补充：精整、局部、大型

第5章精整成形与局部成形 5 1精整成形 5 1 1校平冲裁后制件会产生穹弯 特别是用无压料装置的连续模冲裁所得的制件更不平整 对于平直度要求比较高的零件需要在冲裁工序后进行校平 根据板料的厚度和对表面要求的不同 校平可以分为光面模校平或齿形模校平两种 对于薄料质软而且表面不允许有压痕的制件 一般应采用光面模校平 如图5 1所示 图5 1光面校平模 对于薄料质软而且表面不允许有压痕的制件 一般应采用光面模校平 如图5 1所示 光面模对改变材料内部应力状态的作用不大 校平的效果较差 特别是对于高强度材料的零件校平后仍有较大回弹 在实际生产中 有时将工序件正反面交错堆叠起来校平 以提高校平的效果 为了使校平不受压力机滑块导向精度的影响 校平模最好采用浮动式结构 当制件平直度要求比较高 材料比较厚或者强度极限比较高 材质较硬时 通常采用齿形校平模进行校平 齿形模有细齿和粗齿两种 齿形尺寸如图5 2所示 图 a 为细齿 图 b 为粗齿 上齿与下齿相互交错布置 图5 2用齿面校平 5 1 2整形经过弯曲 拉深或其他成形工序加工之后 制件已基本成形 但可能圆角半径还太大 或是某些形状和尺寸还没有达到零件的要求 就需要进一步整形 整形模和前一道预成形工序所用的模具大体相似 只是要求工作部分精度更高 表面粗糙度更低 圆角半径和凸 凹模间隙更小 为了得到较好的整形效果 对于弯曲件可以采用如图5 3所示的整形方法 这时要取半成品的长度稍大于成品要求的长度 整形时 工件在上下表面受到压应力作用的同时还在长度方向因变形受到模具凸肩的限制而产生纵向压力 由于整个横截面上都是比较均匀的压应力 有利于减少弯曲回弹变形 所以整形后弯曲件的形状和尺寸精度较高 但是对于带大孔的工件或宽度不等的弯曲件不能用这种方法进行整形 图5 4所示为带凸缘拉深件的整形 整形的部位为凸缘平面 侧壁 底平面和口部 底部的圆角半径 整形时由于圆角半径变小 需要从邻近区域的材料给予补充 如果邻近材料流动受到限制 则只有靠变形区本身材料变薄来实现 这时 变形部位材料的伸长以2 5 左右为宜 过分伸长 则制件可能破裂 图5 3弯曲件的整形 图5 4拉深件的整形 5 2局部成形 5 2 1翻边翻边是将制件的内孔边缘或外边缘翻成竖立或成一定角度的直边 翻边在冲压生产中是常用工序之一 如图5 5所示 根据制件边缘轮廓性质的不同 翻边可以分为内孔翻边 图 a 和外缘翻边 图 b 根据制件边缘轮廓形状的不同 翻边又分为凸缘翻边 图 b 下图 和凹缘翻边 图 b 上图 两种 此外 根据翻边成形后材料厚度的变化情况 还可分为不变薄翻边 统称翻边 和变薄翻边两种 图5 5翻边 5 2 1 1圆孔翻边1 圆孔翻边的变形特点和翻边系数圆孔翻边同样可以采用网格法 通过观察网格在变形前后的变化来分析变形 如图5 6所示 图5 6内孔翻边的变形情况 由图中可以看出其变形区在直径d和D1之间的环形部分 在翻边后 坐标网格由扇形变成了矩形 可见变形区材料沿切向伸长 愈靠近孔口伸长愈大 接近于单向拉伸应力状态 切向应变是三个主应变中最大的主应变 同心圆之间的距离变化不明显 可见径向变形很小 径向尺寸略有减少 竖边的壁厚有所减薄 尤其在孔口处 减薄较为严重 图中所示的应力 应变状态反映了上述分析的这些变形特点 圆孔翻边的主要危险在于孔口边缘被拉裂 破裂的条件取决于变形程度的大小 圆孔翻边的变形程度以翻边前预制孔直径d与翻边后孔径D的比值K来表示 即 K称为翻边系数 显然 K值恒小于1 K值愈小 变形程度愈大 翻边时在孔边不破裂的条件下所能达到的最小K值 称为极限翻边系数 以Kmin表示 5 3大型覆盖零件的成形 大型覆盖零件主要是指汽车 拖拉机等车身部位的大型零件 如图5 26所示 图5 26大型覆盖件零件 这类零件具有形状复杂 多为空间曲面 轮廓尺寸大 表面质量要求高 光滑 美观 刚性好 冲压成形难度比较大等特点 它的制造过程要经过板料的切断或局部切角 