q=3040MPa，取q為35MPa，則3工作部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算a）U形件 b）V形件彎曲模工作部分尺寸 如圖所示，

18、彎曲模工作部分的尺寸主要包括以下內(nèi)容：U形件彎曲模的凸、凹模間隙Z（單面間隙），凸模寬度尺寸和凹模寬度尺寸Lt和L，凸模和凹模的圓角半徑rt和ra，凹模深度L0，V形件彎曲模凹模底部圓角半徑rd。 （1）彎曲間隙 U形件彎曲時，其凸、凹模間隙由材料的種類、厚度及彎曲件的高度和寬度而定。彎曲間隙的單面值Z一般可按下式計算：式中，t為材料厚度，為間隙系數(shù)，間隙系數(shù)可按下表查取。U形件彎曲模的間隙系數(shù)彎曲件高度h/mm材料厚度t/mmb2hb2h0.50.622.144.150.50.622.144.17.57.612100.050.050.040.100.100.08200.030.060.063

19、50.070.15500.100.070.050.040.200.150.10750.050.100.081001500.100.070.200.150.102000.070.15注：b為彎曲件寬度（mm） 彎曲V形件時，彎曲間隙靠調(diào)整壓力機閉合高度來控制，不需要在模具結(jié)構(gòu)上確定彎曲間隙。彎曲間隙的大小對制件質(zhì)量和彎曲力有很大影響。間隙越小，彎曲力越大。間隙過小，會使制件變薄，并降低凹模壽命；間隙過大，則回彈較大，制件精度降低。當(dāng)制件精度要求較高時，其間隙應(yīng)適當(dāng)縮小，取Z=t。有時，甚至可選取略小于材料厚度的負間隙。 （2）凸模、凹模寬度尺寸 凸模與凹模的寬度尺寸與彎曲制件的尺寸相關(guān)，根據(jù)制件

20、尺寸的標注方式不同，U形件彎曲模凸模和凹模的寬度尺寸可按下表所列公式進行計算。用外形尺寸標注用內(nèi)形尺寸標注制件尺寸標注方式制件簡圖凹模尺寸凸模尺寸用外形尺寸標注 以凹模實際尺寸為基準配制，保證雙面間隙2Z或取 用內(nèi)形尺寸標注 La 以凸模實際尺寸為基準配制，保證雙面間隙2Z或取 注： 、 為彎曲模凸模、凹模制造偏差，其值可按IT7級IT9級選取。U形件彎曲模凸模與凹模的寬度尺寸計算 一般情況下，彎曲模凸模半徑rt等于或略小于制件內(nèi)側(cè)的圓角半徑r，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑。如因制件結(jié)構(gòu)需要，出現(xiàn)r小于最小彎曲半徑的情況，則應(yīng)取rt不小于最小彎曲半徑，然后增加一次校正工序，校正模的rt等

21、于r。 實際生產(chǎn)中，凹模圓角半徑ra通常根據(jù)材料的厚度選取。當(dāng)t2mm時，ra（36）t；當(dāng)t24mm時，ra（23）t；當(dāng)t4mm時，ra2t。 需要注意的是，凹模圓角半徑不能選得太小，以免彎曲時材料表面擦傷或出現(xiàn)壓痕。另外，凹模兩邊的圓角半徑應(yīng)一致，否則彎曲時毛坯會發(fā)生偏移。V形件彎曲凹模的底部取圓角半徑rd（0.60.8）（rt+t），或開退刀槽。凹模深度L0的選取很有講究。若過小，則彎曲毛坯兩端的自由部分過長，彎曲件回彈大，不平直，影響制件質(zhì)量；若過大，則增加模具鋼的消耗，并且需要壓力機有較大的工作行程。 彎曲U形件時，若彎邊高度不太大或要求兩邊平直時，則凹模深度應(yīng)大于制件高度。 （4

22、）凹模深度尺寸彎曲U形件的凹模深度L0彎曲件邊長材料厚度 11224466105015202530355075202530354075100253035404010015030354050501502004045556565彎曲V形件時，其彎曲凹模LO及底部最小厚度h可按下表選取。彎曲V形件的凹模深度L0及底部最小厚度h彎曲件邊長材料厚度t 2244hL0hL0hL010252010152215255022152027253230507527202532303735751003225303735424010015037303542404750 例：彈簧吊耳制件及彎曲成形模簡圖如圖所示，制件材料

