模具設(shè)計-沖壓模考試用壓縮刪除廢話版

模具設(shè)計基礎(chǔ)西安交通大學(xué)模具與塑性加工研究所郭成教授王立忠副教授課程安排、要求和教材A課程安排

1)沖壓工藝與模具設(shè)計

課內(nèi)教學(xué)16學(xué)時;課外完成一個沖壓件的工藝設(shè)計和一套沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2）注塑工藝與模具設(shè)計

課內(nèi)教學(xué)16學(xué)時;課外完成一個注塑件的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。B教學(xué)要求

1）沖壓工藝與模具設(shè)計部分

（1）掌握沖裁、彎曲、拉深、脹形、翻邊等基本工序的變形特點及主要工藝參數(shù)

（2）熟悉各種沖壓件的工藝性

（3）了解典型沖壓模具的結(jié)構(gòu)組成及其類型2）注塑工藝與模具設(shè)計部分

（1）掌握塑料制品的設(shè)計原則

（2）了解注塑成型過程及注塑成型工藝的影響因素

（3）熟悉典型注塑模具的結(jié)構(gòu)組成及其澆注、溫度調(diào)節(jié)、型腔、導(dǎo)向及推出、側(cè)向分型與抽芯系統(tǒng)的特點3）成績評定

根據(jù)李樂山教授提出的成績評定原則。人文素質(zhì)占50%；考試占50%。課外兩個作業(yè)，既沖壓件工藝與模具設(shè)計和注塑件模具設(shè)計歸入人文素質(zhì)中。

調(diào)整:人文素質(zhì)占30%；考試占70%。C教材

[1]郭成、儲家佑主編.現(xiàn)代沖壓技術(shù)手冊，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.10

[2]李德群主編.塑料成型工藝及模具設(shè)計,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994,10

沖壓工藝與模具設(shè)計

第1章沖壓技術(shù)概論

沖壓是借助沖壓設(shè)備的動力，通過模具的作用，使板料分離或經(jīng)塑性成形而獲得一定形狀、尺寸和性能制件的加工技術(shù)。沖壓加工是金屬塑性加工的主要方法之一，也是先進(jìn)制造技術(shù)中的一種少無切削加工方法，是一種多、快、好、省的加工技術(shù)。

沖壓加工通常在室溫下進(jìn)行，故稱之為冷沖壓。沖壓加工用的原材料大多為板料，故也稱之為板料沖壓。沖壓加工隸屬于材料成形與控制工程或材料加工工程的學(xué)科范圍。

1.1沖壓技術(shù)的先進(jìn)性

(1)生產(chǎn)效率高一般沖壓設(shè)備的行程次數(shù)為每分鐘幾十次，而高速壓力機(jī)的行程次數(shù)高達(dá)數(shù)百次，甚至千次。

(2)節(jié)約材料、節(jié)省能源沖壓加工的材料利用率一般可達(dá)70％～85％。例如，汽車發(fā)動機(jī)用曲柄皮帶輪采用鑄造和切削加工，材料利用率為45.5％，每個皮帶輪凈重5Kg，而改用沖壓皮帶輪，材料利用率增至71.5％，且凈重降低一半，僅為2.5Kg。(3)易于實現(xiàn)機(jī)械化與自動化(4)沖壓件尺寸精度穩(wěn)定，表面質(zhì)量好

(5)沖壓件強(qiáng)度高、剛度大、重量輕

(6)沖壓加工可以制造形狀復(fù)雜的零件

(7)沖壓生產(chǎn)操作容易，不需要高級操作技工圖1-1行星齒輪機(jī)構(gòu)

圖1-2液壓泵圖1－3金屬器皿及制品圖1-424腿引線框架（194銅合金，t＝0.254mm）

圖1-5手機(jī)外殼圖1-6液壓成形技術(shù)在汽車輕量化中的應(yīng)用及轎車車身的分塊圖1-7轎車后備艙外板

1.2沖壓技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位

薄板經(jīng)過成形后，制造了相當(dāng)于原材料價格12倍的附加值，在整個國民生產(chǎn)總值中，與薄板成形相關(guān)的產(chǎn)品約占總值的1/4。在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，沖壓件的生產(chǎn)總值占59％左右。可見，沖壓技術(shù)作為板材投入直接消費前主要深加工方法，在國民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要地位。

先進(jìn)國家的模具工業(yè)已發(fā)展成為獨立的行業(yè)。日本認(rèn)為：“模具工業(yè)是其它工業(yè)的先行行業(yè)，是制造富裕社會的動力”。美國工業(yè)界認(rèn)為：“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”。在德國模具工業(yè)被冠以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱。近20多年來，美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的模具總產(chǎn)值都已超過機(jī)床的總產(chǎn)值。目前，美國、日本模具工業(yè)企業(yè)的人年平均產(chǎn)值已高達(dá)5～10萬美元。

1.3沖壓工序的分類

表1-1沖壓的基本工序類別工序圖例特點及應(yīng)用范圍分離沖裁落料用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為工件，其余為廢料沖孔用模具沿封閉線沖切板材，沖下的部分是廢料剪切用剪刀或模具切斷板材，切斷線不封閉類別工序圖例特點及應(yīng)用范圍分離切口在坯料上將板材部分切開，切口部分發(fā)生彎曲修邊將拉深或成形后的半成品邊緣部分的多余材料切掉剖切將半成品切成兩個或幾個工件，常用于成雙沖壓類別工序圖例特點及應(yīng)用范圍成形彎曲用模具使材料彎曲成一定形狀卷圓將板料端部卷圓扭曲將平板毛坯的一部分相對于另一部分扭轉(zhuǎn)一個角度類別工序圖例特點及應(yīng)用范圍成形拉深將板料毛坯壓制成空心工件，壁厚基本不變翻邊孔的翻邊將板料或工件上有孔的邊緣翻成豎立邊緣外緣翻邊將工件的外緣翻成圓弧或曲線狀的豎立邊緣類別工序圖例特點及應(yīng)用范圍成形縮口將空心件的口部縮小擴(kuò)口將空心件的口部擴(kuò)大，常用于管子成形類別工序圖例特點及應(yīng)用范圍成形起伏在板料或工件上壓出肋條、花紋或文字，在起伏處的整個厚度上都有變薄卷邊將空心件的邊緣卷成一定的形狀類別工序圖例特點及應(yīng)用范圍成形脹形使空心件（或管料）的一部分沿徑向擴(kuò)張，呈凸肚形旋壓利用搟棒或滾輪將板料毛坯搟壓成一定形狀（分變薄與不變薄兩種）整形把形狀不太準(zhǔn)確的工件校正成形類別工序圖例特點及應(yīng)用范圍成形校平將毛坯或工件不平的面或彎曲予以壓平壓印改變工件厚度，在表面上壓出文字或花紋1.4兩種面向的產(chǎn)品視角差

中國已從計劃經(jīng)濟(jì)走向了市場經(jīng)濟(jì)，而制造業(yè)也從面向生產(chǎn)轉(zhuǎn)向面向市場。企業(yè)的市場行為和對產(chǎn)品的視角表現(xiàn)在依靠產(chǎn)品的新功能打入市場，憑借產(chǎn)品的高質(zhì)量、新款式和低價格來拓展市場，用新概念來開發(fā)市場。

對產(chǎn)品不同視角的差異表現(xiàn)在產(chǎn)品是聯(lián)結(jié)企業(yè)和市場的橋梁；產(chǎn)品要同時滿足市場與制造的要求，而生產(chǎn)視角和市場視角則注意產(chǎn)品不同的特點，如圖1-8所示。

圖1-8兩種面向的產(chǎn)品視角差

在進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計時，往往會忽視對零件成形工藝性的要求，成形時容易起皺、破裂或產(chǎn)生大的回彈，給模具制造和維修帶來困難。故產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計時應(yīng)考慮零件成形工藝性。做到市場視角與生產(chǎn)視角完美結(jié)合。第2章沖裁

沖裁是利用模具，在壓力機(jī)上使板料分離的沖壓工藝，它包括落料、沖孔、修邊、切斷等多種工序。沖裁的用途極廣，既可制造平板零件或為成形工序備料，也可在沖壓件上進(jìn)行切口、剖切等加工。

2.1沖裁變形特點

(1)沖裁變形過程

圖2-1顯示了沖裁變形過程。板料置于凹模之上，凸模下降切入材料，經(jīng)歷彈性變形、塑性變形和斷裂分離三個階段完成沖裁變形。

圖2-1沖裁變形過程

(2)沖裁變形區(qū)及其特征

如圖2-2所示，通常認(rèn)為剪切變形區(qū)是以模具刃口連線為中心的紡錘形區(qū)域。隨著凸模切入板料，變形區(qū)被加工硬化區(qū)域所包圍，但主要變形區(qū)仍為紡錘形區(qū)域。a)初始階段b)剪切過程中圖2－2剪切變形區(qū)

事實上，由圖2-3可見，沿凸模運動方向（v場）變形區(qū)集中在凸、凹模刃口連線為中心的紡錘形區(qū)域；而沿凸模運動垂直方向（u場）變形區(qū)集中在刃口附近8字型區(qū)域。

可見，除了模具刃口連線附近的剪切變形之外，在凸、凹模刃口附近，材料還存在有鐓粗、擠壓、彎曲和拉伸變形。

a)v場b)u場圖2－3變形區(qū)云紋圖

(3)變形區(qū)受力分析

在無壓緊裝置的沖裁時，材料所受的力如圖2-4所示,變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)如圖2-5所示。事實上，很難滿足純剪切的條件（|σ1|=|σ3|），剪切的同時伴隨有其它類型的變形。從A、B、C、D、E各點的應(yīng)力狀態(tài)可見，凸,凹模端面的靜水壓力高于側(cè)面。裂紋首先在刃口側(cè)面處的材料中產(chǎn)生。因此，普通沖裁時，制件上總會有毛刺產(chǎn)生。

