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1、第5章 其他冲压成形,其他冲压成形 指除弯曲和拉深以外的冲压成形工序. 包括胀形、翻孔与翻边、缩口、旋压和校形等冲压工序。 成形工序的共同特点是通过材料的局部变形来改变坯料或工序件的形状。,成形工序的不同点,a.胀形和圆内孔翻孔属于伸长类成形，成形极限主要受变形区拉应力过大而破裂的限制；,b.缩口和外缘翻凸边属于压缩类成形，成形极限主要受变形区压应力过大而失稳起皱的限制；,5.1 胀 形,所谓胀形，就是在模具的作用下，迫使平板毛坯厚度变薄和表面积增加，以获得零件几何形状的一种加工方法。 胀形加工的通俗名称很多，例如压窝、压加强筋、打包、凸起、起伏成形等，但它们的变形力学特点是相同的，都属于胀形
2、。,当外力卸去以后，原子间的距离可以恢复原状，可移动的晶格不能回到原位置，于是产生了塑性变形。,图5.1 胀形变形区,5.1.1 胀形的变形特点,图5.1是胀形时坯料的变形情况，图中涂黑部分表示坯料的变形区。,材料的塑性愈好，硬化指数n值愈大，可能达到的极限变形程度就愈大。,由于胀形时坯料处于双向受拉的应力状态，因此成形后零件的表面光滑，质量好。,起伏成形俗称局部胀形 可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记等。 图5.2是起伏成形的一些例子。经过局部成形后的冲压件，能有效地提高零件的刚度和强度。,5.1.2 平板坯料的起伏成形,图5.2 起伏成形,特别是形状复杂的零件，应力应变的分布比较复
3、杂，其危险部位和极限变形程度，一般通过试验的方法确定。 对于比较简单的起伏成形零件，则可以按下式近似地确定其极限变形程度：,起伏成形的极限变形程度，主要受到材料的性能、零件的几何形状、模具结构、胀形的方法以及润滑条件等因素的影响,=（0.70.75） （5.1） 式中，l 、l起伏前、后材料的长度（图5.3）； 材料单向拉伸时的伸长率。 系数0.70.75的取值视局部胀形成的形状而定，球形筋取较大值，梯形筋取较小值。,0,图5.3 起伏成形前后材料的长度,如果零件要求局部胀形超过其极限变形程度时，可以采用图5.4所示的方法 第一用球形凹模预胀形，达到在较大范围内聚料和均匀变形的目的，用第二道工
4、序最终成形。加强筋的形式和尺寸可参考表5.1。 当在坯料边缘胀形时图5.2（b）、图5.2（d），应先留出切边余量，成形后再切除。,F=AKt2 （5.2） 式中 F局部胀形力（N）； A局部胀形的面积（mm2）； t材料厚度（mm）； K系数，对于钢K=200300，对于黄铜K=150200。,在曲轴压力机上对薄料（t1.5mm）小零件（A2000mm）进行局部胀形时（加强筋除外）其冲压力数值可用下式近似计算：,图5.4 深度较大的局部胀形法,表5.1 加强筋的形式和尺寸,压制加强筋所需的冲压力，可用下式近似计算： F=Lt K （5.3） 式中 L加强筋周长； t材料厚度； 材料抗拉强度；
5、 K系数，一般K=0.71，筋窄而深时取大值，筋宽而浅时取小值。,b,b,空心坯料的胀形俗称凸肚 它是使材料沿径向拉伸，将空心工序件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸起曲面，如壶嘴、皮带轮、波纹管等。,5.1.3 空心坯料的胀形,1胀形方法 胀形方法一般分为刚性模具胀形和软模胀形两种。 图5.5为刚性模具胀形，利用锥形芯块将分瓣凸模顶开，使工序件胀出所需的形状。,图5.5 用刚性凸模的胀形 1.凹模 2.分瓣凸模 3.拉簧 4.锥形芯块,分瓣凸模的数目越多，工件的精度越好。 这种胀形方法的缺点是很难得到精度较高的正确旋转体，变形的均匀程度差，模具结构复杂。 图5.6是柔性模胀形，其原理是利用橡胶
6、（或聚氨酯）、液体、气体或钢丸等代替刚性凸模。,，,图5.6（a）是橡皮胀形 图5.6（b）是液压胀形的一种，胀形前要先在预先拉深成的工序件内灌注液体，上模下行时侧楔使分块凹模合拢，然后在凸模的压力下将工序件胀形成所需的零件。,（a） （b） 图5.6 用软凸模的胀形 1.凸模 2.分块凹模 3.橡胶 4. 侧楔 5.液体,图5.7是采用轴向压缩和高压液体联合作用 的胀形方法。首先将管坯置于下模，然后将上模下压，使两端的轴头压紧管坯端部，再由轴头中心孔通入高压液体，在高压液体和轴向压缩力的共同作用下使管坯发生变形从而获得所需零件。,图5.7 加轴向压缩的液体胀形 1. 上模 2. 轴头 3.
