第七章(冷沖模設(shè)計(jì)-機(jī)械版)

1第七章其它沖壓方法及其模具第一節(jié)成形工藝及其模具第二節(jié)冷擠壓第三節(jié)小批量多品種生產(chǎn)用模具2第一節(jié)成形工藝及其模具一、校形二、翻邊三、縮口四、脹形五、起伏成形3一、校形校形包括校平與整形，屬于修整性的成形工藝，大都是在沖裁、彎曲、拉深等沖壓工序之后進(jìn)行的，主要是為了把沖壓件的不平度、圓角半徑或某些形狀尺寸修整到合格的要求。（一）校平校平通常是在沖裁工序后進(jìn)行的。由于沖裁后制件產(chǎn)生彎曲，特別是無(wú)壓料裝置的連續(xù)模沖裁所得的制件更不平整。對(duì)于平直度要求比較高的零件便需要進(jìn)行校平。根據(jù)板料的厚度和對(duì)表面的要求不同，可以采用光面模校平或齒形模校平兩種。45（二）整形整形一般用于彎曲、拉深或其它成形工序之后。經(jīng)過(guò)這些工序的加工，制件已基本成形，但可能圓角半徑還太大，或是某些形狀和尺寸還沒(méi)有達(dá)到零件的要求。整形模和前工序所用的模具大體相似，只是對(duì)工作部分的精度要求更高，表面粗糙度要求更低，圓角半徑和間隙較小。6校平和整形工序具有以下特點(diǎn)：

１）變形量都很小，只是在局部部位成形，以達(dá)到修整的目的，使之符合零件圖的要求。

２）校平和整形后制件的精度比較高，因而模具的精度相應(yīng)地也要求比較高。

３）這類(lèi)工序在沖壓時(shí)都需要在壓力機(jī)下止點(diǎn)剛性卡壓一下。因此，所用設(shè)備最好為精壓機(jī)。若用機(jī)械壓力機(jī)時(shí)，壓力機(jī)應(yīng)有較好的剛度，并需帶有過(guò)載保護(hù)裝置，以防損壞設(shè)備。7二、翻邊翻邊是將制件的孔邊緣或外邊緣在模具的作用下翻出豎立或一定角度的直邊。翻邊在沖壓生產(chǎn)中是常用工序之一，如圖７-５所示。根據(jù)制件邊緣的性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)的不同，翻邊可以分為內(nèi)孔翻邊（圖ａ）和外緣翻邊（圖ｂ）：外緣翻邊又分為外凸的外緣翻邊（圖ｂ下圖）和內(nèi)凹的外緣翻邊（圖ｂ上圖）兩種。此外，根據(jù)豎邊壁厚的變化情況，可分為不變薄翻邊（統(tǒng)稱(chēng)翻邊）和變薄翻邊兩種。8（一）內(nèi)孔翻邊１.內(nèi)孔翻邊的變形特點(diǎn)和翻邊系數(shù)１）材料的力學(xué)性能：２）孔的邊緣狀況３）翻邊前的孔徑。４）凸模的形狀５）翻邊孔的形狀910２.翻邊的工藝計(jì)算進(jìn)行翻邊工藝計(jì)算時(shí)（圖７-９）需要根據(jù)制件的尺寸D計(jì)算出預(yù)沖孔直徑d，并核算其翻邊高度H。當(dāng)采用平板毛坯不能直接翻出所要求的高度H時(shí)，則應(yīng)預(yù)先拉深，然后在此拉深件的底部沖孔，再進(jìn)行翻邊（圖７-１０）。有時(shí)也可以進(jìn)行多次翻邊。由于翻邊時(shí)材料主要是切向拉伸，厚度變薄，而徑向變形不大，因此，在進(jìn)行工藝計(jì)算時(shí)可以根據(jù)彎曲件中性層長(zhǎng)度不變的原則近似地進(jìn)行預(yù)沖孔徑大小的計(jì)算。實(shí)踐證明這種計(jì)算方法誤差不大?，F(xiàn)分別就平板毛坯翻邊和拉深后翻邊兩種情況進(jìn)行討論。1112（二）外緣翻邊13（三）翻邊模的結(jié)構(gòu)舉例14三、縮口縮口是將先拉深好的圓筒形件或管件坯料通過(guò)縮口模具使其口部直徑縮小的一種成形工序。若用縮口代替拉深工序來(lái)加工某些零件，可以減少成形工序。15縮口的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)16縮口的支承方法17縮口毛坯高度計(jì)算18縮中模原理圖19四、脹形脹形是通過(guò)模具利用壓力使空心件或管狀坯料由內(nèi)向外擴(kuò)張的成形方法，以脹出所需的凸起曲面。它是與縮口相對(duì)應(yīng)的成形工序。脹形的變形特點(diǎn)主要是材料受切向和母線方向拉伸。所以在脹形工藝中，主要問(wèn)題是防止拉伸過(guò)頭而脹裂。202122五、起伏成形起伏成形是依靠材料的局部拉伸，使毛坯或工件的形狀改變而形成局部的下凹或凸起的沖壓工序。它實(shí)質(zhì)上是一種局部脹形的沖壓工藝。23圖７-２５起伏成形距邊緣的最小尺寸24第二節(jié)冷擠壓一、冷擠壓概述二、冷擠壓的變形程度三、冷擠壓力四、冷擠壓模具25一、冷擠壓概述冷擠壓是在常溫條件下，利用模具在壓力機(jī)上對(duì)模腔內(nèi)的金屬坯料施加相當(dāng)大的壓力，使其在三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生塑性變形，并將金屬?gòu)陌寄Ｏ峦谆蛲鼓：桶寄５沫h(huán)形間隙中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸與性能的零件的一種加工方法。（一）冷擠壓的分類(lèi)根據(jù)冷擠壓時(shí)金屬流動(dòng)方向和凸模運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系，可將冷擠壓分為正擠壓、反擠壓和復(fù)合擠壓三種基本方式。１.正擠壓２.反擠壓３.復(fù)合擠壓26（二）冷擠壓的優(yōu)越性１.節(jié)約原材料，提高生產(chǎn)率27２.提高零件的力學(xué)性能283.提高零件的精度，降低表面粗糙度4.加工形狀很復(fù)雜的零件29（三）冷擠壓技術(shù)中應(yīng)解決的主要問(wèn)題１）在模具方面必須采取有效措施解決模具強(qiáng)度、剛度及壽命問(wèn)題。２）在現(xiàn)有技術(shù)條件下，并不是所有金屬材料都能實(shí)現(xiàn)冷擠壓加工的。３）冷擠壓時(shí)毛坯處于很強(qiáng)的靜水壓作用