1-凸模刃口；2-板料；3-凹模刃口圖2-4模具作用于被加工材料上的力圖2－5剪切區(qū)應(yīng)力狀態(tài)圖

(4)沖裁力—行程曲線

沖裁力—行程曲線與材料有關(guān)。材料塑性不同，沖裁力曲線有不同形狀和最大壓力持續(xù)時間。圖2-6為塑性材料的沖裁力-行程曲線。

1—凸模；2—剪切面；3—凹模；4—裂紋；5—塌角圖2-6沖裁力-行程曲線(5)沖裁件斷面特征帶

如圖2-7所示，沖裁件斷面有塌角、光亮帶、斷裂帶和毛刺四個特征帶。塌角（也稱圓角帶）是凸模壓入時，刃口附近材料被拉入變形的結(jié)果。光亮帶（也稱塑剪帶）是刃口切入，材料受模具側(cè)面擠壓形成的表面。斷裂帶（也稱粗糙帶）是裂紋擴(kuò)展形成的撕裂面。毛刺是伴隨裂紋出現(xiàn)而產(chǎn)生的,間隙不合適，或刃口變鈍時，會產(chǎn)生較大毛刺。

圖2-7剪切斷面特征帶2.2沖裁間隙

(1)間隙對沖裁件質(zhì)量的影響

如圖2-8所示，沖裁模具中凹模與凸模刃口側(cè)壁之間縫隙的距離c稱為沖裁間隙，簡稱間隙。間隙對沖裁件質(zhì)量有較大的影響。1－材料；2－凸模；3－凹模圖2－8沖裁模示意圖

沖裁件質(zhì)量包括斷面質(zhì)量、尺寸精度及平面度等三方面內(nèi)容。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：間隙及分布均勻程度、材料力學(xué)性能、模具刃口狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度、材料性質(zhì)等。其中間隙大小與均勻程度是最主要因素。1)斷面質(zhì)量圖2-9～11顯示了間隙對斷面質(zhì)量的影響。間隙合適，上、下裂紋相遇，剪切面光潔整齊，塌角、毛刺和斜度也不大。間隙過小，凸模刃口處裂紋向外錯開，在斷面上形成二次光亮帶。間隙過大時，凸模刃口處裂紋向里錯開，材料受到拉伸，光亮帶小，塌角、斜度均增大，形成拉長的毛刺，對普通沖裁而言，完全避免毛刺是困難的。

a)間隙過小b)間隙適中c)間隙過大圖2-9間隙對剪裂紋重合的影響

a)間隙過小b)間隙適中c)間隙過大圖2-10間隙對沖裁件斷面的影響R-塌角；B-光亮帶；F-斷裂帶；h-毛刺；β-光亮帶斜角；γ-斷裂帶斜角圖2－11間隙對沖裁件斷面質(zhì)量的影響

2)尺寸精度指沖裁件實際尺寸與基本尺寸的差值，由兩方面組成。一是沖裁件相對凸、凹模尺寸的偏差，一是模具的制造偏差。在模具制造精度一定時，沖裁件與凸、凹模尺寸產(chǎn)生偏差的原因是，工件從凹模內(nèi)推出或從凸模上卸下時，材料產(chǎn)生的彈性恢復(fù)，其值可正可負(fù)。另外，模具在沖裁力作用下發(fā)生彈性變形及磨損，也會使沖裁件尺寸產(chǎn)生變化。

圖2-12為間隙對落料件尺寸的影響，間隙在料厚2%以內(nèi)，制件外徑大于凹模孔徑；間隙從5%到25%時，制件外徑小于凹?？讖?且尺寸隨間隙的增大變化不大；間隙超過25%，制件尺寸會較大幅度變小。

—·—軋制方向—×—垂直軋制方向ΔD=制件外徑－凹?？讖綀D2-12間隙對落料件尺寸偏差的影響

圖2-13為間隙對沖孔尺寸的影響，間隙在料厚5%以下，制件孔徑比凸模外徑小，間隙增加，孔徑變大。間隙在15%左右時，孔徑最大，隨著間隙的增加，孔徑反而變小。

—·—軋制方向—×—垂直軋制方向ΔD=沖孔直徑－凸模外徑圖2-13間隙對沖孔件尺寸偏差的影響

3)平面度

沖裁過程中，材料受到彎矩作用產(chǎn)生穹彎，影響制件的平面度。通常間隙越大，彎曲越明顯。有時在小間隙情況下，由于凹模側(cè)面對制件有擠壓作用，也會出現(xiàn)較大彎曲。平面度還與材料性質(zhì)和厚度有關(guān)。為了減少彎曲，可在凸模下加反向壓板。當(dāng)沖壓件平面度要求高時，須加校平工序。

(2)間隙對沖模壽命的影響

模具壽命是以沖出合格制件數(shù)量來計算的，一種是兩次刃磨間的壽命，另一種是模具的總壽命。如圖2-14所示，沖裁模磨損可分為三個階段：初期磨損、中期磨損和晚期磨損。

圖2-14沖裁模磨損過程

間隙對模具壽命有很大的影響。圖2-15為沖裁數(shù)10萬件時，間隙對刃口磨損的影響。小間隙會使擠壓應(yīng)力增大，摩擦加劇溫度升高，容易產(chǎn)生模具與材料的粘結(jié)現(xiàn)象。小間隙還會產(chǎn)生凹模脹裂，小凸模折斷，凸、凹?？腥械痊F(xiàn)象，降低了模具壽命。間隙不均勻?qū)δ＞邏勖膊焕?，與均勻間隙相比，磨損增加,壽命降低。采用大間隙，模具壽命可比小間隙時提高2～3倍甚至可達(dá)6～7倍。

1—凸模端面磨損；2—凹模端面磨損；3—凸模側(cè)面磨損圖2-15沖裁次數(shù)10萬次時間隙對刃口磨損的影響

(3)間隙對力能消耗的影響

1)沖裁力間隙增大，抗剪強(qiáng)度減小，沖裁力亦減小。當(dāng)間隙大到一定值時，抗剪強(qiáng)度下降甚微，沖裁力有回升趨勢。

2)卸料力和推件力軟鋼、不銹鋼、黃銅或鋁合金，間隙為料厚的20%左右時，卸料力具有最小值。間隙小于10%或大于30%時，卸料力增加。

3)沖裁功沖裁功隨間隙的變化略有波動，間隙合適，上、下裂紋重合，沖裁功最小。間隙過小或過大，沖裁功都會增加。

(4)合理間隙的確定

間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計的重要工藝參數(shù)。其值的大小與均勻程度對沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度、平面度、模具壽命和力能消耗均有很大的影響。對金屬材料的普通沖裁而言，生產(chǎn)中常用間隙取值范圍為料厚的5％－10％。

合理間隙是一個模糊概念，沒有明確外延。權(quán)衡間隙對制件質(zhì)量、模具壽命和力能消耗的影響規(guī)律，不存在符合所有要求的間隙值。模具使用會磨損，間隙會在一定范圍內(nèi)變動。模具在裝配狀態(tài)下的靜態(tài)間隙與工作狀態(tài)下的動態(tài)間隙亦有差別。因此，在選取間隙時應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)條件綜合考慮，在保證制件質(zhì)量要求前提下，盡可能延長模具壽命。

2.3

沖裁模具刃口尺寸計算

(1)沖裁件尺寸與模具尺寸的關(guān)系及其測量基準(zhǔn)

凸、凹模刃口尺寸和公差決定了間隙的大小。正確計算和確定凸、凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模具設(shè)計的重要工作。設(shè)計時需綜合考慮變形特點，模具磨損規(guī)律，制件精度要求和模具制造水平。沖裁件尺寸與模具尺寸關(guān)系及其測量基準(zhǔn)如圖2-16所示。a)落料件外徑b)沖孔件孔徑圖2-16工件與模具的尺寸關(guān)系1)沖裁件尺寸與模具尺寸的關(guān)系

落料件大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸；凸、凹模要與工件或廢料發(fā)生摩擦，使凸模尺寸變小，凹模尺寸變大，間隙增大。2)沖裁件尺寸的測量基準(zhǔn)

在測量和使用中，落料件外徑（被包容尺寸）以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔件孔徑（包容尺寸）以小端尺寸為基準(zhǔn)。

(2)模具刃口尺寸和公差計算原則1）模具的設(shè)計基準(zhǔn)

落料模以凹模為基準(zhǔn)，縮小凸模尺寸獲得間隙；沖孔模以凸模為基準(zhǔn)，擴(kuò)大凹模尺寸獲得間隙。

2）模具的基本尺寸

設(shè)計落料模時，應(yīng)使凹模內(nèi)徑的基本尺寸接近或等于制件最小極限尺寸；設(shè)計沖孔模時，應(yīng)使凸模外徑接近或等于制件的最大極限尺寸。

3）新模具的間隙

模具磨損后間隙總是增大的，模具要在合理間隙范圍內(nèi)有較大的磨損量，新模具應(yīng)取最小合理間隙值Cmin。

4)模具刃口制造公差

一般而言，模具刃口制造精度比沖裁件的精度高2－3級。若制件尺寸未注公差，可按IT14來處理，對于非圓形件，模具可按IT9～I(xiàn)T11制造；對于圓形件，模具可按IT6～I(xiàn)T7制造。近年來，模具加工設(shè)備和技術(shù)有了較大程度的提高，故根據(jù)實際生產(chǎn)條件可將模具的制造精度適當(dāng)提高。