7、下模 4. 管坯,2胀形的变形程度,空心坯料胀形的变形程度主要是依靠材料的切向拉伸，故胀形的变形程度常用胀形系数K来表示 （图5.8）,图5.8 胀形前后尺寸的变化,K = （5.4） 式中，dmax胀形后零件的最大直径； D坯料原始直径。 胀形系数K和坯料伸长率的关系为 = =K1 （5.5） 或 K=1+ （5.6） 表5.2和表5.3是一些材料的胀形系数，可供参考。,表5.2 胀形系数K的近似数值 表5.3 铝管坯料胀形试验所得极限胀形系数,3胀形的坯料计算 如图5.8所示，有坯料直径 （5.7） 坯料长度 l1+（0.30.4）+b （5.8） 式中 l变形区母线长度； 坯料切向拉伸的
8、伸长率； b切边余量，一般取b1020mm。,4胀形力的计算,胀形时，所需的胀形力可按下式计算： pA （5.9） 式中 p胀形单位面积所需的压力； A胀形面积。,胀形单位面积压力p可用下式计算： p1.15 （5.10） 式中 zx胀形变形区实际压力 近似计算时取zxb（抗拉强度）； dmax胀形最大直径； t材料原始厚度。,翻孔是在预先制好孔的工序件上或未先制孔的板料上冲制出竖立边缘的成形方法； 翻边是使毛坯的平面部分或曲面部分的边缘沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法。,5.2 翻孔与翻边,根据翻孔与翻边坯料变形区的应力状态和变形特点分为伸长类成形与压缩类成形。,翻孔与翻边与弯曲不同 弯曲时
9、的折弯线是直线，切向没有变形 翻孔与翻边的折弯线是曲线，切向有变形，并且常常是主要的变形。,5.2.1 翻孔,1圆孔翻孔 （1）翻孔的变形特点与变形程度 为了分析翻孔的变形情况，可预先在坯料上画出距离相等的坐标网格图5.9（a），然后放入翻孔模内进行翻孔图5.9（c）。,从图5.9（b）所示的冲件坐标网格的变化可以看出： 坐标网格由扇形变成了矩形，说明金属沿切向伸长，愈靠近孔口伸长愈大。 由此不难分析，翻孔时坯料的变形区是d和Dl之间的环形部分。,坯料变形区受两向拉应力（切向拉应力）和径向拉应力的作用图5.9（c），其中切向拉应力是最大主应力。在坯料孔口处，切向拉应力达到最大值。 因此，翻孔时
10、的主要危险在于孔口边缘被拉裂。,K= （5.11）,图5.9 翻孔时的应力与变形,变形程度以翻孔前孔径d与翻孔后孔径D的比值K来表示，即,K称为翻孔系数，K值愈小，则变形程度愈大。 翻孔时孔边不破裂所能达到的最小K值，称为极限翻孔系数。 表5.4列出了低碳钢圆孔翻孔的极限翻孔系数。,翻孔后竖边边缘的厚度可按下式计算： t=t =t （5.12） 式中，t翻孔后竖边边缘的厚度； t 坯料的原始厚度； K翻孔系数。,表5.4 低碳钢圆孔翻孔的极限翻孔系数Kmin,（2）翻孔的工艺计算, 平板坯料翻孔的工艺计算 孔径d按弯曲展开的原则求出（式中符号见图5.10）。 d=D2（H0.43r0.72t）
11、 （5.13） 竖边高度则为,如以极限翻孔系数Kmin代入，便可求出一次翻孔能达到的极限竖边高度 Hmin= （1Kmin）0.43r0.72t （5.15） 当零件要求的高度HHmin时，说明不可能在一次翻孔中完成，这时可以采用加热翻孔、多次翻孔或先拉深后冲底孔再翻孔的方法。,图5.10 平板坯料翻孔尺寸计算,采用多次翻孔时，应在每两次工序间进行退火。第一次以后的极限翻孔系数Kmin 可取为 Kmin=（1.251.20）Kmin （5.16） 先拉深后冲底孔再翻孔的工艺计算 若对壁部厚度公差有要求时，则可采用预先拉深，在底部冲孔然后再翻孔的方法。,先拉深后再翻孔的高度由图5.11可知（按板
