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體引伸件。材料為2024T3,厚度為1.0MM。其中，整個型面有理論外形，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。本論文主要是對該零件沖壓工藝進行分析，對于具有眾多的引伸零件的航空產品今后的工業化生產，具有一定的借鑒和指導意義

關鍵詞：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，材料相對較薄，高度方向尺寸精度要求高，材料塑性尚可。根據該件的產量，結合以上特點，若實現零件的互換，必須通過下展開料、引伸、壓模校形，手工校形等工序加工，方可達到要求。還有，該零件是一種以引伸成形為主的沖壓件。

1.2 引伸過程中基本的規律分析

我們知道，引伸工藝出現質量問題的形式主要是起皺和拉裂。為了更好地解決起這些問題，必須研究掌握引伸過程中材料各部分的應力與應變狀態。

1.2.1 凸緣的平面部分

這是引伸的主要變形區，材料在徑向拉應力和切向壓應力的共同作用下產生了切向壓縮和徑向伸長變形而逐漸被拉入凹模。一般地，在材料產生切向壓縮與徑向伸長的同時，厚度有所增厚，越接近外緣，材料增厚越多。當引伸變形程度較大，材料又比較薄時，則在材料的凸緣部分，特別是外緣部分，在切向壓應力的作用下可能失穩而拱起，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，切向受壓應力而壓縮，徑向受壓應力而伸長，厚度方向受到凹模圓角的壓力和彎曲作用。由于這里切向壓應力值不大，而徑向拉應力最大，而且凹模圓角越小，則彎曲程度越大，彎曲引起的拉應力越大，所以有可能出現破裂。該部分也是變形區，但它是變形次于凸緣的平面部分的過渡區。

1.2.3 筒壁部分

這是引伸過程中形成的側壁部分，是已經結束了塑性變形階段的已變形區。這個部分受單向拉應力作用，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，它從引伸開始一直承受徑向拉應力和切向拉應力的作用，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重，尤其是與側壁相切的部位，所以此處最容易出現拉裂，是引伸的“危險斷面”。

1.2.5 筒底部分

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

值得注意的是：在引伸過程中，材料各部分的應力與應變是很不均勻的，即使在凸緣變形區也是這樣，越靠近外緣，變形程度越大，材料增厚越多。因而，當凸緣部分轉變為側壁時，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 工藝準備過程

由于此零件是一個比較典型的旋轉體引伸件，我們可以直觀地確定所需工序的性質和順序。接下來，就要根據變形程度，通過一定的計算，確定工序數目。確切地說，是確定引伸次數。

需要明確的一點是，從尺寸上看，此件是一種有理論外形的旋轉體零件，但口部與底部尺寸沒有差別，從前面的理論分析來看，這幾乎就是帶凸緣的圓筒引伸件的最終形狀。因此，完全可以用計算引伸直徑φ424.6和帶凸緣的圓筒形件的方法，來進行此件的相應計算。

2.1 毛料尺寸的計算

首先計算凸緣的相對直徑d/d,其中，d—凸緣直徑；d—引伸直徑。

則d/d=472/424.6=1.1116

根據體積不變原則，查工具書得公式

D=；D=

D=φ502

為校形方便，留余量后展開料尺寸確定為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 引伸系數的計算

毛料的相對厚度（t/D）%=1.0/520*100=0.2，查表得，極限引伸系數為0.6，實際引伸系數為

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

毛料的相對厚度（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引起爭議，只要盡可能的減少手工量，減少勞動強度就可以，經研究后，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—下圓環料—引伸模引伸—校形—壓模校形—切邊

第一種方案是一種穩妥的辦法，但材料利用率不高，增大成形后的切割余量。出現問題容易查清原因，每一道工序操作都很簡便，只是生產效率低，增大勞動強度，不適應大批量生產。

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，而且節約內孔中的材料，，減少成型后的手工剪切量，達到了減少手工量的目的，方法也比較簡潔有效。

故選用第二種工藝方案

2.4 工藝裝備及有關工藝參數的確定

方案確定后，最重要的工作就是保證工藝的穩定性。在這里，模具和定位因素非常關鍵。對此件的加工過程來說，需保證的有兩個方面：零件形狀的準確和兩套模具間的協調性。圍繞這兩個方面，下列思路就顯得十分必要。

首先，對引伸成形影響最大的是毛料的形狀，對旋轉體引伸件，最佳的毛料形狀是圓形，而我們所下的毛料是圓環料，符合引伸件展開料的需求，但由于金屬材料各項異性，引伸時材料各個方向拉應力不同，零件本身有理論外形，高度公差較嚴，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，成形后尺寸可以達到圖紙要求。現在來計算加工零件所需的工藝總壓力F，

2.4.1 壓邊力的計算

通過查工具書上的計算公式

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；k—修正系數（查表得，本項目取0.6）

根據上面的計算結果，結合選擇設備的其他要素(如閉合高度、工作臺面尺寸，因零件小可不與考慮)，以及車間的設備能力，加工設備選用550KN復動壓力機即可。

3.結束語

在工藝加工過程中，應該注意

（1）由于破裂常常發生在凸模圓角與板料相切的區域，當凸模圓角半徑較大時，破裂將會上移到已有加工硬化的區域，即發生破裂的區域擴大，因此，凸模圓角不宜過大。

（2）在生產中有時會出現起皺、掉底、拉裂零件桶壁有硌傷處等現象，此類問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，由于選用壓模結構較為簡單，只需要兩套模具的尺寸協調性，在這里不作展開說明。所以，必須強調模具制造精度這一影響工藝穩定的因素。