沖壓工藝與模具設計-電子教案第5章

第5章精整成形與局部成形

精整成形5.1局部成形5.2大型覆蓋零件的成形5.35.1精整成形

5.1.1校平?jīng)_裁后制件會產生穹彎，特殊是用無壓料裝置的連續(xù)模沖裁所得的制件更不平坦。對于平直度要求比較高的零件需要在沖裁工序后進展校平。依據(jù)板料的厚度和對外表要求的不同，校平可以分為光面模校平或齒形模校平兩種。對于薄料質軟而且外表不允許有壓痕的制件，一般應承受光面模校平，如圖5.1所示。圖5.1光面校平模對于薄料質軟而且外表不允許有壓痕的制件，一般應承受光面模校平，如圖5.1所示。光面模對轉變材料內部應力狀態(tài)的作用不大，校平的效果較差，特殊是對于高強度材料的零件校平后仍有較大回彈。在實際生產中，有時將工序件正反面穿插堆疊起來校平，以提高校平的效果。為了使校平不受壓力機滑塊導向精度的影響，校平模最好承受浮動式構造。當制件平直度要求比較高、材料比較厚或者強度極限比較高、材質較硬時，通常承受齒形校平模進展校平。齒形模有細齒和粗齒兩種，齒形尺寸如圖5.2所示，圖〔a〕為細齒，圖〔b〕為粗齒。上齒與下齒相互穿插布置。圖5.2用齒面校平5.1.2整形經(jīng)過彎曲、拉深或其他成形工序加工之后，制件已根本成形，但可能圓角半徑還太大，或是某些外形和尺寸還沒有到達零件的要求，就需要進一步整形。整形模和前一道預成形工序所用的模具大體相像，只是要求工作局部精度更高，外表粗糙度更低，圓角半徑和凸、凹模間隙更小。為了得到較好的整形效果，對于彎曲件可以承受如圖5.3所示的整形方法。這時要取半成品的長度稍大于成品要求的長度。整形時，工件在上下外表受到壓應力作用的同時還在長度方向因變形受到模具凸肩的限制而產生縱向壓力。由于整個橫截面上都是比較均勻的壓應力，有利于削減彎曲回彈變形，所以整形后彎曲件的外形和尺寸精度較高。但是對于帶大孔的工件或寬度不等的彎曲件不能用這種方法進展整形。圖5.4所示為帶凸緣拉深件的整形。整形的部位為凸緣平面、側壁、底平面和口部、底部的圓角半徑。整形時由于圓角半徑變小，需要從鄰近區(qū)域的材料賜予補充。假設鄰近材料流淌受到限制，則只有靠變形區(qū)本身材料變薄來實現(xiàn)。這時，變形部位材料的伸長以2%～5%左右為宜。過分伸長，則制件可能裂開。圖5.3彎曲件的整形圖5.4拉深件的整形5.2局部成形

5.2.1翻邊翻邊是將制件的內孔邊緣或外邊緣翻成直立或成肯定角度的直邊。翻邊在沖壓生產中是常用工序之一，如圖5.5所示。依據(jù)制件邊緣輪廓性質的不同，翻邊可以分為內孔翻邊〔圖〔a〕〕和外緣翻邊〔圖〔b〕〕；依據(jù)制件邊緣輪廓外形的不同，翻邊又分為凸緣翻邊〔圖〔b〕以下圖〕和凹緣翻邊〔圖〔b〕上圖〕兩種。此外，依據(jù)翻邊成形后材料厚度的變化狀況，還可分為不變薄翻邊〔統(tǒng)稱翻邊〕和變薄翻邊兩種。圖5.5翻邊5.2.1.1圓孔翻邊1．圓孔翻邊的變形特點和翻邊系數(shù)圓孔翻邊同樣可以承受網(wǎng)格法，通過觀看網(wǎng)格在變形前后的變化來分析變形，如圖5.6所示。圖5.6內孔翻邊的變形狀況由圖中可以看出其變形區(qū)在直徑d和D1之間的環(huán)形局部。在翻邊后，坐標網(wǎng)格由扇形變成了矩形，可見變形區(qū)材料沿切向伸長，愈靠近孔口伸長愈大，接近于單向拉伸應力狀態(tài)，切向應變是三個主應變中最大的主應變。同心圓之間的距離變化不明顯，可見徑向變形很小，徑向尺寸略有削減。豎邊的壁厚有所減薄，尤其在孔口處，減薄較為嚴峻。圖中所示的應力、應變狀態(tài)反映了上述分析的這些變形特點。圓孔翻邊的主要危急在于孔口邊緣被拉裂。裂開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預制孔直徑d與翻邊后孔徑D的比值K來表示。即：K稱為翻邊系數(shù)。明顯，K值恒小于1。K值愈小，變形程度愈大。翻邊時在孔邊不裂開的條件下所能到達的最小K值，稱為極限翻邊系數(shù)，以Kmin表示。5.3大型掩蓋零件的成形

