第三章-其他沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)課件

第三章其他沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)第一節(jié)彎曲工藝與模具結(jié)構(gòu)第二節(jié)拉深工藝與模具結(jié)構(gòu)第三節(jié)成形工藝與模具結(jié)構(gòu)第四節(jié)冷擠壓工藝與模具結(jié)構(gòu)第三章其他沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)第一節(jié)彎曲工藝與模具結(jié)1第一節(jié)彎曲工藝與模具結(jié)構(gòu)第一節(jié)彎曲工藝與模具結(jié)構(gòu)2

彎曲是沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛的一種基本加工方法，屬于成形工序。如圖所示為某年生產(chǎn)量為30000件、材料為Q235、厚度為3mm的軸瓦鋼背制件，生產(chǎn)實際中，通過彎曲工藝成形和彎曲模來完成該零件的成形。

軸瓦鋼背制件彎曲是沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛的一種基本加工方法3一、彎曲工藝1．彎曲及其變形過程

通過沖壓使金屬板料等產(chǎn)生塑性變形，形成一定角度，從而獲得所需零件形狀的工藝方法稱為彎曲。彎曲是沖壓的基本工序之一，在沖壓生產(chǎn)中占有很大的比例。一、彎曲工藝1．彎曲及其變形過程通過沖壓使金屬板料等4

根據(jù)彎曲成形方式的不同，具體彎曲方法可分為壓彎、拉彎、折彎和滾彎等。其中，最常見的是在壓力機上進行壓彎。沖壓時，若折彎線是直線則為彎曲，折彎線是曲線或圓弧則屬于翻邊，不屬于彎曲。a）彎曲b）翻邊彎曲與翻邊的區(qū)別根據(jù)彎曲成形方式的不同，具體彎曲方法可分為壓彎、拉彎5彎曲階段圖例變形過程說明開始彎曲

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彎曲變形過程彎曲階段圖例變形過程說明開始彎曲板料毛坯自由彎曲凸6

彎曲分自由彎曲和校正彎曲。當(dāng)彎曲終了時，凸模、坯料和凹模三者吻合后，凸模不再下壓，稱為自由彎曲，否則稱為校正彎曲，校正彎曲將使制件產(chǎn)生更準(zhǔn)確的塑性變形。

通過彎曲變形分析可以發(fā)現(xiàn)，彎曲時塑性變形只發(fā)生在板料的圓角處，直邊部分除與圓角相鄰的過渡部分有少量的變形外，其余未發(fā)生塑性變形。

需要指出的是，彎曲變形時，在毛坯變形區(qū)域內(nèi)，內(nèi)層材料受到壓縮，外層材料受到拉伸，且壓縮和拉伸的程度都是表層最大，向中間逐漸減小。在內(nèi)層與外層之間存在著材料纖維既不縮短也不伸長的中性層。通常根據(jù)中性層的展開長度來確定彎曲件毛坯長度。彎曲分自由彎曲和校正彎曲。當(dāng)彎曲終了時，凸模、坯料和凹72．制件的彎曲工藝性分析

彎曲件對彎曲工藝的適應(yīng)能力稱為彎曲件的工藝性。設(shè)計具有良好工藝性的彎曲件，不僅容易保證彎曲件精度，提高生產(chǎn)效率，而且能簡化彎曲工藝與模具結(jié)構(gòu)、節(jié)約材料等。因此，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)充分考慮彎曲成形的工藝特點，使彎曲件具有良好的工藝性。

