第2章沖壓模具

2.1沖模分類2.2沖裁模2.3彎曲模2.4拉深模2.5其它模具小結(jié)

思考與練習(xí)題沖壓件品種繁多，從而也導(dǎo)致沖模結(jié)構(gòu)類型多種多樣。一般來說，沖模的類型有下列幾種分類方式。

(1)按工序性質(zhì)來分，沖?？煞譃槁淞夏?、沖孔模、切斷模、切邊模、精沖模、拉深模、彎曲模、翻孔翻邊模、校平整形模等。亦即模具完成什么工序就叫什么模具。2.1沖模分類

(2)按工序的組合程度來分，沖模可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模(連續(xù)?；蛱侥?。

單工序模：在壓力機(jī)的一次行程中，在一副模具中只完成一種工序的沖模。

復(fù)合模：在壓力機(jī)的一次行程中，在一副模具的同一位置完成幾個(gè)不同工序的沖模。

級(jí)進(jìn)模：在壓力機(jī)的一次行程中，在一副模具的不同位置完成幾個(gè)不同工序的沖模。

(3)按有無導(dǎo)向方式來分，沖模可分為無導(dǎo)向的開式模和有導(dǎo)向的導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模。

(4)按自動(dòng)化程度來分，沖模可分為手動(dòng)模、半自動(dòng)模、自動(dòng)模。

除此之外，還有按其它形式進(jìn)行分類的。如按凸模與凹模的材質(zhì)不同而進(jìn)行分類的有普通鋼模、硬質(zhì)合金模、鋅基合金模、軟模等。而在汽車制造業(yè)中，為了便于組織管理、配置設(shè)備和生產(chǎn)準(zhǔn)備等，將沖模按沖模的下模座的長度與寬度之和分為大型、中型和小型沖模。對于同一副沖模，可能既是落料沖孔級(jí)進(jìn)模又是導(dǎo)柱導(dǎo)套模，這是由于按不同的分類而有不同的稱謂。

沖裁是利用沖裁模使材料分離的一種沖壓工序。沖裁，從廣義上來說，是分離工序的總稱，但一般來說，沖裁工序主要指落料和沖孔工序。沖裁的用途很廣，它既可以直接沖出成品零件，又可為其它成形工序制備毛坯。2.2沖裁模

2.2.1典型結(jié)構(gòu)

1.單工序模

如圖2－1所示為導(dǎo)柱式落料模，它由上模和下模兩部分組成。上模包括上模座11及裝在其上的全部零件，下模包括下模座18及裝在其上的所有零件。沖模在壓力機(jī)上安裝時(shí)，通過模柄夾緊在壓力機(jī)滑塊的模柄孔中，上模和滑塊一起上下運(yùn)動(dòng)，下模則通過下模座用螺釘、壓板固定在壓力機(jī)的工作臺(tái)臺(tái)面上。

沖模在沖壓之前，條料靠著兩個(gè)螺栓2(此處螺栓充當(dāng)導(dǎo)料銷的作用)送進(jìn)，送到擋料銷3處為止，沖裁時(shí)，卸料板15先壓住材料，接著凸模12沖入材料進(jìn)行沖裁。沖下來的工件由凹模16孔下漏。上?；厣龝r(shí)，依靠壓縮彈簧4產(chǎn)生的彈力通過卸料板15將廢條料從凸模上卸下。以后條料送進(jìn)時(shí)，工人將條料一端稍稍抬起，使條料搭邊越過擋料銷并擋住下一個(gè)搭邊，即可依次完成以后的沖裁工作。圖2－1導(dǎo)柱式落料模圖2－1中，上、下模座和導(dǎo)套、導(dǎo)柱裝配組成的部件稱為模架。凹模16用內(nèi)六角螺釘和銷釘與下模座18緊固并定位。凸模12用凸模固定板5、螺釘、銷釘與上模座緊固并定位，凸模背面墊上墊板8用于支承凸模的沖裁力，以保護(hù)上模座平面不致壓出凹坑。壓入式模柄7裝入上模座并以止動(dòng)銷9防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。

導(dǎo)柱式?jīng)_裁模的導(dǎo)向可靠、精度高、壽命長，使用安裝方便，但輪廓尺寸較大，模具較重、制造工藝復(fù)雜、成本較高。它廣泛用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。

從該副模具結(jié)構(gòu)可以看出，沖模結(jié)構(gòu)由如下五個(gè)部分組成：

1)工作零件

工作零件是實(shí)現(xiàn)沖裁變形使材料正確分離的零件，包括凸模12和凹模16。沖裁凸模與凹模有三個(gè)突出的特征：

(1)工作刃口鋒利。

(2)凸模與凹模之間有合理的間隙。

(3)刃口形狀與工件一致。

凸模與凹模刃口的利鈍、間隙的大小及其分布的均勻性直接影響沖裁件的質(zhì)量，且影響沖裁力、卸料力和模具壽命的大小。

2)定位零件

定位零件是確定條料在沖模中正確位置的零件。螺栓2(兩個(gè))對條料送進(jìn)起導(dǎo)向作用，擋料銷3限制條料送進(jìn)的距離。擋料銷至凹模孔邊的距離視排樣而定。

3)卸料及推件零件

卸料及推件零件是將由于沖裁后彈性恢復(fù)而卡在凹?？變?nèi)和凸模上的工件與廢料脫卸下來的零件。卡在凹?？變?nèi)的工件，是利用凸模在沖裁時(shí)一個(gè)接一個(gè)地由凹模孔內(nèi)推出。

4)導(dǎo)向零件

導(dǎo)向零件是保證上模對下模正確運(yùn)動(dòng)的零件。分別壓裝在上、下模座的導(dǎo)套13和導(dǎo)柱14，組成上、下模的導(dǎo)向裝置。采用導(dǎo)向裝置以保證沖裁時(shí)凸模和凹模之間的間隙均勻，有利于提高沖裁件質(zhì)量和模具壽命。

5)聯(lián)接固定零件

聯(lián)接固定零件是將凸模、凹模固定于上、下模座上，以及將上、下模固定在壓力機(jī)上的零件。

沖裁模的典型結(jié)構(gòu)一般由上述五部分的零件組成，但不是所有的沖模都具有這五個(gè)部分的零件，如結(jié)構(gòu)比較簡單的開式?jīng)_模，其上、下模就沒有導(dǎo)向裝置。沖模的結(jié)構(gòu)取決于工件的生產(chǎn)批量、零件精度要求、生產(chǎn)條件和制模條件等因素，因此沖模結(jié)構(gòu)是多種多樣的，作用相同的零件其形式也不盡相同。

2．級(jí)進(jìn)模

級(jí)進(jìn)模是一種工位多、效率高、易于實(shí)現(xiàn)沖壓自動(dòng)化的沖壓模具。根據(jù)沖壓件的實(shí)際需要，按一定的順序安排多個(gè)沖壓工序(在級(jí)進(jìn)模中稱工位)在同一副模具的不同位置進(jìn)行連續(xù)沖壓，為高速自動(dòng)化生產(chǎn)創(chuàng)造了有利的條件。如用單工序模沖制圓環(huán)形墊圈，需要落料、沖孔兩套模具。而改用級(jí)進(jìn)模就可以把兩道工序合并，用一套模具來完成。

用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，必須解決條料的準(zhǔn)確定位問題，才能保證工件的質(zhì)量要求。因此，常見的級(jí)進(jìn)模典型結(jié)構(gòu)根據(jù)定位零件的不同而有如下形式：

1)有固定擋料銷及導(dǎo)正銷的級(jí)進(jìn)模

如圖2－2所示，零件包括沖孔凸模1、2，落料凸模7，凹模8，固定擋料銷5，導(dǎo)正銷6，始用擋料銷4，模具上、下兩部分靠凸模與導(dǎo)板3配合導(dǎo)向。工作時(shí)用手按入始用擋料銷限定條料的初始位置，進(jìn)行沖孔，始用擋料銷在彈簧的作用下可以復(fù)位。然后將條料再送進(jìn)一個(gè)步距，先用固定擋料銷初步定位，在落料時(shí)用裝于凸模端面上的導(dǎo)正銷保證孔與外形的位置精度。模具的導(dǎo)板兼作固定卸料板用，當(dāng)箍在凸模上的條料隨上模上行時(shí)，由件3強(qiáng)制刮下條料，以便沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行。圖2－2導(dǎo)正銷定距的級(jí)進(jìn)模當(dāng)零件形狀不適合用導(dǎo)正銷定位時(shí)，可在條料上的廢料部分沖出工藝孔，利用裝在凸模固定板上的導(dǎo)正銷導(dǎo)正。導(dǎo)正銷直徑應(yīng)大于2～5

mm，以避免折斷。如果料厚小于0.5mm，孔的邊緣可能被導(dǎo)正銷壓彎而起不到導(dǎo)正的作用。另外，對窄長形凸模，也不宜采用導(dǎo)正銷定位。這時(shí)，可用側(cè)刃定距。

2)有側(cè)刃定距的級(jí)進(jìn)模

如圖2－3所示，它以側(cè)刃16代替了始用擋料銷、擋料銷和導(dǎo)正銷控制條料送進(jìn)的步距。側(cè)刃實(shí)際上是一個(gè)特殊的凸模。側(cè)刃斷面的長度等于一個(gè)步距s，在條料送進(jìn)的方向上，兩塊導(dǎo)料板在送進(jìn)方向前后間距不同，所以只有等側(cè)刃切去長度等于一個(gè)步距的料邊后，條料才有可能向前送進(jìn)一個(gè)步距。該模具采用了兩個(gè)側(cè)刃前后對角排列是為了減少料尾損耗。有側(cè)刃的級(jí)進(jìn)模定位準(zhǔn)確、生產(chǎn)率高、操作方便，但料耗和沖裁力增大。