大型掩蓋零件主要是指汽車、拖拉機等車身部位的大型零件，如圖5.26所示。圖5.26大型掩蓋件零件這類零件具有外形簡單〔多為空間曲面〕、輪廓尺寸大、外表質量要求高〔光滑、美觀〕、剛性好、沖壓成形難度比較大等特點。它的制造過程要經(jīng)過板料的切斷或局部切角、拉深、修邊、翻邊、沖孔等多道工序才能完成。5.3.1掩蓋件成形工藝的主要特點掩蓋件的成形過程如圖5.27所示。圖5.27掩蓋件的成形過程示意圖成形過程包括：①坯料放入，坯料因其自重作用有肯定程度的向下彎曲；②通過壓邊裝置壓邊，同時壓制拉深筋；③凸模下降，板料與凸模接觸，隨著接觸區(qū)域的擴大，板料逐步與凸模貼合；④凸模連續(xù)下移，材料不斷被拉入模具型腔，并使側壁成形；⑤凸、凹模合模，材料被壓成模具型腔外形；⑥連續(xù)加壓使工件定型，凸模到達下止點；⑦卸載。掩蓋件成形往往不是單純拉深而是拉深和脹形，甚至是拉深、脹形和彎曲等的復合成形。它有如下特點：①掩蓋件成形不管其外形如何簡單，常承受一次拉深工序，完成全部空間曲面外形〔包括外表的棱線、筋條和鼓包等〕的成形。②由于掩蓋件幾何外形不規(guī)章，將引起變形不均勻。為了調整和掌握金屬的流淌阻力，拉深時常實行添加工藝補充面以及在凹模面上加設拉深筋等的措施，來改善金屬在壓邊圈下的流淌，使變形趨向均勻，防止起皺與拉裂。③對大型掩蓋件成形，需要較大和較穩(wěn)定的壓邊力。為此，常承受雙動壓力機。④為易于拉深成形，常選用如08鋼等含碳量低的塑性好、外表質量好和尺寸精度高的材料。⑤制訂拉深工藝和設計模具所依據(jù)的，不只是掩蓋件零件圖，還需要尺寸為1︰1的主模型—掩蓋件外表樣件。5.3.2掩蓋件成形工藝性分析為了保證掩蓋件質量，應留意以下幾個方面。1．掩蓋件深度由于是一次性成形，掩蓋件曲面外形沿拉深方向的實際深度應淺一些，各處深度的變化盡可能平緩均勻。2．拉深工序與其他后續(xù)工序的協(xié)作拉深工序要為隨后的修邊和翻邊工序供給便利的條件，如模具構造、工件定位、送料取件等。3．掩蓋件上裝飾棱線、筋條、凹凸平臺等的成形一般實行加大圓角和使其側壁改為傾斜，靠局部材料變薄，將其在拉深時同時壓出。4．對稱件一次沖壓對尺寸不大的左右對稱的掩蓋件，可將左、右件合并在一起沖壓成形，然后再將其切開。5．合理的毛坯外形和尺寸掩蓋件的毛坯外形和尺寸對其成形影響較大。選用標準板料尺寸時，應核算并比照其材料利用率。5.3.3掩蓋件成形工藝參數(shù)確實定5.3.3.1拉深方向確定拉深方向，就是確定零件在模具中的三個坐標〔x、y、z〕位置。合理的拉深方向應符合以下原則。①保證能將制件一次拉成，不應有凸模接觸不到的死角或死區(qū)，一般要求制件側邊與沖壓方向構成的斜角>10°。圖5.28表示為滿足制件底部鼓包在水平面進展反向成形的需要而確定的拉深方向。圖5.28使掩蓋件鼓包水平面上反向成形所確定的拉深方向②保證成形時凸模與坯料接觸狀態(tài)良好。開頭拉深時，凸模與拉深毛坯的接觸面積要大，接觸面應盡量靠近凸模中心，如圖5.29所示。圖5.29凸模與毛坯的接觸狀態(tài)盡可能使凸模兩側與坯料的傾角根本全都〔〕，能使由兩側流入凹模內的變形材料保持均勻，凹模型腔內的材料不會產生皺折，壓邊面上的材料也不會起皺。凸模外表同時接觸毛坯的點要多而分散，并盡可能分布均勻，以防止毛坯竄動，同時避開因接觸面積小而集中，造成材料局部開裂。③盡量減小拉深深度，并使成形深度盡可能均勻。值得留意的是拉深凹模內的反向鼓包必需低于坯料的壓邊面，如圖5.30所示。圖5.30凹模外形與壓邊面的關系