彎曲件的工藝性主要包括彎曲件的形狀、彎曲半徑、最小彎曲高度、彎曲角的孔邊距、彎曲件的精度等級、彎曲件的尺寸標(biāo)注、局部彎曲的工藝結(jié)構(gòu)等。2．制件的彎曲工藝性分析彎曲件對彎曲工藝的適應(yīng)能力稱8（1）彎曲件的形狀設(shè)計彎曲件時，其形狀力求簡單，最好左右對稱、寬度相等，彎曲半徑左右一致，以保證彎曲時毛坯不會因摩擦阻力不等而產(chǎn)生側(cè)向滑動。對于窄而長的彎曲件或形狀比較復(fù)雜的彎曲件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)設(shè)置定位工藝孔，以防彎曲時產(chǎn)生側(cè)滑。對于非對稱的小型彎曲件，應(yīng)采用左右對稱件成對彎曲工藝，然后剖切為兩件。形狀對稱的彎曲件添加工藝孔的彎曲件（1）彎曲件的形狀形狀對稱的彎曲件9（2）彎曲半徑彎曲件內(nèi)層材料的半徑稱為彎曲半徑。彎曲時，彎曲半徑過小，將使外層材料拉應(yīng)力達到或超過材料的強度極限Rm，從而導(dǎo)致材料外層出現(xiàn)斷裂，彎曲件報廢。因此，板料彎曲存在一個最小彎曲半徑許可值，彎曲件的最小彎曲半徑不得小于下表所列數(shù)值。材料退火或正火狀態(tài)冷作硬化狀態(tài)彎曲線位置垂直軋制紋向平行軋制紋向垂直軋制紋向平行軋制紋向08、10、Q195、Q2150.1t0.4t0.4t0.8t15、20、Q2350.1t0.5t0.5t1t25、30、Q2550.2t0.6t0.6t1.2t35、40、Q2750.3t0.8t0.8t1.5t45、500.5ttt1.7t55、600.7t1.3t1.3t2t65Mn、T7t2t2t3t常用材料的最小彎曲半徑（2）彎曲半徑材料退火或正火狀態(tài)冷作硬化狀態(tài)彎曲線位置垂直軋10材料退火或正火狀態(tài)冷作硬化狀態(tài)彎曲線位置垂直軋制紋向平行軋制紋向垂直軋制紋向平行軋制紋向Cr18Ni9Tit2t3t4t硬鋁（軟）t1.5t1.5t2.5t硬鋁（硬）2t3t3t4t磷青銅——t3t黃銅（半硬）0.1t0.35t0.5t1.2t黃銅（軟）0.1t0.35t0.35t0.8t紫銅0.1t0.35tt2t鋁0.1t0.35t0.5t1t鎂合金MB1加熱到300～400℃6t8t2t3t鈦合金B(yǎng)T5加熱到300～400℃5t6t3t4t常用材料的最小彎曲半徑材料退火或正火狀態(tài)冷作硬化狀態(tài)彎曲線位置垂直軋制紋向平行軋制11（3）最小彎曲高度在彎曲件成形過程中，直邊高度h不宜過小，以免因彎邊高度不足而影響彎曲質(zhì)量。通常彎邊高度應(yīng)不小于料厚的2.5倍；否則，應(yīng)先壓槽彎曲或加大直邊高度，待彎曲完成后將高出部分切除。

彎曲件直邊高度（3）最小彎曲高度彎曲件直邊高度12（4）彎曲角的孔邊距采用彎曲工藝時，彎曲前在毛坯上沖制的孔，應(yīng)位于彎曲變形區(qū)以外，否則孔的形狀會發(fā)生畸變。彎曲角的孔邊距

如果孔的位置精度要求較高或孔壁距離彎曲變形區(qū)較近時，應(yīng)采取彎曲后沖制的方法。另外，還可以在彎曲變形區(qū)沖出工藝孔或缺口及槽等，以轉(zhuǎn)移變形區(qū)。（4）彎曲角的孔邊距彎曲角的孔邊距如果孔的位置精度要求較13（5）彎曲件的精度等級一般來說，彎曲件的尺寸公差等級最好不高于IT13級，角度公差最好不小于±15′。如果對彎曲件的尺寸精度要求較高，則必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計上設(shè)置定位工藝孔；如果對角度公差要求較高，則應(yīng)增加整形工序或允許零件彎曲部位表面有輕微擦傷。（5）彎曲件的精度等級14（6）彎曲件的尺寸標(biāo)注采用彎曲工藝時，彎曲件尺寸標(biāo)注的不同，可能會影響沖壓工序的安排。例如，如圖所示彎曲件，若按圖a所示標(biāo)注孔邊距尺寸，則工藝相對簡單；若按圖b所示標(biāo)注尺寸，則沖孔最好安排在彎曲之后進行。

a）b）c）尺寸標(biāo)注對彎曲工藝的影響a）標(biāo)注一b）標(biāo)注二c）實樣圖（6）彎曲件的尺寸標(biāo)注a）15（7）局部彎曲的工藝結(jié)構(gòu)對于零件邊緣需進行局部彎曲的彎曲件，為避免彎角部位因應(yīng)力集中產(chǎn)生撕裂，應(yīng)增添工藝孔、工藝槽等。局部彎曲的工藝結(jié)構(gòu)（7）局部彎曲的工藝結(jié)構(gòu)局部彎曲的工藝結(jié)構(gòu)163．彎曲工藝計算（1）彎曲件毛坯長度的確定因材料彎曲變形區(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＝＝

當(dāng)材料厚度一定時，彎曲半徑越大，變形越小，中性層越接近于材料厚度的幾何中心，即K接近于0.5。實際生產(chǎn)中，彎曲件毛坯長度一般要經(jīng)過試模后確定。3．彎曲工藝計算（1）彎曲件毛坯長度的確定＝17（2）彎曲力的計算彎曲力是選擇沖壓設(shè)備和進行彎曲模設(shè)計的重要依據(jù)。在生產(chǎn)實際中，彎曲力通常用經(jīng)驗公式進行計算，相關(guān)計算內(nèi)容及說明見下表。計算內(nèi)容計算公式V形件自由彎曲力U形件自由彎曲力校正彎曲力頂件力壓料力彎曲噸位自由彎曲時：Ｆ沖≥

