成型工艺设计
出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《钣金技术手册》第691页（4374字）
根据零件的技术工艺要求和结构设计合理性，通过对冲压件不同工艺方案的分析与比较，制订出冲压工艺规程。制订时，在确定冲压件结构合理的基础上，既要考虑工艺方案的技术先进性，还要顾及可行性和经济性。
(一)拟订成型工艺
1．分析冲压工艺性
仔细阅读工件图纸，分析其冲压工艺性。例如冲裁件的内外转角处，若有尖角或过长过狭的悬臂和槽，不仅会影响模具的使用寿命，还会影响后续拉深或翻边件的成型，说明该坯件的冲压工艺性不好。一般冲压工件的经济精度是IT12～IT13，若该件的尺寸精度要求高于此范围，又会增加工序数目和模具材料及制造成本。
又如拉深和局部成型工件的材料，若塑性不好，会使成品率降低；若板料太厚(大于10mm)，则难以加工。因此，对于冲压加工困难的工件，应在不影响零件使用性能的前提下，向设计部门提出修改意见，对零件作适当修改。
2．拟订冲压工艺方案
冲压件变形工艺的选择，是根据其形状、尺寸及每道工序中材料所允许的变形程度而确定，如图9－57所示汽车消音器是经过九道工序冲压而成的。其冲压工艺过程是先确定备料方式，即把板料用剪床裁成条料，再参照有关工艺安排冲压基本工序和辅助工序(如热处理等)的顺序，依次将条料冲裁成圆形坯件，再将坯件经过三次拉深成筒形后冲孔，最后翻边翻出凸缘并切槽。
图9－57 汽车消声器零件冲压工艺
a．坯料 b．一次拉深 c．二次拉深 d．三次拉深 e．冲孔 f、g．翻边 h．切槽
3．判断是否用压边圈
采用或不采用压边圈的条件如表9－16所示。
表9－16 采用或不用压边圈的条件
(二)计算坯料尺寸
1．拉深件落料毛坯直径的计算
拉深件坯料直径的展开计算方法比弯曲长度计算复杂，而且零件形状不同，计算公式也不同，但厚壁件及带凸缘件的拉深仍须先确定其中性层位置。
(1)无凸缘圆筒形件坯料直径计算公式：
式中 R——圆角半径，等于r+t(mm)；
h——零件高度(mm)；
△h——切边余量(mm)。
式中所有符号的标注如表9－17中的图所示。
表9－17 无凸缘圆筒形拉深件的切边余量△h(mm)
(2)有凸缘圆筒形件坯料直径计算公式：
式中 d凸——包含切边余量△h的凸缘部分外径(mm)；
r1——筒底部内圆角半径(mm)；
r2——凸缘翻边外圆角半径(mm)；
h——零件中线高度(mm)；
△h——凸缘端头切边余量(mm)。
式中所有符号的标注，如表9－18中的图所示。
表9－18 有凸缘圆筒形拉深件的切边余量△h(mm)
2．翻边件极限高度计算
(1)平板毛坯翻边高度H：先计算预孔直径d0，可近似按弯曲展开计算，由图9－58可知：
图9－58 圆孔一次翻边工艺
a．平板毛坯翻边 b．在拉深件底部翻边
将D1=D+2r+t及h=H－r－t代入上式并整理后可得预孔直径d0：
d0=D－2(H－0．43r－0．72t)
一次翻边的极限高度，可以根据翻边系数(表9－19)和预孔直径推导求得，即
H=
+0．43r+0．72t
=
(1－
)+0．43r+0．72t(式中
为翻边系数)
表9－19 各种材料的翻边系数(t为板厚)
(2)拉深件翻边高度h1：按上述方法计算翻边前的孔径
翻边前的拉深高度则为
h1=H－h+r
若用多次翻边工艺时，在翻边工序间要增加退火工序，并每次比上次应加大翻边系数。
(三)拟定排料方式及材料利用率η
式中 S——冲裁件坯料面积(mm2)；
B、h——分别为条料宽度和长度(mm)；
n——冲裁坯件过程中条料送进量。
如图9－59所示，材料排样方式不同，材料利用率η也不同。图9－59a为有接边排样法，可获得较光洁的切口，并减少坯料的毛刺和歪曲；而图9－59b无接边或小接边排样法，虽然材料利用率很高，但毛刺大，尺寸不容易准确。因此，最好在保证冲裁件尺寸精度和表面质量要求的前提下，将不同排样方式的利用率进行比较选择。
图9－59 有接边和无接边法
a．有接边 b．无接边
(四)计算中间工序的次数和半成品尺寸
图9－57所示的汽车消音器零件，因深度大而分三次拉深才能完成，且每次拉深时的变形程度(即拉深系数m)及半成品直径和高度都应事先计算出来，即
式中 d——拉深后的工件直径(mm)；
D——板料直径或前一次拉深后的半成品直径(mm)。
深度小的零件可以一次拉深完成，深度大的零件则需两次或多次拉深，为提高生产效率，总是希望采取尽可能小的拉深系数。但是，拉深系数越小，坯料边缘拉入凹模愈困难，从底边到边缘的过渡部分的应力也越大，若拉应力超过金属的抗拉强度时，拉深成品的底面会被拉穿。所以，m不能太小，能保证拉深过程正常进行的最小拉深系数，即为极限拉深系数，如表9－20所示。
表9－20 低碳钢板料的极限拉深系数
从表9－20中可以看出，在进行多次拉深时，拉深系数m应一次比一次略大，并穿插中间退火，以消除前几次拉深中所产生的硬化现象，保证后续拉深能顺利进行。
(五)选择拉深设备
1．计算压边力和拉深力
(1)计算压边力：对于筒形件第一次的压边力，有
当d1／t的值很大时，有
对于筒形件以后各次拉深的压边力，有
上三式中 Q——压边力(N)；
q——单位压边力(MPa)，如表9－21所示；
表9－21 圆筒形件拉深时防皱单位压边力q值
D0——坯料直径(mm)；
r凹——凹模圆角半径(mm)；
d1，…，dn，dn－1——各次拉深件的直径(mm)。
(2)计算拉深力：对于圆筒件，最大拉深力可按下式计算：
Fmax=3(σb+σs)(D－d－r凹)t(N)
式中 D——坯料直径(mm)；
d——拉深凹模直径(mm)；
r凹——拉深凹模圆角半径(mm)；
t——材料厚度(mm)。
2．选择拉深吨位
结合拉深件所需的拉深力确定，设备吨位应比拉深力大。拉深所需压力机的电机功率为
P=Aξn／60×75×η1η2×1．36×10(kW)
式中 A——拉深功(N·m)；
ξ——不均衡稀疏，取ξ=1．2～1．4；
η1——压力机效率，取η1=0．6～0．8；
η2——电机效率，取η2=0．9～0．95；
n——压力机每分钟行程次数。