铝合金薄板缘条类钣金零件冲压工艺分析

侯洋

摘要：零件为一典型的旋转体引伸件。材料为2024T3,厚度为1.0MM。其中，整个型面有理论外形，最大法兰边直径是φ472MM，引伸直径是φ424.6MM,高度方向尺寸20.6（含料厚），高度公差为-0.2到+0.2。本论文主要是对该零件冲压工艺进行分析，对于具有众多的引伸零件的航空产品今后的工业化生产，具有一定的借鉴和指导意义

关键词：零件；引伸；冲压

1 零件总体工艺方案的确定

1.1 确定零件的基本加工工序

零件轮廓尺寸较大，材料相对较薄，高度方向尺寸精度要求高，材料塑性尚可。根据该件的产量，结合以上特点，若实现零件的互换，必须通过下展开料、引伸、压模校形，手工校形等工序加工，方可达到要求。还有，该零件是一种以引伸成形为主的冲压件。

1.2 引伸过程中基本的规律分析

我们知道，引伸工艺出现质量问题的形式主要是起皱和拉裂。为了更好地解决起这些问题，必须研究掌握引伸过程中材料各部分的应力与应变状态。

1.2.1 凸缘的平面部分

这是引伸的主要变形区，材料在径向拉应力和切向压应力的共同作用下产生了切向压缩和径向伸长变形而逐渐被拉入凹模。一般地，在材料产生切向压縮与径向伸长的同时，厚度有所增厚，越接近外缘，材料增厚越多。当引伸变形程度较大，材料又比较薄时，则在材料的凸缘部分，特别是外缘部分，在切向压应力的作用下可能失稳而拱起，形成所谓的起皱。

1.2.2 凸缘的圆角部分

这是位于凹模圆角部分的材料，切向受压应力而压缩，径向受压应力而伸长，厚度方向受到凹模圆角的压力和弯曲作用。由于这里切向压应力值不大，而径向拉应力最大，而且凹模圆角越小，则弯曲程度越大，弯曲引起的拉应力越大，所以有可能出现破裂。该部分也是变形区，但它是变形次于凸缘的平面部分的过渡区。

1.2.3 筒壁部分

这是引伸过程中形成的侧壁部分，是已经结束了塑性变形阶段的已变形区。这个部分受单向拉应力作用，变形是拉伸变形。

1.2.4 底部圆角部分

这是与凸模圆角接触的部分，它从引伸开始一直承受径向拉应力和切向拉应力的作用，并且受到凸模圆角的压力和弯曲作用，因而这部分材料变薄最严重，尤其是与侧壁相切的部位，所以此处最容易出现拉裂，是引伸的“危险断面”。

1.2.5 筒底部分

这部分材料与凸模底面接触，在引伸开始时即被拉入凹模，并在引伸的整个过程保持其平面形状。它受双向拉应力作用，变形是双向拉伸变形。但这部分材料只产生不大的塑性变形。筒壁、底部圆角、筒底这三部分的作用是传递拉应力，把凸模的作用力传递到变形区凸缘部分上，使之产生足以引起引伸变形的径向拉应力，因而又叫传力区。

值得注意的是：在引伸过程中，材料各部分的应力与应变是很不均匀的，即使在凸缘变形区也是这样，越靠近外缘，变形程度越大，材料增厚越多。因而，当凸缘部分转变为侧壁时，引伸件的壁厚就不均匀。引伸件下部壁厚略有变薄，越接近圆角变薄越大，壁部与圆角相切处变薄最严重。上部却有所增厚，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 工艺准备过程

由于此零件是一个比较典型的旋转体引伸件，我们可以直观地确定所需工序的性质和顺序。接下来，就要根据变形程度，通过一定的计算，确定工序数目。确切地说，是确定引伸次数。