校正彎曲時：Ｆ沖≥

彎曲力計算（2）彎曲力的計算計算內(nèi)容計算公式V形件自由彎曲力U形件自由184．彎曲常見質(zhì)量問題（1）彎裂彎曲時，由于彎曲件材料外層纖維受拉且變形最大，所以最容易出現(xiàn)裂紋而造成彎曲件報廢。外層纖維拉伸變形的大小，主要取決于彎曲件的彎曲半徑（等于對應(yīng)彎曲模凸模圓角半徑）和彎曲件材料厚度。彎曲半徑越小，材料厚度越大，彎裂的可能性越大。為了防止彎曲件的彎裂，必須限制彎曲半徑，使之大于導(dǎo)致材料開裂之前的臨界彎曲半徑——最小彎曲半徑。4．彎曲常見質(zhì)量問題（1）彎裂19（2）回彈彎曲成形結(jié)束后，由于彈性變形的恢復(fù)，致使彎曲件的彎曲角度和彎曲半徑發(fā)生變化，與模具尺寸不一致，這種現(xiàn)象稱為回彈。

生產(chǎn)實際中，通常用回彈角Δα和曲率回彈量Δρ來表示回彈的大小?；貜椊鞘侵笍澢遁d前制件的彎曲角（彎曲凸模的彎曲角）與彎曲卸載后制件的實際彎曲角之差；曲率回彈量是指彎曲卸載前制件彎曲處的曲率半徑（彎曲凸模圓角半徑）與卸載后制件的實際曲率半徑（彎曲半徑）之差。

影響回彈的因素很多，如材料的力學(xué)性能、材料的相對彎曲半徑r/t及彎曲中心角α、彎曲件的形狀、凸模和凹模間的間隙大小、彎曲時的校正程度等。（2）回彈20

單角自由彎曲，即自由彎曲V形件，彎曲中心角為90°時部分材料的平均回彈角（Δα90°）值可參考下表。

自由彎曲V形件示意圖單角自由彎曲，即自由彎曲V形件，彎曲中心角21材料r/t材料厚度t（mm）＜0.80.8～2＞2軟鋼Rm=350MPa黃銅Rm≤350MPa鋁和鋅＜11～5＞54°5°6°2°3°4°0°1°2°中硬鋼Rm＝400～500MPa硬黃銅Rm＝350～400MPa硬青銅Rm＝350～400MPa＜11～5＞55°6°8°2°3°5°0°1°3°硬鋼Rm＞550MPa＜11～5＞57°9°12°4°5°7°2°3°6°單角自由彎曲90°時的平均回彈角材料r/t材料厚度t（mm）＜0.80.8～2＞2軟鋼Rm=22（3）偏移在彎曲變形過程中，當(dāng)彎曲毛坯沿凹模圓角滑移時，會受到摩擦阻力的作用。由于各邊所受摩擦阻力不等，在實際彎曲時，毛坯必然產(chǎn)生向左或向右的偏移，從而造成制件邊長尺寸不符合要求的結(jié)果，對于不對稱制件的彎曲，這種現(xiàn)象尤為顯著。

a）制件要求的形狀b）制件產(chǎn)生偏移后的形狀制件彎曲時的偏移現(xiàn)象（3）偏移a）制件要求的形狀b）制23

實際彎曲生產(chǎn)中，常采用壓料裝置或在彎曲模具上裝定位銷的方法，使毛坯在彎曲變形過程中無法移動，從而得到準(zhǔn)確的制件尺寸，最終解決偏移問題。

a）b）防止偏移的措施a）加壓料裝置b）裝定位銷實際彎曲生產(chǎn)中，常采用壓料裝置或在彎曲模具上裝定位銷的24二、彎曲模結(jié)構(gòu)

彎曲模是將制件彎曲成一定角度和形狀的沖模。如圖所示為彈簧吊耳制件及其成形用彎曲模，由于彈簧吊耳的生產(chǎn)批量較大，故上模、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。二、彎曲模結(jié)構(gòu)彎曲模是將制件彎曲成一定角度和形狀的沖25a）制件圖b）總裝圖彈簧吊耳及其彎曲模1—卸料桿2—定位銷3—頂板4—頂桿a）制件圖b）總裝圖彈簧吊耳及其彎曲模261．彎曲模的分類及應(yīng)用