圖2－3雙側(cè)刃定距的級(jí)進(jìn)模

3．復(fù)合模

復(fù)合模結(jié)構(gòu)上的特征是具有一個(gè)既充當(dāng)凸模又充當(dāng)凹模的工作零件——凸凹模。按凸凹模的安裝位置，分為倒裝式復(fù)合模和順裝式(正裝式)復(fù)合模兩種類型。

1)倒裝式復(fù)合模

當(dāng)凸凹模裝在下模部分時(shí)，叫倒裝式復(fù)合模。倒裝式復(fù)合模是應(yīng)用最廣泛的類型。如圖2－4所示為倒裝式復(fù)合模最典型的結(jié)構(gòu)。模具中凸凹模18裝在下模，它的外輪廓起落料凸模的作用，而內(nèi)孔起沖孔凹模的作用，故稱凸凹模。它和固定板19一起裝在下模座上，落料凹模17和沖孔凸模14則裝在上模部分。

圖2－4倒裝式復(fù)合模工作時(shí)，條料由活動(dòng)擋料銷5和導(dǎo)料銷22定位，沖裁完畢后，由于彈性回復(fù)使工作卡在落料凹模17內(nèi)，為了使沖壓生產(chǎn)順利進(jìn)行，使用由件12、11、10和9組成的剛性推件裝置將工件推下。沖孔廢料則從凸凹?？變?nèi)漏下，而條料廢料則由彈壓卸料板4卸下。

2)順裝式復(fù)合模

如圖2－5所示，凸凹模6在上模，落料凹模8和沖孔凸模11在下模。工作時(shí)，板料以導(dǎo)料銷13和擋料銷12定位。上模下壓，凸凹模外形和凹模8進(jìn)行落料，落下料卡在凹模中，同時(shí)沖孔凸模與凸凹模內(nèi)孔進(jìn)行沖孔，沖孔廢料卡在凸凹?？變?nèi)?？ㄔ诎寄Ｖ械臎_件由頂件裝置9、10及彈頂器頂出(如圖2－6所示)。沖孔廢料由打料裝置通過推桿4從凸凹模6孔中推出，沖孔廢料應(yīng)及時(shí)用壓縮空氣吹走，以保證操作安全。

圖2－5順裝式復(fù)合模

圖2－6頂件裝置從上述的工作過程可以看出，復(fù)合模的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度高、平整。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度較大、成本較高。另外，凸凹模刃口形狀與工件完全一致，其壁厚取決于制件相對應(yīng)的尺寸，如果尺寸過小，則凸凹模強(qiáng)度差。倒裝式復(fù)合模因?yàn)橥拱寄?nèi)積存廢料，材料會(huì)對凸凹模產(chǎn)生脹力，其允許壁厚值比順裝式要求大一些。但由于其結(jié)構(gòu)比順裝式簡單(倒裝式復(fù)合模的沖孔廢料由凸模直接推出)，在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用更廣泛。

2.2.2沖裁模間隙

1．間隙的概念

如圖2－7所示，凸模與凹模工作部分的尺寸之差稱為間隙。如果沒有特殊說明，沖裁模間隙都是指的雙面間隙。間隙值用字母Z表示。

Z＝DA－dT

(2－1)

式中：Z——沖裁間隙，單位為mm；

DA——凹模尺寸，單位為mm；

dT——凸模尺寸，單位為mm。圖2－7沖裁模間隙

2．沖裁間隙的重要性

1)沖裁間隙對沖裁件質(zhì)量的影響

沖裁件質(zhì)量包括斷面質(zhì)量、尺寸精度、表面平直度等。影響質(zhì)量的因素有很多，如材料的性能、模具制造的精度、沖裁間隙、沖裁條件等。本部分主要討論沖裁間隙對沖裁件質(zhì)量的影響。

(1)間隙對斷面質(zhì)量的影響。沖裁時(shí)，由于材料受沖裁力的作用產(chǎn)生由彈性變形、塑性變形到最終斷裂分離而成為制件，從而沖件的斷面由塌角、光面、毛面、毛刺四個(gè)部分組成，如圖2－8所示。間隙正常時(shí)，其斷面為圖2－9(b)所示，此時(shí)塌角較小，光面所占比例較寬，對于軟鋼板及黃銅，約占板厚的三分之一，毛刺較小，容易去除，斷面質(zhì)量較好；如果間隙過大，塌角增大，毛面增寬，光面減少，毛刺肥而長，難以去除，斷面質(zhì)量較差，如圖2－9(a)所示；間隙過小時(shí)，斷面上產(chǎn)生兩個(gè)光面，并且毛面及塌角都減少，毛刺變少，斷面質(zhì)量最好，如圖2－9(c)所示。因此，對于普通沖裁來說，確定正確的沖裁間隙是控制斷面質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵。

圖2－8沖裁件的斷面(a)沖孔件；(b)落料件

圖2－9間隙大小對工件斷面質(zhì)量的影響(a)間隙過?。?b)間隙合理；(c)間隙過大

(2)沖裁間隙對尺寸精度的影響。沖裁加工時(shí)，由于沖壓力的影響，材料在沖裁過程中會(huì)產(chǎn)生各種變形，從而在沖裁結(jié)束后，會(huì)產(chǎn)生回彈，使制件的尺寸不同于凹模和凸模刃口尺寸。其結(jié)果，有的使制件尺寸變大，有的則減小。其一般規(guī)律是間隙小時(shí)，落料件尺寸大于凹模尺寸，沖出的孔徑小于凸模尺寸；間隙大時(shí)，落料件尺寸小于凹模尺寸，沖出的孔徑大于凸模尺寸。其尺寸變化量的大小與材料性質(zhì)、料厚及軋制方向等因素有關(guān)。應(yīng)該說明的是，影響沖件尺寸精度的另一個(gè)重要因素是模具本身的制造公差。

2)沖裁間隙對沖壓力的影響

一般來說，在正常沖裁情況下，間隙對沖裁力的影響并不大，但間隙對卸料力、推件力的影響卻較大。間隙較大時(shí)，卸料及推料時(shí)所需要克服的摩擦阻力小，從凸模上卸料或從凹模內(nèi)推料都較為容易，當(dāng)單邊間隙大到15%~20%料厚時(shí)，卸料力幾乎等于零。

3)沖裁間隙對沖模壽命的影響

間隙是影響模具壽命的主要因素，由于沖裁時(shí)，凸模與凹模之間，材料與模具之間都存在摩擦，而間隙的大小則直接影響到摩擦的大小。間隙越小，摩擦造成的磨損越嚴(yán)重，模具壽命就越短；而較大的間隙，可使摩擦造成的磨損減少，從而提高模具的壽命。

3．合理間隙值的確定

因?yàn)殚g隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命都有影響，所以，在設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)，一定要選擇一個(gè)合理間隙值?？紤]到模具制造的精度及使用過程中的磨損，生產(chǎn)中通常是選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙。這個(gè)范圍的最小值稱為最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙。只要在這個(gè)范圍內(nèi)的間隙，都能沖出合格的制件。由于模具在使用中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造時(shí)要采用最小合理間隙值。確定合理間隙值一般用經(jīng)驗(yàn)法。

根據(jù)研究與使用經(jīng)驗(yàn)，在確定間隙值時(shí)要按使用要求分類使用。如電子電器行業(yè)，對制件的質(zhì)量要求較高，因此，其合理間隙值取得偏??；而對于汽車拖拉機(jī)行業(yè)來說，對制件的質(zhì)量相對來說要求不是很高，這時(shí)，應(yīng)以降低沖裁力，提高模具壽命為主，其合理間隙值取得偏大一些。表2－1是較小的沖裁間隙表，表2－2是較大的沖裁間隙表。表2－1較小的沖裁模初始雙面間隙Z

(

mm)表2－1較小的沖裁模初始雙面間隙Z

(

mm)表2－2較大的沖裁模初始雙面間隙Z

(

mm)2.2.3排樣與搭邊

1.排樣與材料利用率

沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣。在沖壓零件的成本費(fèi)用中，材料費(fèi)用占60%以上，排樣不合理就會(huì)浪費(fèi)材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)就是材料利用率。

材料利用率是指工件的實(shí)際面積A0與板料面積A(包括工件面積與廢料面積)的比值，用公式表示為

(2－2)

從式中可以看出，若能減少廢料面積，則能提高利用率。此外，在使用條件許可的條件下適當(dāng)?shù)馗淖児ぜ慕Y(jié)構(gòu)形狀也能提高材料利用率。

2．排樣方法

沖裁排樣有兩種分類方式。第一類按有無廢料分，第二種按制件在條料上的排列方式分。下面分別敘述如下：

(1)按有無廢料來分，排樣可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣。如圖2－10所示，從圖中可以看出，有廢料排樣時(shí)，工件周邊都有搭邊，所以能保證沖裁時(shí)工件的質(zhì)量，沖模壽命也高，但材料利用率低；少、無廢料排樣只局部有搭邊或無搭邊，材料利用率高，但因受條料下料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件尺寸不準(zhǔn)確。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，這種排樣方法應(yīng)用較少。