下，材料允許的變形程度一般已不再受材料塑性的限制，而是受模具材料強(qiáng)度和模具壽命的限

制。４）潤(rùn)滑對(duì)冷擠壓的影響是十分重要的。５）選用合適的擠壓設(shè)備。30二、冷擠壓的變形程度１.冷擠壓變形程度的表示方法１）斷面變化率２）擠壓比31２.冷擠壓的極限變形程度冷擠壓時(shí)，一次擠壓加工可能達(dá)到的最大變形程度稱(chēng)為極限變形程度。由于擠壓金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生塑性變形，所以塑性好，如果不是受到模具強(qiáng)度的限制，擠壓金屬可能達(dá)到很大的變形程度。如擠壓低強(qiáng)度的有色金屬，其變形程度可以達(dá)到９９或更高。但變形程度很大時(shí)，單位擠壓力很大，會(huì)顯著降低模具的使用壽命。如果單位擠壓力超過(guò)模具強(qiáng)度所許可的范圍，則造成模具的早期破壞。所以，冷擠壓極限變形程度實(shí)際上是受模具強(qiáng)度和模具壽命的限制。也就是說(shuō)，冷擠壓的極限變形程度實(shí)際上是指在模具強(qiáng)度允許條件下，保持模具有一定壽命的一次擠壓變形程度。極限變形程度大，工序數(shù)目少，生產(chǎn)率高。32333435三、冷擠壓力冷擠壓的特點(diǎn)是變形壓力大。如果冷擠壓變形時(shí)作用在模具單位面積上的力（即單位擠壓力）超過(guò)了２５００～３０００ＭＰａ，模具就可能損壞；另一方面如果總變形力超過(guò)壓力機(jī)的許用載荷，就會(huì)使壓力機(jī)損壞。因此必須對(duì)冷擠壓的單位擠壓力和總變形力進(jìn)行計(jì)算，這是設(shè)計(jì)冷擠壓模具和選用冷擠壓設(shè)備的依據(jù)。（一）擠壓時(shí)金屬流動(dòng)的情況與冷擠壓力曲線363738（二）影響單位擠壓力的因素39影響單位擠壓力的主要因素有：（１）毛坯材料的力學(xué)性能（２）變形程度

（３）坯料相對(duì)高度

（４）擠壓方式

（５）模具工作部分的幾何形狀參數(shù)

（６）潤(rùn)滑40414243444546（三）冷擠壓力的確定由于影響擠壓力的因素較為復(fù)雜，要較為精確地確定冷擠壓時(shí)的單位擠壓力和總擠壓力，目前還沒(méi)有一個(gè)十分完善的方法。在理論上，可以由主應(yīng)力法、滑移線法、上限法、變形功法或用有限元法計(jì)算單位擠壓力，而在實(shí)用上通常采用近似計(jì)算和圖解法確定。１.圖解法２.近似計(jì)算法

