1、第三章第三章 其他冲压模具设计其他冲压模具设计第一节第一节 弯曲模设计弯曲模设计第二节第二节 拉深模设计拉深模设计第三节第三节 成形工艺与模具成形工艺与模具第四节第四节 冷挤压工艺与模具冷挤压工艺与模具第一节第一节 弯曲弯曲模设计模设计 弯曲是将平直板材或管材等型材，通过冲模弯成一定角度和形状的冲压加工方法。用弯曲方法成形的制件种类很多，如汽车纵梁、自行车把手、各种电器零件的支架、门窗铰链、配电箱外壳等。弯曲既可在压力机上进行，也可在专用设备（如折弯机、弯管机、滚弯机、拉弯机和自动弯曲机等）上进行。一、弯曲变形过程及特点一、弯曲变形过程及特点弯曲成形a）压弯 b）拉弯c）折弯 d）滚（辊）弯
2、1变形过变形过 程程 压弯变形过程是依靠弯曲模的压料动作，使坯料发生弯曲的。以板料在V形模内校正弯曲为例，弯曲时，在凸模的压力下，板料受弯矩作用，产生变形，其主要过程及说明见下表。2变形特点变形特点 首先，弯曲变形只发生在弯曲中心角所围成的扇形区域，直边部分不发生塑性变形。其次，弯曲变形后，在坯料变形区域内，纤维沿厚度方向的变形不同，即内层纤维受压而缩短；外层纤维受拉而伸长；在内层与外层之间存在着一层既不伸长也不缩短的中性层纤维。开始弯曲 板料毛坯自由弯曲凸模下压 板料毛坯与凸模工作表面逐渐靠紧，板料内层（上表面）弯曲半径和板料弯曲力臂逐渐变小继续下压 板料弯曲变形区域逐渐减小，直到与凸模三点
3、接触，板料内层（上表面）弯曲半径和板料弯曲力臂继续变小行程终了 凸模、凹模对弯曲毛坯进行校正，使其圆角、直边与凸模及凹模弯曲贴紧V形弯曲变形过程二、弯曲模典型结构二、弯曲模典型结构 弯曲模的结构主要取决于弯曲件的形状及弯曲工序的安排。最简单的弯曲模只有一个垂直运动；复杂的弯曲模除了垂直运动外，还有一个乃至多个水平动作。1V形件弯曲模形件弯曲模 V形件弯曲1模柄 2销钉 3凸模 4定位5凹模 6顶杆 7弹簧 V 形件弯曲模的基本结构如图所示，图中顶杆6和弹簧7组成顶件装置。工作行程时，顶件装置起压料作用，可防止坯料横向移位；回程时，顶件装置将制件从凹模内顶出。这种模具结构简单，对材料的厚度公差要
4、求不高，在压力机上安装调试也较方便，而且制件在弯曲冲程终端得到误差校正，因此，回弹较小，制件的平面度较好。V形件折板式弯曲模1凸模 2铰链芯轴 3顶杆 4凹模5立板 6下模板 7支架 8铰链 9定位板 如图所示为V形件折板式弯曲模，其主要特点是凹模4由两块平板构成，中间以铰链8连接，铰链芯轴2可沿支架7的长槽上下滑动。不工作时，两个顶杆将两块凹模板顶起，成为一个平面，这时支架起限位作用。工作时，在凸模1的压力下，两凹模板将绕铰链芯轴翻转，铰链芯轴沿支架槽下滑，这时支架又起导向作用。在弯曲过程中，制件始终与凹模板保持大面积接触，即使直边较窄，也能弯成尺寸精确的V形件。回程时，两凹模板在顶杆反顶力
5、的作用下被顶起，并重新成为平面形状，取放制件都很方便。2U形件弯曲模形件弯曲模顺出件U形件弯曲模 如图所示为顺出件U形件弯曲模，其主要特点是模具结构简单，弯曲后的制件可顺下模板漏件孔漏下，不需手工取走制件。但缺点是不能进行校正弯曲，制件回弹较大，底部不够平整。故适用于高度较小、尺寸精度要求不高，对底部平整度没有要求的小型U形件的弯曲成形，弯曲半径和凸、凹模间隙应取较小值，以减小回弹。逆出件U形件弯曲模 如图所示为常用的逆出件U形件弯曲模，其主要特点是：在凹模5内设置一反顶板3，反顶力来自装在下模板6底部的通用弹顶装置。弯曲时始终能对制件底部施加较大的反顶压力，故制件底部能保持平整。同时，利用制
6、件上的工艺孔设置了定位销钉2，对制件进行定位并有效地防止坯料在弯曲过程中的滑动偏移。并在凸模1对应定位销处设置让位孔。如果要进行校正弯曲，反顶板可作为凹模底使用。回程时，反顶板又能将工件从凹模内顶出。1凸模 2定位销钉 3反顶板4定位板 5凹模 6下模板 弯曲角小于90的U形件弯曲模 对于弯曲角小于90的U形件，可在弯角处设置活动凹模镶块，弯曲模下降到与镶块接触时，活动凹模摆动使材料包紧凸模，完成弯曲，如图所示。1凸模 2定位板 3弹簧 4回转凹模 5限位钉3L形件弯曲模形件弯曲模L形件弯曲模 如图所示为L形件弯曲模。由于是单边弯曲，弯曲时坯料容易移位，并且凸模1将承受较大的侧向力，结构中采用