23、為已退火35鋼，試完成模具工作部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算。 a） b）彈簧吊耳及彎曲模a）制件圖 b）總裝圖（簡圖） 解：由于彈簧吊耳的生產(chǎn)批量較大，故上、下模的導(dǎo)向選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套。毛坯由頂板上兩個定位銷定位，這樣還可以保證在彎曲過程中不產(chǎn)生偏移。頂板不僅起頂料作用，而且起壓料作用。壓料力是利用彈簧或橡皮（圖中未畫）通過頂桿來實現(xiàn)的。為了防止制件卡在凸模上，模具上裝有卸料桿，以確保上?；爻虝r，將制件打下。該彎曲模工作部分尺寸計算見下表。彈簧吊耳彎曲模工作部分尺寸計算步驟內(nèi)容4確定凹模尺寸凹模尺寸 按凸模實際尺寸配制，并保證雙面間隙 凹模深度 凹模圓角半徑 （彎曲模工作部分尺寸）注：該彎曲模工作零件采用

24、配制法加工彈簧吊耳彎曲模工作部分尺寸計算四、彎曲模設(shè)計 1設(shè)計要點 由于彎曲模的種類很多，形狀繁簡不一，結(jié)構(gòu)類型多種多樣，因此，彎曲模設(shè)計難以做到標準化。通常參照沖裁模的一般設(shè)計要求和方法，并針對彎曲變形的特點進行設(shè)計。彎曲模設(shè)計時應(yīng)考慮的要點如下。 （1）坯料的定位要準確、可靠，盡量采用坯料的孔定位，防止坯料在變形過程中發(fā)生偏移。 （2）模具結(jié)構(gòu)不應(yīng)妨礙坯料在彎曲過程中應(yīng)有的轉(zhuǎn)動和移動，避免彎曲過程中坯料產(chǎn)生過度變薄和斷面發(fā)生畸變。 （3）模具結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證彎曲時上、下模之間水平方向的錯移力得到平衡。 （4）為了減小回彈，彎曲行程結(jié)束時應(yīng)使彎曲件的變形部位在模具中得到校正。 （5）坯料的安放和

25、彎曲件的取出要方便、迅速、生產(chǎn)率高、操作安全。 （6）彎曲回彈量較大的材料時，模具結(jié)構(gòu)上必須考慮凸、凹模加工及試模時便于修正的可能性。2設(shè)計流程 彎曲模設(shè)計的主要流程如下：（1）彎曲件工藝分析。（2）工藝方案及模具結(jié)構(gòu)確定。（3）彎曲模設(shè)計計算。（4）繪制模具總圖和非標零件圖。第二節(jié) 拉深模設(shè)計 拉深是利用模具把具有一定形狀的判別或坯料制成開口空心體或進一步改變空心體形狀和尺寸的沖壓工序。 采用拉深工藝可以制成筒形、矩形、錐形、階梯形、球面形和其他不規(guī)則形狀的薄壁制件。 拉深件一、拉深變形過程及特點 拉深工藝可以分為不變薄拉深和變薄拉深兩種。底部厚，壁部薄是變薄拉深成形制件的明顯特點，例如彈殼

26、、高壓鍋等。1變形過程 以直徑為D，厚度為t的圓形坯料經(jīng)拉深模拉深成開口空心件加以說明。拉深過程1凸模 2凹模 3制件2變形特點 經(jīng)觀察和分析可知，圓筒底部在拉深前后沒有發(fā)生變化，坯料的環(huán)形部分（Dd）變?yōu)橹萍谋诓?；塑性變形程度由底向上逐漸增大，頂部材料在圓周方向受到最大壓縮，高度方向獲得最大伸長；另外，制件側(cè)壁上半段，下半段變薄，如圖所示，在與凸模圓角接觸的底部圓角處，出現(xiàn)嚴重變薄現(xiàn)象，是名副其實的“危險斷面”。拉深時制件厚度的變化二、拉深模典型結(jié)構(gòu)1首次拉深模 工作時，平板坯料由定位圈2定，凸模1下行將板料拉入凹模3內(nèi)，凸模下止點要調(diào)到使已成形的制件直壁全部越出凹模工作帶，這時由于回彈使