常見的彎曲模結(jié)構(gòu)類型主要有：單工序彎曲模、級進彎曲模、復(fù)合彎曲模和通用彎曲模等。分類特點應(yīng)用單工序彎曲模模具結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便簡單形狀制件級進彎曲模模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)率高，操作安全性好大批量、小尺寸、較高質(zhì)量制件復(fù)合彎曲模模具結(jié)構(gòu)緊湊，凸凹模修磨困難尺寸不大的高精度制件通用彎曲模模具成本低，制造周期短小批量生產(chǎn)或試制彎曲件彎曲模的特點及應(yīng)用1．彎曲模的分類及應(yīng)用常見的彎曲模結(jié)構(gòu)類型主要有：單工序272．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。（1）單工序彎曲模單工序彎曲模常用于成形如圖所示的V形件、U形件、L形件、Z形件、形件、圓形件、鉸鏈件和其他形狀件等。常見單工序彎曲模成形件2．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281）V形件彎曲模V形件彎曲模的基本結(jié)構(gòu)形式如圖所示，由于制件形狀簡單，該模具的結(jié)構(gòu)相對簡單。該彎曲模中，凸模裝在模柄上，并用銷釘固定；凹模通過螺釘直接固定在下模座上；頂桿既起頂料作用，又起壓料作用，并可防止毛坯在彎曲初期發(fā)生偏移。另外，通過適當(dāng)調(diào)整，制件在沖壓終了時，可得到一定程度的校正，以減小回彈，并提高制件的平面度。V形件彎曲?；窘Y(jié)構(gòu)形式1—模柄2—銷釘3—凸模

4—凹模5—頂桿6—下模座1）V形件彎曲模V形件彎曲模基本結(jié)構(gòu)形式292）U形件彎曲模。簡單的U形件彎曲模結(jié)構(gòu)形式如圖所示。該彎曲模中，毛坯由定位板、定位銷定位，成形時，頂板（壓板）頂著毛坯，防止毛坯偏移；成形后，通過頂板和頂桿將制件頂起。U形件彎曲模結(jié)構(gòu)形式1—定位板2—頂板3—定位銷

4—頂桿右圖為上出件U形件彎曲模，其主要特點是在凹模內(nèi)設(shè)置了頂件裝置，成形時頂板始終壓緊毛坯，因此所得制件底部平整。另外，頂板上還裝有定位銷，利用制件上的孔（或工藝孔）定位，可方便成形直邊高度不相等的U形件。當(dāng)使頂板接觸凹模下模座作為凹模底來使用時，可進行校正彎曲。2）U形件彎曲模。簡單的U形件彎曲模結(jié)構(gòu)形式如圖所示30（2）級進彎曲模對于批量大、尺寸小的彎曲件，為了提高生產(chǎn)效率和安全性，保證零件質(zhì)量，可以采用級進彎曲模進行多工位的沖裁、彎曲、切斷等工藝成形。如圖所示為切邊、沖孔、彎曲和切斷級進彎曲模示例，該模具用以彎制側(cè)壁帶孔的雙角彎曲件。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（2）級進彎曲模級進彎曲模31（3）復(fù)合彎曲模對于尺寸不大的彎曲件，還可以采用復(fù)合彎曲模成形，該類模具結(jié)構(gòu)緊湊，零件精度高，不過凸凹模修磨比較困難。如圖所示為落料彎曲復(fù)合模示例，該模具在壓力機一次行程內(nèi)，在模具同一位置上完成落料、彎曲兩種不同的工序，實現(xiàn)U形件的彎曲。復(fù)合彎曲模1—凸凹模（落料凸模、彎曲凹模）2—落料凹模3—彎曲凸模（3）復(fù)合彎曲模復(fù)合彎曲模32（4）通用彎曲模對于小批量生產(chǎn)或試制生產(chǎn)的彎曲件，生產(chǎn)中常采用通用彎曲模進行成形，以克服制造專用彎曲模成本高、周期長等缺點。多次V形彎曲成形復(fù)雜零件示意（4）通用彎曲模多次V形彎曲成形復(fù)雜零件示意33第二節(jié)

拉深工藝與模具結(jié)構(gòu)第二節(jié)拉深工藝與模具結(jié)構(gòu)34

作為另一種應(yīng)用廣泛的變形工序，拉深工藝主要用來制造如圖所示圓筒形、圓錐形、矩形、階梯形、球面形和其他不規(guī)則形狀的薄壁零件。常見拉深件作為另一種應(yīng)用廣泛的變形工序，拉深工藝主要用來制造如圖所35一、拉深工藝1．拉深及其變形過程

拉深又稱拉延、壓延，是利用模具使一定形狀的平面板料或毛坯成為開口空心零件的沖壓方法。

一、拉深工藝1．拉深及其變形過程拉深又稱拉延、壓延，是利36拉深過程示意圖拉深工藝中，材料變形過程的主要特征是金屬產(chǎn)生了流動。如圖所示，即將一個直徑為D的平板毛坯，變成了一個直徑為d