7、反顶板及定位销来有效地防止弯曲时坯料的偏移。图a的定位销装在反顶板5上，图b的定位销则装在凹模3上。挡块2的作用是平衡上、下模之间水平方向的侧向力；同时，也为顶板或凸模导向，防止其窜动。在凸模接触板料之前，就应先靠住挡块，为此，挡块应高出凹模端面。a）定位销装于反顶板 b）定位销板装于凹模4Z形件弯曲模形件弯曲模Z形件弯曲模1顶板 2托板 3橡胶 4压块 5上模座 6、7凸模 8下模座 由于Z形件两直边折弯方向相反，所以弯曲模必须有两个方向弯曲的动作。如图所示为Z形件弯曲模典型结构，该模具由两个凸模联合弯曲。为防止坯料的偏移，设置了定位销及弹性顶板1。定位销和挡料销为定位元件，两侧侧压块能克服
8、上、下模之间水平方向的错移力。5形件弯曲模（四角弯曲模）形件弯曲模（四角弯曲模）形件有四个角要弯曲，这一类制件可以一次弯曲成形，也可以分两次弯曲成形。图a所示为一次成形弯曲模。在弯曲过程中由于凸模肩部阻碍了坯料的转动，加大了坯料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁容易擦伤和变薄，弯曲后容易产生较大的回弹，使直边不直，上口尺寸偏大。当弯曲件高度较小时，上述影响不大。但当材料厚，弯曲件较高，圆角半径小时，这一现象比较严重。根据经验，对于H（810）t，t1mm的形件，如果尺寸精度要求不高，可以采用一次成形的模具。图b所示一次成形弯曲模可用于r很小制件的弯曲，尺寸精度较高，但模具结构复杂。形件的一次成
9、形弯曲模a）适于尺寸精度不高制件 b）适于尺寸精度较高制件 如图所示为两次形弯曲模。当H（1215）t，特别是弯曲半径r 较小，尺寸精度要求较高时采用。第一次弯曲时，将坯料弯成U形；第二次弯曲时，利用弯曲凹模的外形兼作半成品坯件的定位，然后弯成形。因为工序件倒扣在凹模上，工件高度越小，凹模壁厚就越薄，为了保证凹模的强度，需H（1215）t。由于采用两套模具弯曲，因此避免了一次成形弯曲时出现的问题，提高了弯曲件的质量。形件的两次成形弯曲模a）第一次弯曲 b）第二次弯曲一次弯曲成型的复合弯曲模1凸凹模 2活动凸模 3凹膜 4顶板 如图所示为一次弯曲成形的复合弯曲模。凸凹模1既是弯曲U形件的凸模，又
10、是弯曲形件的凹模。弯曲时，凸凹模1下行，先将坯料通过凹模3压弯成U形，凸凹模1继续下行与活动凸模2作用，将工序件弯成形。这种结构需凹模下腔空间较大，以方便制件侧边的摆动。由于弯曲过程中坯料未被夹紧，易产生偏移和回弹，制件的尺寸精度较低。摆块式形件弯曲模1凹模 2活动凸模 3摆块 4垫板 如图所示为一次弯曲成形复合弯曲模的另一种形式。弯曲时，在弹顶装置弹力的作用下，活动凸模2与下行的凹模1一起压紧中间坯料，将其弯成U形。凹模1继续下行，当推件器与凹模底面接触时，强迫活动凸模2向下运动，迫使摆块3向外运动至水平，在摆块作用下弯成形。这种弯曲模的缺点是结构复杂。6圆形件弯曲模圆形件弯曲模圆形件的弯曲
11、方法根据圆的直径大小而不同，其弯曲方法可分为三类。对于直径不大于5mm的小圆形弯曲件 对于直径不小于20mm的大圆形弯曲件 对于直径为1040mm，材料厚度约1mm的圆形件 小圆形件一次弯曲成形模1凸模 2导柱 3芯轴 4支架 5导套 6凹模固定板 7凹模镶件 8压料板 （1）对于直径不大于5mm的小圆形弯曲件，一般是先弯成U形，再将U形弯成圆形。由于弯曲件小，分次弯曲操作不便，如要求获得较高精度的弯曲件时，可采用如图所示芯轴卷圆模，毛坯在凹模固定板6的定位槽中定位。当模具工作时，芯轴3和凹模镶件7将毛坯预弯成U形。在芯轴下压时，压缩弹簧被压缩，使凸模1的圆弧成型面将U形再弯成圆，并包在芯轴上
12、。上模回程后拉动芯轴手轮卸下弯曲件。该结构要求所设计的上模弹簧压力，应大于首先将毛坯预弯成U形时的压力，才能实现圆形件的弯曲。大圆筒两次弯曲模1支撑板 2凸模 3定位板 （2）对于直径不小于20mm的大圆形弯曲件，其弯曲方法是先用简单模将毛坯弯成三个120的波浪形，然后再弯成圆形，其结构如图所示。波浪形工序件在弯曲模定位板3的槽内定位，随着上模的下行，凸模2对波峰处进行反向弯曲，两端圆弧将合拢，成为圆形件。转动支撑板1，可将弯曲件沿凸模轴线方向取出。凸模2既起凸模作用，又起芯轴作用。摆动凹模式一次弯曲模1支撑板 2凸模 3摆动凹模 4顶板 5顶杆 （3）对于直径为1040mm，材料厚度约1mm
13、的圆形件，可以采用图示的摆动凹模式结构弯曲模一次弯成。弯曲时，凸模2将坯料压入凹模内，先将坯料压成U形；后凸模继续下行，下压摆动凹模3的底部，使摆动凹模绕轴向旋转，将制件弯成圆形；弯曲结束后，向右推开支撑板1，将制件从凸模上取下。摆动凹模闭合时将顶板4压下，通过顶杆5使装在下模板中间的通用弹顶器受压缩。回程时，弹顶器将顶杆顶起，通过顶板使摆动凹模复位。这种生产方式生产率较高，但由于制件上部未受到校正，因而回弹较大。7铰链件弯曲模铰链件弯曲模 铰链件弯曲成形一般分两道工序进行，先将平直的坯料端部预弯成圆弧，然后再进行卷圆。卷圆通常是采用推圆法。图a所示为预弯模，图b所示为立式卷圆模，当上、下模闭