27、工作口部稍增大。當(dāng)凸模回程時，凹模下平面的臺階擋住制件口部，使其脫離凸模，制件自然從下模座4的孔內(nèi)漏下。為了便于卸件，凸模上要開設(shè)一個直徑為38mm的通孔。該拉深模結(jié)構(gòu)簡單，適用于拉深板料厚度較大而深度不大的拉深件。無壓邊順出件首次拉深模1凸模 2定位圈 3凹模 4下模座 在拉深過程中，頂板2始終將板料壓緊，在拉深的后期可對制件的底部進行校平?；爻虝r，頂板2、頂桿3及橡膠墊4組成反頂裝置，將拉深成形件從凹模內(nèi)反頂出。這時制件隨凸模上行，打桿1撞到壓力機打桿橫梁時將產(chǎn)生推件力，使制件脫離凸模。采用該結(jié)構(gòu)模具所成形制件底部比較平整，形狀也規(guī)則。且反頂力越大，制件底部越平整。無壓邊逆出件首次拉深模1

28、打桿2頂板3頂桿4橡膠墊 如圖所示為有壓邊倒裝首次拉深模。工作時，坯料由定位圈5定位，壓邊力由彈性原件的壓縮產(chǎn)生。成形后的制件在回程時由推板2從凹模3內(nèi)推出。凸模4采用階梯式結(jié)構(gòu)，借助固定板8與下墊板9相連接。該固定方式可保證凸模與下墊板的垂直度要求。如采用順裝式結(jié)構(gòu)，壓邊裝置的彈性元件需單獨設(shè)計與制造，將使模具總體尺寸增大，制造成本增加。有壓邊倒裝首次拉深模1打桿 2推板 3凹模 4凸模 5定位圈 6壓邊圈 7頂桿 8固定板 9下墊板2再次拉深模 有壓邊倒裝再次拉深模結(jié)構(gòu)示意如圖所示。壓邊圈6是工序件的外形定位圈，其高度應(yīng)大于前次工序件的高度，其外徑按已拉成的前工序的內(nèi)徑配作?；爻虝r，制件由

29、推板2從凹模4內(nèi)推出?？烧{(diào)式限位柱使壓邊圈與凹模之間始 終保持一定的距離，以防止拉深后期的壓邊力過大，造成制件底角附近板料過薄，甚至拉破。有壓邊倒裝再次拉深模1打桿 2螺母 3推板 4凹模 5限位柱 6壓邊圈3落料拉深復(fù)合模 落料拉深復(fù)合模結(jié)構(gòu)示意如圖所示。它一般采用條料毛坯，故需設(shè)置導(dǎo)料板與卸料板，拉深凸模9的頂面稍低于落料凹模10約一個料厚，使落料完成后再拉深。拉深時壓力機氣墊通過頂桿7和壓邊圈8進行壓邊。回程時，由頂桿7推出制件，卸料則由剛性卸料板2完成。落料拉深復(fù)合模1導(dǎo)料板 2卸料板 3打料桿4凸凹模 5上模座 6下模座7頂桿 8壓邊圈9拉深凸模 10落料凹模三、拉深工藝計算1確定修

30、邊余量 拉深時，由于金屬流動條件和金屬材料的各向異性，致使拉深制件口邊不齊，如圖所示，必須進行修邊加工，以達到制件的要求。因此，在計算拉深毛坯余量時，必須將修邊余量進入制件。修邊余量值應(yīng)根據(jù)拉深件有無凸緣而定。a）修邊前 b）修邊后拉深筒形件凸緣直徑 拉深件的相對直徑 圖例1.51.5222.52.54251.81.61.41.2無凸緣筒形件的修邊余量 mm制件高度 拉深件的相對高度h/d圖例0.50.80.81.61.62.52.54101.01.21.5210201.21.622.5205022.53.345010033.856100150456.5815020056.3810200250