、高度為h

的筒形件。拉深過程示意圖拉深工藝中，材料變形過程的主要特征是金372．拉深件的工藝性分析拉深件對拉深工藝的適應(yīng)能力稱為拉深件的工藝性。（1）拉深件的形狀拉深件的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)簡單對稱，盡量避免急劇的外形變化。在使用條件允許的情況下，拉深件應(yīng)盡可能采用如圖所示的軸對稱回轉(zhuǎn)體。軸對稱回轉(zhuǎn)體制件2．拉深件的工藝性分析拉深件對拉深工藝的適應(yīng)能力稱為拉深件的38（2）拉深件的高度拉深件的高度h對拉深成形的次數(shù)和成形質(zhì)量有著重要的影響，筒形件一次成形高度估算如下：無凸緣筒形件：h≤（0.5～0.7）d（d為拉深件壁厚中徑）；帶凸緣筒形件：d1/d＜1.5時，h≤（0.4～0.6）d（d1為拉深件凸緣直徑）。筒形件高度

在拉深工藝設(shè)計中，制件是一道拉深工序拉成，還是需要多道拉深工序拉成，以便確定拉深工作需要幾套拉深模具。確定合理的拉深高度，有利于減少拉深次數(shù)和拉深模具的數(shù)量。（2）拉深件的高度筒形件高度在拉深工藝設(shè)計中，制件是一道39（3）拉深件的圓角半徑一般來說，拉深件的圓角半徑越大越好。如圖5所示，拉深件的底部與直壁間內(nèi)圓角半徑最好取rt≥（3～5）t，拉深件凸緣與筒壁間的圓角半徑最好取ra≥（4～8）t。為了有利于成形，拉深件的底部與直壁間內(nèi)圓角應(yīng)滿足rt≥t（t為材料厚度）；拉深件凸緣與筒壁間的圓角半徑ra≥2t。否則，要增加整形工序。筒形拉深件的圓角要求（3）拉深件的圓角半徑筒形拉深件的圓角要求40（4）拉深件的尺寸標(biāo)注拉深件的尺寸，應(yīng)根據(jù)使用要求進行標(biāo)注。即只標(biāo)注內(nèi)形尺寸或只標(biāo)注外形尺寸，不能內(nèi)、外形同時標(biāo)注。另外，筒壁和底面連接處的圓角半徑只能標(biāo)注為內(nèi)形尺寸，考慮到拉深后材料厚度的不均勻變化，材料厚度也不宜標(biāo)注在筒壁或凸緣上。（5）拉深件的尺寸精度一般圓筒形拉深件的尺寸精度可達IT8～IT10；對于一般異形件，可低1～2級。對于精度要求較高的拉深件，需增加整形工序。（4）拉深件的尺寸標(biāo)注413．拉深工藝計算

現(xiàn)以圓筒形件拉深為例加以說明。（1）修邊余量的確定拉深時，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，必須將修邊余量計入制件。a）修邊前b）修邊后拉深筒形件3．拉深工藝計算現(xiàn)以圓筒形件拉深為例加以說明。a）修邊前42（2）毛坯尺寸的計算對于比較規(guī)則的拉深件，例如圓筒形件等，其毛坯尺寸一般采用等面積法進行計算。具體方法是將制件（含修邊余量）分解為若干簡單幾何體，分別求出各幾何體的表面積，然后對其求和，即得毛坯面積。至于毛坯形狀，通常按與制件橫截面形狀相似的原則進行初步確定，如制件的截面為圓形、橢圓形，則毛坯的形狀基本上采用圓形、橢圓形。當(dāng)然，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。而無需將大量精力花在毛坯的計算上。

（2）毛坯尺寸的計算43（3）拉深系數(shù)和拉深次數(shù)的確定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，并考慮其他因素，通過試驗決定的。

（3）拉深系數(shù)和拉深次數(shù)的確定44

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m1、m2、……mn-1、mn表示第1、2、……n-1、n次拉深時的拉深系數(shù)，則m1＞m2＞……＞mn-1＞mn。其中，m1=d1/D，m2=d2/d1，……，mn=dn/dn-1。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示意圖多次拉深時，由于材料性能發(fā)生變化，拉深系數(shù)取值時應(yīng)逐漸增452）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m1、m2、……mn-1、mn，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。這樣n即為拉深次數(shù)。

顯而易見，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，通常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。

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46（4）半成品工序尺寸的計算拉深次數(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。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t＜1mm，dn取內(nèi)徑或外徑；若t＞1mm，dn取中線尺寸。（4）半成品工序尺寸的計算472）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，多次拉深后半成品制件高度可按下式進行計算: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=（0.7～1.0）ra。多次拉深后半成品制件高度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48（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。1）拉深力的計算。在生產(chǎn)中拉深力一般通過經(jīng)驗公式進行計算。2）壓邊力的計算。（5）總拉深力的計算494．拉深可能出現(xiàn)的工藝問題