14、合时，便将一端推卷成圆筒。采用立式卷圆模，直边高度不宜过高，以免推卷时发生失稳。该结构较简单，制造容易。图c所示为卧式卷圆模，其主要特点是采用了斜楔滑块机构。工作时，坯料由垫板6的台阶定位，并由凸模5压住，压紧力由弹簧4提供。在上模下行时，利用斜楔1推动卷圆凹模2在水平方向进行弯曲卷圆。回程时，凹模由弹簧3的压力复位。这种模具结构复杂，但制质量较好，操作方便。铰链件弯曲模a）预弯模b）立式卷圆模c）卧式卷圆模1斜楔 2凹模 3、4弹簧 5凸模 6垫板8级进弯曲模级进弯曲模 对于批量大、尺寸较小的弯曲件，为了提高生产效率，使之操作方便，保证产品质量，应采用多工位的冲裁、压弯、切断连续工艺成形的级
15、进模，这是现代冲压模具的发展趋势。如图所示为同时进行切边、冲孔、弯曲和切断的级进模，用以弯制侧壁带孔的双角弯曲件。该模具的切边凸模既起切出弯曲边的作用，又起侧刃定距的作用。由于导尺前宽后窄，并有凸肩，所以只有切边凸模切去一个步距的料边后，才能再前进一个送料距离。最后将制件从模具端推出。级进弯曲模操作方便，生产效率高，易实现生产自动化。级进弯曲模1切断凸模 2弯曲凸模 3冲孔凸模 4切边凸模三、弯曲工艺计算三、弯曲工艺计算1弯曲件毛坯展开尺寸的计算弯曲件毛坯展开尺寸的计算01800()180rKt 因材料弯曲变形区成形后外层伸长、内层缩短，中性层长度不变，所以弯曲件毛坯长度等于中性层的长度。具体
16、地说，弯曲件毛坯长度等于直边部分与弯曲部分中性层长度之和，即 L总L直边L弯曲 对于弯曲部分，其长度可用下式计算，即 L弯曲r/t0.250.50.81234567810121416K0.20.250.30.350.370.40.410.430.440.450.460.470.480.490.5中性层位置系数 例：弯曲如图所示制件，已知料厚t5mm，试求其毛坯展开尺寸。60角弯曲件o180ooo18060180 解：根据坯料展开长度公式：L总L直边L弯曲 L直边ABCD（AEBE）（CEDE）50（R+t）ctg3038（R+t）ctg3050（10+5）ctg3038（105）ctg3024
17、.0212.0236.04（mm）L弯曲（R+Kt）3.14（100.375）24.81（mm）L总36.0424.8160.85（mm）2弯曲力的计算弯曲力的计算 弯曲力计算 单位：单位校正力P的选择 单位：MPa材料材料厚度1mm13mm36mm610mm铝1520203030404050黄铜203030404060608010钢，20钢3040406060808010025钢，30钢4050507070100100120trKBtFbw26.03340031003.16.02jF 例：V形弯曲件，材料为黄铜（H68），厚度3mm，宽度为100mm，抗拉强度为400MPa，弯曲内侧圆角半径
18、R为3mm，工件被校正部分在凹模上的投影面积10000mm2，求自由弯曲力及校正弯曲力。解：（1）自由弯曲力计算：因为 =46800（N）=4.68（kN）Aq=4010000=400000=400（kN）由此可见，校正弯曲力比自由弯曲力大得多。（2）校正弯曲力计算 查表得 q=3040MPa，取q为35MPa，则3工作部分结构参数的计算工作部分结构参数的计算a）U形件 b）V形件弯曲模工作部分尺寸 如图所示，弯曲模工作部分的尺寸主要包括以下内容：U形件弯曲模的凸、凹模间隙Z（单面间隙），凸模宽度尺寸和凹模宽度尺寸Lt和L，凸模和凹模的圆角半径rt和ra，凹模深度L0，V形件弯曲模凹模底部圆角
19、半径rd。Ztkt （1）弯曲间隙 U形件弯曲时，其凸、凹模间隙由材料的种类、厚度及弯曲件的高度和宽度而定。弯曲间隙的单面值Z一般可按下式计算：式中，t为材料厚度，为间隙系数，间隙系数可按下表查取。U形件弯曲模的间隙系数弯曲件高度h/mm材料厚度t/mmb2hb2h0.50.622.144.150.50.622.144.17.57.612100.050.050.040.100.100.08200.030.060.06350.070.15500.100.070.050.040.200.150.10750.050.100.081001500.100.070.200.150.102000.070.1
