第七章(冷冲模设计-机械版)

1第七章其它冲压方法及其模具第一节成形工艺及其模具第二节冷挤压第三节小批量多品种生产用模具2第一节成形工艺及其模具一、校形二、翻边三、缩口四、胀形五、起伏成形3一、校形校形包括校平与整形，属于修整性的成形工艺，大都是在冲裁、弯曲、拉深等冲压工序之后进行的，主要是为了把冲压件的不平度、圆角半径或某些形状尺寸修整到合格的要求。（一）校平校平通常是在冲裁工序后进行的。由于冲裁后制件产生弯曲，特别是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便需要进行校平。根据板料的厚度和对表面的要求不同，可以采用光面模校平或齿形模校平两种。45（二）整形整形一般用于弯曲、拉深或其它成形工序之后。经过这些工序的加工，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。整形模和前工序所用的模具大体相似，只是对工作部分的精度要求更高，表面粗糙度要求更低，圆角半径和间隙较小。6校平和整形工序具有以下特点：

１）变形量都很小，只是在局部部位成形，以达到修整的目的，使之符合零件图的要求。

２）校平和整形后制件的精度比较高，因而模具的精度相应地也要求比较高。

３）这类工序在冲压时都需要在压力机下止点刚性卡压一下。因此，所用设备最好为精压机。若用机械压力机时，压力机应有较好的刚度，并需带有过载保护装置，以防损坏设备。7二、翻边翻边是将制件的孔边缘或外边缘在模具的作用下翻出竖立或一定角度的直边。翻边在冲压生产中是常用工序之一，如图７-５所示。根据制件边缘的性质和应力状态的不同，翻边可以分为内孔翻边（图ａ）和外缘翻边（图ｂ）：外缘翻边又分为外凸的外缘翻边（图ｂ下图）和内凹的外缘翻边（图ｂ上图）两种。此外，根据竖边壁厚的变化情况，可分为不变薄翻边（统称翻边）和变薄翻边两种。8（一）内孔翻边１.内孔翻边的变形特点和翻边系数１）材料的力学性能：２）孔的边缘状况３）翻边前的孔径。４）凸模的形状５）翻边孔的形状910２.翻边的工艺计算进行翻边工艺计算时（图７-９）需要根据制件的尺寸D计算出预冲孔直径d，并核算其翻边高度H。当采用平板毛坯不能直接翻出所要求的高度H时，则应预先拉深，然后在此拉深件的底部冲孔，再进行翻边（图７-１０）。有时也可以进行多次翻边。由于翻边时材料主要是切向拉伸，厚度变薄，而径向变形不大，因此，在进行工艺计算时可以根据弯曲件中性层长度不变的原则近似地进行预冲孔径大小的计算。实践证明这种计算方法误差不大。现分别就平板毛坯翻边和拉深后翻边两种情况进行讨论。1112（二）外缘翻边13（三）翻边模的结构举例14三、缩口缩口是将先拉深好的圆筒形件或管件坯料通过缩口模具使其口部直径缩小的一种成形工序。若用缩口代替拉深工序来加工某些零件，可以减少成形工序。15缩口的应力应变状态16缩口的支承方法17缩口毛坯高度计算18缩中模原理图19四、胀形胀形是通过模具利用压力使空心件或管状坯料由内向外扩张的成形方法，以胀出所需的凸起曲面。它是与缩口相对应的成形工序。胀形的变形特点主要是材料受切向和母线方向拉伸。所以在胀形工艺中，主要问题是防止拉伸过头而胀裂。202122五、起伏成形起伏成形是依靠材料的局部拉伸，使毛坯或工件的形状改变而形成局部的下凹或凸起的冲压工序。它实质上是一种局部胀形的冲压工艺。23图７-２５起伏成形距边缘的最小尺寸24第二节冷挤压一、冷挤压概述二、冷挤压的变形程度三、冷挤压力四、冷挤压模具25一、冷挤压概述冷挤压是在常温条件下，利用模具在压力机上对模腔内的金属坯料施加相当大的压力，使其在三向受压的应力状态下产生塑性变形，并将金属从凹模下通孔或凸模和凹模的环形间隙中挤出，从而获得所需形状、尺寸与性能的零件的一种加工方法。（一）冷挤压的分类根据冷挤压时金属流动方向和凸模运动方向的关系，可将冷挤压分为正挤压、反挤压和复合挤压三种基本方式。１.正挤压２.反挤压３.复合挤压26（二）冷挤压的优越性１.节约原材料，提高生产率27２.提高零件的力学性能283.提高零件的精度，降低表面粗糙度4.加工形状很复杂的零件29（三）冷挤压技术中应解决的主要问题１）在模具方面必须采取有效措施解决模具强度、刚度及寿命问题。２）在现有技术条件下，并不是所有金属材料都能实现冷挤压加工的。３）冷挤压时毛坯处于很强的静水压作用