拉深 修边 翻边 冲孔等多道工序才能完成 5 3 1覆盖件成形工艺的主要特点覆盖件的成形过程如图5 27所示 图5 27覆盖件的成形过程示意图 成形过程包括 坯料放入 坯料因其自重作用有一定程度的向下弯曲 通过压边装置压边 同时压制拉深筋 凸模下降 板料与凸模接触 随着接触区域的扩大 板料逐步与凸模贴合 凸模继续下移 材料不断被拉入模具型腔 并使侧壁成形 凸 凹模合模 材料被压成模具型腔形状 继续加压使工件定型 凸模到达下止点 卸载 覆盖件成形往往不是单纯拉深而是拉深和胀形 甚至是拉深 胀形和弯曲等的复合成形 它有如下特点 覆盖件成形不论其形状如何复杂 常采用一次拉深工序 完成全部空间曲面形状 包括表面的棱线 筋条和鼓包等 的成形 由于覆盖件几何形状不规则 将引起变形不均匀 为了调整和控制金属的流动阻力 拉深时常采取添加工艺补充面以及在凹模面上加设拉深筋等的措施 来改善金属在压边圈下的流动 使变形趋向均匀 防止起皱与拉裂 对大型覆盖件成形 需要较大和较稳定的压边力 为此 常采用双动压力机 为易于拉深成形 常选用如08钢等含碳量低的塑性好 表面质量好和尺寸精度高的材料 制订拉深工艺和设计模具所依据的 不只是覆盖件零件图 还需要尺寸为1 1的主模型 覆盖件表面样件 5 3 2覆盖件成形工艺性分析为了保证覆盖件质量 应注意以下几个方面 1 覆盖件深度由于是一次性成形 覆盖件曲面形状沿拉深方向的实际深度应浅一些 各处深度的变化尽可能平缓均匀 2 拉深工序与其他后续工序的配合拉深工序要为随后的修边和翻边工序提供方便的条件 如模具结构 工件定位 送料取件等 3 覆盖件上装饰棱线 筋条 凹凸平台等的成形一般采取加大圆角和使其侧壁改为倾斜 靠局部材料变薄 将其在拉深时同时压出 4 对称件一次冲压对尺寸不大的左右对称的覆盖件 可将左 右件合并在一起冲压成形 然后再将其切开 5 合理的毛坯形状和尺寸覆盖件的毛坯形状和尺寸对其成形影响较大 选用标准板料尺寸时 应核算并对比其材料利用率 5 3 3覆盖件成形工艺参数的确定5 3 3 1拉深方向确定拉深方向 就是确定零件在模具中的三个坐标 x y z 位置 合理的拉深方向应符合下列原则 保证能将制件一次拉成 不应有凸模接触不到的死角或死区 一般要求制件侧边与冲压方向构成的斜角 10 图5 28表示为满足制件底部鼓包在水平面进行反向成形的需要而确定的拉深方向 图5 28使覆盖件鼓包水平面上反向成形所确定的拉深方向 保证成形时凸模与坯料接触状态良好 开始拉深时 凸模与拉深毛坯的接触面积要大 接触面应尽量靠近凸模中心 如图5 29所示 图5 29凸模与毛坯的接触状态 尽可能使凸模两侧与坯料的倾角基本一致 能使由两侧流入凹模内的变形材料保持均匀 凹模型腔内的材料不会产生皱折 压边面上的材料也不会起皱 凸模表面同时接触毛坯的点要多而分散 并尽可能分布均匀 以防止毛坯窜动 同时避免因接触面积小而集中 造成材料局部开裂 尽量减小拉深深度 并使成形深度尽可能均匀 值得注意的是拉深凹模内的反向鼓包必须低于坯料的压边面 如图5 30所示 图5 30凹模形状与压边面的关系1 凸模 2 凹模 3 压边面 如果凹模内的鼓包高于压边面 则在拉深成形开始之时 凹模内的鼓包平面最先和变形坯料面相接触 使坯料产生了弯曲变形 从而使零件在随后的拉深中出现大皱纹 甚至会产生折叠 从考虑后续修边 冲孔等工序的方便来确定拉深方向 5 3 3 2工艺补充面工艺补充面是指为弥补覆盖件在冲压成形过程中的工艺缺陷 在覆盖件本体部分以外另行增添的必要的材料补充 增添工艺补充面的目的是改善覆盖件成形时的工艺条件 例如对流入凹模过快的部位实行限流 促使材料各处的变形均匀 或者为了方便覆盖件成形中的定位及后续的修边 翻边等工序 工艺补充面在覆盖件成形后将被修剪掉 图5 31工艺补充部分 5 3 3 3压边面压边面是位于凹模圆角半径以外的那一部分坯料 压边面与成形零件的关系存在两种情况 压边面就是覆盖本身的凸缘面 