20、5注：b为弯曲件宽度（mm）弯曲V形件时，弯曲间隙靠调整压力机闭合高度来控制，不需要在模具结构上确定弯曲间隙。弯曲间隙的大小对制件质量和弯曲力有很大影响。间隙越小，弯曲力越大。间隙过小，会使制件变薄，并降低凹模寿命；间隙过大，则回弹较大，制件精度降低。当制件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取Z=t。有时，甚至可选取略小于材料厚度的负间隙。（2）凸模、凹模宽度尺寸 凸模与凹模的宽度尺寸与弯曲制件的尺寸相关，根据制件尺寸的标注方式不同，U形件弯曲模凸模和凹模的宽度尺寸可按下表所列公式进行计算。用外形尺寸标注用内形尺寸标注制件尺寸标注方式制件简图凹模尺寸凸模尺寸用外形尺寸标注 以凹模实际尺寸为基准
21、配制，保证双面间隙2Z或取 用内形尺寸标注 La 以凸模实际尺寸为基准配制，保证双面间隙2Z或取 注：、为弯曲模凸模、凹模制造偏差，其值可按IT7级IT9级选取。0(0.5)aaLLU形件弯曲模凸模与凹模的宽度尺寸计算0(0.5)aaLL0(2)ttaLLZ0(2)aatLLZ0(0.5)ttLL0(0.75)ttLLat 一般情况下，弯曲模凸模半径rt等于或略小于制件内侧的圆角半径r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径。如因制件结构需要，出现r小于最小弯曲半径的情况，则应取rt不小于最小弯曲半径，然后增加一次校正工序，校正模的rt等于r。实际生产中，凹模圆角半径ra通常根据材料的厚度选取。当
22、t2mm时，ra（36）t；当t24mm时，ra（23）t；当t4mm时，ra2t。需要注意的是，凹模圆角半径不能选得太小，以免弯曲时材料表面擦伤或出现压痕。另外，凹模两边的圆角半径应一致，否则弯曲时毛坯会发生偏移。V形件弯曲凹模的底部取圆角半径rd（0.60.8）（rt+t），或开退刀槽。凹模深度L0的选取很有讲究。若过小，则弯曲毛坯两端的自由部分过长，弯曲件回弹大，不平直，影响制件质量；若过大，则增加模具钢的消耗，并且需要压力机有较大的工作行程。弯曲U形件时，若弯边高度不太大或要求两边平直时，则凹模深度应大于制件高度。（4）凹模深度尺寸弯曲U形件的凹模深度L0弯曲件边长材料厚度 11224
23、466105015202530355075202530354075100253035404010015030354050501502004045556565t弯曲V形件时，其弯曲凹模LO及底部最小厚度h可按下表选取。弯曲V形件的凹模深度L0及底部最小厚度h弯曲件边长材料厚度t 2244hL0hL0hL010252010152215255022152027253230507527202532303735751003225303735424010015037303542404750 例：弹簧吊耳制件及弯曲成形模简图如图所示，制件材料为已退火35钢，试完成模具工作部分结构参数的计算。a）b）弹簧吊耳
24、及弯曲模a）制件图 b）总装图（简图）解：由于弹簧吊耳的生产批量较大，故上、下模的导向选用导柱、导套。毛坯由顶板上两个定位销定位，这样还可以保证在弯曲过程中不产生偏移。顶板不仅起顶料作用，而且起压料作用。压料力是利用弹簧或橡皮（图中未画）通过顶杆来实现的。为了防止制件卡在凸模上，模具上装有卸料杆，以确保上模回程时，将制件打下。该弯曲模工作部分尺寸计算见下表。弹簧吊耳弯曲模工作部分尺寸计算步骤内容4确定凹模尺寸凹模尺寸 按凸模实际尺寸配制，并保证双面间隙 凹模深度 凹模圆角半径（弯曲模工作部分尺寸）注：该弯曲模工作零件采用配制法加工4.2 28.4mm030Lmm(2 3)2 48artmm弹簧
25、吊耳弯曲模工作部分尺寸计算四、弯曲模设计四、弯曲模设计 1设计要点设计要点 由于弯曲模的种类很多，形状繁简不一，结构类型多种多样，因此，弯曲模设计难以做到标准化。通常参照冲裁模的一般设计要求和方法，并针对弯曲变形的特点进行设计。弯曲模设计时应考虑的要点如下。（1）坯料的定位要准确、可靠，尽量采用坯料的孔定位，防止坯料在变形过程中发生偏移。（2）模具结构不应妨碍坯料在弯曲过程中应有的转动和移动，避免弯曲过程中坯料产生过度变薄和断面发生畸变。（3）模具结构应能保证弯曲时上、下模之间水平方向的错移力得到平衡。（4）为了减小回弹，弯曲行程结束时应使弯曲件的变形部位在模具中得到校正。（5）坯料的安放和弯