31、67.591125078.51012 有凸緣筒形件的修邊余量 mm2計算毛坯尺寸 拉深時，金屬材料按一定的規(guī)律流動，毛坯尺寸應(yīng)滿足成形后制件的要求，形狀必須適應(yīng)金屬流動。所以，毛坯尺寸的計算應(yīng)遵循兩個原則：面積相等和形狀相似。具體來說，對于不變薄拉深，因材料厚度拉深前后變化不大，毛坯的尺寸按“拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面積”的原則來確定（還可按等體積、等重量原則）。對于拉深毛坯的形狀，一般與拉深的截面形狀相似，即制件的橫截面是圓形、橢圓形時，其拉深前毛坯展開形狀也基本上是圓形或橢圓形；異形制件拉深時，其毛坯的周邊輪廓必須采用光滑曲線連接，應(yīng)無急劇的轉(zhuǎn)折和尖角。 對于簡單旋轉(zhuǎn)體拉深制件的

32、毛坯直徑D，可直接查閱有關(guān)設(shè)計手冊確定。例如，無凸緣圓筒件拉深坯料的計算公式，各字母代號如圖所示，其中，如果材料厚度小于1mm，d1按內(nèi)徑或外徑計算均可；若大于1mm， d1則按圖示中的板厚中徑計算。毛坯直徑為D（）1/2。 若能借助沖壓成形分析軟件BLANKWORKS等，僅需幾分鐘就能完成制件的展開及毛坯尺寸的計算。無凸緣圓筒件的毛坯尺寸計算3確定拉深系數(shù)和拉深次數(shù) （1）拉深系數(shù) 拉深工藝中，制件的變形程度用拉深系數(shù)m來表示。對于圓筒形件，拉深系數(shù)為拉深后制件直徑d與拉深前毛坯直徑D的比值。多次拉深時，則為拉深后筒部直徑與拉深前筒部直徑的比值。 實際生產(chǎn)中采用的拉深系數(shù)是根據(jù)材料的相對厚度

33、，并考慮其他因素，通過試驗決定的。筒形件的許可拉深系數(shù)（不使用壓邊圈）拉深系數(shù)毛坯相對厚度（t/D）1001.52.02.53.03.0m10.650.600.550.530.50m20.80.750.750.750.70m30.840.800.800.800.75m40.870.840.840.840.78m50.900.870.870.870.82m60.900.900.900.85筒形件的許可拉深系數(shù)（使用壓邊圈）拉深系數(shù)毛坯相對厚度（t/D）1002.01.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.08m10.480.500.500.530.530.550.550

34、.580.580.600.600.63m20.730.750.750.760.760.780.780.790.790.800.800.82m30.760.780.780.790.790.800.800.810.810.820.820.84m40.780.800.800.810.810.820. 820.830.830.850.850.86m50.800.820.820.840.840.850.850.860.860.870.870.88 多次拉深時，由于材料性能發(fā)生變化，拉深系數(shù)取值時應(yīng)逐漸增大。以m 1、m 2、m n-1、m n表示第1、2、（n-1）、n次拉深時的拉深系數(shù)，則m 1m 2

35、 m n-1m n。其中，m 1=d1/D，m 2=d2/D，m n=dn/D。 另外，從以上不難看出，總拉深系數(shù)等于各次拉深系數(shù)之乘積。直徑為D的毛坯多次拉深過程（2）拉深次數(shù) 拉深工藝設(shè)計中，當(dāng)制件直徑與毛坯直徑的比值m大于前面表格所列m1時,制件可以一次拉深成功。否則，需要多次拉深。確定拉深次數(shù)的方法很多，包括：推算法、計算法和查表法，其中，以推算法最為常用。 采用推算法確定筒形件拉深次數(shù)時，首先根據(jù)以上表格查出m 1、m 2、m n-1、m n，然后從第一道工序開始依次求出半成品直徑，即：d1=m1D、d2=m2d1、dn=mndn-1，一直計算到得出的直徑不大于制件要求的直徑為止。這

