其它冷冲压成形工艺与模具设计说明

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1、第六章 其它成形工艺与模具设 主讲教师：林彩梅 罗定职业技术学院机电工程系 本章内容： 第一节 胀形 第二节 翻边 第三节 缩口 第四节 校形与整形 第五节 旋压 第六章 其它成形工艺与模具设计 第六章 其它成形工艺与模具设计 内容简介： 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、缩口等成形工序的 变形特点、工艺与模具设计特点。 重点及难点： 胀形工序的变形特点、工艺计算和模具结构特点 学习目的与要求： 1了解胀形工序的变形特点； 2、了解胀形模的结构特点。 第一节 胀形 第一节 胀形 胀形：在模具的作用下，迫使毛坯厚度减薄

2、和表 面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法 。 一、平板的胀形 1胀形的变形特点 图6-1所示为在平板毛坯的局部压窝坑的胀形 模，当毛坯直径超过工件直径的3倍以上时，成 形时凹模口部以外的凸缘区材料已无法流入凹模 内，即拉深变形已不可能，塑性变形只局限于凹 模口部以内的部分材料范围之内，这就是胀形。 胀形变形是依靠变形区部分板料厚度变簿、表面 积增大来实现的。 第一节 胀形 图6-1 平板毛坯局部胀形示意图 第一节 胀形 2平板毛坯胀形的变形程度 胀形的破坏形式是胀裂或胀破。平板毛坯局 部胀形的极限变形程度可按截面最大相对伸 长变形不超过工件材料许用伸长率的70 75来控制： （0.70

3、.75） (6-1) 3平板毛坯胀形力的计算 采用刚性凸模对平板毛坯进行胀形时所需的胀形 力按下式估算： (6-2) 式中， L -胀形区周边长度，mm； t -板料厚度，mm； -板料抗拉强度，MPa； K -虑变形程度大小的系数，一般取071。 3平板毛坯胀形力的计算 在曲柄压力机上对板厚小于1.5mm、成形面 积小于200mm2的小件压加强筋时，如在成形后 进行校形，所需冲压力按下式计算： 式中， A-成形区的面积，mm2； t -为板料厚度，mm； K- 为系数，对于钢为200300，对于铜、铝 为150200。 （6-3） 二、 空心毛坯的胀形 空心毛坯的胀形：是将空心工序件或管状毛

4、坯沿 径向往外扩张的冲压工序，如壶嘴、皮带轮、波 纹管、各种接头等。 第一节 胀形 图6-3 空心毛坯胀形示意图 1空心毛坯胀形的变形程度 如图6-3所示 如果管子的长度不是很长，胀 形时管子的长度就会缩短。这 表明胀形区以外的材料向胀形 区内补充，使胀形区的径向拉 伸变形得到缓和，而使切向的 拉伸变形成为最主要的变形， 胀破就是由于切向拉应变过大 引起的。 1空心毛坯胀形的变形程度 为了不胀破，需限制切向最大拉应变不超过材料的 许用伸长率： (6-4) 令比值为胀形系数K： (6-5) 按式(6-4)胀形系数与材料的许用伸长率有如 下关系： K1+ (6-6) 式中，d0-胀形前工序件的初始

5、直径； dmax-胀形后工件的最大直径。 由式(6-6)可见，胀形系数可以表示胀形的变形程度。 当胀形件全长都参与胀形时，如图6-4a）所示的凸 肚形件，则胀形前工序件的直径应稍小于工件小端 直径并可利用式(6-5)，按表6-2允许的胀形系数k值 ，求得工序件直径。胀形工序件的高度或长度应比 工件高度增加一收缩量，需切边时还需增加一切边 余量。例如对于图6-4b）所示的凸肚胀形件，工序 件高度Ho可按下式计算： (6-7) 式中， L-胀形区母线展开长度； H-切边余量，一般取515mm； -材料切向最大伸长率，见表6-2。 其前面的系数0.30.4决定了收缩量的大小。 2空心毛坯胀形工序件的

