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1、冷冲压工艺与模具设计,第3版 陈剑鹤 于云程 胡云 主编,机械工业出版社,“十二五”职业教育国家规划教材 全国高等职业教育规划教材,第5章成形工艺与模具设计,5.1 起伏成形工艺与模具设计 5.2 翻边成形工艺与模具设计 5.3 缩口成形工艺与模具设计 5.4 校平与整形,5.1 起伏成形工艺与模具设计 胀形是指利用模具强迫材料厚度减薄和表面积增 大，得到所需几何形状和尺寸制件的冷冲压工艺方法。 5.1.1 胀形模设计典型案例 工件名称：罩盖 生产批量：中批量 材 料：10钢 料 厚：0.5mm 工件的工艺性分析： 其侧壁是由空心毛坯胀形而成，底部由起伏成形而 成。,罩盖胀形工件简图,5.1.
2、2 胀形成形的原理及成形极限 1.胀形成形的原理 毛坯的塑性变形区局限于变形区范围，材料不向变 形区外转移，也不从外部进入变形区内，是靠毛坯的局 部变薄来实现胀形的。 2.成形极限 胀形的成形极限是指制件在胀形时不产生破裂所能 达到的最大变形。,平板毛坯胀形原理图 1凹模 2毛坯 3压边圈 4拉深筋 5凸模,空心件胀形原理图,5.1.3 平面胀形 起伏成形主要用于增加工件的刚度和强度。,a） b） 起伏成形 a）压加强筋 b）凸包,1.加强筋 常见的加强筋形式和尺寸见表 5-1。,常见的加强筋形式和尺寸,能够一次成形加强筋的条件为,式中 许用断面变形程度； l0变形区横断面的原始长度（mm）；
3、 l成形后加强筋断面的曲线轮廓长度（mm）； 材料伸长率； 0.70.75视加强筋形状而定，半球形筋取上限值，梯形筋取下限值。,当加强筋与边缘距离小于（33.5）t时，需加大制 件外形尺寸，压形后增加切边工序。,冲压加强筋的变形力计算 F=KLtb 式中 F变形力（N）； K系数，等于0.71（加强筋形状窄而深时取大值，宽而浅时取最小 值）； L加强筋的周长（mm）； t料厚（mm）； b材料的抗拉强度（MPa）。 在曲柄压力机上用薄料（t1.5mm）对小制件（面 积小于200mm2）压筋或压筋间校正工序时，变形力计算 F=KAt2 式中 K系数，钢件取200300，铜件和铝件取150200；
4、 A起伏成形的面积。,2.凸包 压凸包时，毛坯直径与凸模直径的比值应大于4，属 于胀形性质的起伏成形。,平板毛坯局部压凸包时的许用成形高度和尺寸,3.罩盖底部起伏成形计算 由表5-2查得许用成形高度如下： H0.15d2.25mm 此值大于工件底部起伏成形的实际高度，所以可一 次起伏成形。 起伏成形力的计算如下：,5.1.4 圆柱形件胀形 圆柱形空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料沿径向 向外扩张，胀出所需凸起曲面的一种冲压加工方法。 1.刚性凸模胀形 2.弹性凸模胀形,刚性分瓣凸模胀形结构示意图,a） b） c） 软模胀形 a)橡胶凸模胀形 b)倾注液体法胀形 c)充液橡胶囊法胀形,3.胀形的变
5、形程度用胀形系数K表示 式中 d0毛坯原始直径； dmax胀形后制件的最大直径。 4. 胀形毛坯的计算 L0=L1+(0.30.4)+h 式中 L制件母线长度； 制件切向最大伸长率； h修边余量，约1020mm。,胀形后制件最大直径,5.胀形力的计算 软模胀形圆柱形空心件时，所需的单位压力p分下面 两种情况计算。 两端不固定，允许毛坯轴向自由收缩时 两端固定，毛坯不能收缩时,6.罩盖侧壁胀形计算 胀形系数的计算： 由表5-3查得极限胀形系数为1.24。因此该工件可一 次胀形成形。 计算胀形前工件的原始长度L0： 其中L为R60一段圆弧的长。则L40.8mm；,胀形毛坯图,h取3mm，则得： L
