成形工藝與成形模

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1、模塊五成形工藝與成形模在沖壓生產(chǎn)中，除沖裁、彎曲、拉深等工序外，還有一些工序，包括脹形、翻邊、縮口、矯形、旋壓等，通常稱為成形工序。成形工序是指用各種局部變形的方法來改變坯料或工序件形狀的加工方法，他們常和其他沖壓工序組合在一起，加工某些復(fù)雜形狀的零件。如圖1所示的自行車中接頭，其主要加工工序有切管、脹形、制孔、圓孔翻邊等，而脹形和圓孔翻邊是成形該零件的關(guān)鍵工序。本章主要介紹幾種典型成形工序的特點、應(yīng)用、工藝計算及模具結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)項目一脹形沖壓生產(chǎn)中，一般將空心件或管狀件沿徑向向外擴張的成形工序稱為脹形，這種成形工序和平板坯料的局部凸起變形，在變形性質(zhì)上基本相同，因此，可以把在坯料的平面或曲面

2、上使之凸起或凹進的成形統(tǒng)稱為脹形，如圖2所示為各種脹形件。圖1自行車接頭圖2各種脹形件一、變形特點用圖3所示的球形凸模對平板坯料進行脹形可說明脹形的基本特點。由于坯料被有壓料筋的壓邊圈壓住，變形區(qū)限制在凹模口以內(nèi)。在凸模的作用下，變形區(qū)大部分材料受雙向拉應(yīng)力作用而變形，其厚度變薄、表面積增大，形成一個凸起。在一般情況下，脹形變形區(qū)內(nèi)金屬不會產(chǎn)生失穩(wěn)起皺，表面光滑、質(zhì)量好。由于坯料的厚度相對于坯料的外形尺寸極小，脹形時雙向拉應(yīng)力在板厚方向上的變化很小，從坯料的內(nèi)表面到外表面分布較均勻，因此當(dāng)脹形力去除后，零件內(nèi)、外回彈方向一致，這樣回彈就小，零件形狀容易保持，精度也容易保證。由于脹形屬于伸長類

3、變形，其成形極限受到拉裂的限制。材料的塑性越好，硬化指數(shù)n值越大，可能達到的極限變形程度越大。此外，模具結(jié)構(gòu)、零件形狀、潤滑條件及材料厚度等均影響脹形區(qū)金屬的變形。因此凡是能使變形均勻、降低危險部位拉應(yīng)變值的各種因素，均有利于提高極限變形程度。圖3脹形變形特點1-凸模2-壓料筋3-壓邊圈4-坯料5-凹模二、起伏成形平板坯料在模具的作用下，產(chǎn)生局部凸起的沖壓方法稱為起伏成形。起伏成形主要用于增加零件的剛度和強度，如壓加強筋、壓加強窩，也可按零件要求壓凸包、壓字、壓花紋等。圖4所示是起伏成形的一些例子，起伏成形常采用金屬沖模。圖4起伏成形舉例1.壓加強筋由于壓筋后零件慣性矩的改變和材料加工后的硬

4、化，能夠有效地提高零件的剛度和強度，壓加強筋的工藝在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在平板坯料上壓加強筋，變形區(qū)材料主要承受拉應(yīng)力，對塑性差的材料或變形過大時，則可能產(chǎn)生裂紋。對于形狀較復(fù)雜的加強筋，成形時的應(yīng)力應(yīng)變情況比較復(fù)雜，其危險部位和極限變形程度，一般可通過試驗的方法確定。對于一般的壓有形狀比較簡單的加強筋的零件（如圖5所示），按下式近似地確定其極限變形程度圖5起伏成形前后材料的長度式中—分別為起伏成形前后的材料長度。—材料的伸長率。系數(shù)0.7~0.75視筋的形狀而定，弧形筋取大值，梯形筋取小值。如果計算結(jié)果符合上述條件，則可一次成形。否則，應(yīng)先壓制弧形過渡形狀，然后再壓出零件所需形狀。當(dāng)加強筋與邊

5、緣距離小于(3~3.5)時，由于在成形過程中，邊緣材料要向內(nèi)收縮，成形后需增加切邊工序，因此預(yù)先應(yīng)留切邊余量。沖壓加強筋的變形力按下式計算式中F—變形力（N）；K—系數(shù)，K=0.7~1（加強筋形狀窄而深時取大值，寬而淺時取小值）；L—加強筋的周長（mm）；—材料厚度（mm）；—材料的抗拉強度（MPa）。2.壓凸包壓凸包時，有效坯料直徑與凸模直徑的比值應(yīng)大于4。此時坯料外區(qū)是相對的強區(qū)，不會向里收縮。變形也屬于局部脹形，否則便成為拉深。沖壓凸包的高度因受材料塑性的限制不能太大，平板坯料壓凸包時的許用成形高度可由書中表查得。凸包成形高度還與凸模形狀與潤滑有關(guān)，球形凸模較平底凸模成形高度大，潤滑條

6、件擠好時成形高度較大，如果零件凸包高度超出表所列極限值，則可采用圖6所示的方法，第一道工序用大直徑的球形凸模脹形，達到在較大范圍內(nèi)聚料和均勻變形的目的，用第二道工序最后成形得到所要求的尺寸。三、空心坯料的脹形空心坯料脹形是迫使材料沿徑向伸展，脹出所需的凸起曲面，可用于制造許多形狀較為復(fù)雜的零件，如壺嘴、帶輪、波紋管、各種接頭等。圖7是自行車中接頭脹形的示意圖。圖6深度較大的局部脹形法圖7自行車中接頭的脹形a)預(yù)成型b)最后成形1.脹形方法圖9軟模脹形1-凹模2-零件3-橡膠凸模4-下凹模5-軟墊塊圖8用剛性凸模的脹形1-凹模2-分瓣凸模3-拉簧4-錐形芯塊5-零件空心坯料脹形根據(jù)模具的不同分

7、成兩類：一類是剛性凸模脹形，如圖8所示，利用錐形芯塊將分塊凸模向四周頂開，使坯料形成所需的形狀，分塊凸模數(shù)多有助于提高零件精度。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且難以得到精度較高的旋轉(zhuǎn)體零件；另一類是軟模脹形，其原理是利用橡膠、液體、氣體或鋼丸等代替剛性凸模。橡膠脹形如圖9所示，以橡膠作為凸模，在壓力作用下使橡膠變形，把坯料沿凹模內(nèi)壁脹開成所需的形狀。橡膠脹形的模具結(jié)構(gòu)簡單，坯料變形均勻，能成形復(fù)雜形狀的零件。近年