板料成形工艺及模具

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1、第6章塑性成形技术分为板料成形和体积成形两大类。板料成形是对金属板料在室温下加压获得所需形状和尺寸零件的成形方法，称为冲压或冷冲压。体积成形是对金属块料、棒料或厚板在高温或室温下进行成形加工的方法，塑性成形方法分类见表6-1。分类成形方法简图特点及应用范围板料成形分离工序落料用模具沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零件。用于制造各种平板零件或者成形工序制坯冲孔用模具沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废料。用于冲制各类零件的孔形成形工序弯曲把板料沿直线弯曲成各种形状，板料外层受拉伸力，内层受压缩力。可加工形状复杂的零件表6-1基本塑性形成方法分类成形工序拉深

2、法兰区坯料在切向压应力、径向拉应力作用下向直壁流动，制成筒形或带法兰的筒形零件胀形平板毛坯或者管坯载双向拉应力作用下产生双向伸长变形。用于成形凸包、凸筋或鼓凸空心零件翻边在预先冲孔的板料或未经冲孔的板料上，在双向拉应力作用下产生切向伸长变形，冲制带有直边的空心零件分类成形方法简图特点及应用范围体积成形锻造用通用工具或模具对金属加压，通过金属体积转移和分配来获得零件或毛坯的成形方法。自由锻主要用于单件、小批量或大锻件生产；模锻适用于大批量生产轧制通过一对轧辊旋转坯料局部加压连续成形加工方法。可以生产型材，板材和管材，也可利用其原理来生产零件或毛坯

3、挤压通过模具使坯料在强烈压应力作用下从模孔中挤出以获得所需尺寸、形状和性能的制件。可生产各种型材或直接加工零件拉拔使金属通过凹模进行拉伸，得到其截面与凹模孔截面相同的棒料、管材或线材6.1板料成形方法及其模具6.1.1冲裁1)冲裁加工特点(1)冲裁过程如图所示，冲裁包括弹性变形、塑性变形和断裂分离三个阶段。(2)主要变形区如图所示，冲裁加工时，板料的主要变形区是以凸模与凹模刃口连线为中心的纺锤形区域。变形区的大小与材料特性、模具间隙和约束条件等因素有关。a)v场b)u场图6－3变形区云纹图（3）变形区应力状态图6-4显示了无压料冲变形区的应力状

4、态，由于刃口侧面的轴向应力为拉应力，故裂纹往往先从侧面产生，形成毛刺。图6－4变形区应力状态（4）冲裁力－行程曲线由图6-5可见，塑性材料在最大剪切力之后产生裂纹，低塑性材料在剪切力上升阶段就产生了裂纹。在合理间隙(C合理）条件下，裂纹产生到断裂，冲裁力急剧下降。小间隙时，会产生二次剪切，使冲裁力下降缓慢，严重时会在力的下降阶段产生局部回升。（5）冲裁件断面特征冲裁件断面由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四部分组成。圆角带是刃口附近板料弯曲和伸长变形的结果，是变形区对这部分坯料作用而产生的。光亮带是在侧压力作用下板料相对滑移的结果。由于裂纹的产生一

5、般在刃口侧面，故在普通冲裁加工中总有毛刺产生。图6-6冲裁件断面特征2）主要工艺参数冲裁加工时，变形区集中在凸模与凹模刃口连线为中心的狭窄区域。凸模与凹模间隙的微小变化对变形区大小及变形区内材料所受应力状态都有很大影响。因此，凸、凹模间隙c是冲裁工艺计算及模具设计中的主要工艺参数。一般，合理间隙值为材料厚度的5％～10％。6.1.2弯曲1）弯曲变形特点（1）弯曲变形过程图6-7显示了V形件弯曲变形过程。包括弹性弯曲，弹－塑性弯曲、塑性弯曲和校正弯曲四个阶段。图6-7弯曲变形过程图6-8弯曲变形区图6-9弯曲变形区及应力状态变化（2）主要变形区

6、板料主要变形区是曲率发生变化的圆角部分。此处，原正方形网格变成了扇形。在圆角区，板料内层受压缩短，外层受拉伸长。由内、外层表面至板料中心，各层的缩短和伸长程度不同，变形是极不均匀的。在缩短和伸长层之间存在一长度不变的应变中性层。（3）变形区应力、应变状态与板料相对宽度有关。b/t≤3称为窄板，弯曲时，变形区处于平面应力和立体应变状态；b/t＞3称为宽板，弯曲时，变形区处于平面应变和立体应力状态。图6-10变形区应力、应变状态（4）弯曲力—行程曲线图6-11显示了弯曲时的力—行程曲线。从曲线中可以看出，板料首先发生弹性弯曲，之后进入弹塑性和塑性弯

7、曲。在此阶段，变形程度增大，硬化加剧，但与此同时变形区范围减小，故弯曲力基本不变或略有减小。当凸、凹模与板料贴合并进行校正弯曲时，弯曲力将急剧增大。图6-11弯曲力-行程曲线（5）尺寸与厚度变化特征以中性层为界，外层受拉伸长而厚度减薄，内层受压缩短使板料增厚。在r/t≤4时，中性层位置内移。结果使外层拉伸变薄区扩大，内层压缩增厚区减小，外层的减薄量大干内层的增厚量，从而使板料变薄，总长度有所增加。2）主要工艺参数弯曲加工中，相对弯曲半径r/t反映弯曲变形程度，当r/t≤(r/t)min时，弯曲件会开裂；r/t大时，回弹严重，制件形状与尺寸难控制

8、。生产中，r/t是弯曲工艺计算和模具设计最主要工艺参数。（r/t)min表示弯曲加工极限。6.1.3拉深1）拉深变形特点（1）拉深变形过程如图6-1