1—凸模；2—凹模；3—壓邊面假設凹模內的鼓包高于壓邊面，則在拉深成形開頭之時，凹模內的鼓包平面最先和變形坯料面相接觸，使坯料產生了彎曲變形，從而使零件在隨后的拉深中消失大皺紋，甚至會產生折疊。④從考慮后續(xù)修邊、沖孔等工序的便利來確定拉深方向。5.3.3.2工藝補充面工藝補充面是指為彌補掩蓋件在沖壓成形過程中的工藝缺陷，在掩蓋件本體局部以外另行增加的必要的材料補充。增加工藝補充面的目的是改善掩蓋件成形時的工藝條件，例如對流入凹模過快的部位實行限流，促使材料各處的變形均勻，或者為了便利掩蓋件成形中的定位及后續(xù)的修邊、翻邊等工序。工藝補充面在掩蓋件成形后將被修剪掉。圖5.31工藝補充局部5.3.3.3壓邊面壓邊面是位于凹模圓角半徑以外的那一局部坯料。壓邊面與成形零件的關系存在兩種狀況：①壓邊面就是掩蓋本身的凸緣面，即掩蓋件本體的一局部；②壓邊面是由工藝補充面所組成的，需拉深后切除。確定壓邊面的外形時，應著重考慮以下幾點。①壓邊面應為平面、圓柱面、圓錐面或曲率很小的雙曲面等可開放面，如圖5.32所示。圖5.32常用的壓邊面幾何外形

1—平面；2—圓柱面；3—圓錐面；4—直曲面壓邊面應能保證坯料被壓緊后不產生局部的起伏、折棱和皺褶現(xiàn)象，在坯料變形時由壓邊引起的塑性流淌阻力小，材料向凹模腔內流淌順當。②壓邊面與拉深凸模的幾何外形之間應滿足如下的關系：L>L1

<式中，L為凸模外形開放長度〔mm〕，L1為壓邊面外形開放長度〔mm〕，為凸模仰角，為壓邊面仰角，如圖5.33和圖5.34所示。圖5.33壓邊面開放長度與凸模開放長度的關系圖5.34凸模仰角與壓邊面仰角的關系當L<L1、