26、曲件的取出要方便、迅速、生产率高、操作安全。（6）弯曲回弹量较大的材料时，模具结构上必须考虑凸、凹模加工及试模时便于修正的可能性。2设计流程设计流程 弯曲模设计的主要流程如下：（1）弯曲件工艺分析。（2）工艺方案及模具结构确定。（3）弯曲模设计计算。（4）绘制模具总图和非标零件图。第第二节二节 拉拉深模设计深模设计 拉深是利用模具把具有一定形状的判别或坯料制成开口空心体或进一步改变空心体形状和尺寸的冲压工序。采用拉深工艺可以制成筒形、矩形、锥形、阶梯形、球面形和其他不规则形状的薄壁制件。拉深件一、拉深变形过程及特点一、拉深变形过程及特点 拉深工艺可以分为不变薄拉深和变薄拉深两种。底部厚，壁部薄
27、是变薄拉深成形制件的明显特点，例如弹壳、高压锅等。1变形过程变形过程 以直径为D，厚度为t的圆形坯料经拉深模拉深成开口空心件加以说明。拉深过程1凸模 2凹模 3制件2变形特点变形特点 经观察和分析可知，圆筒底部在拉深前后没有发生变化，坯料的环形部分（Dd）变为制件的壁部；塑性变形程度由底向上逐渐增大，顶部材料在圆周方向受到最大压缩，高度方向获得最大伸长；另外，制件侧壁上半段，下半段变薄，如图所示，在与凸模圆角接触的底部圆角处，出现严重变薄现象，是名副其实的“危险断面”。拉深时制件厚度的变化二、拉深模典型结构二、拉深模典型结构1首次拉深模首次拉深模 工作时，平板坯料由定位圈2定，凸模1下行将板料
28、拉入凹模3内，凸模下止点要调到使已成形的制件直壁全部越出凹模工作带，这时由于回弹使工作口部稍增大。当凸模回程时，凹模下平面的台阶挡住制件口部，使其脱离凸模，制件自然从下模座4的孔内漏下。为了便于卸件，凸模上要开设一个直径为38mm的通孔。该拉深模结构简单，适用于拉深板料厚度较大而深度不大的拉深件。无压边顺出件首次拉深模1凸模 2定位圈 3凹模 4下模座 在拉深过程中，顶板2始终将板料压紧，在拉深的后期可对制件的底部进行校平。回程时，顶板2、顶杆3及橡胶垫4组成反顶装置，将拉深成形件从凹模内反顶出。这时制件随凸模上行，打杆1撞到压力机打杆横梁时将产生推件力，使制件脱离凸模。采用该结构模具所成形制
29、件底部比较平整，形状也规则。且反顶力越大，制件底部越平整。无压边逆出件首次拉深模1打杆2顶板3顶杆4橡胶垫 如图所示为有压边倒装首次拉深模。工作时，坯料由定位圈5定位，压边力由弹性原件的压缩产生。成形后的制件在回程时由推板2从凹模3内推出。凸模4采用阶梯式结构，借助固定板8与下垫板9相连接。该固定方式可保证凸模与下垫板的垂直度要求。如采用顺装式结构，压边装置的弹性元件需单独设计与制造，将使模具总体尺寸增大，制造成本增加。有压边倒装首次拉深模1打杆 2推板 3凹模 4凸模 5定位圈 6压边圈 7顶杆 8固定板 9下垫板2再次拉深模再次拉深模 有压边倒装再次拉深模结构示意如图所示。压边圈6是工序件
30、的外形定位圈，其高度应大于前次工序件的高度，其外径按已拉成的前工序的内径配作。回程时，制件由推板2从凹模4内推出。可调式限位柱使压边圈与凹模之间始 终保持一定的距离，以防止拉深后期的压边力过大，造成制件底角附近板料过薄，甚至拉破。有压边倒装再次拉深模1打杆 2螺母 3推板 4凹模 5限位柱 6压边圈3落料拉深复合模落料拉深复合模 落料拉深复合模结构示意如图所示。它一般采用条料毛坯，故需设置导料板与卸料板，拉深凸模9的顶面稍低于落料凹模10约一个料厚，使落料完成后再拉深。拉深时压力机气垫通过顶杆7和压边圈8进行压边。回程时，由顶杆7推出制件，卸料则由刚性卸料板2完成。落料拉深复合模1导料板 2卸
31、料板 3打料杆4凸凹模 5上模座 6下模座7顶杆 8压边圈9拉深凸模 10落料凹模三、拉深工艺计算三、拉深工艺计算1确定修边余量确定修边余量 拉深时，由于金属流动条件和金属材料的各向异性，致使拉深制件口边不齐，如图所示，必须进行修边加工，以达到制件的要求。因此，在计算拉深毛坯余量时，必须将修边余量进入制件。修边余量值应根据拉深件有无凸缘而定。a）修边前 b）修边后拉深筒形件凸缘直径 拉深件的相对直径 图例1.51.5222.52.54251.81.61.41.2无凸缘筒形件的修边余量 mmh制件高度 拉深件的相对高度h/d图例0.50.80.81.61.62.52.54101.01.21.52