6、计算 图6-4 胀形工序件的尺寸计算示意图 2空心毛坯胀形工序件的计算 a) b) 3空心毛坯胀形方法 对空心毛坯的胀形需通过传力介质将压力传至 工序件的内壁，产生较大的切向变形，使直径尺 寸增大。按传力介质的不同，空心毛坯的胀形可 分为刚性凸模胀形和软模胀形两大类。 （1）刚性凸模胀形 刚性凸模胀形：采用普通金属凸模进行胀形。 图6-5所示为双动压力机用的整体凸模胀形模 。工序件为直母线锥形筒，由板料弯曲成形并焊 接制成。 3空心毛坯胀形方法 图6-5 整体凸模胀形模示意图 1凸模 2锥面压边圈 3凹模 （1）刚性凸模胀形 图6-6所示为凸模纵向分体的胀形模。 拉深制备的工序件由下凹模7定位

7、，当上凹模1下 行时，将迫使分体凸模2沿锥面导向轴3下滑，随 着直径的增大而产生径向压力，在下止点处完成 对工件底部两侧的胀形。在回程时，弹顶装置(图 中未画出)的压力通过顶杆6和顶板5将分体凸模连 同工件一起顶起。分体凸模在弹性卡圈4箍紧力的 作用下，将始终紧贴着导向轴上升。同时直径不 断减小，至上止点能保证胀形完的工件顺利从分 体凸模上抽出。 3空心毛坯胀形方法 图6-6 分体凸模胀形模示意图 1上凹模 2分体凸模 3锥面导向轴 4弹性卡圈 5顶板 6顶杆 7下凹模 3空心毛坯胀形方法 （2）软模胀形 软模胀形：是以气体、液体、橡胶及石蜡等作为 传力介质，代替金属凸模进行胀形。 聚氨酯橡胶

8、胀形 对于图6-6所示的凸 肚形工件，采用图6-7 所示的聚氨酯橡模具 结构将十分简单。 图6-7 聚氨酯橡胶胀形模示意 1上凹模 2凸模 3下凹模 4顶柱 图6-7所示模具为倒装式结 构，当管壁较薄时，如果 外侧无支撑段较长，成形 时有可能出现失稳起皱。 因此聚氨酯橡胶胀形模常 采取顺装式结构，可避免 管壁失稳起皱。 图6-8所示自行车中接头聚 氨酯橡胶胀形模属于顺装 式结构，管壁内、外均有 支撑，成形时不会发生失 稳起皱现象。 （2）软模胀形 图6-8聚氨酯橡胶胀形模示意图 1上压柱 2凹模 3锥套 4下压柱 液压胀形 采用图6-9所示的液压胀形模也可以加工 管接头类工件。 工作时先将管坯

9、置于下凹模3之上，然后 将上凹模1压下，拼合成完整的凹模。再 将两顶轴2引入凹模内并顶住管坯的两端 ，如图6-9 a）所示。图6-9 b）表示由顶 轴中心孔注入高压液体进行胀形的情形。 胀形时管坯沿轴向有较大的收缩，两顶轴 必须始终压紧管坯。 液压胀形 图6-9 轴向加压液压胀形示意图 a）胀形前 b）胀形时 1上凹模 2顶轴 3下凹模 4、刚性凸模胀形和软模胀形比较 刚性凸模胀形的优点是加工费用较低，缺点是： 凸模是分体的，在下止点处完成最大胀形变形时 ，在分型面处将会出现较大的缝隙，使胀形件的质 量变坏； 受模具制造与装配精度的影响较大，很难获得尺 寸精确的胀形件，工件表面很容易出现压痕。

10、 当工件形状复杂时，给模具制造带来较大的困难 ，工件质量更难以保证。 软模胀形的优点：板料的变形比较均匀，容易保证 工件的几何形状和尺寸精度要求，而且对于不对称 的形状复杂的空心件也很容易实现胀形加工。 图6-10 其它成形件 5、其它成形件 图6-11起伏成形 5、其它成形件 第二节 翻边 重点及难点： 翻边工序的变形特点、工艺计算和模具结构特点 学习目的与要求： 1了解翻边工序的变形特点； 2了解翻边模的结构特点。 翻边：利用模具将工序件的孔边缘或外边缘冲制 成竖直的直边的方法。 内缘翻边（或翻孔）：对工件的孔进行翻边，如 图6-12a ）所示。 外缘翻边：对工件的外缘进行翻边，如图6-l

