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1、项目五 其他冲压工艺与模具,【能力目标】 能够进行一般复杂程度的成形模的设计 【知识目标】 1.熟悉校形的目的与方法 2.掌握圆孔翻边的计算方法 3.掌握圆孔翻边的模具结构 4.了解胀形的工艺方法 5.熟悉缩口的工艺计算与模具结构 6.熟悉多工位级进模的用途与结构,一、项目引入 最基本的冲压成形工序有：冲裁、弯曲、拉深等，除此以外还有其他的成形工艺，如校形、翻边、胀形、缩口等冲压工序，这些冲压工序共同点就是都属于局部变形，他们都是通过局部变形的方法来改变毛坯料或工序件的形状及尺寸。也就是说，用各种不同性质的局部变形来改变毛坯(或由冲裁、弯曲、拉深等方法制得的半成品)的形状和尺寸的冲压工序称为成
2、形。或者说除弯曲和拉深以外的使板料产生塑性变形的其它冲压工序都可称为成形。主要有校形、翻边、缩口、胀形和起伏成形等。 不同的成型方法有各自的不同的特点：对于校形来讲，由于是局部微量变形，一般情况下不会产生起皱或拉裂现象，主要问题是回弹。对于翻边、胀形而言，经常出现拉裂破坏现象，这主要是由于他们是拉伸变形，变形区拉应力过大造成的。对于缩口和外缘翻边，常因变形压应力过大而产生失稳起皱，这是因为它们是受压缩变形。所以我们在制定成形工艺及模具设计时，应根据变形特点来合理确定各工艺参数。,本项目以图5-1所示的翻边模设计为和图5-2所示罩盖零件的胀形模设计载体，综合训练学生确定成形工艺和设计成形模具的初
3、步能力。,二、相关知识,（一） 校形 校形包括校平与整形，属于修整性的成形工艺，大都是在冲裁、弯曲、拉深等冲压工序之后进行的，主要是为了把冲压件的不平度、圆角半径或某些形状尺寸修整到合格的要求。校平和整形工序具有以下特点： 1.校形所用的模具精度高，这是因为校形后工件的精度要求较高。 2.只在工序件的局部位置使其产生不大的塑性变形,以得到提高零件形状和尺寸精度的目的。 3.由于校形属于精加工，同时回弹是其主要的问题，所以校形时需要在压力机达到下止点时对工序件施加校正力，因此所用设备最好为精压机或刚度较好并装有过载保护装置的机械压力机。,1.校平 校平通常是在冲裁工序后进行的。由于冲裁后制件产生
4、穹弯，特别是无压料装置的连续模冲裁所得的制件更不平。对于平直度要求比较高的零件便需要进行校平。 根据板料的厚度和对表面的要求，可以采用光面模校平或齿形模校平。 对于料薄质软而且表面不允许有压痕的制件，一般应采用光面模校平。光面模对改变材料内应力状态的作用不大，仍有较大回弹，特别是对于高强度材料的零件校平效果较差。在实际生产中，有时将工序件背靠背地(弯曲方向相反)叠起来校平，能收到一定的效果。为了使校平不受压机滑块导向精度的影响，校平模最好采用浮动式结构，如图5-3所示为光面校平模。应用光面模进行校平时，由于回弹较大，特别是对于高强度材料的制件，校平效果比较差。,对于平直度要求比较高、材料比较厚
5、的制件或者强度极限比较高的硬材料的零件，通常采用齿形校平模进行校平。齿形模有细齿和粗齿两种，上齿与下齿相互交错，如图5-4所示，图5-4（a）为细齿，图5-4（b）为粗齿，图中有齿形尺寸。用细齿校平模校平后，制件表面残留有细齿痕。粗齿校平模适用于厚度较小的铝、青铜、黄铜等制件。齿形校平模使制件的校平面形成许多塑性变形的小网点，改变了制件原有应力状态，减少了回弹，校平效果较好。,校平力可按下式计算： （5-1）,式中 校平力（ ）；,校平零件面积（mm2）； 校平单位面积的压力（MPa）， 可查表5-1。,2 整形 整形一般用于拉深、弯曲或其他成形工序之后，经过这些工序的加工，制件已基本成形，但