36、樣 即為拉深次數(shù)。 推算法不僅能求出拉深次數(shù)，還能求出中間工序的尺寸。需要指出的是，這些中間工序的尺寸需要作合理調(diào)整，以利于模具設(shè)計等。 拉深次數(shù)確定后，就得確定半成品工序尺寸。半成品工序尺寸主要包括半成品直徑，半成品高度。4計算半成品工序尺寸（1）半成品直徑 半成品直徑可根據(jù)各次拉深系數(shù)算出，計算得到的最后一次拉深直徑dn 必須等于制件直徑d 。如果dn 小于d ，應(yīng)調(diào)整各次拉深系數(shù)，最后幾次的拉深系數(shù)盡量取大些，最終使dn =d 。 需要提醒的是，計算時，若 t1mm取內(nèi)徑或外徑；若t 1mm， dn取中線尺寸。（2）半成品高度 根據(jù)拉深后半成品制件面積與毛坯面積相等的原則，多次拉深后半成

37、品制件高度可按下式進行計算。多次拉深后半成品制件高度 rn取值與各工序中拉深凸模圓角半徑rt一致；而拉深凸模圓角半徑，除最后一次應(yīng)取為制件底部圓角半徑數(shù)值外，中間各次盡可能取得與拉深凹模圓角半徑ra相等或略小，并且逐漸減小，即rt=（0.71.0）ra。 例：試確定如圖所示制件的拉深次數(shù)和各拉深工序的直徑。已知，制件材料10鋼，料厚1mm。拉深制件圖樣5總拉深力的計算 拉深時，總拉深力（包括拉深力和壓邊力）是指制件拉深時所需加在拉深凸模上的總壓力。計算拉深力的根本目的在于合理選用壓力機和設(shè)計拉深模。修正系數(shù)K1、K2值m10.550.570.600.620.650.670.700.720.75

38、0.770.80K11.000.930.860.790.720.660.600.550.500.450.40m20.700.720.750.770.800.850.900.95K21.000.950.900.850.800.700.600.50（1）拉深力的計算拉深力計算公式壓邊圈使用情況首次拉深以后各次拉深無壓邊圈有壓邊圈注： 為材料強度極限，Pa 、 為修正系數(shù)，其值見下表（2）壓邊力的計算壓邊力計算公式拉深情況計算公式拉深任何形狀制件筒形件第一次拉深筒形件以后各次拉深注：A為在壓邊圈下的毛坯投影面積（mm2） p為單位壓邊力（MPa），見下表單位壓邊力 MPa 材料名稱單位壓邊力p材料名

39、稱單位壓邊力p鋁0.81.2鍍錫鋼板2.53.0純銅、硬鋁（已退火）1.21.8高合金不銹鋼3.04.5黃銅1.52.0軟鋼t0.5mm2.73.0高溫合金2.83.56拉深模工作部分尺寸計算（1）拉深模間隙的確定 拉深模間隙是指拉深凹模與拉深凸模橫向尺寸的差值，對于圓筒形件而言，拉深模間隙為拉深凹模與拉深凸模直徑之差的一半。確定拉深間隙時，既要考慮板料公差的影響，又要考慮毛坯在拉深過程中的變厚現(xiàn)象，故拉深間隙值一般應(yīng)比毛坯厚度稍大。 對于旋轉(zhuǎn)體拉深件：采用壓邊圈時的拉深間隙值見下表；不用壓邊圈時的拉深間隙值可按下式計算：拉深間隙Z（11.1）tmax，式中tmax為拉深板料厚度的最大值。 需

40、要注意的是，拉深間隙值取小值，制件質(zhì)量好，但拉深力大，制件易拉裂，模具磨損嚴重，壽命低；拉深間隙取大值，拉深力小，模具壽命高，但制件易起皺，變厚，側(cè)壁不直，有回彈，質(zhì)量不易保證。對于精度要求較高的拉深件，拉深間隙可按下式取值：Z（0.90.95）t。采用壓邊圈拉深時的拉深間隙值總拉深次數(shù)拉深工序拉深間隙Z總拉深次數(shù)拉深工序拉深間隙Z1一次拉深（11.1）t4第一、二次拉深1.2t2第一次拉深1.1t第三次拉深1.1t第二次拉深（11.05）t第三次拉深（11.05）t3第一次拉深1.2t5第一、二、三次拉深1.2t第二次拉深1.1t第四次拉深1.1t第三次拉深（11.05）t第五次拉深（11.

