其他成形工艺及模具设计（5-1）.ppt

1、第五章 其它成形工艺与模具设计内容简介：内容简介：学习目的与要求：学习目的与要求：1了解胀形、翻边、缩口、校形等工序的变形特点；2了解胀形模、翻边模、缩口模、校形模的结构特点。重点：重点：胀形、翻边工序的变形特点、工艺计算和模具结构特点。 难点：难点：翻边工序的变形特点、工艺计算。 在掌握冲裁、弯曲、拉深成形工艺与模具设计的基础之上，本章介绍其它成形工艺特点和模具结构特点。涉及胀形、翻边、缩口、校形等成形工序的变形特点、工艺与模具设计特点。1 在冲压生产中，通过板料或坯料的局部变形来改变毛坯的形状和尺寸的冲压成形工序有：胀形、翻边、缩口、扩口、胀形、翻边、缩口、扩口、整形、旋压整形、旋压等统称

2、为其他成形。其中，胀形、扩口和伸长类翻边主要是伸长变形伸长变形，常因拉应力超出了材料的抗拉强度而使零件破裂；缩口和压缩类翻边主要是压缩类变形压缩类变形，常因坯料压应力过大失稳，而出现起皱现象；而旋压是一种特殊的冲压成形工艺，可利用旋压来完成类似于拉深、胀形、翻边和缩口的成形。这些工艺方法的变形特点不尽相同，常和冲裁、弯曲、拉深等工序组合，完成一些复杂形状零件的冲压加工。应用这些工序可以加工许多复杂零件。第五章 其它成形工艺与模具设计2第一节 胀形 当坯料外径与成形直径的比值/ /时，其成形完全依赖于直径为的圆周以内金属厚度的变薄变薄实现表面积的增大表面积的增大而成形。第五章 其它成形工艺与模具

3、设计一、胀形的变形特点 胀形：胀形：是利用模具使毛坯厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法。胀形变形区胀形方法主要用于平板毛坯的局部成形或称起伏成形，如压凸起、加强肋、凹坑、花纹图案及标记等。另外，还有管类空心毛坯的胀形（如波纹管）以及平板毛坯的张拉成形等。曲面零件拉深时毛坯的中间部分也要产生胀形变形。在大型覆盖件的冲压成形过程中，为使毛坯能够很好地贴模，提高成形件的精度和刚度，必须使零件获得一定的胀形量，因此，胀形如同前面的弯曲、拉深，也是冲压成形的基本成形方法之一。胀形变形特点3第五章 其它成形工艺与模具设计第一节 胀形一、胀形的变形特点2.胀形成形极限胀形时，由于毛坯变形

4、区的材料受径向和切向的双向拉应力作用径向和切向的双向拉应力作用，其平均应力m的数值较大。因此胀形成形极限以零件是否发生破裂来判别，即材料拉伸失稳后，因强度不足而引起的破裂（属于胀形破裂，也称破裂）。一般来讲，胀形破裂总是发生在厚度减薄最大的部位，所以变形区的应变分布是影响胀形成形极限的重要因素。 成形极限的表示方法亦不相同。局部胀形时常用极限胀形高度表示成形极限；对于其他胀形方法，成形极限可分别用许用断面变形程度p（压肋）、极限胀形系数Kp（圆柱形空心毛坯胀形）以及极限张拉系数K1max等表达。破裂是冲压成形的主要失效形式,分为破裂、破裂、破裂和弯曲破裂破裂和弯曲破裂。 破裂：板料所受的拉应力

5、超过板料的强度极限所引起的破裂；破裂：板料的伸长变形超过材料的局部延伸率，引起的破裂。弯曲破裂：弯曲变形区的外层金属中拉应力过大引起的破裂。4第五章 其它成形工艺与模具设计第一节 胀形一、胀形的变形特点2.胀形成形极限虽然胀形成形极限表示方法不同，但变形区的应变性质都是一样的，破裂也总是发生在材料厚度减薄最严重的部位。且破裂直接与变形区应变情况有关，所以影响因素基本相似。归纳起来影响胀形成形极限的主要参数有：均匀伸长率均匀伸长率u、应变硬化指数、应变硬化指数n、润滑条、润滑条件和变形速度件和变形速度等。5第一节 胀形 起伏成形俗称局部胀形局部胀形，是板料在模具作用下，通过局部胀形而产生凸起或凹