(3)模具刃口尺寸計算方法

1）凸模與凹模分開加工

該方法適用于圓形或簡單規(guī)則形狀的沖裁模。其特點是凸、凹模分別按照各自圖紙技術(shù)要求、尺寸和公差單獨進(jìn)行加工，模具間隙靠加工尺寸和公差保證。采用這種方法，要分別計算和標(biāo)注凸、凹模刃口的尺寸公差，其計算公式見表2-1。

工序性質(zhì)工件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落料沖孔表2-1分開加工法凸、凹模刃口尺寸和公差計算公式表中：Δ——工件的公差/mm；x——磨損系數(shù)，為避免沖裁件尺寸都偏向極限尺寸（落料時偏向最小尺寸，沖孔時偏向最大尺寸），可取系數(shù)值x=0.5～1。它與工件的公差等級有關(guān)：工件的公差等級為IT10以上時，取x=1；工件的公差等級為IT11～13時，取x=0.75；工件的公差等級在IT14以下時，取x=0.5。

為保證模具間隙小于最大合理間隙（cmax）,凸、凹模制造公差應(yīng)滿足下列條件：≤

分開加工的優(yōu)點是：模具有互換性，便于成批制造，適用于大批量生產(chǎn)。缺點是：為了保證合理間隙，需要較高的制模公差等級，模具制造困難，加工成本高。

目前，國際上先進(jìn)模具企業(yè)在模具刃口尺寸確定上采用另一種簡單辦法。對于沖孔件，凸模尺寸和產(chǎn)品孔基本尺寸相同，凹模尺寸由凸模尺寸向外偏移單邊間隙；對落料件，凹模尺寸和產(chǎn)品基本尺寸相同，凸模尺寸由凹模向內(nèi)偏移單邊間隙。值得注意的是，尺寸公差標(biāo)注一般采用的是對稱公差，否則，首先要將其轉(zhuǎn)換為對稱公差。

圖2-17臺式電腦機(jī)箱的擋板產(chǎn)品示意圖圖2-18凸模工作部分示意圖圖2-18凹?？资疽鈭D

2)凸模和凹模配合加工

此方法是先做凸、凹模中的一件，然后根據(jù)制造好的凸模（或凹模）的實際尺寸，來配做另一件，保證它們之間具有最小合理間隙。落料時，先做凹模，再以它為基準(zhǔn)配做凸模；沖孔時，先做凸模，再以它為基準(zhǔn)配做凹模。通常，只需在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸和公差,另一件只標(biāo)注基本尺寸,并注明“凸模（或凹模）尺寸按凹模（或凸模)實際尺寸配制,保證最小單面間隙××”。

配合加工方法優(yōu)點是基準(zhǔn)件制造公差不受間隙值的限制。這樣，不僅容易保證凸、凹模的間隙，而且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差，使模具制造容易。對于復(fù)雜的沖裁件，各部分尺寸性質(zhì)不同，凸、凹模的磨損規(guī)律也不同，故必須對有關(guān)尺寸進(jìn)行具體分析，區(qū)別對待。

圖2-20和圖2-21分別為落料件及凹模尺寸和沖孔件及凸模尺寸，按模具磨損后尺寸變大（A類尺寸）、變?。˙類尺寸）、不變（C類尺寸）規(guī)律分為三種。

計算公式列于表2-3。事實上，無論是分開加工法(不包括國際上使用的簡易算法)或配合加工法，基準(zhǔn)件（凸?；虬寄＃┏叽绾凸畹挠嬎愎娇捎萌缦氯齻€通式概括。

圖2-20落料件和凹模尺寸

圖2-21沖孔件和凸模尺寸工序性質(zhì)工件尺寸(圖2-20)凸模尺寸凹模尺寸落料按凹模尺寸配制，保證單面間隙為cmin～cmax表2-2配合加工法凸、凹模刃口尺寸和公差的計算公式

工序性質(zhì)工件尺寸(圖2-21)凸模尺寸凹模尺寸沖孔按凸模尺寸配制，保證單面間隙為cmin～cmax表2-2配合加工法凸、凹模刃口尺寸和公差的計算公式

1)磨損后增大的尺寸

以接近或等于工件最小極限尺寸作為基準(zhǔn)件的基本尺寸：

2)磨損后減小的尺寸

以接近或等于工件最大極限尺寸作為基準(zhǔn)件的基本尺寸：

式中：i為基準(zhǔn)件符號（凹模為d，凸模為p）。

3)磨損后不變的尺寸

以工件的中間尺寸作為基準(zhǔn)件的基本尺寸：2.4沖裁件的工藝性

沖壓件的工藝性是指該零件在沖壓加工中的難易程度。良好的沖壓工藝性應(yīng)保證材料消耗少、工序數(shù)目少、模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡單等等。在一般情況下，對沖壓件工藝性影響最大的是幾何形狀尺寸和精度要求。1)沖裁件的形狀盡量簡單，最好是由規(guī)則幾何形狀或由圓弧與直線組成。2)沖裁件應(yīng)當(dāng)避免有過長的懸臂與狹槽，懸臂及槽的寬度ｂ要大于料厚ｔ的2倍（見圖2-22a）。圖2-22沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性3)雖然可以沖裁出帶尖角的零件，但一般情況下，都應(yīng)該用R＞0.5t以上的圓角半徑代替沖裁件的尖角。圓角半徑過小時，沖模壽命會顯著降低。

4)因受沖頭強(qiáng)度的限制，沖孔的尺寸不宜過小，一般沖孔的最小尺寸（直徑或方孔的邊長）S≥ｔ。

5)孔與孔之間的距離a或孔與零件邊緣之間的距離a（圖2-22b、c），受到模具強(qiáng)度和沖裁零件質(zhì)量的限制，其值不能過小，一般應(yīng)取a≥2t。如用級進(jìn)模沖裁，而且對零件精度要求不高時，a可以適當(dāng)減小，但也不宜小于板厚。

6）沖裁件的尺寸精度不宜太高。一般而言應(yīng)在IT10～I(xiàn)T14級之間。第3章彎曲

利用金屬的塑性變形，借助模具或工具，將毛坯彎曲成一定曲率、一定角度，形成所需形狀工件的工藝方法稱為彎曲，它是沖壓加工的基本工序之一。如飛機(jī)的機(jī)翼（蒙皮）、汽車大梁、鍋爐爐體、自行車車把、門窗鉸鏈、計算機(jī)殼體等零件都是用彎曲工序成形的。a)b)c)

d)

e)f)g)a）通用壓機(jī)上彎曲b）折彎機(jī)上彎曲c）滾彎機(jī)上彎曲d）滾壓成形機(jī)上彎曲e）彎管機(jī)上彎曲f）拉彎機(jī)上彎曲g）自動彎曲機(jī)上彎曲圖3-1各種彎曲方法示意圖3.1彎曲變形特點

(1)彎曲變形過程

圖3-2顯示了V形零件的彎曲變形過程。板料置于凹模之上，凸模下降接觸毛坯后開始產(chǎn)生彎曲，經(jīng)歷彈性彎曲、彈-塑性彎曲、純塑性彎曲和校正彎曲四個階段完成彎曲變形。圖3-2彎曲變形過程

由圖中可見,彎曲變形過程中,彎曲半徑由r0到rp逐漸變小，彎曲力臂也由l0

變?yōu)閘k。隨著彎曲半徑和力臂的減小彎曲變形程度增大,變形力增加。圖3-3顯示了與之相應(yīng)的切向應(yīng)力分布。a)彈性彎曲b)沒有硬化的彈—塑性彎曲c)有硬化的彈－塑性彎曲d)沒有硬化的線性純塑性彎曲e)有硬化的線性純塑性彎曲圖3-3各種彎曲切向應(yīng)力分布(2)主要變形區(qū)

如圖3-4所示,圓角部分的正方形網(wǎng)格變成了扇形，而遠(yuǎn)離圓角的直邊部分，網(wǎng)格仍保持原來的正方形，即沒有參與變形，在靠近圓角處的直邊有少量變化。因此，可以認(rèn)為彎曲的變形區(qū)主要集中在曲率發(fā)生變化的圓角部分。還可看出,變形時,外層纖維受拉伸長;內(nèi)層纖維受壓縮短,存在一應(yīng)力和應(yīng)變的中性層,變形極不均勻。

圖3-4工件側(cè)面正方形網(wǎng)格的變化a）窄板b）寬板圖3-5窄板與寬板彎曲后橫斷面的變化情況

(3)彎曲變形區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)圖3-5和3-6顯示了彎曲變形區(qū)所受應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)?？梢?無論是窄板或?qū)挵澹荚诳v向產(chǎn)生最大應(yīng)力與應(yīng)變。內(nèi)區(qū)受壓縮縮短，應(yīng)力和應(yīng)變均為負(fù)；外區(qū)受拉伸長，應(yīng)力和應(yīng)變均為正。對于窄板，沿寬度方向能自由變形，材料處于平面應(yīng)力和立體應(yīng)變狀態(tài)；對于寬板，受材料相互抑制，材料處于立體應(yīng)力和平面應(yīng)變狀態(tài)。圖3-6板料彎曲變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)(4)彎曲力—行程曲線

V形彎曲件彎曲力-行程曲線如圖3-7所示。在凸、凹模隔著材料完全吻合以前的彎曲稱為自由彎曲。接著，凸模下壓，彎曲力急劇上升，稱為校正彎曲。在彈性彎曲階段，彎曲力線性上升；在彈-塑性和純塑性變形（自由彎曲）階段，彎曲力基本不變或略呈下降趨勢；當(dāng)進(jìn)入校正彎曲階段時，彎曲力將急劇上升。