6、0L(1 + 0.35）+ h 40.8(+0.350.2)+ 346.66mm L0取整为47mm，如图所示。 侧壁胀形力计算： 由附录B可查得：b=430（Mpa） 则 胀形力：F=Sp=46.8409.2=54078（N） 总成形力：F= F起+F胀=11039+54078=65.117（kN）,胀形毛坯图,7.模具结构设计,罩盖胀形模装配图 1下模座 2、11螺栓 3压包凸模 4压包凹模 5胀形下模 6胀形上模 7聚胺脂橡胶 8打杆 9弹簧 10上固定板 12上模座 13卸料螺钉 14模柄 15拉杆螺母 16导柱 17导套,播放动画,5.2 翻边成形工艺与模具设计 翻边是指利用模具将工
7、件上的孔边缘或外缘边缘翻 成竖立的直边的冲压工序。,5.2.1 翻边成形典型案例 1.固定套 生产批量：中批量 材料：08钢 料厚：1mm 工件工艺性分析： 40mm处由内孔翻边成形，80mm是圆筒形拉深 件，可一次拉深成形。 工序安排为落料拉深冲预孔翻边。,固定套零件图,2.防尘盖 生产批量：大批量 材料：10钢 料厚：0.3mm 工艺性分析： 一般冲制此类工件采用落料、冲孔和翻边和平面胀 形多道工序完成。 为减少工序数，可采用复合模一次压制成形。首先 进行冲孔，再翻边成形，最后落料。,防尘盖工件简图,3.基座片 生产批量：大批量 材料：1Cr18Ni9 料厚：0.3mm 工艺性分析： 该工
8、件是由两个半圆和中间的矩形部分组成的，圆 形部分是拉深，中间矩形部分近似于弯曲。工件形状简 单对称，材料适宜于冲压加工，精度要求一般，但工艺 较复杂，生产批量大，适宜用级进模制造。,基座片工件简图,5.2.2 内孔翻边 1.内孔翻边的变形特点及变形系数 内孔翻边的变形程度用翻边系数K0表示。 K0值愈小，则变形程度愈大。圆孔翻边时孔边不破 裂所能达到的最小翻边系数称为极限翻边系数（K0min）。 极限翻边系数与许多因素有关，主要有： 1）材料的塑性 2）孔的边缘状况 3）材料的相对厚度 4）凸模的形状,2.内孔翻边的工艺计算及翻边力计算 （1）平板毛坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度 内孔的翻边预
9、孔直径d0可以近似地按弯曲展开计算 内孔的翻边高度H为 内孔的翻边极限高度Hmax为,平板毛坯翻边,（2）在拉深件的底部冲孔翻边 允许的翻边高度h为 预孔直径d0为 拉深高度h1为,在拉深件底部翻边,（3）非圆孔翻边 非圆孔翻边的变形性质比较复杂， 它包括有圆孔翻边、弯曲、拉深等变 形性质。对于非圆孔翻边的预孔，可 以分别按翻边、弯曲、拉深展开、然 后用作图法把各展开线光滑连接。 （4）翻边力 翻边力一般不大，可按下式计算 F=1.1(D-d0)ts（N） 式中 s材料的屈服强度。其余均与前面公式相同。,非圆孔翻边,3.典型案例翻边预孔直径及翻边力计算 （1）固定套 翻边前为80mm、高15m
10、m的无凸缘圆筒形工件， 如图所示。 1）计算预孔尺寸 D=39mm，H=4.5mm D1=D+2r+t=39+21+1=42mm h=H-r-t=4.5-1-1=2.5mm,翻边前工序图,2）计算翻边系数 由表5-5可查得低碳钢的极限翻边系数为0.65，小于 所需的翻边系数，所以该零件可一次翻边成形。 3）翻边力计算 由附录B查得：s=200Mpa F=1.1(D-d0)ts=1.1(39-32.3)1200=4.628(kN),（2）防尘盖 1）预孔直径d0 取r=0.5mm；D=87.7+0.3=81.55(mm)；H=3.5mm。 侧：d0=D-2(H-0.43r-0.72t) =88-
