冲压工艺与产品设计（5）
文/辛巧娟
五、成型工艺形态与过程介绍
1、成型工艺分类及介绍
成型机理：金属材料受到的应力大于弹性极限（屈服强度）而 又小于断裂极限 （抗拉强度）,在塑性变形范围内产生设计人员想要的变形模式。
成型工艺分类：1.拉深 2.挤压 3.翻边 4.翻孔（抽孔） 5.缩口、扩口
2、与产品设计相关的成型工艺要点及设计举例
1）挤压
挤压凸包的作用有三个：
（1）作为两个零件间的自定位销使用
注意：
a.当凸包做定位销使用时，需要严格控制凸台的直径，一般情况下凸台的直径公差可控制在+/- 0.04mm左右；
b.由于凸包是挤压成型的，故凸包的侧面全是光亮带;
(2)作为运动机构的限位使用
凸包设计的注意点及冲头尺寸：
原则：1)必须保证凸包和母体之间有足够的材料连接，否则凸包易脱落。2)作为凸焊使用时凸点直径D>= 2t+0.7，并且大于1.8mm。
凸点高度H>=(0.4t+0.25)，并且大于0.5mm。
凸包极限高度设计尺寸如下图：
注意：标注凸包尺寸时，只能够控制外凸部位尺寸，不能控制内凹部位尺寸。
挤压凸包模具结构：凹模的尺寸决定凸包的直径顶针和挤凸冲头共同决定凸包的高度。注意：标注凸包尺寸时，只能够控制外凸部位尺寸，不能控制内凹部位尺寸。
2）抽孔
抽孔的作用有两个：
a)作为铆钉连接零件使用（包括冲铆、翻铆）;
优点：可省略铆钉，节约成本。
缺点：不能承受很大的拔脱力或剪切力。
抽孔冲铆：起固定连接作用。
抽孔翻铆：起旋转轴的作用。
b)作为连接螺母使用
抽孔设计的注意点及冲头尺寸：
原则：a)必须保证有足够的材料流动（即，必须计算抽孔可行性）。
b)作为翻铆使用时，必须控制抽孔的外径（尺寸标外径）。
注意：模具对抽孔的内、外径都可以控制 ，冲头控制内径；凹模控制外径，但不能同时控制。即每个零件只能控制一个值.
c)作为螺母使用时，必须控制抽孔的内径（尺寸标内径）。
d)作为螺母使用时，必须保证抽孔后变薄的直边厚度大于1.3倍的螺纹牙距。
e)作为螺母使用并且有强度要求时，必须保证抽孔后直边最小高度大于3倍的螺纹牙距。
抽孔可行性计算：
抽孔： 沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的冲压工序。
翻孔系数：预冲孔直径与翻孔后直边的中径的比值（翻孔系数越大变形程度越小）
影响翻孔系数的因素：
a)材料的塑性，塑性越好翻孔系数越小。
b)预冲孔相对直径D/t，D/t越小，翻孔系数越小。
c)孔的加工方法。（若翻孔较高，则毛刺位于内侧时，不易开裂；位于外侧时需增加导面工序然后再抽孔。）
d)翻孔冲头的形式。（球面冲头能够使翻孔系数减小，增大变形程度。）
理论上需要根据抽孔系数来判断抽孔工艺是否可行（该方法需要确定的因素太多，费时费力）。一般情况下可根据预冲孔与料厚的比例关系，进行判断。当预冲孔相对直径D/t大于1时，一般认为可行。
预冲孔尺寸计算：
原则：翻孔前后体积不变原则。
AB={H*EF-（π/4-1）*EF*EF}/T
预冲孔直径d＝D-2*AB
一般翻孔后材料的厚度变薄，变薄系数取0.45到0.9之间。
变薄系数指：EF与原材料厚度T的比值
一般认为当d>=T时，抽孔可行（ 经验值，详细判断可参考抽孔系数）
抽孔模具结构
抽孔冲头结构：
a)当采用抛物线形的翻孔冲头时，因为有圆弧过度，故翻的质量较高。（结构如下）
注：圆弧半径不一样时，冲头对材料的挤出效果不一样。小的圆弧冲头由于过度较小，对材料挤出时瞬时的挤压力大，故材料的变形也大，所以在其他条件相同的情况下，采用小圆弧翻孔冲头翻孔的高度较高。
b)无预冲孔的一次翻孔成形冲头。
注：刺孔的大小与两次成形时预冲孔的大小一致（A=a, B=b)。一次冲孔翻孔结构，只适用于翻孔毛刺在外侧的情况。
3)内凹翻边
翻边是沿外形曲线周围将材料翻成侧立短边的工序。
a)内凹翻边（伸长类翻边）：变形与抽孔相似。
b)变薄率范围在0.9～1之间（变形最严重的区域在最高端面）
内凹翻边可行性判断:
a)展开尺寸
b)判断
翻边前的端面弧长度L1
翻边后的端面弧长度L2
当端面变形率K>原材料的延伸率时，会出现开裂现象
产品设计时，可以调整R、r、h的数值，使得端面变形率满足设计要求 ，不产生开裂的现象.
4)外凸翻边
a)外凸翻边（压缩类翻边）：变形性质属于压缩成型。
b)外凸翻边展开尺寸
【相关链接】
冲压工艺与产品设计（1）
冲压工艺与产品设计（2）
冲压工艺与产品设计（3）
冲压工艺与产品设计（4）
冲压工艺与产品设计（5）
冲压工艺与产品设计（6）
