鋁合金薄板緣條類鈑金零件沖壓工藝分析

侯洋

摘要：零件為一典型的旋轉(zhuǎn)體引伸件。材料為2024T3,厚度為1.0MM。其中，整個(gè)型面有理論外形，最大法蘭邊直徑是φ472MM，引伸直徑是φ424.6MM,高度方向尺寸20.6（含料厚），高度公差為-0.2到+0.2。本論文主要是對(duì)該零件沖壓工藝進(jìn)行分析，對(duì)于具有眾多的引伸零件的航空產(chǎn)品今后的工業(yè)化生產(chǎn)，具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義

關(guān)鍵詞：零件；引伸；沖壓

1 零件總體工藝方案的確定

1.1 確定零件的基本加工工序

零件輪廓尺寸較大，材料相對(duì)較薄，高度方向尺寸精度要求高，材料塑性尚可。根據(jù)該件的產(chǎn)量，結(jié)合以上特點(diǎn)，若實(shí)現(xiàn)零件的互換，必須通過(guò)下展開(kāi)料、引伸、壓模校形，手工校形等工序加工，方可達(dá)到要求。還有，該零件是一種以引伸成形為主的沖壓件。

1.2 引伸過(guò)程中基本的規(guī)律分析

我們知道，引伸工藝出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的形式主要是起皺和拉裂。為了更好地解決起這些問(wèn)題，必須研究掌握引伸過(guò)程中材料各部分的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)。

1.2.1 凸緣的平面部分

這是引伸的主要變形區(qū)，材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生了切向壓縮和徑向伸長(zhǎng)變形而逐漸被拉入凹模。一般地，在材料產(chǎn)生切向壓縮與徑向伸長(zhǎng)的同時(shí)，厚度有所增厚，越接近外緣，材料增厚越多。當(dāng)引伸變形程度較大，材料又比較薄時(shí)，則在材料的凸緣部分，特別是外緣部分，在切向壓應(yīng)力的作用下可能失穩(wěn)而拱起，形成所謂的起皺。

1.2.2 凸緣的圓角部分

這是位于凹模圓角部分的材料，切向受壓應(yīng)力而壓縮，徑向受壓應(yīng)力而伸長(zhǎng)，厚度方向受到凹模圓角的壓力和彎曲作用。由于這里切向壓應(yīng)力值不大，而徑向拉應(yīng)力最大，而且凹模圓角越小，則彎曲程度越大，彎曲引起的拉應(yīng)力越大，所以有可能出現(xiàn)破裂。該部分也是變形區(qū)，但它是變形次于凸緣的平面部分的過(guò)渡區(qū)。

1.2.3 筒壁部分

這是引伸過(guò)程中形成的側(cè)壁部分，是已經(jīng)結(jié)束了塑性變形階段的已變形區(qū)。這個(gè)部分受單向拉應(yīng)力作用，變形是拉伸變形。

1.2.4 底部圓角部分

這是與凸模圓角接觸的部分，它從引伸開(kāi)始一直承受徑向拉應(yīng)力和切向拉應(yīng)力的作用，并且受到凸模圓角的壓力和彎曲作用，因而這部分材料變薄最嚴(yán)重，尤其是與側(cè)壁相切的部位，所以此處最容易出現(xiàn)拉裂，是引伸的“危險(xiǎn)斷面”。

1.2.5 筒底部分

這部分材料與凸模底面接觸，在引伸開(kāi)始時(shí)即被拉入凹模，并在引伸的整個(gè)過(guò)程保持其平面形狀。它受雙向拉應(yīng)力作用，變形是雙向拉伸變形。但這部分材料只產(chǎn)生不大的塑性變形。筒壁、底部圓角、筒底這三部分的作用是傳遞拉應(yīng)力，把凸模的作用力傳遞到變形區(qū)凸緣部分上，使之產(chǎn)生足以引起引伸變形的徑向拉應(yīng)力，因而又叫傳力區(qū)。

值得注意的是：在引伸過(guò)程中，材料各部分的應(yīng)力與應(yīng)變是很不均勻的，即使在凸緣變形區(qū)也是這樣，越靠近外緣，變形程度越大，材料增厚越多。因而，當(dāng)凸緣部分轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)壁時(shí)，引伸件的壁厚就不均勻。引伸件下部壁厚略有變薄，越接近圓角變薄越大，壁部與圓角相切處變薄最嚴(yán)重。上部卻有所增厚，越接近口部增厚越多。而且，加工硬化程度不同，越接近口部，硬度越大。

2 工藝準(zhǔn)備過(guò)程

由于此零件是一個(gè)比較典型的旋轉(zhuǎn)體引伸件，我們可以直觀地確定所需工序的性質(zhì)和順序。接下來(lái)，就要根據(jù)變形程度，通過(guò)一定的計(jì)算，確定工序數(shù)目。確切地說(shuō)，是確定引伸次數(shù)。

需要明確的一點(diǎn)是，從尺寸上看，此件是一種有理論外形的旋轉(zhuǎn)體零件，但口部與底部尺寸沒(méi)有差別，從前面的理論分析來(lái)看，這幾乎就是帶凸緣的圓筒引伸件的最終形狀。因此，完全可以用計(jì)算引伸直徑φ424.6和帶凸緣的圓筒形件的方法，來(lái)進(jìn)行此件的相應(yīng)計(jì)算。

