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(lái)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(diǎn)、應(yīng)用、工藝計(jì)算及模具結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)項(xiàng)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(kuò)張的成形工序稱為脹形，這種成形工

2、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上使之凸起或凹進(jìn)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(diǎn)用圖3所示的球形凸模對(duì)平板坯料進(jìn)行脹形可說明脹形的基本特點(diǎn)。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(gè)凸起。在一般情況下，脹形變形區(qū)內(nèi)金屬不會(huì)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(duì)于坯料的外形尺寸極小，脹形時(shí)雙向拉應(yīng)力在板厚方

3、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(zhǎng)類變形，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(dá)到的極限變形程度越大。此外，模具結(jié)構(gòu)、零件形狀、潤(rùn)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(xiǎn)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(diǎn)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

4、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(qiáng)度，如壓加強(qiáng)筋、壓加強(qiáng)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?zèng)_模。圖4起伏成形舉例1.壓加強(qiáng)筋由于壓筋后零件慣性矩的改變和材料加工后的硬化，能夠有效地提高零件的剛度和強(qiáng)度，壓加強(qiáng)筋的工藝在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在平板坯料上壓加強(qiáng)筋，變形區(qū)材料主要承受拉應(yīng)力，對(duì)塑性差的材料或變形過大時(shí)，則可能產(chǎn)生裂紋。對(duì)于形狀較復(fù)雜的加強(qiáng)筋，成形時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變情況比較復(fù)雜，其危險(xiǎn)部位和極限變形程度，一般可通過試驗(yàn)的方法確定。對(duì)于一般的壓

5、有形狀比較簡(jiǎn)單的加強(qiáng)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(zhǎng)度式中—分別為起伏成形前后的材料長(zhǎng)度?！牧系纳扉L(zhǎng)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(jì)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(qiáng)筋與邊緣距離小于(3~3.5)時(shí)，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(qiáng)筋的變形力按下式計(jì)算式中F—變形力（N）；K—系數(shù)，K=0.7~1（加強(qiáng)筋形狀窄

6、而深時(shí)取大值，寬而淺時(shí)取小值）；L—加強(qiáng)筋的周長(zhǎng)（mm）；—材料厚度（mm）；—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）。2.壓凸包壓凸包時(shí)，有效坯料直徑與凸模直徑的比值應(yīng)大于4。此時(shí)坯料外區(qū)是相對(duì)的強(qiáng)區(qū)，不會(huì)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(shí)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(rùn)滑有關(guān)，球形凸模較平底凸模成形高度大，潤(rùn)滑條件擠好時(shí)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(dá)到

7、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)模具的不同分成兩類：一類是剛性凸模脹形，如圖8所示

8、，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(jiǎn)單，坯料變形均勻，能成形復(fù)雜形狀的零件。近年