6、可能圆角半径还太大，或是某些形状和尺寸还未达到产品的要求，这样可以借助于整形模使工序件产生局部的塑性变形，以达到提高精度的目的。整形模和前工序的成形模相似，但对模具工作部分的精度、粗糙度要求更高，圆角半径和间隙较小。 弯曲件的整形方法如图5-5所示。整形时整个工序件处于三向受压的应力状态，改变了工序件的应力状态，故能达到较好的整形效果。整形前半成品的长度略大于零件长度，以保证整形时材料处于三向应力状态。,带凸缘拉深件的整形如图5-6所示。小凸缘根部圆角半径的整形要求外部向圆角部分补充材料。如果圆角半径变化大，在工艺设计时，可以使半成品高度大于零件高度，整形时从直壁部分获得材料补充，如图5-6（
7、b）所示（h为半成品高度，h为成品高度）；如果半成品高度与零件高度相等，也可以由凸缘处收缩来获得材料补充，但当凸缘直径过大时，整形过程中无法收缩，此时只能靠根部及附近材料变薄来补充材料，如图5-6（a）所示，从变形特点看，相当于变形不大的胀形，因而整形精度高，但变形部位材料伸长量不得大于2%5%，否则，过分伸长制件可能破裂。,直筒形拉深件整形可以使整形模间隙等于（0.90.95）t，整形时制件直壁略有变薄。这种整形也可以和最后一道拉深工序结合在一起进行。,（二） 翻边 翻边是将制件的孔边缘或外边缘在模具的作用下翻出竖立或一定角度的直边。按其工艺特点：翻边可分为内孔翻边（如图5-7a、b所示）和
8、外缘翻边：外缘翻边又分为外凸的外缘翻边（如图5-7c所示）和内凹的外缘翻边（如图5-7d所示）两种。此外，根据竖边厚度的变化情况，可分为不变薄翻边和变薄翻边。各种翻边的实际制件如图5-8所示。,1.内孔翻边 （1）圆孔翻边 1）圆孔翻边的变形特点和翻边系数 圆孔翻边同样可以采用网格法，通过观察网格在变形前后的变化来分析变形，如图5-9所示。由图中可以看出其变形区在直径d和D1之间的环形部分。在翻边后，坐标网格由扇形变成了矩形，可见变形区材料沿切向伸长，愈靠近孔口伸长愈大，接近于单向拉伸应力状态，切向应变是三个主应变中最大的主应变。同心圆之间的距离变化不明显，可见径向变形很小，径向尺寸略有减少。
9、竖边的壁厚有所减薄，尤其在孔口处，减薄较为严重。图中所示的应力、应变状态反映了上述分析的这些变形特点。圆孔翻边的主要危险在于孔口边缘被拉裂。破裂的条件取决于变形程度的大小。,圆孔翻边的变形程度以翻边前预制孔直径d与翻边后孔径D的比值K来表示。即： (5-2),K称为翻边系数。显然，K值恒小于1。K值愈小，变 形程度愈大。翻边时在孔边不破裂的条件下所能达到的 最小K值，称为极限翻边系数，以Kmin表示,影响极限翻 孔系数的主要因素有：材料的力学性能、翻孔凸模的形 状、翻边前孔径和材料厚度的比值和预制孔的加工方法 等。预制孔主要用冲孔或钻孔方法加工。低碳钢在各种 情况下的极限翻孔系数及各种材料的翻
10、孔系数可查表5-2 确定。,2）圆孔翻边的工艺计算。在进行翻边工艺计算时，需要根据制件的尺寸D计算出预制孔直径d，并核算其翻边高度H。当采用平板毛坯不能直接翻出所要求的高度H时，就要先拉深，然后在拉深底部冲小孔，在进行翻边。现分别就平板类翻边和拉深后翻边两种情况进行讨论。,注：采用表中 值时，实际翻边后口部边缘会出现小的裂纹， 如果工件不允许开裂，则翻边系数需加大10%15%。,在进行翻边之前，需要在坯料上加工出预制孔，如图5-10所示，预制孔直径d的确定公式为： （5-3） 上式可转化为竖边高度的计算式： （5-4）,3）翻边力的计算。翻边力F一般不大，当采用圆柱形平底凸模时，圆孔翻边力的计
11、算式为： （5-10）,4）翻孔模设计 总体来看翻孔模和拉深模有很多相似之处，也有压边和不压边、正装和倒装之分。同时，翻孔模一般不需要设置模架。图5-12给出了几种常见圆孔翻孔凸模的尺寸及形状。图5-12（a）图5-9（c）所示为较大孔的翻边凸模，从利于翻边变形看，以抛物线形凸模（图c）最好，球形凸模（图b）次之，平底凸模再次之；而从凸模的加工难易看则相反。图5-12（d）图5-12（e）所示的凸模端部带有较长的引导部分，图5-12（d）用于圆孔直径为10mm以上的翻边，图5-12（e）用于圆孔直径为10mm以下的翻边，图5-12（f）用于无预孔的不精确翻边。凸模的圆角半径尽量取大值，这样有利
