2.4 變形趨向性的控制及其運用

針對沖壓加工中分離和變形兩大類工序各自的特點，在工藝方案的制定及沖模設計時的側重點也有所不同。

分離類工序由于變形及加工過程較為簡單，因此，沖模設計中更側重于模具結構的思考，主要是依據零件的具體結構和不同生產批量的要求，使設計的模具結構簡單、巧妙而又實用，以滿足生產及產品質量的需要。在實際設計過程中可先采用套用或仿照等方法，通過借助適當加工實例的剖析與自身的生產實踐相結合，經過一定時間的鍛煉，設計能力便會有較大的提高。

對變形工序類零件，由于板料塑性成形較為復雜，沖壓成形時，毛坯內各處的應力與應變關系都不相同，影響正常成形過程的因素，可能發生在變形區，也可能發生在非變形區。因此，該類零件工藝方案制定和模具設計時，除了在生產實踐中不斷地總結和積累經驗外，還必須掌握一些基本理論，學會對零件成形過程進行分析。尤其要注意到材料成形遵循“弱區先變形，變形區應為弱區”的條件。

基于這一成形條件，要使沖壓工藝過程順利地進行，在制定工藝方案時，就應針對性地創造外部條件，保證變形的趨向性符合工藝的要求，以實現對金屬流動的控制。為此，必須合理確定毛坯的初始尺寸及中間毛坯的尺寸。

如圖2-14a所示的環形毛坯，當其外徑D₀、內孔d₀及凸模直徑d_凸具有不同的尺寸及比例時，有三種可能的變形趨向：拉深、翻邊和脹形，從而形成三種形狀完全不同的零件。

在圖2-14b中，D₀、d₀都比較小，D₀/d_凸<2，d₀/d_凸<0.15，寬度為（D₀-d_凸）的外環部分成為弱區，于是產生外徑收縮的拉深變形。

在圖2-14c中，D₀、d₀都比較大，D₀/d_凸>2.5，d₀/d_凸>0.2，寬度為（d_凸-d₀）的內環部分成為弱區，于是產生內孔擴大的翻邊變形。

在圖2-14d中，D₀比較大，d₀比較小甚至等于零，D₀/d_凸>2.5，d₀/d_凸<0.15，這時，毛坯外環的拉深變形和內環部分的翻邊變形的阻力都增大了，使中間部分的材料成為需要變形力最小，因而最易實現變形的部分，于是產生毛坯中間部分變薄的脹形工藝。

圖2-14 環形毛坯的變形趨向

a）變形前的模具與毛坯 b）拉深 c）翻邊 d）脹形

F—沖壓力F_Q—壓邊力R_凸—凸模圓角半徑R_凹—凹模圓角半徑

在模具設計過程中，對金屬流動實行控制的基本原則是：開流與限流。

開流是在需要金屬流動的地方減小阻力，讓其順利流動，當某處需要金屬流動而又不能流入時，就會產生變薄甚至導致斷流而破裂；限流則是在不需要金屬流動的地方加大阻力，限制其流動，當某處不需要金屬流入，而又任其流入時，金屬就會多余，就會發生波浪形甚至起皺。

盡管材料本身的特性及其應力狀態是影響金屬流動的主要因素，但具體到模具結構的設計時，通過改變凸模與凹模工作部分的圓角半徑，改變摩擦（正確的潤滑，調整壓邊力，采用拉深筋等方法）和改變間隙等措施還是能實現對金屬流動的有效控制，這些措施既可單獨使用，也可綜合使用。

上述措施具體實施的前提是分清變形區的部位及變形性質，這除了可通過塑性力學的分析方法來描述沖壓加工中的應力、應變分布，建立主應力圖、主應變圖分析外，在生產實踐中常利用成形試驗（或試模）進行判斷，因為金屬流動受各種因素的影響，從試驗中得到的結果既方便、準確又真實可靠。根據試驗結果，可以進行有針對性的開流和限流。

1）改變凸模和凹模圓角半徑。圓角半徑增大，可以減小變形時的阻力，起到開流作用。如在圖2-14a中，增大凸模的圓角半徑R_凸，減小凹模的圓角半徑R_凹，從而可使翻邊的阻力減小，拉深變形的阻力增大，因而有利于翻邊的進行；反之，R_凸減小，R_凹增大，則有利于拉深變形。

2）改變毛坯和模具之間的摩擦阻力。例如，增大圖2-14所示的壓邊力F_Q，使毛坯和壓邊圈及凹模端面之間的摩擦阻力增大，結果不利于拉深變形而有利于翻邊或脹形的實現。減小壓邊圈的壓力，在毛坯和凹模之間加潤滑油，可以減小毛坯和凹模表面的摩擦阻力，從而有利于拉深變形。

此外，采取改變毛坯局部區域的溫度也可獲得最大程度的板料變形，這主要包括局部加熱或局部冷卻的方法。例如，在拉深和縮口時，采用局部加熱變形區的方法，使變形區得到軟化，從而有利于變形的進行。又如在不銹鋼工件拉深時，采用局部深冷傳力區的方法，來增大其承載能力，防止大變形下拉裂。

材料“弱區先變形，變形區應為弱區”是成形的條件，金屬的“開流與限流”則是對金屬流動實行控制的基本原則，掌握并合理運用好，既有助于工藝方案的制定，又有利于模具的結構設計，同時還可運用于生產中缺陷件的修復，往往能產生“出奇制勝”之效。