圖2－10排樣方法分類(a)有廢料排樣；(b)少廢料排樣；(c)無廢料排樣表2－3排樣方式的應(yīng)用及特點(diǎn)續(xù)表

(2)按制件在條料上的排列方式來分，排樣可分為直排、斜排、直對排、斜對排、混合排、多排和沖裁搭邊幾種。其應(yīng)用及特點(diǎn)見表2－3。

3．搭邊

搭邊是指沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的余料。搭邊分為送進(jìn)方向搭邊和邊緣搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償條料送進(jìn)時(shí)的定位誤差，保證沖出合格的工件，還能保持條料的剛性，方便送進(jìn)。

搭邊值大小要合理，過小的搭邊，使條料剛性降低，從而使條料容易產(chǎn)生變形，而影響到條料的正確送進(jìn)；而搭邊值過大，則材料利用率低。其值可參考表2－4。同時(shí)，還應(yīng)考慮如下因素對搭邊值的影響：

(1)材料力學(xué)性能：硬材料的搭邊值比軟材料、脆材料值小一些。

(2)沖裁件的形狀及尺寸：沖裁件大或有尖突的復(fù)雜形狀時(shí)，搭邊值大一些。

(3)材料厚度：料厚時(shí)搭邊大。

(4)送料方式與擋料方式：用手工送料，有側(cè)壓裝置的其值??；用側(cè)刃定距的其值大。

(5)卸料方式：彈性卸料比剛性卸料的小。

表2－4搭邊的參考值(低碳鋼)

4．排樣圖

在模具裝配圖及工藝卡片上，都應(yīng)該有排樣圖。排樣圖繪在圖紙的右上方。一張完整的排樣圖應(yīng)標(biāo)注條料寬度、條料長度、板料厚度、步距(條料每次送進(jìn)的距離)、端距、搭邊。當(dāng)連續(xù)排樣時(shí)，還應(yīng)標(biāo)注各工步名稱。如圖2－11所示。步距s為

s＝D＋a1 (2－3)

式中：D——工件送進(jìn)方向的最大尺寸；

a1——送進(jìn)方向的搭邊值。

圖2－11排樣圖2.2.4沖裁力與壓力中心

1．沖裁力及降低沖裁力的措施

為了正確選擇壓力機(jī)和合理設(shè)計(jì)模具，就必須計(jì)算沖裁力。用一般平刃沖裁時(shí)，其沖裁力F可以按下式計(jì)算：

F＝KLtτ0

(2－4)

或

F≈Ltσb (2－5)式中：

F——沖裁力(N)；

K——安全系數(shù)，K＝1.3；

t——材料的厚度(

mm)；

t0——材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)；

sb——材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)。

用平刃沖裁時(shí)所需的沖裁力大，在大型零件沖裁時(shí)，往往會(huì)超出現(xiàn)有設(shè)備的噸位，為了減少?zèng)_裁力，減少?zèng)_擊、振動(dòng)和噪音，可以采用降低沖裁力的方法。其具體方法有三種：

(1)斜刃沖裁。如圖2－12(a)所示，將刃口平面做成與其軸線傾斜成一定角度的斜刃，因沖裁時(shí)刃口不是同時(shí)切入材料，所以可以顯著降低沖裁力。為了得到平整的制件，落料時(shí)斜刃開在凹模上，凸模為平刃；沖孔時(shí)斜刃開在凸模上，凹模為平刃。斜刃沖裁時(shí)，沖裁力可用下列公式計(jì)算：

F斜＝K斜Ltτ0

(2－6)式中：K斜為降低沖裁力系數(shù)，與斜刃高度H有關(guān)。當(dāng)H＝t時(shí)，K斜＝0.4～0.6，φ<8°；當(dāng)H＝2t時(shí)，K斜＝0.2～0.4，φ<5°。

(2)階梯沖裁。在多凸模沖裁時(shí)，將凸模做成不同高度，使各凸模沖裁力的峰值不同時(shí)出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)如圖2－12(b)所示。高度不同的凸模，直徑大的應(yīng)先沖，因?yàn)楹鬀_的凸模進(jìn)入材料時(shí)，引起橫向推力，使先進(jìn)入材料的凸模有被彎曲的趨勢，直徑小了就容易發(fā)生折斷。圖2－12斜刃沖裁與階梯沖裁(a)斜刃沖模；(b)階梯凸模凸模階梯高度的差值H與料厚有關(guān)：當(dāng)t<3

mm時(shí)，H＝t；當(dāng)t>3

mm時(shí)，H＝0.5t。

階梯沖裁時(shí)，只須按產(chǎn)生沖裁力最大值的那一個(gè)階梯作為選擇壓力機(jī)的依據(jù)。

(3)加熱沖裁。加熱沖裁(俗稱“紅沖”)可以大大降低沖裁力。但加熱后零件表面質(zhì)量和沖件尺寸精度都有所降低。

2．卸料力、推件力、頂件力的計(jì)算

在沖裁結(jié)束后，由于材料的彈性回復(fù)及摩擦的存在，使沖落部分的材料卡在凹模內(nèi)，而余下的材料則緊箍在凸模上，為使沖裁工作能繼續(xù)進(jìn)行，必須將這些材料卸下或推出。如圖2－13所示。圖2－13卸料力、推件力、頂件力

(1)卸料力：卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫卸料力。其計(jì)算公式為

FX＝KXF (2－7)

(2)推件力：順著沖裁方向推出卡在凹模里的材料所需要的力一般叫推件力。其計(jì)算公式為

FT＝nKTF (2－8)

(3)頂件力：逆著沖裁方向頂出卡在凹模里的材料所需要的力一般叫頂件力。其計(jì)算公式為

FD＝KDF (2－9)

式中：KX、KT、KD分別為卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，其值可查表2－5；n為同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件(或廢料)個(gè)數(shù)，n＝h/t(h為凹模洞口的直壁高度；t為材料厚度)。

表2－5

KX、KT、KD值

3．壓力機(jī)標(biāo)稱壓力的確定

計(jì)算沖裁力的目的是為了選擇壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力，壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力F壓必須大于或等于總沖壓力Fz，即

F壓≥Fz (2－10)

總沖壓力Fz的大小根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的不同可分為：

(1)采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時(shí)，有

Fz＝F＋FX＋FT (2－11)

(2)采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模時(shí)，有

Fz＝F＋FX＋FD (2－12)

(3)采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時(shí)，有

Fz＝F＋FT (2－13)

4．壓力中心

沖壓力合力的作用點(diǎn)稱為模具的壓力中心。模具壓力中心應(yīng)與壓力機(jī)滑塊軸線重合，以免滑塊受偏心載荷而損壞導(dǎo)軌及模具。圖2－14圓弧線段的壓力中心沖裁直線段時(shí)，壓力中心位于該線段的中點(diǎn)。簡單形狀制件的壓力中心位于沖件輪廓圖形的幾何中心即重心。沖裁圓弧線段時(shí)，如圖2－14所示，其壓力中心計(jì)算公式如下：

(2－14)

沖裁復(fù)雜形狀的沖裁件和多凸模的模具壓力中心時(shí)，通常采用解析法、作圖法和懸掛法求解。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，用計(jì)算機(jī)求壓力中心已越來越多地應(yīng)用于復(fù)雜形狀零件的求解，其運(yùn)算簡單，結(jié)果準(zhǔn)確。

1)解析法求壓力中心

以如圖2－15(a)所示沖裁件為例，解析法求壓力中心方法如下：

(1)任取坐標(biāo)系，但取以計(jì)算最簡便的坐標(biāo)系最好。

(2)將組成復(fù)雜形狀沖裁件圖形的輪廓分解成若干最簡單的線段，求出各線段的長度l1、l2、l3……和重心坐標(biāo)x1、x2、x3……及y1、y2、y3……

圖2－15解析法求壓力中心(a)復(fù)雜形狀；(b)多凸模

(3)按式(2－15)、式(2－16)計(jì)算壓力中心的坐標(biāo)x0、y0。

(2－15)

(2－16)

多凸模的壓力中心確定如圖2－15(b)所示，其計(jì)算方法與上述過程相仿。所不同的是：式(2－15)、式(2－16)中的x1、x2、x3……和y1、y2、y3……為各凸模的壓力中心，l1、l2、l3……為各凸模的沖裁周長。

2)計(jì)算機(jī)確定沖模壓力中心

AutoCAD是一種通用繪圖軟件，不是專門的模具設(shè)計(jì)軟件，因此不能直接用來確定沖模的壓力中心，但是這種軟件卻具有查詢封閉區(qū)域質(zhì)心的功能。通過下面的分析和圖形轉(zhuǎn)換，使計(jì)算機(jī)的這一功能得到擴(kuò)展，間接地應(yīng)用于確定沖模壓力中心。

下面以應(yīng)用AutoCAD為例，說明計(jì)算機(jī)確定沖模壓力中心的實(shí)際應(yīng)用方法。如圖2－16(a)所示為凸模刃口輪廓，在Auto-CAD中用pedit命令將該刃口輪廓編輯成多義線，再以該多義線，向兩邊偏移微小距離，形成如圖2－16(b)所示的封閉環(huán)，兩條封閉環(huán)線間距可定為0.2

mm(計(jì)算機(jī)繪圖時(shí)設(shè)mm為繪圖單位)，間距越小，沖模壓力中心越精確。運(yùn)用一定的編輯方法圍繞沖裁邊形成一個(gè)狹窄封閉區(qū)域，用region命令編輯成面域，再用AutoCAD的Massprop命令求出面域質(zhì)心，此質(zhì)心接近壓力中心。圖2－16計(jì)算機(jī)確定沖模壓力中心(a)凸模刃口輪廓；(b)封閉環(huán)利用計(jì)算機(jī)確定多凸模壓力中心的原理與確定單凸模的相同，計(jì)算機(jī)查詢方法也類似，讀者可自行嘗試。