32、10201.21.622.5205022.53.345010033.856100150456.5815020056.381020025067.591125078.51012h 有凸缘筒形件的修边余量 mmtd/tddh2计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸 拉深时，金属材料按一定的规律流动，毛坯尺寸应满足成形后制件的要求，形状必须适应金属流动。所以，毛坯尺寸的计算应遵循两个原则：面积相等和形状相似。具体来说，对于不变薄拉深，因材料厚度拉深前后变化不大，毛坯的尺寸按“拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面积”的原则来确定（还可按等体积、等重量原则）。对于拉深毛坯的形状，一般与拉深的截面形状相似，即制件的横截面
33、是圆形、椭圆形时，其拉深前毛坯展开形状也基本上是圆形或椭圆形；异形制件拉深时，其毛坯的周边轮廓必须采用光滑曲线连接，应无急剧的转折和尖角。对于简单旋转体拉深制件的毛坯直径D，可直接查阅有关设计手册确定。例如，无凸缘圆筒件拉深坯料的计算公式，各字母代号如图所示，其中，如果材料厚度小于1mm，d1按内径或外径计算均可；若大于1mm，d1则按图示中的板厚中径计算。毛坯直径为D（2121828.64rrddhd）1/2。若能借助冲压成形分析软件BLANKWORKS等，仅需几分钟就能完成制件的展开及毛坯尺寸的计算。无凸缘圆筒件的毛坯尺寸计算3确定拉深系数和拉深次数确定拉深系数和拉深次数 （1）拉深系数
34、拉深工艺中，制件的变形程度用拉深系数m来表示。对于圆筒形件，拉深系数为拉深后制件直径d与拉深前毛坯直径D的比值。多次拉深时，则为拉深后筒部直径与拉深前筒部直径的比值。实际生产中采用的拉深系数是根据材料的相对厚度，并考虑其他因素，通过试验决定的。筒形件的许可拉深系数（不使用压边圈）拉深系数毛坯相对厚度（t/D）1001.52.02.53.03.0m10.650.600.550.530.50m20.80.750.750.750.70m30.840.800.800.800.75m40.870.840.840.840.78m50.900.870.870.870.82m60.900.900.900.85
35、筒形件的许可拉深系数（使用压边圈）拉深系数毛坯相对厚度（t/D）1002.01.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.08m10.480.500.500.530.530.550.550.580.580.600.600.63m20.730.750.750.760.760.780.780.790.790.800.800.82m30.760.780.780.790.790.800.800.810.810.820.820.84m40.780.800.800.810.810.820.820.830.830.850.850.86m50.800.820.820.840.840.85
36、0.850.860.860.870.870.88 多次拉深时，由于材料性能发生变化，拉深系数取值时应逐渐增大。以m 1、m 2、m n-1、m n表示第1、2、（n-1）、n次拉深时的拉深系数，则m 1m 2 m n-1m n。其中，m 1=d1/D，m 2=d2/D，m n=dn/D。另外，从以上不难看出，总拉深系数等于各次拉深系数之乘积。直径为D的毛坯多次拉深过程（2）拉深次数 拉深工艺设计中，当制件直径与毛坯直径的比值m大于前面表格所列m1时,制件可以一次拉深成功。否则，需要多次拉深。确定拉深次数的方法很多，包括：推算法、计算法和查表法，其中，以推算法最为常用。采用推算法确定筒形件拉深次
37、数时，首先根据以上表格查出m 1、m 2、m n-1、m n，然后从第一道工序开始依次求出半成品直径，即：d1=m1D、d2=m2d1、dn=mndn-1，一直计算到得出的直径不大于制件要求的直径为止。这样 即为拉深次数。推算法不仅能求出拉深次数，还能求出中间工序的尺寸。需要指出的是，这些中间工序的尺寸需要作合理调整，以利于模具设计等。拉深次数确定后，就得确定半成品工序尺寸。半成品工序尺寸主要包括半成品直径，半成品高度。4计算计算半成品半成品工序工序尺寸尺寸（1）半成品直径 半成品直径可根据各次拉深系数算出，计算得到的最后一次拉深直径dn 必须等于制件直径d。如果dn 小于d，应调整各次拉深系