即覆盖件本体的一部分 压边面是由工艺补充面所组成的 需拉深后切除 确定压边面的形状时 应着重考虑以下几点 压边面应为平面 圆柱面 圆锥面或曲率很小的双曲面等可展开面 如图5 32所示 图5 32常用的压边面几何形状1 平面 2 圆柱面 3 圆锥面 4 直曲面 压边面应能保证坯料被压紧后不产生局部的起伏 折棱和皱褶现象 在坯料变形时由压边引起的塑性流动阻力小 材料向凹模腔内流动顺利 压边面与拉深凸模的几何形状之间应满足如下的关系 L L1 式中 L为凸模形状展开长度 mm L1为压边面形状展开长度 mm 为凸模仰角 为压边面仰角 如图5 33和图5 34所示 图5 33压边面展开长度与凸模展开长度的关系 图5 34凸模仰角与压边面仰角的关系 当L 时 则压边面下会产生多余材料 这部分多余材料拉入凹模腔后 将由于延展不开而形成皱纹 压边面的形状应为一定的弯曲形状 这有利于降低覆盖件的成形深度 同时 压边面的形状还应方便覆盖件坯料的定位和送料 5 3 3 4工艺切口工艺切口是汽车覆盖件成形中用来增大坯料局部变形程度的工艺措施 当在制件上需压出深度较大的局部突起或鼓包 而又不易从外部得到足够材料补充时 可考虑在工件需要冲孔的区域 先冲工艺切口 或孔 以便从变形区内部得到材料补充 同时 也可降低变形区应力 避免局部开裂 工艺切口的冲制 落料时冲出 用于较浅的局部成形 拉深过程中冲出 用于局部成形深度较大的零件 在坯料成形过程中切制工艺切口时 不应将切割的材料与零件完全分离 否则切口废料的消除比较困难 消除不净的废料还会划伤零件表面 5 3 3 5拉深筋 拉深槛 的设置设置拉深筋 拉深槛 的目的在于 增加材料变形阻力 使被压边面包围的材料有足够的变形硬化 提高制件刚度 调节坯料上各处材料的流动状况 使其变形均匀一致 防止毛坯起皱 降低对坯料与压边面接触状态的要求 提高压边效果 增加成形稳定性 拉深筋和拉深槛的选用由覆盖件的成形形状和变形条件来决定 拉深筋 拉深筋的结构如图5 35所示 剖面是半圆弧状 一般做在压边圈上 凹模上则开出相应的槽 拉深筋的数量和形式可根据需要灵活变化 所以应用广泛 但其阻流作用不如拉深槛大 图5 35拉深筋的结构 拉深槛 拉深槛的结构如图5 36所示 剖面形状呈梯形 类似门槛形状 安装于凹模的洞口部位 它对材料的阻流作用比拉深筋大 拉深槛主要用于曲率特别大 外形平坦和拉深深度浅的制件 图5 36拉深槛的结构 5 3 4覆盖件拉深模5 3 4 1覆盖件拉深模的结构特点根据所用压力机类型的不同 覆盖件拉深模分为单动压力机用拉深模和双动压力机用拉深模 图5 37所示为单动压力机用拉深模的典型结构 主要拉深形状简单 深度较浅的拉深件 图5 37单动拉深模1 凹模 2 压边圈 3 调整垫 4 气顶柱 5 导板 6 凸模 凹模1固定在压力机的滑块上 压边圈2由气顶柱4和调整垫3所支承 凸模6与下模座连为一体固定在工作台上 压力机滑块下行时凹模先将毛坯压紧在压边圈2上 再继续下压 直到下止点 将拉深毛坯拉深成凸模6的形状 气垫压紧力在拉深过程中基本保持不变 5 3 4 2覆盖件拉深模工作部分尺寸的结构设计1 凹模设计凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉深圆角 拉深毛坯是通过凹模圆角逐步进入凹模内腔 直至拉深成凸模的形状 由于拉深件上有装饰棱线 装饰肋条 装配用凸包 凹坑等 若要一次成形 凹模结构除压料面和拉深圆角外 装设在凹模内的成形用的凸模或凹模 也属于凹模结构的一部分 凹模根据其底部结构的不同 分为闭式凹模和通口式凹模 图5 39为闭式结构 在拉深模中 绝大多数都采用这种结构 图5 39微型车后围双动拉深模1 起重棒 2 定位块 3 11 通气孔 4 凸模 5 导板 6 压料圈 7 起重棒 8 凹模 9 顶件装置 10 定位键 12 到位标志器 13 防磨板 14 限位块 图5 40为通口式凹模 用于形状