41、05）t注：t為材料厚度，取材料允許偏差的中間值（2）凸、凹模工作部分尺寸及制造公差 由于沒有嚴格限制尺寸精度的必要，中間過渡工序的模具尺寸只要等于半成品的尺寸即可。所以，確定拉深模凸模和凹模工作部分尺寸時除最后一次拉深外，可不考慮制件尺寸公差。 凸、凹模工作部分的尺寸及制造公差工序性質(zhì)制件圖例或說明凹模尺寸凸模尺寸中間過渡工序假設(shè)以凹模為基準末次拉深工序（3）凹模圓角半徑和凸模圓角半徑 拉深模凸、凹模的圓角半徑對拉深工作有著很大的影響，合理選擇凹模圓角半徑尤為重要。具體來說，拉深時，毛坯經(jīng)凹模圓角進入凹模時，若凹模圓角半徑過小，將因徑向拉力過大，使制件表面劃傷或拉裂；若凹模圓角半徑過大，將因

42、坯料懸空面積過大，使壓邊面積過小，引起內(nèi)皺。 首次拉深凹模圓角半徑通常按下式計算： 式中 ra首次拉深凹模圓角半徑（mm）； D毛坯直徑（mm）； d凹模內(nèi)徑（mm）； t制件料厚（mm）。 以后各次拉深的凹模圓角半徑，可按下式計算： 凸模圓角半徑取值時通常略小于凹模圓角半徑，即 。 需要提醒的是，最后一次拉深時，凸模圓角半徑應(yīng)等于制件要求的內(nèi)圓半徑。四、拉深模設(shè)計1設(shè)計要點 設(shè)計拉深模時，應(yīng)注意注意前后兩道工序的凸、凹模形狀和尺寸的協(xié)調(diào)，做到前道工序所得的工序件形狀和尺寸有利于后道工序的成形，而后道工序的凸、凹模及壓邊圈的形狀與前道工序所得的工序件吻合。對于最后一道拉深工序，為了使制件底部平

43、整，如果是圓角結(jié)構(gòu)的沖模，其最后一次拉深的凸模圓角半徑的圓心應(yīng)與n1次拉深的凸模圓角半徑的圓心位于同一條中心線上；如果是斜角的沖模結(jié)構(gòu)，則n1道工序的凸模底部的斜線應(yīng)與n道工序的凸模圓角半徑相切。最后拉深工序凸模底部的設(shè)計2設(shè)計流程 拉深模設(shè)計的主要流程如下：（1）拉深件工藝分析。（2）工藝方案及模具結(jié)構(gòu)確定。（3）拉深模設(shè)計計算。（4）繪制模具總圖和非標零件圖。第三節(jié) 成形工藝與模具 通過局部變形方式來改變制件或毛坯形狀的變形工序，統(tǒng)稱為成形工序。成形工序包括脹形、翻邊、縮口、起伏等，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示例如圖所示。a）脹形 b）翻邊成形工序產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示例c）縮口 d）起伏一、脹形工藝及脹形模具1脹形

44、變形特點 脹形是使空心制件內(nèi)部在雙向拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，以獲得凸肚形制件沖壓方法。用這種方法可以制造出許多形狀復(fù)雜的工件，如管接頭、波紋管等。 脹形時，變形區(qū)材料的變形情況如圖所示通過脹形，直徑為d的平整坯料部分成為凸肚形。當(dāng)坯料外徑D與成形直徑d的比值D/d3時，D與d之間的環(huán)形部分金屬發(fā)生切向收縮時所需的徑向拉應(yīng)力很大，該部分金屬不可能向凹模流動，其成形依賴于直徑為d圓周內(nèi)金屬的厚度變薄及表面積增大來實現(xiàn)。脹形變形區(qū) 2脹形模具結(jié)構(gòu) 作為使空心制件內(nèi)部在雙向拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，以獲得凸肚形制件的成形模，如圖所示為普通脹形模結(jié)構(gòu)示意，工作時，筒形毛坯放置在下凹模5內(nèi)定位，上模下行