11、2(3.5-0.430.5-0.720.3) =81.55(mm) 2）翻边力F翻 由附录A可查得，s=210MPa，则： F翻=1.10.3210(88-81.55)=1.404(kN),4.内孔翻边模设计 翻边凸模圆角半径一般较大，经常做成球形或抛物 面形，以利于变形。,翻边模结构 1下模座 2螺钉 3、9弹簧 4凸模固定板 5凸模 6卸料板 7凹模 8顶件器 10上模座 11模柄,a） b） 翻边凸模结构形式,常见圆孔翻边模的凸模形状和尺寸,c） d） 翻边凸模结构形式,常见圆孔翻边模的凸模形状和尺寸,5.2.3 典型案例翻边模设计 1.固定套翻边模结构设计,翻边模 1卸料螺钉 2顶杆
12、3、16螺钉 4下模座 5、11销钉 6翻边凸模固定板 7翻边凸模 8托料板9定位钉 10翻边凹模 12上模座 13打件器 14模柄 15打料杆 17导套 18导柱,播放动画,2.防尘盖,落料、冲孔、翻边成形复合模装配图 1下模座 2导柱 3、15、21销钉 4固定板 5、20、22、26螺钉 6落料凹模 7定位拉料板 8上模座 9导套 10滚珠 11橡胶 12面形凹模 13冲孔、翻边凸凹模 14模柄 16冲孔凸模,播放动画,5.2.4 螺纹底孔变薄翻边 当工件很高时，可采用减小凸、凹模间隙，强迫材 料变薄的方法，以提高生产率和节约材料。 螺纹底孔的变薄翻边基本形式如图所示。,小孔翻边模,5.
13、2.5 外缘翻边 1.外缘翻边的变形特点及变形程度 外凸的外缘翻边，其变形 性质、变形区应力状态与不用 压边圈的浅拉深一样。变形过 程中材料易于起皱。 内凹的外缘翻边，其特点 近似于内孔翻边，变形过程中 材料易于边缘开裂。 外凸的外缘翻边变形程度Ep的计算式为： 内凹的外缘翻边变形程度Ed的计算式为：,a） b） 外缘翻边 a）外凸外缘翻边 b）内凹外缘翻边,2.基座片成形模具设计 （1）主要工艺计算 1）毛坯尺寸计算：D=12.12mm 2）拉深次数计算：可一次拉深完成 3）料宽计算：取整31mm 4）步距计算：12.12+1.8=13.9214mm 5）凸、凹模尺寸计算 翻边：该制件属外凸
14、的外缘翻边 查表5-8查得Ep=0.38， 因此可以翻边成形,翻边前拉深尺寸,翻边变形量计算图,（2）排样设计 第1工位：侧刃定距 第2工位：冲两个切口用工艺孔=2mm 第3工位：切口 第4工位：空工位 第5工位：拉深 第6工位：对拉深的底部进行整形 第7工位：冲3个3mm孔 第8工位：空工位，导正 第9工位：落料翻边,排样图,（3）工艺力计算 总冲压力： F总=F侧+F工艺+F拉+F弯+F整+F冲孔+F落料+F翻+F卸+F推=34.781（kN） 说明：根据基座片长圆形状，将其分解成两个半圆筒形件与U形弯曲件，分 别计算两部分的拉深力与弯曲力。 （4）冲压设备的选择 一般按所需公称压力F压（1.61.8）F总选择压力 机，因此选择60kN的开式压力机。 （5）模具结构与零、部件的设计 冲裁间隙为0.09t，选用对角滚珠导柱模架； 侧刃长度为14.05mm，比步距大0.05mm； 第9工位是落料、翻边复合工位。,播放动画,勘误：动画中第3工位应采用斜刃切口（无废料产生）,基座片级进模装配图主视图,基座片级进模装配图俯视图 1、3、22、32压板 2下模座 4、6、21橡胶 5、17弹簧 7下垫板 8顶件块 9翻边凹模10、37、38凹模镶块 11冲孔凹模镶块 12导正销 13卸料板 14、41螺塞