6、下的冲压加工方法。起伏成形主要用来增强零件的刚度和强度。常见的起伏成形有加强筋、压凸包、压字和压花等可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记等。 1 1压加强筋压加强筋第五章 其它成形工艺与模具设计二、平板坯料的起伏成形起伏成形大多采用金属冲模，对厚度较小的板料、薄料和膜片等可采用橡皮膜或液压胀形装置成形。简单的起伏成形零件，其极限变形程度可按下式近似确定：若零件的加强筋超过极限变形程度时，可以采用多次成形的方法压制加强筋所需的冲压力，可用下式近似计算： )75. 07 . 0(00lllbKLtF6第一节 胀形冲压凸包时，凸包高度受到材料性能参数、模具几何形状及润滑条件的影响，一般不能太大

7、。材料一次成形极限程度用极限胀形深度hmax表示。用半圆形凸模对低碳钢、软铝等圆凸模成形时，可能达到的极限深度为凸模球直径的1/3，用平端面凸模成形时，达到的极限深度见表5-2。第五章 其它成形工艺与模具设计二、平板坯料的起伏成形7压凸包时，冲压力可按下式计算：2KAtF 式中F冲压力（N）；K系数，对钢为200300N/mm4，对铜为50200N/mm4；A局部胀形面积（mm2）；t板材厚度（mm）。1.胀形方法第五章 其它成形工艺与模具设计三、管形凸肚管形凸肚刚性模具胀形软模胀 轴向压缩和高压液体联合作用的胀形空心坯料的胀形俗称凸肚如图所示，它是使材料沿径向拉伸，将空心工序件或管状坯料向外

8、扩张，胀出所需的凸起曲面，如壶嘴、皮带轮、波纹管等。采用这种工艺方法可获得形状复杂的空心曲面零件。生产中常采用刚模胀形、固体软模胀形或液（气）压胀形等方法。8圆柱空心毛坯胀形a)波纹管 b)凸肚第五章 其它成形工艺与模具设计三、管形凸肚管形凸肚很显然采用刚性凸模，模具结构不但比较复杂而且变形的均匀性较差，胀形后零件的内壁往往留有凸模分瓣的痕迹，影响零件的表面质量。因此，刚体分瓣凸模胀模一般适用于工件要求不高和形状简单的工件。为了克服钢性凸模的上述缺点发展了软凸模胀形模（用液体、气体或橡胶）进行圆柱空心毛坯胀形。采用软凸模胀形时，由于软凸模传力均匀，毛坯变形比较均匀，容易保证工件成形的几何形状，

9、便于成形复杂形状的空心件，零件的表面质量也明显优于刚性凸模胀形。为使毛坯胀形后能充分贴模，应在凹模壁上的适当位置开设通气孔。软凸模的压缩量应控制在10%35%之间。常用的固体软凸模的材料有橡胶、聚氨脂或PVC塑料等材料，此外，还有液体、气体充当凸模的胀形。软凸模胀形模的凹模大都采用金属刚性凹模，刚性凹模可做成整体式或可分式两种。9第五章 其它成形工艺与模具设计三、管形凸肚管形凸肚液压胀形时，毛坯放在凹模内，利用高压液体充入毛坯空腔，使其直径胀大，最后贴靠凹模成形如图5-9所示。液压胀形是在无摩擦状态下成形的，传力均匀，极少出现不均匀变形，机动性好，液体易反复使用，适用于表面质量和精度要求较高的

10、复杂形状零件。因此生产中应用较多的是液压胀形。10加轴向压缩的液体胀形1上模2轴头3下模4管坯第五章 其它成形工艺与模具设计2.胀形的变形程度圆柱空心毛坯胀形时，材料主要受切向伸长变形，材料的破坏形式主要为开裂。胀形变形程度用胀形系数表示：DdKmax和坯料伸长率的关系为：1maxKDDd11三、管形凸肚管形凸肚第一节 胀形第五章 其它成形工艺与模具设计3.胀形的坯料尺寸计算 坯料直径坯料长度KdDmaxblL)4 . 03 . 0(1 式中l 变形区母线长度；坯料切向拉伸的伸长率；切边余量，一般取1020。 12三、管形凸肚管形凸肚第一节 胀形第五章 其它成形工艺与模具设计4.胀形力的计算胀

11、形时，所需的胀形力可按下式计算：胀形单位面积压力可用下式计算：pAF max215. 1dtzxp胀形变形区实际应力，近似估算时取式中zxbzx（材料的抗拉强度）13三、管形凸肚管形凸肚第一节 胀形第五章 其它成形工艺与模具设计生产中常有一些底部曲率半径很大的制件，如汽车覆盖件和飞机蒙皮等，冲压时底部材料的胀形变形程度不大，不易产生破裂，但此类件胀形后回弹很大，而出现贴模不良或形状冻结性不好，造成较大的形状误差。为解决这类零件的回弹问题，生产中常采用张拉成形（简称拉形）。张拉成形示意图如图所示。张拉成形原理与拉弯成形相似，即在毛坯贴靠凸模曲面成形时，对毛坯附加张力F，一方面可以增大材料变形程度