47四、冷擠壓模具（一）冷擠壓模具的典型結(jié)構(gòu)48（二）預(yù)應(yīng)力組合凹模１.冷擠壓凹模的受力分析２.凹模的結(jié)構(gòu)形式和尺寸的確定３.預(yù)應(yīng)力組合凹模材料及硬度要求49第三節(jié)小批量多品種生產(chǎn)用模具目前，國(guó)內(nèi)外在生產(chǎn)中常采取如下技術(shù)措施，取得了較好的效果：１）改變傳統(tǒng)的沖壓方法，采用通用的組合模具。這種加工方法，用有限的若干副模具適應(yīng)沖壓件千變?nèi)f化的加工要求。２）采用各種簡(jiǎn)易沖模。通過(guò)簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，采用模具新材料及開(kāi)拓模具制造新工藝等措施來(lái)降低模具制造費(fèi)用，縮短模具制造周期。３）采用帶有快速定位、夾緊裝置的通用模座和凸、凹?？鞊Q裝置，縮短模具的安裝、調(diào)整等輔助時(shí)間。４）應(yīng)用電子技術(shù)，發(fā)展數(shù)控回轉(zhuǎn)式自動(dòng)壓力機(jī)，根據(jù)數(shù)控指令自動(dòng)進(jìn)行模具的選擇、轉(zhuǎn)換及工件的定位、加工等。５）推行模具零部件的標(biāo)準(zhǔn)化，擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)件的范圍，減少非標(biāo)準(zhǔn)加工件。50第三節(jié)小批量多品種生產(chǎn)用模具一、組合沖模二、聚氨酯橡膠模三、低熔點(diǎn)合金模四、鋅基合金沖模51一、組合沖模組合沖模的結(jié)構(gòu)形式主要有分解式組合沖模和積木式組合沖模兩種。525354二、聚氨酯橡膠模聚氨酯橡膠是一種人工合成的以氨基甲酸酯為主鏈的具有高彈性的高分子材料。與普通的天然橡膠相比，它具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨、耐油、耐酸、耐老化等優(yōu)點(diǎn)，而且其抗撕裂性能比較好，并具有較大的硬度范圍。

聚氨酯橡膠模是用聚氨酯橡膠代替沖模中的凸模或凹模?？梢杂脕?lái)完成沖裁、彎曲、拉深、起伏成形、脹形等多種沖壓工序。55如圖７-５７所示，用橡膠模沖孔時(shí)，常在孔內(nèi)放置頂桿。若孔內(nèi)不放頂桿，如圖ａ所示，沖壓時(shí)橡膠深入孔內(nèi)，該部分的變形較大。隨著壓力逐漸增大，易使橡膠割裂，橡膠在凹模的刃口處容易破壞，沖孔件的孔邊緣會(huì)拉出較大的圓角。在凹?？變?nèi)放置頂桿后，如圖ｂ所示，橡膠在凹模內(nèi)刃口處變形小，而產(chǎn)生的單位壓力較大，所以提高了橡膠的使用壽命，并使沖孔質(zhì)量有所提高。沖孔時(shí)有頂桿與無(wú)頂桿的比較ａ）無(wú)頂桿ｂ）有頂桿5657585960三、低熔點(diǎn)合金模圖７-６３所示為低熔點(diǎn)合金拉深模。該澆鑄工藝在壓力機(jī)外進(jìn)行。制造時(shí)，先在模具中放入按工件實(shí)樣為制造依據(jù)的樣件３。再放入凸模板８。樣件３上有小孔，以供合金流過(guò)。然后將已熔化的低熔點(diǎn)合金由澆口１４澆入模內(nèi)。凝固后，以樣件為分界，留在熔箱內(nèi)的即為凹模，樣件以上與凸模板８固定在一起的即為凸模。凸模板８上的螺釘１２是為了增強(qiáng)與低熔點(diǎn)合金凸模的連接牢度，圖中所示是合金凝固后尚未將凸模和凹模分開(kāi)時(shí)的情形。在凸模和凹模分開(kāi)后，取出樣件，修光型腔，即可使用。由于樣件與工件形狀尺寸厚度均相同，因此沖壓時(shí)即能壓出合乎要求的工件。對(duì)于拉深模也可以將壓邊圈同時(shí)鑄出。6162四、鋅基合金沖模１.鋅基合金沖裁模的沖裁機(jī)理以落料為例，分別采用鋅合金和