2.1 毛料尺寸的計(jì)算

首先計(jì)算凸緣的相對(duì)直徑d/d,其中，d—凸緣直徑；d—引伸直徑。

則d/d=472/424.6=1.1116

根據(jù)體積不變?cè)瓌t，查工具書(shū)得公式

D=；D=

D=φ502

為校形方便，留余量后展開(kāi)料尺寸確定為φ520

其中：D—毛料直徑；d—引伸后最大法蘭邊直徑

d—引伸直徑；H—引伸高度；r—材料中性層半徑

2.2 引伸系數(shù)的計(jì)算

毛料的相對(duì)厚度（t/D）%=1.0/520*100=0.2，查表得，極限引伸系數(shù)為0.6，實(shí)際引伸系數(shù)為

m=d/D=424.6/520=0.816,這表明，材料允許的變形程度還沒(méi)用足，一次引伸就足夠了。

毛料的相對(duì)厚度（t/D）%=1.0/520*100*%=0.2%查表得t/D小于1.5%

故這次引伸凸緣處須加壓邊力。

2.3 工藝方案的選擇

該零件屬于比較典型的引伸零件，在工藝方法上一般不會(huì)引起爭(zhēng)議，只要盡可能的減少手工量，減少勞動(dòng)強(qiáng)度就可以，經(jīng)研究后，該零件的沖壓加工可能有的方案為：

①下方塊料—下圓料—引伸模引伸—校形—壓模校形—切邊

②下方塊料—下圓環(huán)料—引伸模引伸—校形—壓模校形—切邊

第一種方案是一種穩(wěn)妥的辦法，但材料利用率不高，增大成形后的切割余量。出現(xiàn)問(wèn)題容易查清原因，每一道工序操作都很簡(jiǎn)便，只是生產(chǎn)效率低，增大勞動(dòng)強(qiáng)度，不適應(yīng)大批量生產(chǎn)。

第二種方案跟第一種方案相比，材料利用率增大，效率也有所提高，而且節(jié)約內(nèi)孔中的材料，，減少成型后的手工剪切量，達(dá)到了減少手工量的目的，方法也比較簡(jiǎn)潔有效。

故選用第二種工藝方案

2.4 工藝裝備及有關(guān)工藝參數(shù)的確定

方案確定后，最重要的工作就是保證工藝的穩(wěn)定性。在這里，模具和定位因素非常關(guān)鍵。對(duì)此件的加工過(guò)程來(lái)說(shuō)，需保證的有兩個(gè)方面：零件形狀的準(zhǔn)確和兩套模具間的協(xié)調(diào)性。圍繞這兩個(gè)方面，下列思路就顯得十分必要。

首先，對(duì)引伸成形影響最大的是毛料的形狀，對(duì)旋轉(zhuǎn)體引伸件，最佳的毛料形狀是圓形，而我們所下的毛料是圓環(huán)料，符合引伸件展開(kāi)料的需求，但由于金屬材料各項(xiàng)異性，引伸時(shí)材料各個(gè)方向拉應(yīng)力不同，零件本身有理論外形，高度公差較嚴(yán)，單純靠引伸還是不能夠保證高度公差，如果，引伸后用壓模校形，成形后尺寸可以達(dá)到圖紙要求?，F(xiàn)在來(lái)計(jì)算加工零件所需的工藝總壓力F，

2.4.1 壓邊力的計(jì)算

通過(guò)查工具書(shū)上的計(jì)算公式

F=π[D-(d+2r)]p/4=π[520-(424.6+2) ]/4=69439N=7T

其中：D—毛料直徑；d—引伸直徑

r—陰模圓角半徑；p—單位面積壓料力（查表的）

2.4.2 引伸力的計(jì)算

F=πdtδk=π424.6*1*40*0.6=32014kg=32T

其中：d—引伸直徑；t—材料厚度

δ—拉伸件材料的抗拉強(qiáng)；k—修正系數(shù)（查表得，本項(xiàng)目取0.6）

根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合選擇設(shè)備的其他要素(如閉合高度、工作臺(tái)面尺寸，因零件小可不與考慮)，以及車間的設(shè)備能力，加工設(shè)備選用550KN復(fù)動(dòng)壓力機(jī)即可。

3.結(jié)束語(yǔ)

在工藝加工過(guò)程中，應(yīng)該注意

（1）由于破裂常常發(fā)生在凸模圓角與板料相切的區(qū)域，當(dāng)凸模圓角半徑較大時(shí)，破裂將會(huì)上移到已有加工硬化的區(qū)域，即發(fā)生破裂的區(qū)域擴(kuò)大，因此，凸模圓角不宜過(guò)大。

（2）在生產(chǎn)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)起皺、掉底、拉裂零件桶壁有硌傷處等現(xiàn)象，此類問(wèn)題曾一度成為影響交付的主要因素。究其原因，主要是由于模具制造誤差造成的，由于選用壓模結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，只需要兩套模具的尺寸協(xié)調(diào)性，在這里不作展開(kāi)說(shuō)明。所以，必須強(qiáng)調(diào)模具制造精度這一影響工藝穩(wěn)定的因素。