12、，另一方面能够减小甚至消除弯曲时材料内部的压应力成分，从而达到减小零件回弹，增强零件刚度的目的。14四、张拉成形四、张拉成形张拉成形示意a）开始阶段 b）中间阶段 c）终了阶段第一节 胀形第五章 其它成形工艺与模具设计张拉成形变形程度计算张拉成形变形程度计算K1=1+=1+K1max=1+0.815四、张拉成形四、张拉成形0maxll0llne2式中材料的平均伸长率。K1的值越大，表明变形程度也越大。生产中允许使用的极限张拉系数K1max的数值可用下式计算：由上式可知。张拉系数K1与材料的伸长率、硬化指数n、摩擦系数、包角以及钳口的形状有关。当n和大时，K1大，当和小时，K1也大。第五章 其它

13、成形工艺与模具设计第一节 胀形四、工艺实例自行车中接头聚氨酯胀形工艺1617第二节 翻边 翻边：翻边：是指在模具的作用下，把坯料上的的孔缘或外缘沿直线或曲线冲制成竖立边的成形方法。翻边主要用于成形与其他零件的装配部分，零件的边部强化，切边以及成形具有复杂形状的立体零件，同时提高零件的刚度。在大型钣金成形时，还能利用翻边改善材料塑性流动，控制破裂或折皱的出现。所以在汽车、航空航天、电子及家用电器等工业部门中得到十分广泛的应用。第五章 其它成形工艺与模具设计18按其工艺特点划分，翻边可分为内孔（圆孔和非圆孔）翻边、外缘翻边和变薄翻边等。外缘翻边又可分为内曲翻边和外曲翻边。按变形性质可分为伸长类翻边

14、、压缩类翻边以及属于体积成形的变薄翻边等。伸长类翻边的特点是：变形区材料受拉应力，切向伸长，厚度减薄，易发生破裂，如圆孔翻边和外缘翻边中的内曲翻边等。压缩类翻边的特点是：变形区材料切向受压缩应力，产生压缩变形，厚度增厚，易起皱，如外缘翻边中的外曲翻边。非圆孔翻边经常是由伸长类翻边、压缩类翻边和弯曲组合起来的复合成形。第二节 翻边1圆孔翻边的变形特点与变形程度圆孔翻边的变形特点与变形程度翻边时，带有圆孔的环形毛坯被压边圈压死。变形区基本上限制在凹模圆角以内，并在凸模轮廓的约束下受单向或双向拉应力作用（忽略板厚方向的应力），随着凸模下降，毛坯中心的圆孔不断胀大，凸模下面的材料向侧面转移，直到完全贴

15、靠凹模侧壁，形成直立的竖边。第五章 其它成形工艺与模具设计一、内孔翻边变形程度DdK 极限翻边系数minK翻边后竖边边缘的厚度，可按下式估算：KtDdtt19圆孔翻边的示意图K值愈小，竖边孔缘厚度减薄愈大，也就愈容易发生破裂。当翻边系数减小到小于其极限翻边系数K时，则孔的边缘将发生破裂。l第二节 翻边第五章 其它成形工艺与模具设计一、内孔翻边20影响圆孔翻边成形极限的因素有：（1）材料的力学性能材料的力学性能 材料延伸率和应变硬化指数n大，k小，成形极限大；（2）预制孔的状态预制孔的状态 孔缘无毛刺和硬化时，k较小，成形极限较大，为了改善孔缘情况，可采用钻孔方法或冲孔后进行整修，有时还可在冲孔

16、后退火，以消除孔缘表面的硬化。为了避免毛刺降低成形极限，翻边时需将预制孔有毛刺的一侧朝向凸模放置。（3）凸模的形状）凸模的形状 用球形，锥形和抛物形凸模翻边时，孔缘会被圆滑地胀开，变形条件比平底凸模优越，故k较小，成形极限较大。（4）板料的相对厚度）板料的相对厚度 板料相对厚度越大，k越小，成形极限愈大l第五章 其它成形工艺与模具设计一、内孔翻边（）翻边的工艺计算1）平板坯料翻边的工艺计算预冲孔直径d竖边高度H)72. 043. 0(2trHDdtrKDHtrdDH72. 043. 0)1 (272. 043. 02trKDH72. 043. 0)min1 (2max或极限高度第二节 翻边21