>

時，則壓邊面下會產生多余材料，這局部多余材料拉入凹模腔后，將由于延展不開而形成皺紋。③壓邊面的外形應為肯定的彎曲外形，這有利于降低掩蓋件的成形深度。同時，壓邊面的外形還應便利掩蓋件坯料的定位和送料。5.3.3.4工藝切口工藝切口是汽車掩蓋件成形中用來增大坯料局部變形程度的工藝措施。當在制件上需壓出深度較大的局部突起或鼓包，而又不易從外部得到足夠材料補充時，可考慮在工件需要沖孔的區(qū)域，先沖工藝切口〔或孔〕，以便從變形區(qū)內部得到材料補充，同時，也可降低變形區(qū)應力，避開局部開裂。工藝切口的沖制：①落料時沖出。用于較淺的局部成形。②拉深過程中沖出。用于局部成形深度較大的零件。在坯料成形過程中切制工藝切口時，不應將切割的材料與零件完全分別，否則切口廢料的消退比較困難，消退不凈的廢料還會劃傷零件外表。5.3.3.5拉深筋〔拉深檻〕的設置設置拉深筋〔拉深檻〕的目的在于：①增加材料變形阻力，使被壓邊面包圍的材料有足夠的變形硬化，提高制件剛度；②調整坯料上各處材料的流淌狀況，使其變形均勻全都，防止毛坯起皺；③降低對坯料與壓邊面接觸狀態(tài)的要求，提高壓邊效果，增加成形穩(wěn)定性。拉深筋和拉深檻的選用由掩蓋件的成形外形和變形條件來打算。拉深筋：拉深筋的構造如圖5.35所示。剖面是半圓弧狀，一般做在壓邊圈上。凹模上則開出相應的槽。拉深筋的數(shù)量和形式可依據(jù)需要敏捷變化，所以應用廣泛，但其阻流作用不如拉深檻大。圖5.35拉深筋的構造拉深檻：拉深檻的構造如圖5.36所示。剖面外形呈梯形，類似門檻外形，安裝于凹模的洞口部位。它對材料的阻流作用比拉深筋大。拉深檻主要用于曲率特殊大、外形平坦和拉深深度淺的制件。圖5.36拉深檻的構造5.3.4掩蓋件拉深模5.3.4.1掩蓋件拉深模的構造特點依據(jù)所用壓力機類型的不同，掩蓋件拉深模分為單動壓力機用拉深模和雙動壓力機用拉深模。圖5.37所示為單動壓力機用拉深模的典型構造。主要拉深外形簡潔、深度較淺的拉深件。圖5.37單動拉深模1—凹模；2—壓邊圈；3—調整墊；4—氣頂柱；5—導板；6—凸模凹模1固定在壓力機的滑塊上，壓邊圈2由氣頂柱4和調整墊3所支承，凸模6與下模座連為一體固定在工作臺上。壓力機滑塊下行時凹模先將毛坯壓緊在壓邊圈2上，再連續(xù)下壓，直到下止點，將拉深毛坯拉深成凸模6的外形。氣墊壓緊力在拉深過程中根本保持不變。5.3.4.2掩蓋件拉深模工作局部尺寸的構造設計1．凹模設計凹模的作用是形成凹模壓料面和凹模拉深圓角。拉深毛坯是通過凹模圓角逐步進入凹模內腔，直至拉深成凸模的外形。由于拉深件上有裝飾棱線，裝飾肋條，裝配用凸包、凹坑等，假設要一次成形，凹模構造除壓料面和拉深圓角外，裝設在凹模內的成形用的凸模或凹模，也屬于凹模構造的一局部。凹模依據(jù)其底部構造的不同，分為閉式凹模和通口式凹模。圖5.39為閉式構造，在拉深模中，絕大多數(shù)都承受這種構造。圖5.39微型車后圍雙動拉深模

1—起重棒；2—定位塊；3，11—通氣孔；4—凸模；5—導板；6—壓料圈；7—起重棒；8—凹模；9—頂件裝置；10—定位鍵；12—到位標志器；13—防磨板；14—限位塊圖5.40為通