用計(jì)算機(jī)確定沖模壓力中心準(zhǔn)確、高效，這大大提高了模具設(shè)計(jì)速度與質(zhì)量，是傳統(tǒng)的計(jì)算方法所無法實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)確定沖模壓力中心的方法已在實(shí)際工作中得到了應(yīng)用，在模具設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用。

將各種金屬毛坯彎成具有一定角度和曲率，從而得到一定形狀和尺寸零件的沖壓工序稱為彎曲。

彎曲是成形工序之一，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在沖壓生產(chǎn)中占有很大的比重。圖2－17所示是各種典型彎曲零件。

彎曲模的結(jié)構(gòu)取決于彎曲件的形狀。簡單形狀的彎曲件，如V形件、U形件等可以一次彎曲成形，如圖2－18所示；復(fù)雜形狀的彎曲件，需要多次彎曲才能成形，如圖2－19所示。2.3彎曲模

圖2－17各種典型彎曲零件圖2－18一次彎曲成形實(shí)例圖2－19二次彎曲成形實(shí)例2.3.1典型結(jié)構(gòu)

1.V形件彎曲模

如圖2－20所示為V形件彎曲模的基本結(jié)構(gòu)。凸模3裝在標(biāo)準(zhǔn)槽形模柄1上，并用兩個(gè)銷釘2固定。凹模5通過螺釘和銷釘直接固定在下模座上。頂桿6和彈簧7組成頂件裝置，工作行程起壓料作用，可防止坯料偏移，回程時(shí)又可將彎曲件從凹模內(nèi)頂出。彎曲時(shí)，坯料由定位板4定位，在凸、凹模作用下，一次便可將平板坯料彎曲成V形件。圖2－20

V形件彎曲模如圖2－21所示為V形件折板式彎曲模，兩塊活動(dòng)凹模4由鉸鏈8連接，鉸鏈的心軸2可沿支架7的長槽作上下滑動(dòng)，定位板9固定在活動(dòng)凹模上。彎曲前，頂桿3將心軸頂?shù)阶罡呶恢?，使兩塊活動(dòng)凹模成一平面，平板坯料放在定位板上定位。工作時(shí)，在凸模1作用下，兩塊凹模將繞鉸鏈心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而鉸鏈心軸沿支架槽下滑，從而使坯料隨活動(dòng)凹模一起折彎成形。圖2－21

V形件折板式彎曲模當(dāng)凸?；爻虝r(shí)，活動(dòng)凹模借助頂桿3的作用復(fù)位并頂出彎曲件。在彎曲過程中，由于坯料始終與活動(dòng)凹模和定位板接觸，即使坯料形狀不對稱也不會(huì)產(chǎn)生相對滑動(dòng)和偏移，因此彎曲件的精度和表面質(zhì)量都較高。圖中鉸鏈心軸中心至凹模面的距離s影響凹模成V形時(shí)底部開口寬度b的大小，b過大時(shí)彎邊接觸凹模的面積減小，將失去折板凹模的優(yōu)越性。為了使全部直邊都能與凹模接觸，一般s值不能大于彎曲件的外彎曲半徑，即s≤r＋t。這種彎曲模特別適用于有精確孔位的小零件、坯料不易放平穩(wěn)的帶窄條的零件以及沒有足夠壓料面的零件。

2.U形件彎曲模

如圖2－22所示為上出件U形彎曲模，坯料用定位板4和定位銷2定位，凸模1下壓時(shí)將坯料及頂板3同時(shí)壓下，待坯料在凹模5內(nèi)成形后，凸模回升，彎曲后的零件就在彈頂器(圖中未畫出)的作用下，通過頂桿和頂板頂出，完成彎曲工作。該模具的主要特點(diǎn)是在凹模內(nèi)設(shè)置了頂件裝置，彎曲時(shí)頂板能始終壓緊坯料，因此彎曲件底部平整。同時(shí)頂板上還裝有定位銷2，可利用坯料上的孔(或工藝孔)定位，即使U形件兩直邊高度不同，也能保證彎邊高度尺寸。因有定位銷定位，定位板可不作精確定位。如果要進(jìn)行校正彎曲，頂板可接觸下模座作為凹模底來用。圖2－22上出件U形彎曲模如圖2－23所示為彎曲角小于90°的閉角U形件彎曲模，在凹模4內(nèi)安裝有一對可轉(zhuǎn)動(dòng)的凹模鑲件5，其缺口與彎曲件外形相適應(yīng)。凹模鑲件受拉簧6和止動(dòng)銷的作用，非工作狀態(tài)下總是處于圖示位置。模具工作時(shí)，坯料在凹模4和定位銷2上定位，隨著凸模的下壓，坯料先在凹模4內(nèi)彎曲成夾角為90°的U形過渡件，當(dāng)工件底部接觸到凹模鑲件后，凹模鑲件就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)而使工件最后成形。凸模回程時(shí)，帶動(dòng)凹模鑲件反轉(zhuǎn)，并在拉簧作用下保持復(fù)位狀態(tài)。同時(shí)，頂桿3配合凸模一起將彎曲件頂出凹模，最后將彎曲件由垂直于圖面方向從凸模上取下。圖2－23閉角U形件彎曲模

3．圓筒形件彎曲模

圓筒形件如采用簡單模彎曲成形，需兩道工序。第一次壓波浪，如圖2－24(a)所示；第二次壓圓，如圖2－24(b)所示。圓筒形件也可以一次壓彎成形，方法較多。

如圖2－25所示為采用擺動(dòng)式凹模結(jié)構(gòu)。一對擺動(dòng)凹模4安裝在凹模模座中，能圍繞固定在凹模模座中的軸銷轉(zhuǎn)動(dòng)。在不工作的情況下，由于彈頂板5的作用，兩凹模塊張開至圖示位置。工作時(shí)，毛坯放在凹模上并定位，凸模3下行，把毛坯先壓彎成U形，凸模繼續(xù)下行，帶著毛坯壓至凹模底部，迫使凹模塊繞軸銷擺動(dòng)，壓成圓形。圖2－24兩次壓圓筒形件的彎曲模(a)壓波浪；(b)壓圓為了加強(qiáng)凸模3的穩(wěn)定性，上模設(shè)計(jì)有支撐塊2，它能繞軸銷子1轉(zhuǎn)動(dòng)，工作時(shí)支撐塊頂住凸模3的一端，卸件時(shí)，擺動(dòng)支撐塊離開凸模3。

這種模具壓彎的制件，因上部得不到矯正，故回彈較大。圖2－25一次彎成圓管的彎曲模2.3.2最小彎曲半徑

彎曲是一種變形工序，經(jīng)過彎曲變形之后，毛坯變成具有一定曲率、一定角度的彎曲件，其曲率發(fā)生變化的部分是變形區(qū)，如圖2－26中的ABCD區(qū)域。毛坯變形區(qū)內(nèi)靠近曲率中心的一側(cè)(以后稱內(nèi)層)的金屬在切向壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生壓縮變形；遠(yuǎn)離曲率中心一側(cè)(以后稱外層)的金屬在切向拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生伸長變形。毛坯斷面上的應(yīng)變由外層的拉應(yīng)變過渡到內(nèi)層的壓應(yīng)變，其間必定有一層金屬的應(yīng)變?yōu)榱?，彎曲變形時(shí)其長度不變，稱之為應(yīng)變中性層，其曲率半徑為ρ。當(dāng)彈性彎曲或變形程度很小時(shí)，應(yīng)變中性層位于板厚的中央；當(dāng)變形程度較大時(shí)，應(yīng)變中性層從板厚的中央向內(nèi)層移動(dòng)。應(yīng)變中性層是計(jì)算毛坯展開長度的依據(jù)。圖2－26彎曲變形彎曲變形程度的大小可用相對彎曲半徑r/t來表示(r為彎曲毛坯內(nèi)表面的圓角半徑，t為毛坯的厚度，如圖2－26所示)，其值越小，表示變形程度越大。當(dāng)彎曲半徑小至一定值時(shí)，彎曲變形區(qū)內(nèi)外層的纖維可能被拉斷而導(dǎo)致開裂。在保證毛坯外層表面纖維不發(fā)生破壞的條件下，所能彎曲成形的內(nèi)表面最小的圓角半徑，稱為最小彎曲半徑rmin。生產(chǎn)中用它來表示成形極限。

影響最小相對彎曲半徑的因素很多，主要有以下幾種。

(1)材料的塑性及熱處理狀態(tài)。材料的塑性越好，其斷面延伸率δ越大，rmin／t就越小。經(jīng)退火處理后的坯料塑性較好，rmin／t小些。經(jīng)冷作硬化的坯料塑性降低，rmin／t就大些。

(2)板料的表面和側(cè)面質(zhì)量。板料的表面及側(cè)面(剪切斷面)質(zhì)量差時(shí)，容易造成應(yīng)力集中并降低塑性變形的穩(wěn)定性，使材料過早地破壞。對于沖裁或剪裁的坯料，若未經(jīng)退火，由于切斷面存在冷變形硬化層，也會(huì)使材料塑性降低。在這些情況下，均應(yīng)選用較大的相對彎曲半徑。

(3)彎曲方向。板料經(jīng)軋制以后產(chǎn)生纖維組織，使板料性能呈現(xiàn)明顯的方向性。一般順著纖維方向的力學(xué)性能較好，不易拉裂。因此，當(dāng)彎曲線與纖維方向垂直時(shí)(見圖227(a))，rmin／t可取較小值；當(dāng)彎曲線與纖維方向平行時(shí)(見圖2－27(b))，rmin／t則應(yīng)取較大值。當(dāng)彎曲件有兩個(gè)互相垂直的彎曲線時(shí)，排樣時(shí)應(yīng)使兩個(gè)彎曲線與板料的纖維方向成45°夾角(見圖2－27(c))。