需要明确的一点是，从尺寸上看，此件是一种有理论外形的旋转体零件，但口部与底部尺寸没有差别，从前面的理论分析来看，这几乎就是带凸缘的圆筒引伸件的最终形状。因此，完全可以用计算引伸直径φ424.6和带凸缘的圆筒形件的方法，来进行此件的相应计算。

2.1 毛料尺寸的计算

首先计算凸缘的相对直径d/d,其中，d—凸缘直径；d—引伸直径。

则d/d=472/424.6=1.1116

根据体积不变原则，查工具书得公式

D=；D=

D=φ502

为校形方便，留余量后展开料尺寸确定为φ520

其中：D—毛料直径；d—引伸后最大法兰边直径

d—引伸直径；H—引伸高度；r—材料中性层半径

2.2 引伸系数的计算

毛料的相对厚度（t/D）%=1.0/520*100=0.2，查表得，极限引伸系数为0.6，实际引伸系数为

m=d/D=424.6/520=0.816,这表明，材料允许的变形程度还没用足，一次引伸就足够了。

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

故这次引伸凸缘处须加压边力。

2.3 工艺方案的选择

该零件属于比较典型的引伸零件，在工艺方法上一般不会引起争议，只要尽可能的减少手工量，减少劳动强度就可以，经研究后，该零件的冲压加工可能有的方案为：

①下方块料—下圆料—引伸模引伸—校形—压模校形—切边

②下方块料—下圆环料—引伸模引伸—校形—压模校形—切边

第一种方案是一种稳妥的办法，但材料利用率不高，增大成形后的切割余量。出现问题容易查清原因，每一道工序操作都很简便，只是生产效率低，增大劳动强度，不适应大批量生产。

第二种方案跟第一种方案相比，材料利用率增大，效率也有所提高，而且节约内孔中的材料，，减少成型后的手工剪切量，达到了减少手工量的目的，方法也比较简洁有效。

故选用第二种工艺方案

2.4 工艺装备及有关工艺参数的确定

方案确定后，最重要的工作就是保证工艺的稳定性。在这里，模具和定位因素非常关键。对此件的加工过程来说，需保证的有两个方面：零件形状的准确和两套模具间的协调性。围绕这两个方面，下列思路就显得十分必要。

首先，对引伸成形影响最大的是毛料的形状，对旋转体引伸件，最佳的毛料形状是圆形，而我们所下的毛料是圆环料，符合引伸件展开料的需求，但由于金属材料各项异性，引伸时材料各个方向拉应力不同，零件本身有理论外形，高度公差较严，单纯靠引伸还是不能够保证高度公差，如果，引伸后用压模校形，成形后尺寸可以达到图纸要求。现在来计算加工零件所需的工艺总压力F，

2.4.1 压边力的计算

通过查工具书上的计算公式

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

其中：D—毛料直径；d—引伸直径

r—阴模圆角半径；p—单位面积压料力（查表的）

2.4.2 引伸力的计算

F=πdtδk=π424.6*1*40*0.6=32014kg=32T

其中：d—引伸直径；t—材料厚度

δ—拉伸件材料的抗拉强；k—修正系数（查表得，本项目取0.6）

根据上面的计算结果，结合选择设备的其他要素(如闭合高度、工作台面尺寸，因零件小可不与考虑)，以及车间的设备能力，加工设备选用550KN复动压力机即可。

3.结束语

在工艺加工过程中，应该注意

（1）由于破裂常常发生在凸模圆角与板料相切的区域，当凸模圆角半径较大时，破裂将会上移到已有加工硬化的区域，即发生破裂的区域扩大，因此，凸模圆角不宜过大。

（2）在生产中有时会出现起皱、掉底、拉裂零件桶壁有硌伤处等现象，此类问题曾一度成为影响交付的主要因素。究其原因，主要是由于模具制造误差造成的，由于选用压模结构较为简单，只需要两套模具的尺寸协调性，在这里不作展开说明。所以，必须强调模具制造精度这一影响工艺稳定的因素。