17、1圆孔翻边（续）第五章 其它成形工艺与模具设计一、内孔翻边（续）（）翻边的工艺计算（续）2）先拉深后冲底孔再翻边的工艺计算先拉深后翻边的高度h预制孔直径或翻边的极限高度rKDrdDh57. 0)1 (257. 02rKDh57. 0)min1 (2maxDKdminmax214. 1hrDd拉深高度rhHhmax221圆孔翻边（续）第五章 其它成形工艺与模具设计一、内孔翻边（续）（）翻边力的计算用圆柱形平底凸模翻边时，可按下式计算：用锥形或球形凸模翻边的力略小于上式计算值stdDF)(1 . 1第二节 翻边231圆孔翻边（续）第五章 其它成形工艺与模具设计一、内孔翻边（续）（）翻边模工作部分的

18、设计翻边凹模圆角半径可取该值等于零件的圆角半径；翻边凸模圆角半径应尽量取大些，以便有利于翻边变形。凸、凹模单边间隙/2（0.750.85） 圆孔翻边凸模的形状和主要尺寸第二节 翻边242非圆孔翻边第五章 其它成形工艺与模具设计一、内孔翻边（续）变形区分类 非圆孔翻边系数 非圆孔的极限翻边系数，可根据各圆弧段的圆心角大小，查表获得。KfK)95. 085. 0(fK（一般指小圆弧部分的翻边系数）可小于圆孔翻边系数第二节 翻边25第二节 翻边伸长类翻边（内曲翻边、内凹外缘翻边）1.伸长类翻边第五章 其它成形工艺与模具设计二、外缘翻边变形程度其成形极限根据翻边后竖边的边缘是否发生破裂来确定。按变形的

19、性质分压缩类翻边（外曲翻边、外凸外缘翻边）bRb伸）伸长类平面翻边）伸长类曲面翻边26第二节 翻边1.伸长类翻边第五章 其它成形工艺与模具设计二、外缘翻边（续）伸长类平面翻边）伸长类曲面翻边伸长类翻边也叫内凹轮廓翻边，与孔的翻边相似。翻边时，凸缘内产生拉应力而容易破裂。27第二节 翻边2.压缩类翻边第五章 其它成形工艺与模具设计二、外缘翻边（续）变形程度bRb压压缩类翻边也称为外凸轮廓翻边。其变形性质和应力状态类似于不用压边圈的浅拉深。翻边时在翻边的凸缘内产生压应力，容易起皱。）压缩类平面翻边）压缩类曲面翻边28第二节 翻边 变薄翻边对生产竖边较高的零件，既可提高生产率,又能节约材料。 变薄系

20、数第五章 其它成形工艺与模具设计三、变薄翻边1iibttK竖边的高度应按体积不变定律体积不变定律进行计算。冲制以下的小螺孔29第二节 翻边内孔翻边模内、外缘同时翻边的模具第五章 其它成形工艺与模具设计四、翻边模结构落料、拉深、冲孔、翻边复合模30第五章 其它成形工艺与模具设计31第五章 其它成形工艺与模具设计胀形变形区32第五章 其它成形工艺与模具设计起伏成形33第五章 其它成形工艺与模具设计起伏成形前后材料的长度34第五章 其它成形工艺与模具设计 深度较大的局部胀形法深度较大的局部胀形法）预成形）最后成形35第五章 其它成形工艺与模具设计用刚性凸模的胀形用刚性凸模的胀形1凹模2分瓣凸模3拉簧

21、4锥形芯块36第五章 其它成形工艺与模具设计用软凸模的胀形1凸模2分块凹模3橡胶4侧楔5液体37第五章 其它成形工艺与模具设计加轴向压缩的液体胀形1上模2轴头3下模4管坯38第五章 其它成形工艺与模具设计圆孔翻边时的应力与变形情况39第五章 其它成形工艺与模具设计圆孔翻边凸模的形状和尺寸40第五章 其它成形工艺与模具设计非圆孔翻孔41第五章 其它成形工艺与模具设计伸长类曲面翻边凸模形状的修正1凹模2顶料板3凸模42第五章 其它成形工艺与模具设计曲面翻边时的冲压方向43第五章 其它成形工艺与模具设计压缩类曲面翻边凹模形状的修正1凹模2压料板3凸模44第五章 其它成形工艺与模具设计用阶梯形凸模变薄翻边）零件）凸模45第五章 其它成形工艺与模具设计内孔翻边模46第五章 其它成形工艺与模具设计内、外缘翻边模47第五章 其它成形工艺与模具设计落料、拉深、冲孔、翻孔复合模落料、拉深、冲孔、翻孔复合模、凸凹模冲孔凸模推件块4落料凹模顶件块顶杆7固定板卸料板10垫片4849