圖2－27板料纖維方向?qū)ψ钚∠鄬澢霃降挠绊?/p>

(4)彎曲中心角α。理論上彎曲變形區(qū)外表面的變形程度只與rmin／t有關(guān)，而與彎曲中心角無關(guān)，但實(shí)際上由于接近圓角的直邊部分也產(chǎn)生一定的變形，這就相當(dāng)于擴(kuò)大了彎曲變形區(qū)的范圍，分散了集中在圓角部分的彎曲應(yīng)變，從而可以減緩彎曲時(shí)彎裂的危險(xiǎn)。彎曲中心角越小，減緩作用越明顯，因而rmin／t可以越小。

由于上述各種因素對rmin／t的綜合影響十分復(fù)雜，因此

rmin／t的數(shù)值一般用試驗(yàn)方法確定。各種金屬材料在不同狀態(tài)下的最小相對彎曲半徑的數(shù)值參見表2－6。

表2－6最小相對彎曲半徑rmin／t2.3.3回彈及其控制

在外載荷作用下，材料產(chǎn)生塑性變形的同時(shí)，伴隨著彈性變形。當(dāng)外載荷去掉后，彈性變形恢復(fù)，致使彎曲件的形狀和尺寸都發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為回彈，如圖2－28所示。通?；貜検侵钢萍澢呛桶霃脚c模具相應(yīng)的幾何參數(shù)不一致的現(xiàn)象。大于模具相應(yīng)幾何參數(shù)的叫正回彈，小于模具相應(yīng)幾何參數(shù)的叫負(fù)回彈。在所有沖壓工序中，回彈是一個(gè)普遍現(xiàn)象，但在彎曲工序中，回彈是影響彎曲件質(zhì)量的主要因素。

圖2－28彎曲回彈1．影響回彈的因素

(1)材料的機(jī)械性能。回彈的大小與材料的屈服強(qiáng)度σs成正比，與彈性模數(shù)E成反比，即σs／E越大，則回彈越大。在材料性能不穩(wěn)定時(shí)，回彈值也不穩(wěn)定。

(2)工件的相對彎曲半徑。工件的相對彎曲半徑r／t表示彎曲帶內(nèi)材料的變形程度，當(dāng)其它條件相同時(shí)，回彈角隨r／t值的增大而增大。因此，可按r／t值來確定回彈角的大小，見表2－7。

表2－7單角自由彎曲90°時(shí)的平均回彈角

(3)彎曲件的形狀。一般彎曲U形件時(shí)比V形件的回彈角小。

(4)模具間隙。在彎曲U形件時(shí)，凸、凹模之間的間隙對回彈有直接影響。間隙減小，由于模具對板料產(chǎn)生擠薄作用，可使回彈減小。反之，間隙越大，回彈越大。

(5)校正程度。在彎曲終了時(shí)進(jìn)行校正，可增加圓角處的塑性變形程度，從而可減少回彈。校正程度決定于校正力的大小，而校正力的大小是靠調(diào)整沖床滑塊位置來實(shí)現(xiàn)的。校正程度越大，則回彈角越小。

2．回彈值的確定

如上所述，影響回彈的因素很多，而且各因素又互相影響，用理論計(jì)算非常復(fù)雜，且不準(zhǔn)確。故在實(shí)際生產(chǎn)中，往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來初定回彈角的大小，然后在試模時(shí)進(jìn)行修正。

(1)當(dāng)r／t＜5的自由彎曲時(shí)，彎曲半徑的變化不大，故只考慮角度的回彈，當(dāng)彎曲角度不為90°時(shí)，回彈角應(yīng)做如下修正

(2－17)

式中：Δαx——彎曲角為x的回彈角；

Δα90——彎曲角為90°的回彈角；

α——制件的彎曲角。

(2)當(dāng)r／t＞10的自由彎曲時(shí)，由于彎曲半徑較大，回彈量較大，故彎曲圓角半徑及彎曲角均有較大變化。有關(guān)資料表明(如圖2－28所示)，凸模的圓角半徑及角度可按下式計(jì)算

(2－18)

(2－19)

式中：

rT——凸模圓角半徑(

mm)；

r——彎曲件圓角半徑(

mm)；

αT——凸模圓弧中心角(度)；

α——彎曲件彎曲中心角(度)；

σs——材料屈服強(qiáng)度(MPa)；

E——材料彈性模數(shù)(MPa)；

t——材料厚度(

mm)。

(3)校正彎曲時(shí)的回彈值。校正彎曲時(shí)也不需考慮彎曲半徑的回彈，只考慮彎曲角的回彈值。彎曲角的回彈值可按表2－8中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

表2－8校正彎曲時(shí)的回彈值Δα

3.控制回彈的措施

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于材料的力學(xué)性能和厚度的變動(dòng)等，要完全消除彎曲件的回彈是不可能的，但可以采取一些措施來控制或減小回彈所引起的誤差，以提高彎曲件的精度?？刂茝澢貜椀拇胧┯腥缦聨追N。

1)改進(jìn)彎曲件的設(shè)計(jì)

(1)盡量避免選用過大的相對彎曲半徑r／t。如有可能，在彎曲變形區(qū)壓出加強(qiáng)筋或成形邊翼，以提高彎曲件的剛度，抑制回彈，如圖2－29所示。

圖2－29加強(qiáng)筋減小回彈

(2)采用σs／E小、力學(xué)性能穩(wěn)定和板料厚度波動(dòng)小的材料。如用軟鋼來代替硬鋁、銅合金等，不僅回彈小，而且成本低，易于彎曲。

2)采取合適的彎曲工藝

(1)用校正彎曲代替自由彎曲。

(2)對經(jīng)冷作硬化后的材料在彎曲前進(jìn)行退火處理，彎曲后再用熱處理方法恢復(fù)材料性能。對回彈較大的材料，必要時(shí)可采用加熱彎曲。

(3)采用拉彎工藝方法。拉彎工藝如圖2－30所示，在彎曲過程中對板料施加一定的拉力，使彎曲件變形區(qū)的整個(gè)斷面都處于同向拉應(yīng)力，卸載后變形區(qū)的內(nèi)、外區(qū)回彈方向一致，從而可以大大減小彎曲件的回彈。這種方法對于彎曲r／t很大的彎曲件特別有利。

圖2－30拉彎工藝(a)拉彎工藝方法；(b)拉彎時(shí)斷面內(nèi)應(yīng)力分布情況

3)合理設(shè)計(jì)彎曲模結(jié)構(gòu)

(1)在凸模上減去回彈角(見圖2－31(a)、(b))，使彎曲件彎曲后其回彈得到補(bǔ)償。對U形件，還可將凸、凹模底部設(shè)計(jì)成弧形(見圖2－31(c))，彎曲后利用底部向上的回彈來補(bǔ)償兩直邊向外的回彈。圖2－31補(bǔ)償回彈

(2)當(dāng)彎曲件材料厚度大于0.8

mm，且塑性較好時(shí)，可將凸模設(shè)計(jì)成如圖2－32所示的局部突起形狀，使凸模作用力集中在彎曲變形區(qū)，以加大變形區(qū)的變形程度，從而減小回彈。

(3)對于一般較軟的材料(如Q215、Q235、10、20、H62(M)等)，可增加壓料力(見圖2－33(a))或減小凸、凹模之間的間隙(見圖2－33(b))，以增加拉應(yīng)變，減小回彈。圖2－32凸模作用力集中減小回彈圖2－33增大拉應(yīng)變減小回彈

(4)在彎曲件直邊的端部加壓，使彎曲變形區(qū)的內(nèi)、外區(qū)都處于壓應(yīng)力狀態(tài)而減小回彈，并能得到較精確的彎邊高度，如圖2－34所示。

(5)采用橡膠或聚氨酯代替剛性凹模進(jìn)行軟凹模彎曲，可以使坯料緊貼凸模，同時(shí)使坯料產(chǎn)生拉伸變形，獲得類似拉彎的效果，能顯著減小回彈，如圖2－35所示。圖2－34在彎曲件端部加壓減小回彈圖2－35采用軟凹模彎曲減小回彈2.3.4偏移及其控制

在彎曲過程中，坯料沿凹模邊緣滑動(dòng)時(shí)要受到摩擦阻力的作用，當(dāng)坯料各邊所受到的摩擦力不等時(shí)，坯料會(huì)沿其長度方向產(chǎn)生滑移，從而使彎曲后的零件兩直邊長度不符合圖樣要求，這種現(xiàn)象稱為偏移，如圖2－36所示。圖2－36彎曲時(shí)的偏移現(xiàn)象

1．產(chǎn)生偏移的原因

(1)彎曲件坯料形狀不對稱。如圖2－36(a)、(b)所示，由于彎曲件坯料形狀不對稱，彎曲時(shí)坯料的兩邊與凹模接觸的寬度不相等，使坯料沿寬度大的一邊偏移。

(2)彎曲件兩邊折彎的個(gè)數(shù)不相等。如圖2－36(c)、(d)所示，由于兩邊折彎的個(gè)數(shù)不相等，折彎個(gè)數(shù)多的一邊摩擦力大，因此坯料會(huì)向折彎個(gè)數(shù)多的一邊偏移。

(3)彎曲凸、凹模結(jié)構(gòu)不對稱。如圖2－36(e)所示，在V形件彎曲中，如果凸、凹模兩邊與對稱線的夾角不相等，角度大的一邊坯料所受凸、凹模的壓力大，因而摩擦力也大，所以坯料會(huì)向角度大的一邊偏移。