12、厚中线 计算）： h = 0.57r = D/2 （1K）0.57r （5.17） 若以极限翻孔系数Kmin代入上式，可得翻孔的极限高度hmax为 hmax=D/2（1Kmin）0.57r （5.18）,此时 预制孔直径d为 d=KminD 或 d=D1.14r2hmax （5.19） 拉深高度为 h=Hhmaxr （5.20） 翻孔力的计算 翻孔力一般不大，用圆柱形平底凸模翻孔时，可按下式计算： 1.1（Dd）ts （5.21）,式中 D翻孔后直径（按中线算）； d坯料预制孔直径； t材料厚度； s材料屈服强度。 翻孔模工作部分的设计 翻孔凹模圆角半径一般可取为零件的圆角半径。凸模圆角半径应
13、尽量取大些，以利于翻孔变形。,图5.12是几种常用的圆孔翻孔凸模的形状和主要尺寸。 图5.12（a）、（b）、（c）所示的凸模端部没有定位部分。从利于翻孔变形看，以抛物线形凸模最好，球形次之，平底凸模再次之，而从凸模的加工难易程度看则相反。,图5.12（d）、（e）所示的凸模端部带有定位部分 图5.12（d）用于圆孔直径为10mm以上的翻孔 图5.12（e）用于圆孔直径为10mm以下的翻孔 图5.12（f）用于无预制孔的不精确翻孔。当翻孔模采用压料圈时，则不需要凸模肩部。,图5.12 圆孔翻孔凸模的形状和尺寸,凸、凹模的单边间隙Z为 Z（D凹D凸） （5.22） 一般可取单边间隙 Z为 Z=（
14、0.750.85）t （5.23） 式中 系数0.75用于拉深后孔的翻孔，系数0.85用于平坯料孔的翻孔。,图5.13为非圆孔翻孔，从变形情况看，可以沿孔边分成、三种性质不同的变形区 其中只有区属于圆孔翻孔变形，区为直边，属于弯曲变形，而区和拉深变形情况相似。,2非圆孔翻孔,图5.13 非圆孔翻边,非圆孔翻孔系数Kf（一般指小圆弧部分的翻孔系数）可小于圆孔翻孔系数K，两者的关系大致是 Kf =（0.85-0.95）K （5.24） 非圆孔的极限翻孔系数，可根据各圆弧段的圆心角大小，查表5.5。,表5.5 低碳钢非圆孔翻孔的极限翻孔系数Kmin,5.2.2 翻边,翻边件的轮廓一般都是不封闭的。,
15、当翻边线为内凹弧时，变形特点与翻孔是相同的，主要变形是切向受拉，因此称为伸长类翻边。,当翻边线为外凸弧时，变形特点与翻孔完全不同，与拉深是相同的，主要变形是切向受压，因此称为压缩类翻边。,图5.14（a）为沿不封闭内曲线进行的平面翻边， 图5.14（b）为在曲面坯料上进行的翻边。 它们的共同特点是坯料变形区主要在切向拉应力的作用下产生的切向伸长变形，在变形达到一定程度时边缘容易拉裂。,1伸长类翻边,（a）伸长类平面翻边 （b）伸长类曲面翻边 图5.14 伸长类翻边,用下式表示图5.14（a）,伸,（5.25）,表5.6 外缘翻边时材料的允许变形程度,（1）伸长类平面翻边 沿不封闭曲线翻边，坯料变形区内切向拉应力和切向伸长变形的分布是不均匀的，在中部最大，而两端为零。竖边的端线向内倾斜成一定角度。,为了得到平齐一致翻边高度，应在坯料的两端对坯料的轮廓线做必要的修正，采用如图5.14（a）中虚线所示的形状。,（2）伸长类曲面翻边 为了防止在坯料的中间部位上过早地进行翻边，应使凹模和顶料板的曲面形状与工件的曲面形状相同，而凸模的曲面形状应修正成图5.15所示的形状；,图5.15 伸长类曲面翻边凸模形状的修正 1. 凹模 2. 顶料板