1—彈性彎曲；2—自由彎曲；3—校正彎曲圖3-7彎曲過程力—行程曲線（5）彎曲件尺寸與厚度變化特征。

彎曲時，外區(qū)材料變薄，內(nèi)區(qū)材料變厚。當(dāng)r/t≤4時，中性層位置向內(nèi)移動。中性層的內(nèi)移使拉伸區(qū)大于壓縮區(qū)，板料外區(qū)的變薄量大于內(nèi)區(qū)加厚量，引起了板料整體的變薄，總長度增加。r/t愈小，中性層內(nèi)移愈多，板料變薄也愈嚴(yán)重，長度的增加也越大。變形區(qū)板料厚度和長度的變化給毛坯展開尺寸的計算帶來了困難。3.2最小彎曲半徑及其影響因素

（1）相對彎曲半徑的概念

從上述分析可以看出，在彎曲件受拉區(qū)域最外層的纖維變形程度最大。由圖3-8可見，最外層纖維的縱向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

ε≈[(r+t)α-(r+t/2)α]/(r+t/2)α

=1/(1+2r/t)

即縱向應(yīng)變與相對彎曲半徑r/t有近似反比關(guān)系。生產(chǎn)中，習(xí)慣上用相對彎曲半徑r/t來表示彎曲的變形程度。由式中可見，r/t越小，變形程度越大。圖3-8彎曲變形區(qū)的幾何關(guān)系（2）最小彎曲半徑的概念

生產(chǎn)中用最外層纖維產(chǎn)生裂紋時的相對彎曲半徑反映板料的彎曲加工極限，用rmin/t來表示，稱為最小相對彎曲半徑，簡稱最小彎曲半徑。

（3）影響最小彎曲半徑的因素

1)材料的力學(xué)性能及材料供應(yīng)狀態(tài)

材料力學(xué)性能直接影響rmin大小，塑性好的材料，即、大的材料，外層纖維允許變形程度大，許可最小彎曲半徑就小。

同樣牌號的材料，供應(yīng)狀態(tài)不同，力學(xué)性能存在差異，如特硬的（T）、硬的（y）、半硬的（y2）、軟的（M）材料相比校，其塑性逐漸提高，后者的最小彎曲半徑便可相應(yīng)減小。由于沖裁后毛坯有加工硬化現(xiàn)象，若未經(jīng)退火就進(jìn)行彎曲，則最小彎曲半徑就大些；若經(jīng)過退火軟化處理，則最小彎曲半徑就小些。

2)彎曲中心角α

彎曲中心角α對最小彎曲半徑的實際影響如圖3-9所示，α<70°時，彎曲中心角的影響比較顯著，當(dāng)α>70°時，其影響大大減弱。圖3-9彎曲中心角對rmin/t的影響3)軋制方向的影響

軋制所得的沖壓用板料具有各向異性，順軋紋方向的塑性指標(biāo)高于垂直軋紋方向的塑性指標(biāo)。因此彎曲件的彎曲線如果與板料的軋紋方向垂直，最小相對彎曲半徑rmin/t的數(shù)值最小。反之，彎曲件的彎曲線平行于軋紋方向，最小相對彎曲半徑的數(shù)值最大（見圖3-10）。a）軋紋方向垂直于彎曲線b）軋紋方向平行于彎曲線圖3-10軋紋方向?qū)min/t的影響

4)板料表面和剪切斷面的質(zhì)量

材料表面不得有缺陷，否則彎曲時容易產(chǎn)生裂紋。彎曲前的毛坯都是經(jīng)沖裁和剪切得到的，剪切斷面存在著冷作硬化層及毛刺，硬化降低了材料的塑性，毛刺易形成應(yīng)力集中，使許可的最小彎曲半徑增大。3.3回彈及提高彎曲件精度的措施

塑性彎曲和任何一種塑性變形一樣，在外力作用下毛坯產(chǎn)生的變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當(dāng)外力去除后，彈性變形會完全消失，而塑性變形保留下來。因此工件的彎曲角及內(nèi)彎半徑與沖模工作部分的角度及圓角半徑不完全一致，這種現(xiàn)象稱為回彈（或稱彈復(fù)、回跳）。

(1)彎曲回彈產(chǎn)生的原因分析

引起回彈的原因有兩個：其一是當(dāng)相對彎曲半徑較大時，彎曲變形區(qū)內(nèi)外緣表面纖維進(jìn)入塑性狀態(tài)，但毛坯中性層附近仍處于彈性變形狀態(tài)。此時，當(dāng)外力去除后，工件將產(chǎn)生回彈。其二是金屬塑性變形后總伴隨有彈性變形，所以板料彎曲時，即使變形區(qū)整個斷面均進(jìn)入塑性狀態(tài)，外力去除后，仍會出現(xiàn)回彈。

(2)回彈量的表示方法

如能計算出回彈值，預(yù)先修正模具工作部分的彎曲角和內(nèi)彎半徑，便能使彎曲件的精度符合預(yù)期的要求。工件經(jīng)彎曲卸載后，彎曲中心角由α變?yōu)棣痢?，?nèi)彎半徑由r變?yōu)閞′（見圖3-11）。圖3-11板料彎曲的回彈

或

式中：—回彈角，°，式中：—回彈半徑，㎜；

(3)回彈值計算(自由彎曲時的回彈值)

1)大半徑自由彎曲時(r/t>10)

原理:卸載力矩在數(shù)值上等于抗彎力矩。即：=

由此可得：

由幾何關(guān)系可得：

注：理論推導(dǎo)時不考慮厚度變化以及應(yīng)力、應(yīng)變中性層的移動

2)小半徑自由彎曲時回彈值(r/t<5)

由于變形程度大，回彈后內(nèi)彎半徑的變化很小，可以不予考慮。在此情況下，單角自由彎曲時的回彈角可查由實驗得到的數(shù)據(jù),一般資料中多以圖表的形式給出。

(4)影響回彈角大小的因素

1)材料的力學(xué)性能由上式可知，回彈角的大小，與材料屈服點成正比，與彈性模量成反比。如果材料性能不穩(wěn)定，則回彈角也不穩(wěn)定。

2)相對彎曲半徑r/tr/t愈小，即變形程度愈大，材料中性層兩側(cè)的純彈性變形區(qū)愈小，彈性變形區(qū)在總變形中的比重愈小，因而，回彈角就愈小。3)彎曲中心角αα增大，則變形區(qū)愈大，回彈積累值愈大，回彈角△α就愈大。

4)彎曲方式自由彎曲時回彈角大，校正彎曲時回彈角減小。校正力愈大，回彈角愈小。自由彎曲時多為正回彈，校正彎曲時，隨著r/t大小不同，回彈角可能出現(xiàn)正、零、負(fù)三種情況。5)工件形狀形狀復(fù)雜的彎曲件若一次彎成，由于各部分相互牽制，回彈困難，故回彈角減小。

6)模具間隙在彎曲U形件時，凸、凹模間隙對△α有很大影響。間隙愈小，△α也愈小。當(dāng)采用負(fù)間隙時，由于模具對材料產(chǎn)生擠壓作用，可使△α減到最小值。

(5)減小回彈提高彎曲件精度的技術(shù)措施

1)增加工件剛度如圖3-12所示,改進(jìn)工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減小回彈角。圖3-12改進(jìn)工件設(shè)計

2)提高材料塑性在彎曲件材料選用上，采用屈服點低、彈性模量大、力學(xué)性能比較穩(wěn)定的材料；硬材料或經(jīng)冷作硬化的材料，在彎曲前進(jìn)行退火軟化處理；采用加熱彎曲。

3)提高變形程度和校正力V形彎曲時，在許可彎曲半徑范圍內(nèi)，使r/t接近或等于1～1.5，可得到最小回彈角；U形彎曲時使凸、凹模單邊間隙比料厚小3％～5％，彎曲過程中材料略有擠薄作用，從而減小回彈角；用校正彎曲，提高校正力；如圖3-13所示,使凸模局部凸起減小凸模與材料的接觸面積，加大變形區(qū)的單位壓力，增加塑性變形程度，可減小回彈角。圖3-13利用局部精壓來減小回彈4)采用補(bǔ)償法如圖3-14和3-15所示,根據(jù)彎曲件的回彈趨勢與回彈量，修正沖模工作部分彎曲角和圓角半徑，使彎曲以后，工件的回彈量恰好得到補(bǔ)償。圖3-14V形彎曲件回彈的補(bǔ)償

圖3-15U形彎曲件回彈的補(bǔ)償5)加背壓頂料板如圖3-16所示,設(shè)置背壓裝置可以減小回彈.這里存在一個最佳背壓值，使回彈角等于零。圖3-16頂料板背壓對回彈角的影響6)采用聚氨酯軟凹模如圖3-17所示，用聚氨酯制作彎曲軟凹模，由于它在容框中有如流體的傳壓作用，能將壓力均勻地傳遞到材料上，使彎曲工件與金屬凸模完全貼合，其回彈量比金屬凹模小得多，而且不受材料厚度偏差的影響，即使材料厚度偏差較大，工件回彈角仍然很小且很穩(wěn)定。

1—凸模；2—工件；3—容框；4—轉(zhuǎn)向棒；5—聚氨酯圖3-17聚氨酯軟凹模上的彎曲

7）采用擺動式凹?；蚣嬗行Ｕ饔玫姆謮K式凸（凹）模如圖3-18所示,采用擺動式凹模不僅可以一次彎曲出較復(fù)雜的工件，而且通過調(diào)整凸模下死點的位置，便能增加變形區(qū)的壓應(yīng)力，從而減小回彈。

圖3-20擺動式彎曲模

8)改變變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)如圖3-19和3-20所示,采用端部加壓法和拉彎成形,由于改變了彎曲變形區(qū)的受力狀態(tài),增大了塑性變形程度,均可減小彎曲回彈量,提高彎曲制件的精度。