此外，坯料定位不穩(wěn)定、壓料不牢、凸模與凹模的圓角不對稱、間隙不對稱和潤滑情況不一致時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致彎曲時(shí)產(chǎn)生偏移現(xiàn)象。

2．控制偏移的措施

(1)采用壓料裝置，使坯料在壓緊狀態(tài)下逐漸彎曲成形，從而防止坯料的滑動(dòng)，而且還可得到平整的彎曲件，如圖2－37所示。

(2)利用毛坯上的孔或彎曲前沖出工藝孔，用定位銷插入孔中定位，使坯料無法移動(dòng)，如圖2－38(a)、(b)所示。圖2－37控制偏移的措施

圖2－38控制偏移的措施

(3)根據(jù)偏移量大小，調(diào)節(jié)定位元件的位置來補(bǔ)償偏移，如圖2－38(c)所示。

(4)對于不對稱的零件，先成對地彎曲，彎曲后再切斷，如圖2－38(d)所示。

(5)盡量采用對稱的凸、凹結(jié)構(gòu)，使凹模兩邊的圓角半徑相等，凸、凹模間隙調(diào)整對稱。

2.3.5翹曲與剖面畸變

對于細(xì)而長的板料彎曲件，彎曲后一般會(huì)沿縱向產(chǎn)生翹曲變形，如圖2－39所示。這是因?yàn)檠匕辶蠈挾确较?折彎線方向)零件的剛度小，塑性彎曲后，外區(qū)(a區(qū))寬度方向的壓應(yīng)變－ε2和內(nèi)區(qū)(b區(qū))寬度方向的拉應(yīng)變＋ε2得以實(shí)現(xiàn)，結(jié)果使折彎線凹曲，造成零件的縱向翹曲。當(dāng)板彎件短而粗時(shí)，因?yàn)榱慵v向的剛度大，寬度方向的應(yīng)變被抑制，彎曲后翹曲則不明顯。翹曲現(xiàn)象一般可通過采用校正彎曲的方法進(jìn)行控制。圖2－39彎曲后的翹曲變形剖面畸變是指彎曲后坯料斷面發(fā)生變形的現(xiàn)象。彎曲管材和型材時(shí)，由于徑向壓應(yīng)力ε3的作用，會(huì)產(chǎn)生如圖2－39和圖2－40所示的剖面畸變現(xiàn)象。另外，在薄壁管的彎曲中，還會(huì)出現(xiàn)內(nèi)側(cè)面因受寬向壓應(yīng)力ε2的作用而失穩(wěn)起皺的現(xiàn)象，因此彎曲時(shí)管中應(yīng)加填料或芯棒。圖2－40管材和型材的剖面畸變2.3.6毛坯尺寸的確定

1.彎曲中性層位置的確定

根據(jù)中性層的定義，彎曲件的坯料長度應(yīng)等于彎曲件中性層的展開長度。由于在塑性彎曲時(shí)，中性層的位置要發(fā)生位移，因此，計(jì)算中性層展開長度，首先應(yīng)確定中性層位置。中性層位置以曲率半徑表示(見圖2－41)，常用下面經(jīng)驗(yàn)公式確定

ρ＝r＋xt (220)

式中：r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑；

t——材料厚度；

x——中性層位移系數(shù)，見表2－9。

表2－9中性層位移系數(shù)x圖2－41中性層位置2．彎曲件坯料尺寸的確定

彎曲件的展開長度等于各直邊部分長度與各圓弧部分長度之和。直邊部分的長度是不變的，而圓弧部分的長度則需考慮材料的變形和中性層的位移。

1)r／t＞0.5的彎曲件

r／t＞0.5的彎曲件由于變薄不嚴(yán)重，按中性層展開的原理，坯料總長度應(yīng)等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和(見圖2－42)，即

(2－21)

式中：

Lz——坯料展開總長度，單位為mm；

α——彎曲中心角，單位為(°)。圖2－42

r/t>0.5的彎曲

2)r／t＜0.5的彎曲件

對于r／t＜0.5的彎曲件，由于彎曲變形時(shí)不僅零件的圓角變形區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重變薄，而且與其相鄰的直邊部分也產(chǎn)生變薄，故應(yīng)按變形前后體積不變條件來確定坯料長度。通?？刹捎帽?－10所列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。表2－10

r/t<0.5的彎曲件坯料長度計(jì)算公式需要指出，上述坯料長度計(jì)算公式只能用于形狀比較簡單、尺寸精度要求不高的彎曲件。對于形狀比較復(fù)雜或精度要求高的彎曲件，在利用上述公式初步計(jì)算坯料長度后，還需反復(fù)試彎，不斷修正，才能最后確定坯料的形狀及尺寸。這是因?yàn)楹芏嘁蛩貨]有考慮，可能產(chǎn)生較大的誤差，故在生產(chǎn)中宜先制造彎曲模，后制造坯料的落料模。

圖2－43

V形支架

解零件的相對彎曲半徑r／t＞0.5，故坯料展開長度公式為

Lz＝2(l直1＋l直2＋l彎1＋l彎2)

查表2－9，R4圓角處，r／t＝2，x＝0.38；R6圓角處，r／t＝3，x＝0.40。

l直1＝EF＝［32.5－(30×tan30°＋4×tan30°)］＝12.87

mm

l直2＝BC＝［30/cos30°－(8×tan60°＋4×tan30°)]＝18.47

mm

l彎1＝π×60/180(4＋0.38×2)＝4.98

mm

l彎2＝π×60/180(6＋0.40×2)＝7.12

mm

則坯料展開長度Lz＝2×(12.87＋18.47＋4.98＋7.12)＝86.88

mm例2－1計(jì)算如圖2－43所示彎曲件的坯料展開長度。2.3.7彎曲力

彎曲力是設(shè)計(jì)彎曲模和選擇壓力機(jī)的重要依據(jù)之一。彎曲力不僅與彎曲變形過程有關(guān)，還與坯料尺寸、材料性能、零件形狀、彎曲方式、模具結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)，因此用理論公式來計(jì)算彎曲力不但計(jì)算復(fù)雜，而且精確度不高。實(shí)際生產(chǎn)中常用經(jīng)驗(yàn)公式來進(jìn)行概略計(jì)算。

1．自由彎曲時(shí)的彎曲力

V形件彎曲力

(2－22)

U形件彎曲力

(2－23)

式中：F自——自由彎曲在沖壓行程結(jié)束時(shí)的彎曲力，單位為N；

B——彎曲件的寬度，單位為mm；

r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，單位為mm；

t——彎曲件材料厚度，單位為mm；

σb——材料的抗拉強(qiáng)度，單位為MPa；

K——安全系數(shù)，一般取K＝1.3。

2.校正彎曲時(shí)的彎曲力

校正彎曲時(shí)的彎曲力比自由彎曲力大得多，一般按下式計(jì)算

F校＝Ap (2－24)

式中：F?！Ｕ龔澢?，單位為N；

A——校正部分在垂直于凸模運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積，單位為mm2；

p——單位面積校正力，單位為MPa，其值見表2－11。

表2－11單位面積校正力p

(MPa)

3.頂件力或壓件力

若彎曲模設(shè)有頂件裝置或壓件裝置，其頂件力(FD)或壓件力(Fy)可近似取自由彎曲力的30%～80%，即

FD＝Fy＝(0.3～0.8)F自

(2－25)

4.壓力機(jī)標(biāo)稱壓力的確定

對于有壓料的自由彎曲，壓力機(jī)標(biāo)稱壓力應(yīng)為

F壓力機(jī)≥(F自＋Fy) (2－26)

對于校正彎曲，由于校正彎曲力是發(fā)生在接近壓力機(jī)下止點(diǎn)的位置，且校正彎曲力比壓料力或推件力大得多，故Fy值可忽略不計(jì)，壓力機(jī)標(biāo)稱壓力可取

F壓力機(jī)≥F校

(2－27)

拉深是利用拉深模將一定形狀的平面坯料或空心件制成開口空心件的沖壓工序。拉深工藝可以在普通的單動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行，也可以在專用的雙動(dòng)、三動(dòng)拉深壓力機(jī)或液壓機(jī)上進(jìn)行。常見拉深件如圖2－44所示。2.4拉深模圖2－44拉深件示意圖(a)直壁旋轉(zhuǎn)體拉深件；(b)曲面旋轉(zhuǎn)體拉深件；(c)盒形件；(d)非旋轉(zhuǎn)體曲面形狀拉深件2.4.1拉深成形過程

如圖2－45所示為圓筒形件的拉深過程。直徑為D、厚度為t的圓形毛坯經(jīng)過拉深模拉深，得到具有外徑為d、高度為h的開口圓筒形工件。

圖2－46表明拉深過程中，圓形平板坯料拉成筒形件時(shí)材料的轉(zhuǎn)移情況。若將平板坯料的三角形陰影部分切除，把留下部分的狹條沿著直徑為d的圓周折彎過來，再把它們加以焊接，就可以做成一個(gè)高度為h＝(D－d)/2的圓筒形工件。但實(shí)際上在拉深過程中，并沒有把這“多余的三角形材料”切掉。由此可見，這部分材料在拉深過程中產(chǎn)生了塑性流動(dòng)而轉(zhuǎn)移，使得拉深后工件的高度增加了Δh，所以h>(D－d)/2。