12、于翻孔。 凸凹模之间的单面间隙取料厚的（0.750.85）倍即可。,（2）非圆孔翻边 非圆孔又称异形孔，是由不同曲率半径的凸弧、凹弧及直线组成，成形时由于各部分的受力状态与变形性质有所不同，直线部分区可视为弯曲变形，凸圆弧部分区可视为翻边变形，凹圆弧部分区可视图为拉深变形，如图5-13所示。,预制孔的形状和展开尺寸分别按弯曲时、翻孔时及拉深时的展开方法计算并以光滑圆弧连接；非圆孔的翻边系数 （一般指小圆弧部分的翻孔系数）可小于圆孔翻孔系数 ，大致取： （5-11） 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5-3。,2.外缘翻边 按变形性质，外缘翻边可分伸长类翻边和压缩类翻边两类。
13、 （1）伸长类翻边 沿内凹且不封闭曲线进行的平面或曲面翻边均属这类翻边，如图5-14所示，其共同特点是坯料变形区主要在切向拉应力作用下产生切向伸长变形，因此边缘容易拉裂；常以E伸来表示其变形程度： （5-12） 常用材料的允许变形程度见表5-4。,伸长类平面翻边变形类似于翻孔，翻边时由于应力在变形的区域分布不均匀而导致翻边后零件的竖立边高度两端高中间低的现象，要想得到平齐的翻边高度，翻边前应对坯料的两端轮廓线做一定修整，如图5-14（a）中虚线所示形状为修整后的形状。在伸长类曲面翻边时，起皱现象容易发生在坯料底部中间位置，一般在模具设计时应采用强力压料装置来防止，同时为创造有利于翻边的条件，防
14、止中间部位过早地翻边而引起竖立边过大的伸长变形甚至开裂。,（2）压缩类翻边 沿外凸的不封闭的曲线进行的平面或曲面翻边均属压缩类翻边，如图5-15所示，其特点为坯料变形区内主要受切向压应力，故成形时工件容易起皱；变形程度E压表示为： （5-13）,压缩类平面翻边变形类似于拉深，由于翻边时竖立边缘的应力分布不均，翻边后零件的竖边高度出现中间高而两端低的现象，为得到齐平的竖立边，应对坯料的展开形状加以修正，修正后的形状为图5-12（a）虚线所示，翻边高度不大时可不修正。另外，当翻边高度较大时，模具应设计防止起皱的压料装置。,3. 翻边模具的结构 图5-16所示为常用翻边模的结构类型，其结构与拉深模相
15、似。 图5-17所示为内、外缘翻边复合模。从工件零件图可以看出，工件在内、外缘都需要翻边。毛坯套在件7上定位，件7装在压料板5上。件7本身就是内缘的翻边凹模，要保证它的位置准确，压料板需与外缘翻边凹模3按间隙配合H7/h6装配。这时压料板既起到压料作用又起整形作用，故压至下止点时，应与下模座刚性接触，最后还起顶件作用。内缘翻边后，在弹簧的作用下，顶件块6将工件从内缘翻边凹模7中顶起。推件板8由于弹簧的作用，冲压时始终保持与毛坯接触。到下止点时，与凸模固定板2刚性接触，因此推件板8也起整形作用，冲出的工件比较平整。上模岀件时，考虑到弹簧有可能不足，最终采用刚性推料装置将工件推出。,（三） 胀形
16、在模具的作用下，迫使毛坯厚度减薄和表面积增大，以获得零件几何形状的冲压加工方法叫做胀形。胀形工序有它独特的特点：胀形时变形区在板面方向呈双向拉应力状态，在板厚方向上是减薄变形，即厚度减薄而表面积增加。胀形主要用于加强筋、花纹图案、标记等平板毛坯的局部成形，波纹管、高压气瓶、球形容器等空心毛坯的胀形，飞机和汽车蒙皮等薄板的拉张成形等。常用的胀形方法有刚模胀形和以液体、气体、橡胶等为施力介质的软模胀形。软模胀形由于模具结构简单，工件变形均匀，能成形复杂形状的工件，其研究和应用越来越受到人们的重视，如液压胀形、橡胶胀形、爆炸胀形等。如图5-18所示为用胀形方法生产的不锈钢锅。,1. 胀形的变形特点 图5-19所示为球头凸模胀形平板毛坯时的胀形变形区及其主应力和主应变图。图中
