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1、第5章 其他成形工艺与成形模设计胀形工艺与模具结构胀形工艺与模具结构 5.1翻边工艺与模具结构翻边工艺与模具结构 5.2缩口工艺与模具结构缩口工艺与模具结构 5.3校平与整形校平与整形5.4冷挤压冷挤压 5.5成形工艺与模具设计实训成形工艺与模具设计实训 5.1胀形是利用模具使板料拉伸变薄局部表面积增胀形是利用模具使板料拉伸变薄局部表面积增大以获得零件的加工方法，主要有平板坯料胀形大以获得零件的加工方法，主要有平板坯料胀形（如图（如图5-1（a）所示）和空心坯料胀形（如图）所示）和空心坯料胀形（如图5-1（b）所示）。）所示）。如图如图5-2所示是胀形时坯料的变形情况，坯料所示是胀形时坯料的变
2、形情况，坯料外径是，成形直径是，当两者比值外径是，成形直径是，当两者比值/时，时，与之间环形部分金属发生切向收缩所必需的径与之间环形部分金属发生切向收缩所必需的径向拉应力很大，属于变形的强区。在凸模的作用下，向拉应力很大，属于变形的强区。在凸模的作用下，环形部分金属根本不可能向凹模内流动，其厚度变环形部分金属根本不可能向凹模内流动，其厚度变薄，表面积增大，形成一个凸起。薄，表面积增大，形成一个凸起。平板坯料胀形又称局部胀形，也称起伏成形，平板坯料胀形又称局部胀形，也称起伏成形，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记等，如图等，如图5-3所示。平板坯
3、料胀形的目的主要是增所示。平板坯料胀形的目的主要是增加零件的刚度、强度和美观度，在生产应用非常加零件的刚度、强度和美观度，在生产应用非常广泛。其变形程度，主要受到材料的性能、筋的广泛。其变形程度，主要受到材料的性能、筋的几何形状、模具结构及润滑等因素的影响。几何形状、模具结构及润滑等因素的影响。胀形程度，主要受到材料的性能、筋的几何胀形程度，主要受到材料的性能、筋的几何形状、模具结构及润滑等因素的影响。形状、模具结构及润滑等因素的影响。用胀形工艺压制的加强筋的形式和尺寸可参用胀形工艺压制的加强筋的形式和尺寸可参考表考表51。1平板坯料胀形平板坯料胀形空心坯料胀形俗称凸肚，它是使材料沿径向空心坯
4、料胀形俗称凸肚，它是使材料沿径向拉伸，胀出所需的凸起曲面。用这种方法可以成拉伸，胀出所需的凸起曲面。用这种方法可以成形球形容器、高压气瓶、壶嘴、皮带轮、波纹管、形球形容器、高压气瓶、壶嘴、皮带轮、波纹管、各种接头以及其他一些异形空心件，其变形区的各种接头以及其他一些异形空心件，其变形区的变形特点为壁厚变薄，表面积增加。变形特点为壁厚变薄，表面积增加。管状毛坯胀形如图管状毛坯胀形如图55所示，它的变形程度用胀所示，它的变形程度用胀形系数形系数K表示：表示：2空心坯料胀形空心坯料胀形0maxddK 刚性胀形模如图刚性胀形模如图5-7（a）所示，该模具的凸模）所示，该模具的凸模做成分瓣式结构形式，上
