控制变形趋向性及其运用技巧

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：针对冲压加工中分离和变形两大类工序各自的特点，在工艺方案的制定及冲模设计时的侧重点也有所不同。基于这一成形条件，要使冲压工艺过程顺利地进行，在制定工艺方案时，就应针对性地创造外部条件，保证变形的趋向性符合工艺的要求，以实现对金属流动的控制。例如，增大图2-14所示的压边力FQ，使毛坯和压边圈及凹模端面之间的摩擦阻力增大，结果不利于拉深变形而有利于翻边或胀形的实现。

针对冲压加工中分离和变形两大类工序各自的特点，在工艺方案的制定及冲模设计时的侧重点也有所不同。

分离类工序由于变形及加工过程较为简单，因此，冲模设计中更侧重于模具结构的思考，主要是依据零件的具体结构和不同生产批量的要求，使设计的模具结构简单、巧妙而又实用，以满足生产及产品质量的需要。在实际设计过程中可先采用套用或仿照等方法，通过借助适当加工实例的剖析与自身的生产实践相结合，经过一定时间的锻炼，设计能力便会有较大的提高。

对变形工序类零件，由于板料塑性成形较为复杂，冲压成形时，毛坯内各处的应力与应变关系都不相同，影响正常成形过程的因素，可能发生在变形区，也可能发生在非变形区。因此，该类零件工艺方案制定和模具设计时，除了在生产实践中不断地总结和积累经验外，还必须掌握一些基本理论，学会对零件成形过程进行分析。尤其要注意到材料成形遵循“弱区先变形，变形区应为弱区”的条件。

基于这一成形条件，要使冲压工艺过程顺利地进行，在制定工艺方案时，就应针对性地创造外部条件，保证变形的趋向性符合工艺的要求，以实现对金属流动的控制。为此，必须合理确定毛坯的初始尺寸及中间毛坯的尺寸。

如图2-14a所示的环形毛坯，当其外径D₀、内孔d₀及凸模直径d_凸具有不同的尺寸及比例时，有三种可能的变形趋向：拉深、翻边和胀形，从而形成三种形状完全不同的零件。

在图2-14b中，D₀、d₀都比较小，D₀/d_凸<2，d₀/d_凸<0.15，宽度为（D₀-d_凸）的外环部分成为弱区，于是产生外径收缩的拉深变形。

在图2-14c中，D₀、d₀都比较大，D₀/d_凸>2.5，d₀/d_凸>0.2，宽度为（d_凸-d₀）的内环部分成为弱区，于是产生内孔扩大的翻边变形。

在图2-14d中，D₀比较大，d₀比较小甚至等于零，D₀/d_凸>2.5，d₀/d_凸<0.15，这时，毛坯外环的拉深变形和内环部分的翻边变形的阻力都增大了，使中间部分的材料成为需要变形力最小，因而最易实现变形的部分，于是产生毛坯中间部分变薄的胀形工艺。

图2-14 环形毛坯的变形趋向

a）变形前的模具与毛坯 b）拉深 c）翻边 d）胀形

F—冲压力F_Q—压边力R_凸—凸模圆角半径R_凹—凹模圆角半径

在模具设计过程中，对金属流动实行控制的基本原则是：开流与限流。

开流是在需要金属流动的地方减小阻力，让其顺利流动，当某处需要金属流动而又不能流入时，就会产生变薄甚至导致断流而破裂；限流则是在不需要金属流动的地方加大阻力，限制其流动，当某处不需要金属流入，而又任其流入时，金属就会多余，就会发生波浪形甚至起皱。

尽管材料本身的特性及其应力状态是影响金属流动的主要因素，但具体到模具结构的设计时，通过改变凸模与凹模工作部分的圆角半径，改变摩擦（正确的润滑，调整压边力，采用拉深筋等方法）和改变间隙等措施还是能实现对金属流动的有效控制，这些措施既可单独使用，也可综合使用。

上述措施具体实施的前提是分清变形区的部位及变形性质，这除了可通过塑性力学的分析方法来描述冲压加工中的应力、应变分布，建立主应力图、主应变图分析外，在生产实践中常利用成形试验（或试模）进行判断，因为金属流动受各种因素的影响，从试验中得到的结果既方便、准确又真实可靠。根据试验结果，可以进行有针对性的开流和限流。

1）改变凸模和凹模圆角半径。圆角半径增大，可以减小变形时的阻力，起到开流作用。如在图2-14a中，增大凸模的圆角半径R_凸，减小凹模的圆角半径R_凹，从而可使翻边的阻力减小，拉深变形的阻力增大，因而有利于翻边的进行；反之，R_凸减小，R_凹增大，则有利于拉深变形。

2）改变毛坯和模具之间的摩擦阻力。例如，增大图2-14所示的压边力F_Q，使毛坯和压边圈及凹模端面之间的摩擦阻力增大，结果不利于拉深变形而有利于翻边或胀形的实现。减小压边圈的压力，在毛坯和凹模之间加润滑油，可以减小毛坯和凹模表面的摩擦阻力，从而有利于拉深变形。

此外，采取改变毛坯局部区域的温度也可获得最大程度的板料变形，这主要包括局部加热或局部冷却的方法。例如，在拉深和缩口时，采用局部加热变形区的方法，使变形区得到软化，从而有利于变形的进行。又如在不锈钢工件拉深时，采用局部深冷传力区的方法，来增大其承载能力，防止大变形下拉裂。

材料“弱区先变形，变形区应为弱区”是成形的条件，金属的“开流与限流”则是对金属流动实行控制的基本原则，掌握并合理运用好，既有助于工艺方案的制定，又有利于模具的结构设计，同时还可运用于生产中缺陷件的修复，往往能产生“出奇制胜”之效。

控制变形趋向性及其运用技巧

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