圖3-19端部加壓法1—液壓缸；2—機(jī)座；3—凹模；4—凸模圖3-20專用拉彎機(jī)原理圖3.4彎曲模具工作部分尺寸計算

(1)凸、凹模圓角半徑(符號見圖3-21）

1)凸模圓角半徑

當(dāng)r/t較小時:

rp=r≥rmin

當(dāng)r/t>10時:應(yīng)對rp進(jìn)行修正

圖3-21彎曲模的結(jié)構(gòu)尺寸2)凹模圓角半徑

t<2時：rd

=(3～6)t

t=2～4時：rd=(2～3)t

t>4時：rd=2t(2)凸、凹模間隙

彎曲V形件時，間隙是靠調(diào)整壓力機(jī)閉合高度來控制的，不需要在設(shè)計、制造模具時確定。

對于U形件的彎曲，則必須選擇適當(dāng)?shù)拈g隙。

一般而言,x=(0.05～0.10)。根據(jù)彎曲高度和材料厚度來定。

(3)凸、凹模工作部分的尺寸與公差

1)用外形尺寸標(biāo)注彎曲件（圖3-22）

(以凹模為基準(zhǔn)先確定凹模尺寸)

a.當(dāng)工件為雙向偏差時（圖3-24a），凹模尺寸為：

圖3-22用外形尺寸標(biāo)注的彎曲件b.工件為單向偏差時（圖3-22b），凹模尺寸為：

c.凸模尺寸均為：圖3-23用內(nèi)形尺寸標(biāo)注的彎曲件

2)用內(nèi)形尺寸標(biāo)注彎曲件(圖3-23)(以凸模為基準(zhǔn)先確定凸模尺寸)a.工件為雙向偏差時（圖3-23a），凸模尺寸為：b.當(dāng)工件為單向偏差時（圖3-23b），凸模尺寸為：c.凹模尺寸均為：3.5彎曲件的工藝性(1)彎曲件的圓角半徑應(yīng)大于最小彎曲半徑；但不宜過大，以免由于彈復(fù)而影響精度。

(2)彎曲件的彎邊長度不宜過小，一般h>R+2t（圖3-24a）。當(dāng)h較小時，彎邊在模具上支持的長度過小，不容易形成足夠的彎距，很難得到形狀準(zhǔn)確的零件。a)b)c)圖3-24彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性(3)局部彎曲的零件，應(yīng)在彎曲與不彎曲部分之間先切槽，以消除不彎曲根部的伸長變形和拉裂，如圖3-24b所示。

(4)應(yīng)該盡量避免在突變尺寸處的彎曲，因為突變處尖角部位的應(yīng)力集中可能會產(chǎn)生撕裂。遇有這種設(shè)計時，把彎曲線從該突變處移動一段距離，如圖3-24c所示。(5)彎曲線（圖3-22中m-m）與板材纖維方向（圖3-22中n-n）垂直時，彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性好于其兩者平行時。故應(yīng)盡量避免彎曲線與板材纖維方向平行；一個彎曲件有多處彎曲時，可讓其彎曲線與纖維方向互成一定的角度。

（6）彎曲件的形狀和尺寸精度不宜太高。第4章拉深

拉深是在模具作用下，坯料通過凹模向直壁流動，使板料成形為空心零件，或淺的空心毛坯成形為更深的空心零件的工序。拉深工序應(yīng)用很廣，汽車、飛機(jī)的覆蓋件和蒙皮，電器的殼體及眾多日用品等都是拉深成形的。如圖4-1所示，按制件幾何形狀，拉深件可分為多種形式。圖4-1拉深件的分類

4.1拉深變形特點(1)圓筒形零件的拉深變形過程

圓筒形零件的拉深變形過程如圖4-2所示。正常的拉深過程是彎曲、脹形、拉深的過程。彎曲變形在拉深過程中始終存在。

a）原始狀態(tài)b）彎曲脹形c）拉深d）拉深或脹形圖4-2圓筒形件的拉深變形過程(2)區(qū)域劃分及變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)

如圖4-3所示，拉深件可分為底部、壁部和法蘭三部分。在拉深工序中，底部為承力區(qū)，很少發(fā)生變形。壁部為已變形區(qū)，也是傳力區(qū)。法蘭部分是拉深主要變形區(qū)。法蘭部分坯料所受的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)為：切向壓應(yīng)力和壓應(yīng)變；徑向拉應(yīng)力r和拉應(yīng)變r。拉深加工時，法蘭處坯料表面積減小，厚度增加。圖4-3區(qū)域劃分及主要變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)(3)拉深力-行程曲線

圖4-4顯示了拉深加工時的力－行程曲線。從圖中可以看出,反映拉深變形的一個特征是，拉深變形的力-行程曲線先增后減，力的最大值出現(xiàn)在變形的初期。圖4-4拉深力－行程曲線

(4)應(yīng)變狀態(tài)圖和板厚的分布圖4-5顯示了拉深件各部分應(yīng)變狀態(tài)圖和板厚的分布?？梢?，在凸模圓角靠直壁處和凹模圓角靠直壁處存在材料變薄的兩個極小值點。在變形過程中，這兩個極值點會發(fā)生不同程度的移動。當(dāng)凹模圓角半徑足夠大時，第二個極小值點消失。a）應(yīng)變狀態(tài)圖b）板厚應(yīng)變分布圖4-5拉深件的應(yīng)變狀態(tài)圖和板厚應(yīng)變分布(5)圓筒形件拉深變形規(guī)律

如圖4-6所示，底部帶有底孔時，存在拉深、擴(kuò)孔、翻邊和脹形多種變形可能。當(dāng)存在多種變形的可能性時，實際的變形方式使得載荷最小。變形時的工序性質(zhì)及各工序變形在總變形中所占比例取決于毛坯的尺寸、摩擦條件、模具參數(shù)等許多因素。只有拉深力小于脹形、擴(kuò)孔和翻邊力時，拉深才能順利進(jìn)行。

圖4-6毛坯尺寸和工序類型的關(guān)系4.2拉深起皺與破裂(1)起皺產(chǎn)生的原因及防皺措施1)起皺產(chǎn)生的原因分析如圖4-3所示，拉深過程中，法蘭部分的材料產(chǎn)生很大的切向壓應(yīng)力。如圖4-7所示，當(dāng)壓應(yīng)力超過材料壓縮失穩(wěn)的臨界值時，即>[],法蘭部分的材料便失去穩(wěn)定而形成皺折。與壓桿失穩(wěn)類似,當(dāng)毛坯相對厚度t/D較小時,材料壓縮失穩(wěn)的臨界值減小,法蘭部分容易起皺。圖4-7拉深時毛坯的起皺現(xiàn)象2)防止起皺的措施從原理上講,為了防止發(fā)生起皺,需要降低法蘭處切向壓應(yīng)力,增大毛坯的相對厚度t/D或t/(Rt-R0)。由屈服準(zhǔn)則知,材料產(chǎn)生塑性變形的條件是:r-=βs

。因切向壓應(yīng)力與徑向拉應(yīng)力異號,故降低壓應(yīng)力的絕對值需要增大徑向拉應(yīng)力r

。常用的防皺措施有:

a.設(shè)置壓邊圈,增大壓邊力;

b.在壓邊圈和凹模上設(shè)置拉深筋;

c.增大凸、凹模的粗糙度;

d.減小凸、凹模圓角半徑,減小凸、凹模間隙;

e.多次拉深,采用反拉深來代替正拉深。

值得注意的是:增大徑向拉應(yīng)力r的結(jié)果可能引起拉深破裂。因此,在拉深變形時,存在拉深起皺與破裂的矛盾。(2)拉深破裂及拉深成形極限1)破裂產(chǎn)生的原因分析毛坯直徑增大拉深力曲線整體上升。因側(cè)壁承載力為常數(shù)，力大到一定值，因壁部強(qiáng)度不足而破裂，稱為強(qiáng)度破裂，發(fā)生在最大力出現(xiàn)之前。如圖4-8所示，位置在凸模圓角與坯料直壁接觸過渡處。從變形規(guī)律看，毛坯直徑增大使拉深阻力大于脹形阻力，制件產(chǎn)生脹形，工序性質(zhì)將發(fā)生轉(zhuǎn)換。脹形變形程度有限，故產(chǎn)生了破裂。因此，實質(zhì)是工序性質(zhì)轉(zhuǎn)換造成的脹形破裂。圖4-8拉深毛坯的破裂2)拉深系數(shù)的概念如圖4-9所示，圓筒形件的直徑（或凸模直徑）與拉深前毛坯（或半成品）直徑的比值，稱為拉深系數(shù)，用mn來表示，它是衡量拉深變形程度的指標(biāo)。

圖4-9多次拉深時圓筒直徑的變化

第一次拉深系數(shù):

第二次拉深系數(shù):

……………………第n次拉深系數(shù):

3)拉深成形極限目前，對于起皺成形極限的研究還不成熟，圓筒件拉深成形極限是指拉深的破裂極限。我國習(xí)慣用最小拉深系數(shù)表示拉深的成形極限。表示為:

圓筒形件一次拉深成形極限也可用極限拉深比LDR表示。4)影響極限拉深系數(shù)的因素影響極限拉深系數(shù)的因素眾多,凡有利于降低拉深變形阻力，提高危險斷面強(qiáng)度和脹形變形阻力的因素，都有利于減小極限拉深系數(shù)。具體而言有:a.材料性能拉深破裂是一種強(qiáng)度破裂，其值不完全取決于材料塑性。對極限拉深系數(shù)影響較大的材料性能指標(biāo)有：屈強(qiáng)比σs/σb，塑性應(yīng)變比γ和硬化指數(shù)n值。

b.材料的相對厚度(t/D)愈薄的材料拉深時，愈易失穩(wěn)起皺，增大壓邊力，則相應(yīng)增大了拉深的變形阻力。c.壓邊力大小在不起皺前提下，壓邊力越小,m值也越小。d.凹、凸模圓角半徑凹、凸模圓角半徑大,m可小些。e.潤滑條件及模具情況模具表面光滑，間隙正常，潤滑良好可改善金屬流動條件，有助于拉深系數(shù)的減小。4.3圓筒形件再次拉深