圖2－45圓筒形件的拉深圖2－46拉深時(shí)材料的轉(zhuǎn)移為了分析拉深時(shí)的材料變形情況，在圓形平板坯料上畫許多間距都等于a的同心圓和分度相等的輻射線，由這些同心圓和輻射線組成如圖2－47所示的網(wǎng)格。拉深后，筒形件底部的網(wǎng)格基本上保持原來的形狀，而筒壁上的網(wǎng)格與坯料凸緣部分上的網(wǎng)格發(fā)生了較大的變化：原來直徑不等的同心圓變?yōu)橥脖谏现睆较嗟鹊膱A，其間距增大了，越靠近筒形件口部增大越多，即由原來的a變?yōu)閍1、a2、a3…，且a1>a2>a3>…>a；原來分度相等的輻射線變成筒壁上的垂直平行線，其間距縮小了，越靠近筒形件口部縮小越多，即由原來的b1>b2>b3>…>b變?yōu)閎1＝b2＝b3＝…＝b。如果從網(wǎng)格中取一個(gè)小單元來看，在拉深前是扇形，其面積為A1，拉深后變?yōu)榫匦危涿娣e為A2。實(shí)踐證明，拉探后板料厚度變化很小，因此可以近似認(rèn)為拉深前后小單元的面積不變，即A1＝A2。這與一塊扇形毛坯被拉著通過一個(gè)契形槽(如圖2－47(b)所示)的變化過程類似，在直徑方向被拉長的同時(shí)，切向則被壓縮。圖2－47拉深件的網(wǎng)格試驗(yàn)(a)網(wǎng)格的變化；(b)扇形小單元體的變形在實(shí)際的拉深過程中，并不存在契形槽，料坯上的扇形小單元體也不是單獨(dú)存在的，而是處在相互聯(lián)系、緊密結(jié)合在一起的坯料整體內(nèi)。由于拉深力的直接作用，使小單元體在徑向被拉長，同時(shí)由于小單元體材料之間的相互擠壓使小單元體在切向被壓縮。

綜上所述，在拉深過程中，坯料的中心部分成為筒形件的底部，基本不變形，是不變形區(qū)，坯料的凸緣部分(即D－d的環(huán)形部分)是主要變形區(qū)。拉深過程實(shí)質(zhì)上就是將坯料的凸緣部分材料逐漸轉(zhuǎn)移到筒壁的過程。在轉(zhuǎn)移過程中，凸緣部分材料由于拉深力的作用，徑向產(chǎn)生拉應(yīng)力σ1，切向產(chǎn)生壓應(yīng)力σ3。在σ1和σ3的共同作用下，凸緣部分金屬材料產(chǎn)生塑性變形，其“多余的三角形”材料沿徑向伸長，切向壓縮，且不斷被拉入凹模中變?yōu)橥脖冢蔀閳A筒形開口空心件。

圓筒形件拉深的變形程度，通常用筒形件直徑d與坯料直徑D的比值來表示，即

(2－28)

式中：m稱為拉深系數(shù)。m越小，拉深變形程度越大；相反，m越大，拉深變形程度就越小。2.4.2典型結(jié)構(gòu)

根據(jù)工作情況和使用設(shè)備的不同，拉深模的結(jié)構(gòu)也不相同。首次拉深模和以后各次拉深模一般可分為單動(dòng)壓力機(jī)上用的(無壓邊裝置和有壓邊裝置)和雙動(dòng)壓力機(jī)上用的。下面介紹幾種典型結(jié)構(gòu)。1.單動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉深模

1)首次拉深模

圖2－48(a)所示為無壓料裝置的首次拉深模。拉深件直接從凹模底下落下，為了從凸模上卸下沖件，在凹模下裝有卸件器，當(dāng)拉深工作行程結(jié)束，凸?；爻虝r(shí)，卸件器下平面作用于拉深件口部，把沖件卸下。為了便于卸件，凸模上鉆有直徑為3

mm以上的通氣孔。如果板料較厚，拉深件深度較小，拉深后有一定回彈量。回彈引起拉深件口部張大，當(dāng)凸?；爻虝r(shí)，凹模下平面擋住拉深件口部而自然卸下拉深件，此時(shí)可以不配備卸件器。

圖2－48首次拉深模(a)無壓料裝置；(b)有壓料裝置這種拉深模具結(jié)構(gòu)簡單，適用于拉深板料厚度較大而深度不大的拉深件。

圖2－48(b)所示為有壓料裝置的正裝式首次拉深模。拉深模的壓料裝置在上模，由于彈性元件高度受到模具閉合高度的限制，因而這種結(jié)構(gòu)形式的拉深模只適用于拉深高度不大的零件。

2)以后各次拉深模

圖2－49所示為有壓料倒裝式以后各次拉深模，壓料圈6兼作定位用，前次拉深后的工序件套在壓料圈上進(jìn)行定位。壓料圈的高度應(yīng)大于前次工序件的高度，其外徑最好按已拉成的前次工序件的內(nèi)徑配作。拉深完的工件在回程時(shí)分別由壓料圈頂出和推件塊3推出?？烧{(diào)式限位柱5可控制壓料圈與凹模之間的間距，以防止拉深后期由于壓料力過大造成工件側(cè)壁底角附近過分減薄或拉裂。

壓邊裝置做在模具下方，以滿足深拉深的要求。圖2－49有壓料以后各次拉深模

3)落料拉深復(fù)合模

圖2－50所示為落料拉深復(fù)合模，條料由兩個(gè)導(dǎo)料銷11進(jìn)行導(dǎo)向，由擋料銷12定距。由于排樣圖取消了縱搭邊，落料后廢料中間將自動(dòng)斷開，因此可不設(shè)卸料裝置。工作時(shí)，首先由落料凹模1和凸凹模3完成落料，緊接著由拉深凸模2和凸凹模進(jìn)行拉深。壓料圈9既起壓料作用又起頂件作用。由于有頂件作用，上?；爻虝r(shí)，沖件可能留在拉深凹模內(nèi)，所以設(shè)置了推件裝置。為了保證先落料、后拉深，模具裝配時(shí)，應(yīng)使拉深凸模2比落料凹模1低約1～1.5倍料厚的距離。圖2－50落料拉深復(fù)合模

2.雙動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉深模

如圖2－51所示，下模由凹模2、定位板3、凹模固定板8、頂件塊9和下模座1組成，上模的壓料圈5通過上模座4固定在壓力機(jī)的外滑塊上，凸模7通過凸模固定桿6固定在內(nèi)滑塊上。工作時(shí)，坯料由定位板定位，外滑塊先行下降帶動(dòng)壓料圈將坯料壓緊，接著內(nèi)滑塊下降帶動(dòng)凸模完成對坯料的拉深?；爻虝r(shí)，內(nèi)滑塊先帶動(dòng)凸模上升將工件卸下，接著外滑塊帶動(dòng)壓料圈上升，同時(shí)頂件塊在彈頂器作用下將工件從凹模內(nèi)頂出。圖2－51雙動(dòng)壓力機(jī)用首次拉深模2.4.3拉深時(shí)的起皺與開裂

生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的拉深件質(zhì)量問題較多，但主要的是起皺和拉裂。

1．起皺

拉深時(shí)坯料凸緣區(qū)出現(xiàn)波紋狀的皺折稱為起皺。起皺是一種受壓失穩(wěn)現(xiàn)象，如圖2－52(a)、(b)所示。圖2－52拉深件的起皺破壞(a)起皺現(xiàn)象；(b)輕微起皺影響拉深件質(zhì)量；(c)嚴(yán)重起皺導(dǎo)致破裂為了防止起皺，最常用的方法是在拉深模具上設(shè)置壓料裝置，使坯料凸緣區(qū)夾在凹模平面與壓料圈之間通過，如圖2－53所示。

當(dāng)然并不是任何情況下都會(huì)發(fā)生起皺現(xiàn)象，當(dāng)變形程度較小、坯料相對厚度較大時(shí)，一般不會(huì)起皺，這時(shí)就可不必采用壓料裝置。判斷要否采用壓料裝置可按表2－12確定。圖2－53帶壓料圈的模具結(jié)構(gòu)

表2－12采用或不采用壓料裝置的條件

2．拉裂

在拉深過程中，壁部與底部圓角相切處承受徑向和切向拉應(yīng)力的作用，使該處變薄最嚴(yán)重。變薄最嚴(yán)重的部位成為拉深時(shí)的危險(xiǎn)斷面，當(dāng)筒壁的最大拉應(yīng)力超過了該危險(xiǎn)斷面材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生拉裂，如圖2－54所示。另外，當(dāng)凸緣區(qū)起皺時(shí)，坯料難以或不能通過凸、凹模間隙，使得筒壁拉應(yīng)力急劇增大，也會(huì)導(dǎo)致拉裂(見圖2－52(c))。

生產(chǎn)實(shí)際中常用適當(dāng)加大凸、凹模圓角半徑，降低拉深力，增加拉深次數(shù)，在壓料圈底部和凹模上涂潤滑劑等方法來避免拉裂的產(chǎn)生。圖2－54拉深件的拉裂破壞2.4.4圓筒形件的拉深工藝計(jì)算

1．坯料尺寸的確定

拉深件的坯料形狀一般與拉深件的截面輪廓形狀近似，又因?yàn)槠胀ɡ詈蠊ぜ钠骄穸扰c毛坯原始厚度的差別不大，厚度變化可以忽略不計(jì)。由于塑性變形前后體積不變，因此，可以按坯料面積等于拉深件表面積的原則確定坯料尺寸。