45、，凸模3先插入毛坯內(nèi)，然后毛坯在下、上凹模和凸模的夾持下，進行鐓壓，毛坯在凹模型腔的脹形處脹形而成為所需的制件，上?；爻毯?，便可取出制件。普通脹形模結(jié)構(gòu)1頂件裝置2推件裝置3凸模4上凹模5下凹模（1）采用剛性凸模脹形模具結(jié)構(gòu)利用剛性凸模脹形模具結(jié)構(gòu)1凹模2分塊凸模 3模芯4制件5頂桿 采用剛性凸模脹形模具結(jié)構(gòu)示意如圖所示，脹形時，利用錐形芯塊3將分塊凸模2向四周脹開，使毛坯形成所需的形狀，分塊凸模數(shù)目越多，所得到的工件精度越高，但也很難得到精度較高的旋轉(zhuǎn)體零件，且模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 采用軟體凸模脹形，常用傳力介質(zhì)包括氣體、液體、橡膠、石蠟或鋼丸等，脹形時材料的變形比較均勻，制件的精度容易

46、保證，便于成形形狀復(fù)雜或不對稱的空心制件。橡膠脹形模結(jié)構(gòu)示意如圖所示。橡膠脹形模結(jié)構(gòu)1凸模2凹模3制件4橡膠5邊框（2）采用軟體凸模脹形模具結(jié)構(gòu)二、翻邊工藝及翻邊模具1翻邊變形特點 翻邊是利用模具使制件的邊緣翻起呈豎立或一定角度直邊的沖壓方法。利用翻邊方法加工的制件具有很好的剛性，這是翻邊加工的主要優(yōu)點。 按制件邊緣性質(zhì)不同，翻邊有翻孔、外緣翻邊和變薄翻邊之分。其中，對制件孔進行的翻邊稱為翻孔，如圖a所示；對制件外邊緣進行的翻邊稱為外緣翻邊，如圖b所示；而變薄翻邊是通過減小凸、凹模間隙強迫材料變薄，以提高制件豎邊高度的翻邊方法，在實際生產(chǎn)中，變薄翻邊通常用于平板毛坯或半成品制件上沖制小螺紋底孔

47、（俗稱抽芽孔）。 a）翻孔 b）外緣翻邊 翻孔與外緣翻邊 翻孔時，材料沿切線方向產(chǎn)生拉伸變形，且越接近中部，變形越大，材料的厚度也有所減薄，尤其是孔口處減薄更為嚴重。如變形超過了材料的許用應(yīng)力值，制件孔口將被拉裂。其變形程度可用翻孔系數(shù)來表示（翻孔前、后孔徑之比值）。 外緣翻邊時，變形區(qū)材料的變形情況不盡相同。其中，外凸的外緣翻邊相當(dāng)于淺拉深，變形時的主要質(zhì)量問題是起皺；而內(nèi)凹的外緣翻邊，變形時的主要質(zhì)量問題是拉裂。翻孔變形區(qū)2翻邊模具結(jié)構(gòu) 作為使制件的邊緣翻起呈豎立或一定角度直邊的成形模，翻邊模有翻孔模和外緣翻邊模之分。 如圖所示為某翻孔模的主要部分結(jié)構(gòu)，預(yù)制孔后的毛坯放在凸模上由定位板定位

48、，凹模下行與壓邊圈一起將毛坯夾緊后進行翻孔，凹模上行，壓邊圈把制件頂起。若制件留在凹模內(nèi)，則由推件裝置把制件推出。翻孔模結(jié)構(gòu)1定位板2凸模3壓邊圈 4凹模5推件塊 成形時，毛坯套在內(nèi)緣翻邊凹模上定位，作為內(nèi)緣翻邊的凹模，為保證其位置準確，壓料板與外緣翻邊凹模按H7/h6間隙配合。壓料板既起壓料作用，又起整形作用，在沖至下止點時，應(yīng)與下模剛性接觸，沖壓成形后，該件起頂件作用。內(nèi)外緣翻邊復(fù)合模結(jié)構(gòu)a）模具結(jié)構(gòu) b）工件圖 c）毛坯圖三、縮口工藝及縮口模具1縮口變形特點 縮口是使空心或管狀制件端部的徑向尺寸縮小的沖壓方法?？s口時，變形區(qū)材料的變形情況如圖所示。 在變形過程中，由于坯料受切向壓應(yīng)力的作