當(dāng)圓筒形件的拉深系數(shù)m<mmin時,一次拉深要產(chǎn)生破裂。可采用2次、3次···多次拉深,稱作再拉深。(1)再拉深的變形特點再次拉深與首次拉深使用的毛坯不同,不是平板毛坯,而是圓筒形毛坯。因此,其變形也有許多不同之處。1)厚度及力學(xué)性能不均勻毛坯已冷作硬化,故厚度及各處的力學(xué)性能不均勻;

2)變形區(qū)大小不變變形區(qū)局限在(di-1-di)的環(huán)形區(qū)域內(nèi);

3)拉深力-行程曲線單調(diào)增最大拉深力后移,破裂產(chǎn)生在后期;

4)不易起皺外緣有剛性支撐。

(2)拉深次數(shù)的確定及拉深系數(shù)的分配1)拉深次數(shù)的確定方法a.計算法拉深次數(shù)由所采用的拉深系數(shù)來計算：b.推算法根據(jù)t/D查出m1﹑m2﹑m3……，然后從第一道工序開始依次求半成品直徑,即：

d1=m1D

d2=m2d1

……

dn=mndn-1

一直推算到不大于制件的直徑為止。

c.查表/圖法

2)圓筒形件拉深系數(shù)的分配原則

a.第一次拉深在m>mmin的前提下,m盡量取小值。

b.再次拉深mi>mi-1

c.每次拉深的余度每次拉深的余度要相當(dāng),即:

m2-[m2]≈m3-[m3]≈……≈mn-mn-1

(3)再拉深破裂問題及預(yù)防措施1)產(chǎn)生縱向破裂的原因分析再次拉深時材料不易起皺,故其主要質(zhì)量問題是破裂問題。除了在成形時會產(chǎn)生制件底部的強(qiáng)度破裂外,如圖4-10所示,多次拉深時還常常會產(chǎn)生縱向破裂?？v向破裂多發(fā)生在加工結(jié)束之后,或制件從模具取出時,或短期放置1-2天之后。產(chǎn)生縱向開裂的原因是:圖4-10再拉深時的縱向破裂a(bǔ).屬晶界破裂多次拉深,由于加工硬化,晶粒內(nèi)部強(qiáng)度增加,晶界強(qiáng)度降低,在增大應(yīng)力作用下晶界產(chǎn)生破裂。

b.彎曲和反彎曲產(chǎn)生切向殘余拉應(yīng)力

c.不均勻變形產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力

d.這類破裂多與材料有關(guān)不銹鋼類加工硬化劇烈的材料和熱軋鋼板等晶粒粗大的材料容易產(chǎn)生縱向破裂。2)防止縱向破裂的措施a.增加消除內(nèi)應(yīng)力退火工序b.增大凹模圓角半徑,采用反拉深,減小彎曲與反彎曲變形程度c.減小凸、凹模間隙,帶一點變薄,改變材料所受應(yīng)力狀態(tài)d.帶一點法蘭

e.選擇晶粒細(xì)小、加工硬化小的材料

值得注意的是:目前還沒有建立起產(chǎn)生縱向破裂的判據(jù)或工藝參數(shù)。判斷是否會產(chǎn)生縱裂,主要靠經(jīng)驗。

(4)反拉深

反拉深是將拉深半成品倒放在凹模上進(jìn)行的拉深。加工時坯料內(nèi)、外表面互換,其特點是:

1)徑向應(yīng)力r大,切向應(yīng)力小,坯料不易起皺毛坯與凹模包角為180度,摩擦與彎曲阻力大;不改變彎曲方向。2)拉深系數(shù)可比正拉深小一些由于不需壓邊,從這個角度來看,拉深阻力又可適當(dāng)減小一些。

3)采用雙動沖床,正反拉深可在同一套模具內(nèi)完成

4)受模具壁厚(強(qiáng)度)的限制4.4拉深模具工作部分尺寸計算(1)凸模和凹模工作部分尺寸確定

1)確定凸模和凹模工作部分尺寸時，應(yīng)考慮模具的磨損和拉深件的回彈，其尺寸公差在最后一道工序考慮。

2)最后一道工序凸、凹模工作部分尺寸，應(yīng)按拉深件尺寸標(biāo)注方式的不同，由表4-1所列公式進(jìn)行計算。

凹模尺寸凸模尺寸標(biāo)注外形尺寸標(biāo)注內(nèi)形尺寸尺寸標(biāo)注方式表4-1拉深模工作部分尺寸計算公式(2)凸模的出氣孔尺寸

凸模的出氣孔尺寸可由表4-2查得?！?0＞50～100＞100～200＞2005.06.58.09.5表4-2拉深凸模出氣孔尺寸

mm

凸模直徑()出氣孔直徑()圖4-11拉深凸模出氣孔(3)凸、凹模圓角半徑

1)凹模圓角半徑的選取a.首次拉深凹模圓角半徑:

零件直徑

＞200㎜時:

可以根據(jù)材料種類與厚度來確定。對于鋼件，，對于有色金屬，。

b.以后各次拉深凹模圓角半徑2)凸模圓角半徑的選取a.凸模圓角半徑與凹模圓角半徑的關(guān)系除最末一次拉深工序外，其他所有各次拉深工序中，凸模圓角半徑可取與凹模圓角半徑相等或略小的數(shù)值，參照下式確定。b.最末一次拉深工序凸模圓角半徑的確定最末一次工序中，凸模圓角半徑與制件的圓角半徑相等。對于厚度＜6mm的材料，其數(shù)值不得小于（2～3）t。對于厚度＞6mm的材料，其值不得小于（1.5～2）t。(4)凸凹模間隙

1)基本概念拉深凸凹模間隙指拉深凹模與凸模側(cè)壁之間縫隙的距離，生產(chǎn)中常用單邊間隙來表示。2)合理間隙的選取c過小會增加摩擦力，易使拉深件破裂，且易擦傷表面，降低模具壽命；c過大易使拉深件起皺，且影響工件精度。一般而言:

或：

對于高精度拉深件,其最后一次工序的間隙值按下式選取。式中黑色金屬的系數(shù)取1，有色金屬取0.95。

3)間隙的取向原則多次拉深工序，間隙的取向是沒有規(guī)定的。對于最后一次拉深工序，間隙的取向應(yīng)根據(jù)制件尺寸標(biāo)注方式來確定。尺寸標(biāo)注在外徑的拉深件以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即減小凸模尺寸得到間隙。

尺寸標(biāo)注在內(nèi)徑的拉深件以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，即增加凹模尺寸得到間隙。4.5拉深輔助工序

(1)退火

對于加工硬化明顯的金屬，在多次拉深后，為了恢復(fù)金屬的塑性以便進(jìn)行以后的拉深，可采用退火處理來軟化材料。

退火分高溫退火和低溫退火。高溫退火時，會得到晶粒粗大的組織，影響零件的力學(xué)性能，金屬表面會氧化。故一般采用低溫退火。(2)酸洗

退火后的金屬表面有氧化皮，在繼續(xù)加工時會增加對模具的磨損，一般應(yīng)進(jìn)行酸洗。酸洗的工藝流程是：在加熱的稀酸液中浸蝕后，在冷水中飄洗，再在弱堿中將殘留的酸液中和，最后再在熱水中洗滌，在烘房中烘干。(3)潤滑

拉深過程中，金屬與模具接觸，作用力很大，材料在凹模表面滑動產(chǎn)生摩擦。摩擦力增加了拉深變形阻力，易使制件破裂或劃傷，一般說來對拉深過程不利。另外，摩擦還會降低模具壽命。使用潤滑劑可在材料和凹模表面之間形成一層薄膜，減少摩擦力和磨損現(xiàn)象。拉深工作中選用潤滑劑時，應(yīng)滿足下列要求：1)好的附著性，能承受較大的壓力

2)在金屬表面分布均勻，摩擦系數(shù)小

3)不損壞模具及工件表面的力學(xué)及化學(xué)性能

4)化學(xué)性能穩(wěn)定且容易清洗，對人體沒有毒害

5)原料資源充分，價格低廉

對于圓筒形拉深件而言，潤滑劑應(yīng)涂抹在凹模圓角部位和壓邊面的部位，以及與此部位相接觸的毛坯表面上。切忌在凸模表面或與凸模接觸毛坯面上涂潤滑劑，以防材料沿凸模滑動使材料過度變薄或破裂。

第5章脹形與翻邊5.1脹形

脹形是利用脹形模具，使板平面或圓柱面內(nèi)局部區(qū)域的坯料在雙向拉應(yīng)力作用下，產(chǎn)生兩向伸長變形，厚度減薄，表面積增大，以獲得所需要幾何形狀和尺寸制件的沖壓工序。生產(chǎn)中的起伏成形（壓凸包或加強(qiáng)筋）、圓柱形空心毛坯的鼓肚成形，波紋管及平板毛坯的張拉成形等均屬于脹形成形。

脹形常與拉深、彎曲和翻邊等其它方式的成形同時發(fā)生。某些汽車、拖拉機(jī)覆蓋件和一些復(fù)雜形狀零件成形工序中，常常包含一定程度的脹形成分。在脹形加工中，金屬的流動量小，因此，使坯料變形均勻以及控制整個成形工序中脹形變形量是決定工序成敗及制件質(zhì)量的關(guān)鍵。(1)平板毛坯脹形變形特點