38、数，最后几次的拉深系数尽量取大些，最终使dn=d。需要提醒的是，计算时，若 t1mm取内径或外径；若t 1mm，dn取中线尺寸。（2）半成品高度 根据拉深后半成品制件面积与毛坯面积相等的原则，多次拉深后半成品制件高度可按下式进行计算。20.25()0.43(0.32)nnnnnnnrDhddrdd多次拉深后半成品制件高度 rn取值与各工序中拉深凸模圆角半径rt一致；而拉深凸模圆角半径，除最后一次应取为制件底部圆角半径数值外，中间各次尽可能取得与拉深凹模圆角半径ra相等或略小，并且逐渐减小，即rt=（0.71.0）ra。例：试确定如图所示制件的拉深次数和各拉深工序的直径。已知，制件材料10钢，料
39、厚1mm。拉深制件图样5总拉深力的计算总拉深力的计算 拉深时，总拉深力（包括拉深力和压边力）是指制件拉深时所需加在拉深凸模上的总压力。计算拉深力的根本目的在于合理选用压力机和设计拉深模。修正系数K1、K2值m10.550.570.600.620.650.670.700.720.750.770.80K11.000.930.860.790.720.660.600.550.500.450.40m20.700.720.750.770.800.850.900.95K21.000.950.900.850.800.700.600.50（1）拉深力的计算拉深力计算公式压边圈使用情况首次拉深以后各次拉深无压边圈
40、有压边圈注：为材料强度极限，Pa 、为修正系数，其值见下表111.25()lbFtDd 11.3()nlbnnFtdd 111lbFd tK2nlnbFd tKb1K2K（2）压边力的计算压边力计算公式拉深情况计算公式拉深任何形状制件筒形件第一次拉深筒形件以后各次拉深注：A为在压边圈下的毛坯投影面积（mm2）p为单位压边力（MPa），见下表yFAp221(2)4yaFDdrp221(2)4ynnaFddrp单位压边力 MPa 材料名称单位压边力p材料名称单位压边力p铝0.81.2镀锡钢板2.53.0纯铜、硬铝（已退火）1.21.8高合金不锈钢3.04.5黄铜1.52.0软钢t0.5mm2.73
41、.0高温合金2.83.56拉深模工作部分尺寸计算拉深模工作部分尺寸计算（1）拉深模间隙的确定 拉深模间隙是指拉深凹模与拉深凸模横向尺寸的差值，对于圆筒形件而言，拉深模间隙为拉深凹模与拉深凸模直径之差的一半。确定拉深间隙时，既要考虑板料公差的影响，又要考虑毛坯在拉深过程中的变厚现象，故拉深间隙值一般应比毛坯厚度稍大。对于旋转体拉深件：采用压边圈时的拉深间隙值见下表；不用压边圈时的拉深间隙值可按下式计算：拉深间隙Z（11.1）tmax，式中tmax为拉深板料厚度的最大值。需要注意的是，拉深间隙值取小值，制件质量好，但拉深力大，制件易拉裂，模具磨损严重，寿命低；拉深间隙取大值，拉深力小，模具寿命高，
42、但制件易起皱，变厚，侧壁不直，有回弹，质量不易保证。对于精度要求较高的拉深件，拉深间隙可按下式取值：Z（0.90.95）t。采用压边圈拉深时的拉深间隙值总拉深次数拉深工序拉深间隙Z总拉深次数拉深工序拉深间隙Z1一次拉深（11.1）t4第一、二次拉深1.2t2第一次拉深1.1t第三次拉深1.1t第二次拉深（11.05）t第三次拉深（11.05）t3第一次拉深1.2t5第一、二、三次拉深1.2t第二次拉深1.1t第四次拉深1.1t第三次拉深（11.05）t第五次拉深（11.05）t注：t为材料厚度，取材料允许偏差的中间值（2）凸、凹模工作部分尺寸及制造公差 由于没有严格限制尺寸精度的必要，中间过渡
43、工序的模具尺寸只要等于半成品的尺寸即可。所以，确定拉深模凸模和凹模工作部分尺寸时除最后一次拉深外，可不考虑制件尺寸公差。凸、凹模工作部分的尺寸及制造公差工序性质制件图例或说明凹模尺寸凸模尺寸中间过渡工序假设以凹模为基准末次拉深工序0aaDD0(2)ttDDZ0(0.75)aaDD0(0.752)ttDDZ0(0.42)aaDDZ0(0.4)ttDD（3）凹模圆角半径和凸模圆角半径 拉深模凸、凹模的圆角半径对拉深工作有着很大的影响，合理选择凹模圆角半径尤为重要。具体来说，拉深时，毛坯经凹模圆角进入凹模时，若凹模圆角半径过小，将因径向拉力过大，使制件表面划伤或拉裂；若凹模圆角半径过大，将因坯料悬空
44、面积过大，使压边面积过小，引起内皱。首次拉深凹模圆角半径通常按下式计算：式中 ra首次拉深凹模圆角半径（mm）；D毛坯直径（mm）；d凹模内径（mm）；t制件料厚（mm）。0.8()arDd t 以后各次拉深的凹模圆角半径，可按下式计算：凸模圆角半径取值时通常略小于凹模圆角半径，即 。需要提醒的是，最后一次拉深时，凸模圆角半径应等于制件要求的内圆半径。atrr)0.(10.7 1)(nnaarr0.80.6四、拉深模设计四、拉深模设计1设计要点设计要点 设计拉深模时，应注意注意前后两道工序的凸、凹模形状和尺寸的协调，做到前道工序所得的工序件形状和尺寸有利于后道工序的成形，而后道工序的凸、凹模及