在拉深過程中，可能出現(xiàn)一些工藝問題，使拉深工作不能順利進行或造成廢品。這些工藝問題主要包括起皺、厚度變化及材料硬化造成的制件拉裂。4．拉深可能出現(xiàn)的工藝問題在拉深過程中，可能50（1）起皺起皺是指拉深時在坯料凸緣的整個周圍產(chǎn)生的波浪形連續(xù)彎曲。拉深件產(chǎn)生起皺后，輕則制件口凸緣部分產(chǎn)生波紋，影響制件的外觀質(zhì)量；重則凸緣部分材料不能通過凸模和凹模間的間隙而使制件拉裂。拉深件的起皺現(xiàn)象拉深件的拉裂現(xiàn)象（1）起皺拉深件的起皺現(xiàn)象51

起皺產(chǎn)生的原因在于，拉深時凸緣部分材料圓周（切向）受到壓縮作用，且壓應(yīng)力達到一定程度時，板料因失穩(wěn)拱起。起皺與板料的相對厚度及拉深變形程度有關(guān)。拉深生產(chǎn)中可通過設(shè)置壓邊圈限制板料起皺，也可通過減小拉深變形程度、加大板料厚度降低起皺傾向。（2）厚度變化拉深過程中，制件從凸緣到底部各部分的受力狀況不盡相同，從而引起各部分厚度發(fā)生不同程度的變化。制件厚度變化（設(shè)置壓邊圈時）起皺產(chǎn)生的原因在于，拉深時凸緣部分材料圓周（切向）受到壓52（3）材料硬化拉深時，由于材料產(chǎn)生了很大的塑性變形，必將引起加工硬化，導(dǎo)致材料強度和硬度顯著提高，塑性降低，致使進一步拉深工作發(fā)生困難。為保證制件質(zhì)量和拉深工作的順利進行，應(yīng)根據(jù)材料的塑性合理選擇變形程度，對于高度較大的制件采用多次拉深工藝，并采取中間退火的措施來消除坯料的加工硬化。另外，還應(yīng)注意在拉深過程中選擇合適的潤滑劑，以減少制件和模具之間的摩擦。（3）材料硬化53二、拉深模結(jié)構(gòu)

拉深模是指把制件拉壓成空心體，或進一步改變空心體形狀和尺寸的沖模。如圖所示為無凸緣圓筒形制件及其成形用拉深模具。

a）制件b）拉深模具

無凸緣圓筒形制件及其拉深模具二、拉深模結(jié)構(gòu)拉深模是指把制件拉壓成空心體，或進一步改變54

經(jīng)計算可知，拉深該制件的毛坯直徑為φ117mm，拉深次數(shù)為一次，毛坯的相對厚度為0.0085，為防止起皺現(xiàn)象的出現(xiàn)，模具上設(shè)置了壓邊圈，以調(diào)節(jié)拉深時材料的流動阻力。當(dāng)然，拉深后的制件，還要通過修邊工序，以保證制件30mm高度尺寸的要求。1．拉深模分類分類依據(jù)模具名稱工藝順序首次拉深模以后各次拉深模使用設(shè)備單動壓力機拉深模雙動壓力機拉深模工序組合程度單工序拉深模復(fù)合工序拉深模級進工序拉深模拉深模分類經(jīng)計算可知，拉深該制件的毛坯直徑為φ117mm，拉深次數(shù)552．拉深模典型結(jié)構(gòu)（1）首次拉深模1）無壓邊圈的首次拉深模。無壓邊圈首次拉深模結(jié)構(gòu)示意如圖所示。工作時，毛坯由定位板定位，拉深結(jié)束后，制件由凹模底部的刮件器（圖中未畫）完成脫件，并經(jīng)下模座底孔落下。無壓邊圈拉深模結(jié)構(gòu)2．拉深模典型結(jié)構(gòu)（1）首次拉深模無壓邊圈拉深模結(jié)構(gòu)56凸模直徑＜5050～100100～200≥200通氣孔直徑66.589.5

在拉深過程中，為使制件不緊貼在凸模上而難以取下或造成制件變形，在拉深凸模上應(yīng)開設(shè)直徑φ3mm以上的通氣孔?？椎拇笮「鶕?jù)拉深凸模尺寸大小而定，具體見下表。拉深凸模通氣孔尺寸mm