1)變形過程如圖5-1所示，當(dāng)凸模下降與毛坯接觸時，在彎矩和拉應(yīng)力作用下，凹模圓角處的坯料發(fā)生彎曲變形。與此同時，球形凸模底部少量毛坯承受了全部的變形力，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點時，便產(chǎn)生了脹形變形。坯料屈服后產(chǎn)生硬化，變形向外擴(kuò)展，表面積增大,厚度減薄，直至坯料全部包敷凸模?？梢姡浶巫冃问菑澢?，局部脹形以及由于加工硬化，貼模面積增加，脹形向外擴(kuò)展的過程。

a）彎曲、局部脹形b）脹形擴(kuò)展至變形結(jié)束圖5-1脹形變形過程2)脹形變形區(qū)及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)如圖5-1所示，脹形變形過程中，毛坯被帶凸筋的壓邊圈壓緊，外部材料無法流入，變形被限制在凸筋或凹模圓角以內(nèi)的局部區(qū)域。圖5-2顯示了平板毛坯局部脹形成形時，變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力－應(yīng)變狀態(tài)。在變形區(qū)內(nèi)，坯料在雙向拉應(yīng)力作用下，沿切向和徑向產(chǎn)生伸長變形，厚度變薄，表面積增大。a）應(yīng)力狀態(tài)b）應(yīng)變狀態(tài)圖5-2變形區(qū)應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)

3)變形力—行程曲線

與拉深不同，脹形時變形區(qū)是在不斷擴(kuò)大的。由于加工硬化，脹形變形力－行程曲線是單調(diào)增曲線，產(chǎn)生破裂時脹形力達(dá)到最大值。4)應(yīng)變和板厚的分布

圖5-3是平板毛坯局部脹形時的應(yīng)變分布圖。由圖中可見，變形區(qū)內(nèi)徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變?nèi)看笥诹?，而厚度方向的?yīng)變小于零，坯料變薄。

a）徑向和厚度方向應(yīng)變分布b）切向和徑向應(yīng)變分布圖5-3脹形件的應(yīng)變分布和應(yīng)變狀態(tài)圖5)脹形變形規(guī)律服從材料的變形規(guī)律，當(dāng)存在多種變形可能性時，實際的變形方式使得載荷最小。毛坯的外徑足夠大，內(nèi)孔較小時，拉深變形阻力和擴(kuò)孔、翻邊變形阻力大于脹形變形阻力時，變形性質(zhì)由脹形決定。(2)平板毛坯脹形成形極限

1)起伏成形是一種使材料變薄，表面積增大，形成局部凹進(jìn)或凸起來改變毛坯形狀的方法。如圖5-4所示，起伏成形主要用于壓制凸包、加強(qiáng)筋和藝術(shù)裝飾品浮雕。

a）b）a）加強(qiáng)筋和凸包壓制b）汽車前圍壓字圖5-4起伏成形的例子

在寬法蘭件成形中，法蘭寬度大于某值后，法蘭部分不再產(chǎn)生塑性流動。成形靠凹模圓角以內(nèi)材料的變薄，極限成形高度與毛坯直徑無關(guān)，這一階段就是脹形變形階段。它與拉深的分界點取決于毛坯尺寸，材料性能，模具幾何參數(shù)和壓邊力大小，如圖5-5所示，d/D0約在0.38～0.35之間。曲線以上為破裂區(qū)，以下為安全區(qū)，線上為臨界狀態(tài)。圖5-5拉深與起伏成形的分界2)平板毛坯脹形變形程度及成形極限壓凸包:

脹形深度：h

最大脹形深度：hmax

壓筋:(圖5-6)

伸長率：最大伸長率：

≤(0.7～0.75)

圖5-6沖制加強(qiáng)筋時的伸長率

如圖5-7,如果凸包深度大于最大脹形深度，則應(yīng)增加工序。與拉深加工不同,由于脹形時材料變薄嚴(yán)重,工序數(shù)不會太多。前道工序主要目的是使變形均勻,為后道工序準(zhǔn)備材料。圖5-7兩道工序完成的凸形

(2)圓柱形空心毛坯的脹形1)脹形方式a．橡皮（或聚氨酯）凸模脹形該脹形方式如圖5-8所示。由于聚氨酯橡膠優(yōu)良的物理機(jī)械性能，用它作工作介質(zhì)的脹形得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。圖5-8橡皮凸模脹形

b.分塊式凸模脹形如圖5-9所示，采用剛性凸模，凸模必須作成分塊式，以便出模時由楔狀心塊將其分開。分塊式凸模脹形是一種較為傳統(tǒng)的脹形方式。圖5-9分塊式凸模脹形c.液壓脹形如圖5-10所示，用液體作為凸模的脹形方式稱做液壓脹形。

d.石蠟脹形除采用橡皮和液體等軟模來成形外,還可采用石蠟作為傳力介質(zhì)進(jìn)行脹形。

a）直接傾注液體法b）充液橡皮囊法圖5-10液壓脹形2)圓柱形空心毛坯脹形的成形極限

生產(chǎn)中用脹形系數(shù)K表示圓柱形空心毛坯脹形的變形程度。用最大脹形系數(shù)Kmax表示其破裂成形極限。

脹形系數(shù):K=dmax/d

脹形時對毛坯軸向加壓，脹形成形極限可以增大。對毛坯變形區(qū)局部加熱會顯著增大脹形變形程度。(3)影響脹形成形極限的因素

1)材料性能加工硬化指數(shù)n值對脹形成形極限的影響極大。n值大，加工硬化能力強(qiáng)，可促使應(yīng)變分布趨于均勻化，同時還能提高材料的局部強(qiáng)度，故成形極限也大。2)變形均勻程度脹形破裂發(fā)生在板料厚度減薄最大部位。變形均勻，板料厚度減薄均勻能獲得較大的脹形變形程度。

3)制件形狀和尺寸就球形凸模和平底凸模而言,球形凸模脹形時，應(yīng)變分布比較均勻，能獲得較大的脹形變形程度。

4)潤滑條件、變形速度及材料厚度

5.2翻邊

利用模具把板料上的孔緣或外緣翻成豎邊,或?qū)A柱形空心毛坯的口部翻出法蘭的沖壓工序。翻邊總是與彎曲同時發(fā)生。如圖5-11，翻邊可分為直線翻邊、伸長類翻邊、壓縮類翻邊和復(fù)合翻邊四種形式。直線翻邊即彎曲，壓縮類翻邊的本質(zhì)與拉深相同。此外，按材料厚度變化情況，翻邊還可分為普通翻邊與變薄翻邊兩類。

a）b）c）d）

a）直線翻邊b）伸長類翻邊c）壓縮類翻邊d）復(fù)合翻邊圖5-11四種基本翻邊形式(1)內(nèi)孔翻邊的變形特點

1)變形過程如圖5-12所示，帶有圓孔的環(huán)形毛坯被壓邊圈壓緊，當(dāng)壓力機(jī)滑塊下行時，板料在凸模作用下產(chǎn)生彎曲的同時，毛坯中心孔不斷擴(kuò)大，凸模下面的材料向側(cè)面轉(zhuǎn)移，直到完全貼靠凹模側(cè)壁形成直立的豎邊。因此，內(nèi)孔翻邊變形過程實質(zhì)是彎曲、擴(kuò)孔和翻邊的變形過程。a）翻邊過程b）變形區(qū)應(yīng)力,應(yīng)變狀態(tài)圖5-12內(nèi)孔翻邊2)變形區(qū)及變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)內(nèi)孔翻邊時，變形區(qū)被限制在凹模圓角以內(nèi)的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)。與拉深成形通過將板料沿圓周方向壓縮來形成側(cè)壁相反，內(nèi)孔翻邊是在板料向凹模圓角彎曲的同時，通過將板料沿圓周方向拉長形成側(cè)壁的過程。如圖5-12b所示，變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)為雙向拉應(yīng)力狀態(tài)，即σ＞0、σr≥0?？走吘壧帲捎趶较虿牧峡梢宰杂勺冃?，σr為零而σ達(dá)到最大值。由孔邊緣向凹模圓角處過渡，徑向應(yīng)力逐漸增大而切向應(yīng)力逐漸減小。與脹形變形時板平面的雙向伸長變形不同，內(nèi)孔翻邊成形時，在雙向拉應(yīng)力作用下，板料沿圓周方向伸長，ε＞0，徑向收縮,εr＜0。

3)變形力—行程曲線翻邊變形力由凹模圓角處坯料的彎曲力和擴(kuò)孔、翻邊變形阻力兩部分組成。如圖5-13所示，由于變形區(qū)域的減小和加工硬化對擴(kuò)孔、翻邊力影響的相反效果，力-行程曲線與拉深類似，也呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。翻邊力還受到凸模底部形狀的很大影響，平底凸模成形力較大，球底凸模的成形力較小。

圖5-13內(nèi)孔翻邊的力-行程曲線

4)應(yīng)變和板厚的分布由5-14可見，內(nèi)孔翻邊時,切向應(yīng)變大于零，厚向應(yīng)變小于零，屬伸長類變形,孔邊緣厚度減薄嚴(yán)重，應(yīng)變分布極不均勻。內(nèi)孔的孔緣在單向拉應(yīng)力作用下，切向伸長變形引起厚度變薄最嚴(yán)重，一旦變形超過了材料的伸長率，該處就會產(chǎn)生破裂。把這種因材料局部塑性變形量過大引起的破裂叫做塑性破裂，它決定了伸長類翻邊的成形極限。a）應(yīng)變分布圖b）應(yīng)變狀態(tài)圖圖5-14內(nèi)孔翻邊的應(yīng)變分布與應(yīng)變狀態(tài)圖5)內(nèi)孔翻邊的變形規(guī)律如圖5-15,變形性質(zhì)與毛坯尺寸、凸凹模圓角半徑及形狀、模具間隙等因素有關(guān)。變形服從材料的變形規(guī)律,毛坯外徑足夠大，預(yù)制孔直徑較大或壓邊力大時，拉深變形和脹形變形阻力大于擴(kuò)孔翻邊變形阻力。在這種情況下，變形的性質(zhì)由內(nèi)孔翻邊或擴(kuò)孔變形來決定。