49、用容易失穩(wěn)起皺。同時，如果非變形區(qū)的筒壁承受的縮口壓力過大，將發(fā)生縱向穩(wěn)，出現(xiàn)環(huán)狀皺紋，甚至局部凹陷。因此，彎曲、起皺是縮口工藝要解決的主要問題?？s口變形區(qū) 2縮口模具結(jié)構(gòu) 作為使空心或管狀制件端部的徑向尺寸縮小的成形模，縮口模按支承方式有三種，其結(jié)構(gòu)示意如圖所示。a）無支承 b）外支承 c）內(nèi)外支承不同支承形式縮口模結(jié)構(gòu) 無支承形式縮口模具，結(jié)構(gòu)簡單，但縮口過程中坯料穩(wěn)定性差；外支承形式縮口模具，縮口過程中筒壁外表面始終得到支承，內(nèi)表面為自由表面，縮口時坯料的穩(wěn)定性較好，模具結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜些；內(nèi)外支承形式縮口模，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但縮口時坯料穩(wěn)定性好。 典型的縮口模結(jié)構(gòu)如圖所示，該模具用于成形材料厚度

50、為1mm的08號鋼制件。該制件先用拉深工藝制成圓筒形件，再用圖示縮口模成形。a）縮口毛坯 b）縮口制件 c）縮口模具縮口模典型結(jié)構(gòu) 該模具工作時，毛坯放入外支承套內(nèi)定位，上模下行，首先凹模與外支承套相互壓緊，然后縮口成形，模具通過上打料形式退料。第四節(jié) 冷擠壓工藝與模具 冷擠壓是利用金屬塑性變形的原理，在常溫下對擠壓模具腔內(nèi)的金屬施加強大的壓力，使之從?？谆蛲?、凹模的間隙中擠出，從而獲得所需零件的一種無切削加工方法。 作為冷鍛工藝的一種，它可以用來制造薄壁容器（如牙膏殼、鋁質(zhì)電容器及彈殼等）、汽車零件等，其制件示例如圖所示，冷擠壓使用的毛坯大都是棒料或塊狀結(jié)構(gòu)。冷擠壓制件示例一、冷擠壓工藝1冷

51、擠壓變形特點及工藝要求 由于擠壓時坯料處于三向受壓狀態(tài)下，因而塑性好，變形程度可以很大，變形所需變形的單位擠壓力很大，當(dāng)然塑性變形所需的壓力也很大，且作用時間較長。只因為如此，冷擠壓技術(shù)的應(yīng)用必須解決強大的變形抗力與模具承載能力的矛盾。 為此，必須滿足下列工藝要求： （1）設(shè)計合理的、工藝性良好的冷擠壓件。 （2）恰當(dāng)選擇冷擠壓件的原材料，正確確定坯料形狀、尺寸及熱處理規(guī)范，并應(yīng)特別注意坯料的表面處理和潤滑。 （3）制定合理的冷擠壓工藝方案，合理選擇冷擠壓方式，適當(dāng)控制冷擠壓變形程度。 （4）采取有效措施解決模具的強度、剛度和壽命問題。如采用合理的模具總體結(jié)構(gòu)，正確確定模具工作零件的結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)及加工要求等。 （5）選用合適的擠壓設(shè)備。 2冷擠壓工藝計算 采用冷擠壓工藝成形制件時，涉及到相關(guān)的工藝計算，其主要內(nèi)容包括：冷擠壓變形程度計算、冷擠壓坯料尺寸計算、冷擠壓力計算、凸模和凹模主要幾何參數(shù)計算等。二、冷擠壓模具 冷擠壓模的結(jié)構(gòu)形式很多，按冷擠壓方式有正擠壓模、反擠壓模、復(fù)合擠壓模及其他冷擠壓模；按通用