需要說明的是，以上結(jié)構(gòu)一般適用于板料較厚（2mm以上），以及拉深深度較小的制件。另外，上模往往做成整體式結(jié)構(gòu)，當(dāng)凸模直徑過小時，可以加上模柄，以增加上模與滑塊的接觸面積，提高模具的安裝可靠性。凸模直徑＜5050～100100～200≥200通氣孔直徑6572）有壓邊圈的首次拉深模。工作時，凸模下降，壓邊圈一同下降，壓邊圈接觸板料后，上模部分繼續(xù)下行，壓邊圈壓住板料，使板料在拉深過程中緊貼在凹模上，以防止其產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。有壓邊圈的拉深模用于拉深材料薄、深度大，易起皺的工件。當(dāng)然，壓邊力大小的確定很有講究。壓邊力過大，制件易拉裂；壓邊力過小，制件會起皺。2）有壓邊圈的首次拉深模。工作時，凸模下降，58（2）以后各次拉深模在以后各次拉深中時，拉深用毛坯不是平板狀，而是經(jīng)拉深后的半成品筒形件，所以模具結(jié)構(gòu)上應(yīng)做相應(yīng)的改變，具體體現(xiàn)在定位裝置、壓邊圈，甚至拉深凹模上。1）無壓邊圈以后各次拉深模。無壓邊圈以后各工序拉深模結(jié)構(gòu)示意如圖所示。無壓邊圈以后各工序拉深模結(jié)構(gòu)

需要注意的是，該結(jié)構(gòu)僅用于直徑縮小不大的拉深工序或整形等。為保證制件質(zhì)量，以后各次拉深模具應(yīng)有壓邊圈。（2）以后各次拉深模1）無壓邊圈以后各次拉深模。無壓邊圈以后592）有壓邊圈以后各次拉深模。有壓邊圈以后各工序拉深模結(jié)構(gòu)示意如圖所示。有壓邊圈以后各工序拉深模結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)為生產(chǎn)中廣泛采用的形式，壓邊圈兼作定位用。由于以后各次拉深制件一般較深，為了防止彈性壓邊力隨行程的增加而不斷增加，可考慮在壓邊圈上安裝限位銷來控制壓邊力的增加。2）有壓邊圈以后各次拉深模。有壓邊圈以后各工60（3）復(fù)合工序拉深模

如圖所示為落料拉深復(fù)合模結(jié)構(gòu)示意。落料拉深復(fù)合模比單工序?？缮a(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，同時增加了裝配難度?？紤]到拉深件毛坯尺寸常需試模修正才能確定，所以，一般在拉深件毛坯經(jīng)單工序模拉深驗證合適后，為了提高生產(chǎn)率，才設(shè)計落料拉深復(fù)合模。

落料拉深復(fù)合模結(jié)構(gòu)（3）復(fù)合工序拉深模落料拉深復(fù)合模結(jié)構(gòu)61第三節(jié)

成形工藝與模具結(jié)構(gòu)第三節(jié)成形工藝與模具結(jié)構(gòu)62

變形工藝中，除應(yīng)用廣泛的彎曲和拉深外，還有一些是通過局部變形方式來改變制件或毛坯形狀的，這類工藝統(tǒng)稱為成形工藝，例如脹形、翻邊、縮口、起伏等。成形工藝往往和其他沖壓工藝相組合，成形一些復(fù)雜形狀的制件，如汽車覆蓋件等。a）b）c）d）成形工藝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)a）脹形b）翻邊c）縮口d）起伏變形工藝中，除應(yīng)用廣泛的彎曲和拉深外，還有一些是通過63一、脹形工藝與脹形模結(jié)構(gòu)1．脹形及其變形特點

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，以獲得凸肚形制件的沖壓方法。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。一、脹形工藝與脹形模結(jié)構(gòu)1．脹形及其變形特點脹形是使64脹形變形區(qū)

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/d＞3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的圓周內(nèi)金屬的厚度變薄及表面積增大來實現(xiàn)。脹形變形區(qū)脹形時，變形區(qū)材料的變形情況如652．脹形模結(jié)構(gòu)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

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)），工作時，筒形毛坯放置在下凹模5內(nèi)定位，上模下行，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。2．脹形模結(jié)構(gòu)普通脹形模結(jié)構(gòu)作為使空心制件內(nèi)部在雙向拉應(yīng)66（1）采用剛性凸模脹形模具結(jié)構(gòu)采用剛性凸模脹形模具結(jié)構(gòu)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。利用剛性凸模脹形模具結(jié)構(gòu)示意1—凹模

2—分塊凸模3—模芯

4—制件

5—頂桿（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)示意67（2）采用軟體凸模脹形模具結(jié)構(gòu)采用軟體凸模脹形，常用傳力介質(zhì)包括氣體、液體、橡膠、石蠟鋼丸等，脹形時材料的變形比較均勻，制件的精度容易保證，便于成形形狀復(fù)雜或不對稱的空心制件，因而在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。橡膠脹形模結(jié)構(gòu)如圖所示。

橡膠脹形模結(jié)構(gòu)示意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)橡膠脹形模結(jié)構(gòu)示意68二、翻邊工藝與翻邊模結(jié)構(gòu)1．翻邊及其變形特點

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度，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。a）翻孔b）外緣翻邊翻孔與外緣翻邊二、翻邊工藝與翻邊模結(jié)構(gòu)1．翻邊及其變形特點翻邊是利用模69