11、2b ） 所示。 翻边与弯曲不同，弯曲主要是折弯线为直线，切 向没有变形，而翻边时的折弯线为曲线，切向有 变形，并且常常是主要的变形。 第二节 翻边 第二节 翻边 图6-12 内缘和外缘翻边示意图 a内缘翻边 b 外缘翻边 一、 内缘翻边 1圆孔翻边 （1）圆孔翻边的变形特点 如图6-13所示，在平板毛 坯上制出直径为的底孔，随 着凸模的下压，孔径将被逐 渐扩大。变形区为的环形部 分，靠近凹模口的板料贴紧 区后就不再变形了，而进入 凸模圆角区的板料被反复折 弯，最后转为直壁时。当全 部转为直壁时，翻边结束。 第二节 翻边 图6-13 圆孔翻边应力状态示意图 一、 内缘翻边 1圆孔翻边 应力和切

12、向应变的分布情况如图6-14所示。切向 应力为最大主应力，径向应力是由凸模对板料的 摩擦作用引起的，其值较小。应力沿径向的分布 是不均匀的，在底孔边缘处，切向应力达到其最 大值，而径向应力为零，因此该处可视为单向拉 伸应力状态。切向应变为拉应变，沿径向的分布 也是不均匀的，在底孔边缘处其值最大，越远离 中心，其值越小。 一、 内缘翻边 1圆孔翻边 （1）圆孔翻边的变形特点 图6-14圆孔翻边应力-应变分布示意图 可见，翻孔时底孔 边缘受到强烈的拉 伸作用。变形程度 过大时，在底孔边 缘很容易出现裂口 。因此翻孔的破坏 形式就是底孔边缘 拉裂。 (2) 圆孔翻边的变形程度 圆孔翻边的变形程度用翻

13、边系数表示： (6-8) 式中， d0-翻边前底孔的直径； D-翻边后孔的中径。 显然，Kf值越小，表示变形程度越大。各种材 料的首次翻边系数Kf0和极限翻边系数Kmin见表6-3 。采用Kmin值时，翻孔后的边缘可能裂口。 2非圆孔翻边 (1) 非圆孔翻边的变形特点 非圆孔翻边的底孔形状一般由圆弧段和直线段组 成，常见的底孔形状有长圆形、圆孤连接的四边 形等。 图6-15 所示的翻边孔形状由两段圆弧段和两段相 切的直线段组成，为卵圆形状。翻边时，切向拉 伸变形主要集中于圆弧段，而直线段主要是弯曲 变形。圆弧段切向拉应力和拉应变沿翻边线的分 布很不均匀，只有中间与相同半径的圆孔翻边时 基本相同

14、，而由中间向两端与直线段的连接处其 值则逐渐减小。 图6-15 非圆孔翻边示意图 2非圆孔翻边 2非圆孔翻边 (2) 非圆孔翻边系数 非圆孔翻边与半径相同的圆孔翻边相比较，允许 采用较小的翻边系数，可按下式估算： (6-9) 式中， Kf为圆孔极限翻边系数，见表6-4；为圆 弧段中心角，0。 上式适用于 180，当 180时。直线 段对圆弧段的缓解作用已不明显，工艺计算仍需 采用圆孔翻边系数。当直线段很短时，也按圆孔 翻边处理。 3翻边力的计算 用普通圆柱形凸模翻孔时的翻边力，可按下式估算： (6-10) 式中，D-翻边后孔的中径，mm； d0-翻边底孔直径，mm； t-为板料厚度，mm； S-板料屈服应力，MPa。 当采用球头凸模翻孔时，翻边力可比采用小圆角平头凸模 降低50左右。采用球头凸模的翻边力可按下式计算： (6-11) 式中，K0-翻边力系数，见表6-6； b-板料抗拉强度 (MPa)。 4翻孔模设计 (1) 翻孔模结构类型 翻孔模有顺装与倒装、压边与不压边等区分。没 有冲裁加工，翻孔模一般不需设置模架。 图6-16所示为倒装式翻孔模，凹模2在上模，为倒 装结构形式，以便于使用通用弹顶装置。该模具 适于在平板毛坯上进行小孔翻边加工。利用凸模3 导引段的