由于金屬板料具有板平面方向性和受模具幾何形狀等因素的影響，制成的拉深件口部一般不整齊，尤其是深拉深件。因此在多數(shù)情況下還需采取加大工序件高度或凸緣寬度的辦法，拉深后再經(jīng)過切邊工序以保證零件質(zhì)量。切邊余量可參考表2－13和表2－14。但當(dāng)零件的相對高度H/d很小并且高度尺寸要求不高時(shí)，也可以不用切邊工序。

表2－13無凸緣圓筒形拉深件的切邊余量Δh (

mm)

表2－14帶凸緣圓筒形拉深件的切邊余量ΔR

(

mm)

圖2－55圓筒形拉深件坯料尺寸計(jì)算圖因此，對于簡單的圓筒形拉深件，坯料尺寸的計(jì)算主要是確定坯料直徑?？墒紫葘⒗罴澐譃槿舾蓚€(gè)簡單而又便于計(jì)算的幾何體，并分別求出各簡單幾何體的表面積，再把各簡單幾何體的表面積相加即為拉深件的總表面積，然后根據(jù)表面積相等原則，即可求出坯料直徑。例如，如圖2－55所示的圓筒形拉深件，可分解為無底圓筒1、1/4凹圓環(huán)2和圓形板3三部分，每一部分的表面積分別為

A1＝πd(H－r)

A2＝π［2πr(d－2r)＋8r2］/4

A3＝π(d－2r)2/4

設(shè)坯料直徑為D，則按坯料表面積與拉深件表面積相等的原則，有

πD2/4＝A1＋A2＋A3分別將A1、A2、A3代入上式并簡化后得

(2－29)

式中：D為坯料直徑；d、H、r分別為拉深件的直徑、高度、圓角半徑。

計(jì)算時(shí)，拉深件尺寸均按厚度中線尺寸計(jì)算，但當(dāng)板料厚度小于1

mm時(shí)，也可以按零件圖標(biāo)注的外形或內(nèi)形尺寸計(jì)算。

常用旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料直徑的計(jì)算公式見表2－15。

表2－15常見旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料直徑的計(jì)算公式

表2－15常見旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料直徑的計(jì)算公式續(xù)表

2．拉深工序件尺寸的確定

1)拉深系數(shù)及其極限

前已述及，圓筒形件的拉深變形程度一般用拉深系數(shù)表示。在設(shè)計(jì)沖壓工藝過程與確定拉深工序的數(shù)目時(shí)，通常也是用拉深系數(shù)作為計(jì)算的依據(jù)。從廣義上說，圓筒形件的拉深系數(shù)m是以每次拉深后的直徑與拉深前的坯料(工序件)直徑之比表示(見圖2－56)的，即

第一次拉深系數(shù)

第二次拉深系數(shù)

第n次拉深系數(shù)

總拉深系數(shù)m總表示從坯料直徑D拉深至dn的總變形程度，即

圖2－56圓筒形件的多次拉深拉深變形程度對凸緣區(qū)的徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力以及對筒壁傳力區(qū)拉應(yīng)力影響極大，為了防止在拉深過程中產(chǎn)生起皺和拉裂的缺陷，就應(yīng)減小拉深變形程度(即增大拉深系數(shù))，從而減小切向壓應(yīng)力和徑向拉應(yīng)力，以減小起皺和破裂的可能性。

影響極限拉深系數(shù)的因素較多，主要有：

(1)材料的組織與力學(xué)性能。一般來說，材料組織均勻、晶粒大小適當(dāng)、屈強(qiáng)比σs/σb小、塑性好、板平面方向性系數(shù)Δr小、板厚方向系數(shù)r大、硬化指數(shù)n大的板料，變形抗力小，筒壁傳力區(qū)不容易產(chǎn)生局部嚴(yán)重變薄和拉裂，因而拉深性能好，極限拉深系數(shù)較小。

(2)板料的相對厚度t/D。當(dāng)板料的相對厚度大時(shí)，抗失穩(wěn)能力較強(qiáng)，不易起皺，可以不采用壓料或減少壓料力，從而減少了摩擦損耗，有利于拉深，故極限拉深系數(shù)較小。

(3)摩擦與潤滑條件。凹模與壓料圈的工作表面光滑、潤滑條件較好，可以減小拉深系數(shù)。但為避免在拉深過程中凸模與板料或工序件之間產(chǎn)生相對滑移造成危險(xiǎn)斷面的過度變薄或拉裂，在不影響拉深件內(nèi)表面質(zhì)量和脫模的前提下，凸模工作表面可以比凹模粗糙一些，并避免涂潤滑劑。

(4)模具的幾何參數(shù)。模具幾何參數(shù)中，影響極限拉深系數(shù)的主要是凸、凹模圓角半徑及間隙。凸模圓角半徑rT太小，板料繞凸模彎曲的拉應(yīng)力增加，易造成局部變薄嚴(yán)重，降低危險(xiǎn)斷面的強(qiáng)度，因而會(huì)降低極限變形程度；凹模圓角半徑rA太小，板料在拉深過程中通過凹模圓角半徑時(shí)彎曲阻力增加，增加了筒壁傳力區(qū)的拉應(yīng)力，也會(huì)降低極限變形程度；凸、凹模間隙太小，板料會(huì)受到太大的擠壓作用和摩擦阻力，增大了拉深力，使極限變形程度減小。因此，為了減小極限拉深系數(shù)，凸、凹模圓角半徑及間隙應(yīng)適當(dāng)取較大值。但是，凸、凹模圓角半徑和間隙也不宜取得過大，過大的圓角半徑會(huì)減小板料與凸模和凹模端面的接觸面積及壓料圈的壓料面積，板料懸空面積增大，容易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺；過大的凸、凹模間隙會(huì)影響拉深件的精度，拉深件的錐度和回彈較大。

除此以外，影響極限拉深系數(shù)的因素還有拉深方法、拉深次數(shù)、拉深速度、拉深件形狀等。由于影響因素很多，實(shí)際生產(chǎn)中，極限拉深系數(shù)的數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用試驗(yàn)方法得出的，見表2－16和表2－17。

表2－16圓筒形件的極限拉深系數(shù)(帶壓料圈)表2－17圓筒形件的極限拉深系數(shù)(不帶壓料圈)

需要指出的是，在實(shí)際生產(chǎn)中，并不是所有情況下都采用極限拉深系數(shù)。為了提高工藝穩(wěn)定性，提高零件質(zhì)量，必須采用稍大于極限值的拉深系數(shù)。

2)圓筒形件的拉深次數(shù)與工序尺寸的計(jì)算

(1)拉深次數(shù)的確定。

當(dāng)拉深件的拉深系數(shù)m(d/D)大于第一次極限拉深系數(shù)［m1］，即m＞［m1］時(shí)，則該拉深件只需一次拉深就可拉出，否則就要進(jìn)行多次拉深。

需要多次拉深時(shí)，其拉深次數(shù)可按以下方法確定：

①推算法。先根據(jù)t/D和是否壓料條件從表2－16或表2－17查出［m1］，［m2］，［m3］，…，然后從第一道工序開始依次算出各次拉深工序件直徑，即d1＝［m1］D，d2＝［m2］d1，…，dn＝［mn］dn－1，直到dn≤d。即當(dāng)計(jì)算所得直徑dn稍小于拉深件所要求的直徑d時(shí)，計(jì)算的次數(shù)即為拉深的次數(shù)。

②查表法。圓筒形件的拉深次數(shù)還可從各種實(shí)用的表格中查取。如表2－19是根據(jù)坯料相對厚度t/D與零件的相對高度H/d查取拉深次數(shù)；表2－19則是根據(jù)t/D與總拉深系數(shù)m查取拉深次數(shù)。

表2－18圓筒形件相對高度H/d與拉深次數(shù)的關(guān)系表2－19圓筒形件總拉深系數(shù)m(d/D)與拉深次數(shù)的關(guān)系

(2)各次拉深工序尺寸的計(jì)算。

當(dāng)圓筒形件需多次拉深時(shí)，就必須計(jì)算各次拉深的工序件尺寸，以作為設(shè)計(jì)模具及選擇壓力機(jī)的依據(jù)。

①各次工序件的直徑。當(dāng)拉深次數(shù)確定之后，先從表中查出各次拉深的極限拉深系數(shù)，并加以調(diào)整后確定各次拉深實(shí)際采用的拉深系數(shù)。調(diào)整的原則是：

(a)保證m1m2…mn＝d/D；

(b)使m1＜［m1］，m2＜［m2］，…，mn＜［mn］，且m1＜m2＜…＜mn。

然后根據(jù)調(diào)整后的各次拉深系數(shù)計(jì)算各次工序件直徑：

d1＝m1D

d2＝m2d1

dn＝mndn－1

②各次工序件的圓角半徑。工序件的圓角半徑r等于相應(yīng)拉深凸模的圓角半徑rT，即r＝rT。但當(dāng)料厚t≥1時(shí)，應(yīng)按中線尺寸計(jì)算，這時(shí)r＝rT＋t/2。rT的確定見3.1.3節(jié)?！?/p>

③各次工序件的高度。在各工序件的直徑與圓角半徑確定之后，可根據(jù)圓筒形件坯料尺寸計(jì)算公式推導(dǎo)出各次工序件高度的計(jì)算公式為

(2－30)

式中：

H1，H2，…，Hn——各次工序件的高度；

d1，d2，…，dn——各次工序件的直徑；

r1，r2，…，rn——各次工序件的底部圓角半徑；

D——坯料直徑。圖2－57無凸緣圓筒形件

例2－2

計(jì)算如圖2－57所示圓筒形件的坯料尺寸、拉深系數(shù)及各次拉深工序件尺寸。材料為10鋼，板料厚度t＝2

mm。

解

因板料厚度t＞1

mm，故按板