45、压边圈的形状与前道工序所得的工序件吻合。对于最后一道拉深工序，为了使制件底部平整，如果是圆角结构的冲模，其最后一次拉深的凸模圆角半径的圆心应与n1次拉深的凸模圆角半径的圆心位于同一条中心线上；如果是斜角的冲模结构，则n1道工序的凸模底部的斜线应与n道工序的凸模圆角半径相切。最后拉深工序凸模底部的设计2设计流程设计流程 拉深模设计的主要流程如下：（1）拉深件工艺分析。（2）工艺方案及模具结构确定。（3）拉深模设计计算。（4）绘制模具总图和非标零件图。第第三节三节 成形成形工艺与模具工艺与模具 通过局部变形方式来改变制件或毛坯形状的变形工序，统称为成形工序。成形工序包括胀形、翻边、缩口、起伏等，其
46、产品结构示例如图所示。a）胀形 b）翻边成形工序产品结构示例c）缩口 d）起伏一、胀形工艺及胀形模具一、胀形工艺及胀形模具1胀形变形特点胀形变形特点 胀形是使空心制件内部在双向拉应力作用下产生塑性变形，以获得凸肚形制件冲压方法。用这种方法可以制造出许多形状复杂的工件，如管接头、波纹管等。胀形时，变形区材料的变形情况如图所示通过胀形，直径为d的平整坯料部分成为凸肚形。当坯料外径D与成形直径d的比值D/d3时，D与d之间的环形部分金属发生切向收缩时所需的径向拉应力很大，该部分金属不可能向凹模流动，其成形依赖于直径为d圆周内金属的厚度变薄及表面积增大来实现。胀形变形区 2胀形模具结构胀形模具结构 作
47、为使空心制件内部在双向拉应力作用下产生塑性变形，以获得凸肚形制件的成形模，如图所示为普通胀形模结构示意，工作时，筒形毛坯放置在下凹模5内定位，上模下行，凸模3先插入毛坯内，然后毛坯在下、上凹模和凸模的夹持下，进行镦压，毛坯在凹模型腔的胀形处胀形而成为所需的制件，上模回程后，便可取出制件。普通胀形模结构1顶件装置2推件装置3凸模4上凹模5下凹模（1）采用刚性凸模胀形模具结构利用刚性凸模胀形模具结构1凹模2分块凸模 3模芯4制件5顶杆 采用刚性凸模胀形模具结构示意如图所示，胀形时，利用锥形芯块3将分块凸模2向四周胀开，使毛坯形成所需的形状，分块凸模数目越多，所得到的工件精度越高，但也很难得到精度较
48、高的旋转体零件，且模具结构复杂，成本较高。采用软体凸模胀形，常用传力介质包括气体、液体、橡胶、石蜡或钢丸等，胀形时材料的变形比较均匀，制件的精度容易保证，便于成形形状复杂或不对称的空心制件。橡胶胀形模结构示意如图所示。橡胶胀形模结构1凸模2凹模3制件4橡胶5边框（2）采用软体凸模胀形模具结构二、翻边工艺及翻边模具二、翻边工艺及翻边模具1翻边变形特点翻边变形特点 翻边是利用模具使制件的边缘翻起呈竖立或一定角度直边的冲压方法。利用翻边方法加工的制件具有很好的刚性，这是翻边加工的主要优点。按制件边缘性质不同，翻边有翻孔、外缘翻边和变薄翻边之分。其中，对制件孔进行的翻边称为翻孔，如图a所示；对制件外边
49、缘进行的翻边称为外缘翻边，如图b所示；而变薄翻边是通过减小凸、凹模间隙强迫材料变薄，以提高制件竖边高度的翻边方法，在实际生产中，变薄翻边通常用于平板毛坯或半成品制件上冲制小螺纹底孔（俗称抽芽孔）。a）翻孔 b）外缘翻边 翻孔与外缘翻边 翻孔时，材料沿切线方向产生拉伸变形，且越接近中部，变形越大，材料的厚度也有所减薄，尤其是孔口处减薄更为严重。如变形超过了材料的许用应力值，制件孔口将被拉裂。其变形程度可用翻孔系数来表示（翻孔前、后孔径之比值）。外缘翻边时，变形区材料的变形情况不尽相同。其中，外凸的外缘翻边相当于浅拉深，变形时的主要质量问题是起皱；而内凹的外缘翻边，变形时的主要质量问题是拉裂。翻孔
50、变形区2翻边模具结构翻边模具结构 作为使制件的边缘翻起呈竖立或一定角度直边的成形模，翻边模有翻孔模和外缘翻边模之分。如图所示为某翻孔模的主要部分结构，预制孔后的毛坯放在凸模上由定位板定位，凹模下行与压边圈一起将毛坯夹紧后进行翻孔，凹模上行，压边圈把制件顶起。若制件留在凹模内，则由推件装置把制件推出。翻孔模结构1定位板2凸模3压边圈 4凹模5推件块 成形时，毛坯套在内缘翻边凹模上定位，作为内缘翻边的凹模，为保证其位置准确，压料板与外缘翻边凹模按H7/h6间隙配合。压料板既起压料作用，又起整形作用，在冲至下止点时，应与下模刚性接触，冲压成形后，该件起顶件作用。内外缘翻边复合模结构a）模具结构 b）