圖5-15取決于D0/d1和d0/d1組合的各種翻邊情況(2)成形極限及其影響因素

1)翻邊系數(shù)Kf

和最小翻邊系數(shù)Kfmin的概念生產(chǎn)中用翻邊系數(shù)Kf來表示圖5-16圓孔翻邊的變形程度。翻邊時孔邊不破裂達(dá)到最大變形程度時的值稱為最小翻邊系數(shù)，用Kfmin表示，它表示了圓孔翻邊的成形極限。圖5-16內(nèi)孔翻邊2)影響最小翻邊系數(shù)Kfmin的因素a.材料性能材料的伸長率δ值、硬化指數(shù)n值與塑性應(yīng)變比γ值愈大，則Kfmin愈小，翻邊的極限變形程度越大。b.預(yù)制孔狀況(鉆孔或沖孔，有無毛刺)c.毛坯的相對厚度(以t/D或d/t表示)

e.凸模工作部分形狀例如,采用球形（拋物線形或錐形）凸?？傻玫奖绕降淄鼓Ｐ〉姆呄禂?shù)。

f.翻邊孔的形狀圖5-17非圓形孔翻邊

圖5-18非圓形孔翻邊的實例第6章復(fù)合成形

復(fù)合成形是指同時或分先后具有兩種或兩種以上變形性質(zhì)的沖壓工序。前面論述的沖裁、彎曲、拉深、脹形、翻邊都是最基本的沖壓工序。然而，在沖裁加工中，存在著板料的彎曲變形；拉深加工總是與彎曲和脹形同時或分先后進(jìn)行；脹形、翻邊加工中也總是伴隨著有彎曲或拉深變形的成分。嚴(yán)格地說，幾乎所有的沖壓工序都是由基本工序以不同的方式和不同的比例組合起來的復(fù)合成形工序。

在加工球面、錐面和拋物面等曲面形狀的零件，矩形盒和寬法蘭拉深件，汽車、拖拉機(jī)上的許多覆蓋件和一些復(fù)雜形狀的零件時，很難確定其占主導(dǎo)地位的沖壓工序性質(zhì)，我們稱這類零件為復(fù)合成形件。6.1復(fù)合成形的變形特點

(1)半球形件的變形過程

如圖6-1所示,球面形狀零件的成形過程為：彎曲、脹形、脹形－拉深復(fù)合成形、拉深成形的變形過程。對這類零件，確定成形過程中脹形占主導(dǎo)地位、還是拉深占主導(dǎo)地位是有一定難度的。

a）初始狀態(tài)b）應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)圖6-1球面零件的變形過程(2)主要變形區(qū)

與拉深變形集中在法蘭部分，平板毛坯脹形變形集中在凹模圓角以內(nèi)的局部區(qū)域不同，半球形件的變形區(qū)為整個坯料。

（3)變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)

如圖6-1b所示，徑向應(yīng)力為拉應(yīng)力，切向應(yīng)力由拉應(yīng)力逐漸變?yōu)閴簯?yīng)力，存在一應(yīng)力分界圓；徑向應(yīng)變?yōu)樯扉L應(yīng)變，切向應(yīng)變由伸長應(yīng)變逐漸過渡到壓縮應(yīng)變，厚向應(yīng)變由壓縮應(yīng)變逐漸過渡到伸長應(yīng)變，存在一應(yīng)變分界圓。在變形過程中，應(yīng)力和應(yīng)變分界圓的位置是變化的。

(4)半球形件的變形規(guī)律

成形過程中，變形模式轉(zhuǎn)變的遲早，以及脹形和拉深在整個成形中所占的比例與多種因素有關(guān)。只有當(dāng)脹形和拉深變形阻力相等時，才會同時產(chǎn)生脹形和拉深變形。因此，沖壓生產(chǎn)中的復(fù)合成形是從廣義上講的復(fù)合成形，既包括同時發(fā)生的兩種或兩種以上不同性質(zhì)的變形，也包括了因條件改變而發(fā)生變形模式的轉(zhuǎn)換，即復(fù)合成形是指整個變形過程中，多種變形性質(zhì)沖壓工序的復(fù)合。

(5)復(fù)合度與復(fù)合成形性能

從成形和成形性能角度來看，復(fù)合的含義是不同的。如圖6-2，從成形角度看，可用復(fù)合度表示脹形或拉深在變形中所占比例。用ls/L(As/A)表示脹形復(fù)合度或用ld/L(Ad/A)表示拉深復(fù)合度。

圖6-2復(fù)合成形的構(gòu)成

從成形性能角度看，不能由復(fù)合度大小確定占主導(dǎo)地位工序的性質(zhì)。從破裂極限看，即使脹形小于拉深成分很多，也會造成破裂；從起皺界限看，即使有少量拉深，也可能會產(chǎn)生折皺。另外,即使脹形成分大，如脹形成分隨材料不同變化很小時，對破裂極限或由破裂確定的成形性的影響就小。因此，必須考慮材料不同引起拉深和脹形的變化率。6.2球形件的成形

(1)球形件的成形方法

如圖6-3所示，球形件可分為半球形件（圖a）與非半球形件（圖b、c、d）兩類。a）半球形件b）、c）、d）非半球形件圖6-3各種球形零件

半球形件的拉深系數(shù)為：m=d/D=0.71它是與零件直徑無關(guān)的常數(shù)。由于半球形件成形時，坯料懸空部分較多，容易產(chǎn)生內(nèi)皺(圖6-4），故毛坯相對厚度t/D是決定成形難易程度和選定成形方法的主要依據(jù)。圖6-4半球形件的內(nèi)皺1)(t/D)×100＞3坯料較厚，抗皺能力較強(qiáng)，可不用壓邊一次成形。如圖6-5所示，為了保證表面質(zhì)量，通常對這類制件應(yīng)進(jìn)行整形。圖6-5帶整形的成形模2)(t/D)×100=0.5～3

一般需加壓邊裝置進(jìn)行成形。

3)(t/D)×100＜0.5

由于坯料較薄，抗皺能力差，故必須采取有效的防皺措施。

對于成形圖6-3d所示的淺半球零件，成形方法按制件幾何形狀可分為兩類。當(dāng)時,采用圖6-5所示的帶底成形模；當(dāng)時,采用強(qiáng)力壓邊裝置或采用帶拉深筋的模具。必要時需增加工藝補(bǔ)充面，成形后切除。(2)克服半球形件內(nèi)皺的措施

內(nèi)皺產(chǎn)生的原因是切向壓應(yīng)力超過其臨界值。為了克服內(nèi)皺，必須降低切向壓應(yīng)力。降低切向壓應(yīng)力最有效的方法是增大徑向拉應(yīng)力。生產(chǎn)中常采用下述措施來防止內(nèi)皺。

1)如圖6-6a,增加拉深筋或拉深檻。

2)如圖6-6b所示,采用反向拉深。a）增加拉深筋b）反向成形c）正、反復(fù)合成形圖6-6半球形件成形時的防皺措施3)如圖6-5c所示,用正、反復(fù)合拉深該項措施的關(guān)鍵是圖中α、c和R等參數(shù)的確定。

4)增加工藝補(bǔ)充面為了增大徑向拉應(yīng)力，可適當(dāng)增大毛坯尺寸，使半球形件帶有（0.1～0.2）d的直邊或（0.1～0.15）d的法蘭邊,成形后再將其切除。

對較大的球形件，可采用圖6-7所示帶內(nèi)、外兩圈拉深筋的凹模。外圈拉深筋比內(nèi)圈稍高些（高出料厚的兩倍）。圖6-8所示的鋁-鋼復(fù)合材料炒鍋采用這種模具結(jié)構(gòu)取得了很好的效果。

圖6-7帶內(nèi)、外拉深筋的模具結(jié)構(gòu)圖6-8鋁-鋼復(fù)合材料炒鍋6.3錐形與拋物線形件的成形

(1)錐形件的成形

與半球形件不同的是，脹形變形集中在錐底圓弧過渡區(qū)，變形不均勻。成形的難易程度取決于制件的幾何參數(shù)（見圖6-9）即：相對高度h/d、錐度α及毛坯相對厚度t/D。圖6-9錐形成形件

按制件相對高度、錐度及毛坯相對厚度，錐形件有不同的成形方法。

1)淺錐形件指h/d＝0.1～0.25，α＝50°～80°一類零件。脹形力大時，以拉深和彎曲為主。由于塑性變形不足，回彈量大，對形狀要求高時，需加壓邊力，加大徑向拉應(yīng)力。2)中錐形件指h/d＝0.3～0.7,α＝15°～45°的一類零件。分成三種情況。當(dāng)(t/D)×100>2.5時,用無壓邊的成形模一次成形。當(dāng)(t/D)×100=1.5～2.0時,用帶壓邊裝置的模具一次拉出。對于(t/D)×100<1.5和寬法蘭的情況，如圖6-10所示，首次拉出大圓角或半球形圓筒件，然后按圖紙成形。首次成形主要是彎曲和脹形變形，當(dāng)脹形力大于拉深力時，逐漸以拉深為主。圖6-10大圓弧過渡