翻孔時，變形區(qū)材料的變形情況如圖所示。平整坯料上預(yù)制有直徑為d0的底孔，變形區(qū)為D＋2rd-d0的環(huán)形部分，隨著凸模的下壓，孔徑將逐漸擴大，靠近凹?？诘陌辶腺N緊rd區(qū)后就不再變形，而進入凸模圓角區(qū)的板料被反復(fù)折彎，最后變?yōu)橹北?。?dāng)全部變?yōu)橹北跁r，翻孔結(jié)束。翻孔變形區(qū)翻孔時，變形區(qū)材料的變形情況如圖所示。平整坯料上預(yù)制有直702．翻邊模結(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，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2．翻邊模結(jié)構(gòu)作為使制件的邊緣翻起呈豎立或一定角度直邊的71

如圖所示為某內(nèi)外緣翻邊復(fù)合模結(jié)構(gòu)，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(zhǔn)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。1—外緣翻邊凸模2—凸模固定板3—外緣翻邊凹模

4—內(nèi)緣翻邊凸模5—壓料板

6—頂件塊

7—內(nèi)緣翻邊凹模

8—推件板內(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）毛坯圖如圖所示為某內(nèi)外緣翻邊復(fù)合模結(jié)構(gòu)，成形時，毛坯套在內(nèi)緣翻72三、縮口工藝與縮口模結(jié)構(gòu)1．縮口及其變形特點

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。

彎曲、起皺是縮口工藝要解決的主要問題?？s口變形區(qū)

三、縮口工藝與縮口模結(jié)構(gòu)1．縮口及其變形特點縮口是使空心732．縮口模結(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)示意2．縮口模結(jié)構(gòu)作為使空心或管狀制件端部的徑向尺寸縮小的成74

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。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75

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為1mm的08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)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為1mm76第四節(jié)

冷擠壓工藝與模具結(jié)構(gòu)第四節(jié)冷擠壓工藝與模具結(jié)構(gòu)77

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。用冷擠壓代替切削加工，不僅可大大降低材料消耗，而且可大大提高生產(chǎn)效率（通常為幾倍到幾十倍）。

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78冷擠壓工藝屬于冷鍛工藝的一種，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)。

a）汽車活塞銷b）純鐵底座c）純鋁電容器冷擠壓制件冷擠壓工藝屬于冷鍛工藝的一種，它可以用來制造薄壁容器（如79一、冷擠壓工藝1．分類冷擠壓分類a）正擠壓b）反擠壓c）復(fù)合擠壓d）徑向擠壓e）減徑擠壓1—凸模2—凹模3—芯棒4—頂桿a）b）c）d）e）一、冷擠壓工藝1．分類冷擠壓分類a）80

其中，正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓三種方式的金屬流動方向都與凸模運動方向相平行，故統(tǒng)稱為軸向擠壓；而將軸向擠壓和徑向擠壓聯(lián)合的加工方法稱為鐓擠法，它能加工采用單獨的軸向或徑向擠壓難以成形的制件，從而使冷擠壓工藝的應(yīng)用范圍進一步擴大。其中，正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓三種方式的金屬流動方向81（1）正擠壓擠壓時，金屬流動的方向（金屬被擠出方向）與凸模運動的方向一致。正擠壓可利用實心或空心坯料制造各種形狀的實心件或空心件，其成形制件示例如圖所示。正擠壓制件示意圖a）實心件b）圓形孔空心件c）矩形孔空心件（1）正擠壓正擠壓制件示意圖82（2）反擠壓擠壓時，金屬流動的方向與凸模運動的方向相反。反擠壓可制造各種形狀的杯形或空心制件，其成形制件示例如圖所示。反擠壓制件示意圖a）矩形杯形件b）圓形杯形件c）空心件（2）反擠壓反擠壓制件示意圖83（3）復(fù)合擠壓擠壓時，金屬同時朝凸模的運動方向和相反方向流動。復(fù)合擠壓可以制造各種形狀的制件，其成形制件示例如圖所示。復(fù)合擠壓制件示意圖（3）復(fù)合擠壓復(fù)合擠壓制件示意圖84（4）徑向擠壓擠壓時，金屬流動的方向垂直于凸模的運動方向。徑向擠壓主要用于制造各種帶凸緣的制件，其成形制件示例如圖所示。徑向擠壓制件示意圖a）端部凸緣實心件b）端部凸緣空心件c）中間凸緣實心件（4）徑向擠壓徑向擠壓制件示意圖85（5）減徑擠壓減徑擠壓是一種變形程度較小的正擠壓方法，毛坯斷面僅作輕度縮減。減徑擠壓主要用于制造直徑差不大的階梯軸類擠壓件，以及作為深孔薄壁杯形件的修整工序。2．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。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。（1）設(shè)計合