下，材料允许的变形程度一般已不再受材料塑性的限制，而是受模具材料强度和模具寿命的限

制。４）润滑对冷挤压的影响是十分重要的。５）选用合适的挤压设备。30二、冷挤压的变形程度１.冷挤压变形程度的表示方法１）断面变化率２）挤压比31２.冷挤压的极限变形程度冷挤压时，一次挤压加工可能达到的最大变形程度称为极限变形程度。由于挤压金属处于三向压应力状态下产生塑性变形，所以塑性好，如果不是受到模具强度的限制，挤压金属可能达到很大的变形程度。如挤压低强度的有色金属，其变形程度可以达到９９或更高。但变形程度很大时，单位挤压力很大，会显著降低模具的使用寿命。如果单位挤压力超过模具强度所许可的范围，则造成模具的早期破坏。所以，冷挤压极限变形程度实际上是受模具强度和模具寿命的限制。也就是说，冷挤压的极限变形程度实际上是指在模具强度允许条件下，保持模具有一定寿命的一次挤压变形程度。极限变形程度大，工序数目少，生产率高。32333435三、冷挤压力冷挤压的特点是变形压力大。如果冷挤压变形时作用在模具单位面积上的力（即单位挤压力）超过了２５００～３０００ＭＰａ，模具就可能损坏；另一方面如果总变形力超过压力机的许用载荷，就会使压力机损坏。因此必须对冷挤压的单位挤压力和总变形力进行计算，这是设计冷挤压模具和选用冷挤压设备的依据。（一）挤压时金属流动的情况与冷挤压力曲线363738（二）影响单位挤压力的因素39影响单位挤压力的主要因素有：（１）毛坯材料的力学性能（２）变形程度

（３）坯料相对高度

（４）挤压方式

（５）模具工作部分的几何形状参数

（６）润滑40414243444546（三）冷挤压力的确定由于影响挤压力的因素较为复杂，要较为精确地确定冷挤压时的单位挤压力和总挤压力，目前还没有一个十分完善的方法。在理论上，可以由主应力法、滑移线法、上限法、变形功法或用有限元法计算单位挤压力，而在实用上通常采用近似计算和图解法确定。１.图解法２.近似计算法

47四、冷挤压模具（一）冷挤压模具的典型结构48（二）预应力组合凹模１.冷挤压凹模的受力分析２.凹模的结构形式和尺寸的确定３.预应力组合凹模材料及硬度要求49第三节小批量多品种生产用模具目前，国内外在生产中常采取如下技术措施，取得了较好的效果：１）改变传统的冲压方法，采用通用的组合模具。这种加工方法，用有限的若干副模具适应冲压件千变万化的加工要求。２）采用各种简易冲模。通过简化模具结构，采用模具新材料及开拓模具制造新工艺等措施来降低模具制造费用，缩短模具制造周期。３）采用带有快速定位、夹紧装置的通用模座和凸、凹模快换装置，缩短模具的安装、调整等辅助时间。４）应用电子技术，发展数控回转式自动压力机，根据数控指令自动进行模具的选择、转换及工件的定位、加工等。５）推行模具零部件的标准化，扩大标准件的范围，减少非标准加工件。50第三节小批量多品种生产用模具一、组合冲模二、聚氨酯橡胶模三、低熔点合金模四、锌基合金冲模51一、组合冲模组合冲模的结构形式主要有分解式组合冲模和积木式组合冲模两种。525354二、聚氨酯橡胶模聚氨酯橡胶是一种人工合成的以氨基甲酸酯为主链的具有高弹性的高分子材料。与普通的天然橡胶相比，它具有机械强度高、耐磨、耐油、耐酸、耐老化等优点，而且其抗撕裂性能比较好，并具有较大的硬度范围。

聚氨酯橡胶模是用聚氨酯橡胶代替冲模中的凸模或凹模。可以用来完成冲裁、弯曲、拉深、起伏成形、胀形等多种冲压工序。55如图７-５７所示，用橡胶模冲孔时，常在孔内放置顶杆。若孔内不放顶杆，如图ａ所示，冲压时橡胶深入孔内，该部分的变形较大。随着压力逐渐增大，易使橡胶割裂，橡胶在凹模的刃口处容易破坏，冲孔件的孔边缘会拉出较大的圆角。在凹模孔内放置顶杆后，如图ｂ所示，橡胶在凹模内刃口处变形小，而产生的单位压力较大，所以提高了橡胶的使用寿命，并使冲孔质量有所提高。冲孔时有顶杆与无顶杆的比较ａ）无顶杆ｂ）有顶杆5657585960三、低熔点合金模图７-６３所示为低熔点合金拉深模。该浇铸工艺在压力机外进行。制造时，先在模具中放入按工件实样为制造依据的样件３。再放入凸模板８。样件３上有小孔，以供合金流过。然后将已熔化的低熔点合金由浇口１４浇入模内。凝固后，以样件为分界，留在熔箱内的即为凹模，样件以上与凸模板８固定在一起的即为凸模。凸模板８上的螺钉１２是为了增强与低熔点合金凸模的连接牢度，图中所示是合金凝固后尚未将凸模和凹模分开时的情形。在凸模和凹模分开后，取出样件，修光型腔，即可使用。由于样件与工件形状尺寸厚度均相同，因此冲压时即能压出合乎要求的工件。对于拉深模也可以将压边圈同时铸出。6162四、锌基合金冲模１.锌基合金冲裁模的冲裁机理以落料为例，分别采用锌合金和