5、模下行时，由于锥形芯块做成分瓣式结构形式，上模下行时，由于锥形芯块4的作用，使分瓣凸模的作用，使分瓣凸模2向四周顶开，从而将坯料胀出向四周顶开，从而将坯料胀出所需的形状。上模回程时，分瓣凸模在锥形芯块所需的形状。上模回程时，分瓣凸模在锥形芯块4和和拉簧拉簧3的作用下复位便可取出工件。的作用下复位便可取出工件。这种胀形模的缺点是模具结构复杂、成本高，这种胀形模的缺点是模具结构复杂、成本高，并且难以得到精度较高的正确旋转体，变形的均匀并且难以得到精度较高的正确旋转体，变形的均匀程度差。程度差。1刚性胀形模刚性胀形模如图如图5-7（b）所示是橡胶凸模胀形，其原理）所示是橡胶凸模胀形，其原理是利用橡胶
6、是利用橡胶3作为胀形凸模，胀形时橡胶在柱作为胀形凸模，胀形时橡胶在柱塞塞1的压力作用下发生变形，从而使坯料沿凹模的压力作用下发生变形，从而使坯料沿凹模2内壁胀出所需的形状。橡胶胀形的模具结构简单，内壁胀出所需的形状。橡胶胀形的模具结构简单，坯料变形均匀，能成形形状复杂的零件，所以在坯料变形均匀，能成形形状复杂的零件，所以在生产中广泛应用。但形生产率较低，只适合于批生产中广泛应用。但形生产率较低，只适合于批量不大的冲压件生产。量不大的冲压件生产。2柔性胀形模柔性胀形模镦压胀形则是利用坯料自身作为传力介质在镦压胀形则是利用坯料自身作为传力介质在镦压力的作用下产生胀形。如图镦压力的作用下产生胀形。如
7、图510所示，筒所示，筒形毛坯放在下凹模内并由它定位，胀形时凸模先形毛坯放在下凹模内并由它定位，胀形时凸模先插入毛坯内，毛坯在上、下凹模和凸模的夹持下插入毛坯内，毛坯在上、下凹模和凸模的夹持下进行镦压，保证筒壁不会丧失稳定，毛坯只有在进行镦压，保证筒壁不会丧失稳定，毛坯只有在中部空腔处胀出成形。中部空腔处胀出成形。3镦压胀形模镦压胀形模（1）圆孔翻边的特点）圆孔翻边的特点圆孔翻边如图圆孔翻边如图511所示，坯料预先冲制直径为所示，坯料预先冲制直径为d的孔，的孔，翻边时，坯料在凸模的作用下，孔径翻边时，坯料在凸模的作用下，孔径d不断扩大，最后变为不断扩大，最后变为内径等于内径等于dT的竖边。翻边
8、时变形区是内径为的竖边。翻边时变形区是内径为d、外径为的环、外径为的环形部分，变形区应力状态为双向拉伸。翻边后变形区厚度形部分，变形区应力状态为双向拉伸。翻边后变形区厚度变薄，孔边缘切向伸长变形最大，厚度变薄最严重，也是变薄，孔边缘切向伸长变形最大，厚度变薄最严重，也是最易产生开裂的部位。坯料在最易产生开裂的部位。坯料在DA的外缘部分受压边力的外缘部分受压边力F的的作用，不能向中心流动，不参与变形。作用，不能向中心流动，不参与变形。1圆孔翻边圆孔翻边圆孔翻边的变形程度用翻边系数圆孔翻边的变形程度用翻边系数K表示，翻边表示，翻边系数为翻边前孔径系数为翻边前孔径d与翻边后孔径与翻边后孔径D的比的比
9、值。值。翻边系数翻边系数K值越小，则变形程度越大。在翻边值越小，则变形程度越大。在翻边孔边不破裂所能达到的最小翻边系数为极限翻边系孔边不破裂所能达到的最小翻边系数为极限翻边系数，用数，用Kmin表示。如表表示。如表5-3所示是低碳钢圆孔翻边所示是低碳钢圆孔翻边的极限翻边系数。的极限翻边系数。（2）影响极限翻边系数）影响极限翻边系数Kmin的因素主要有以下的因素主要有以下方面：方面：1）材料的塑性）材料的塑性2）预制孔的相对直径）预制孔的相对直径3）预制孔的加工方法）预制孔的加工方法4）翻孔凸模的形状和圆角半径）翻孔凸模的形状和圆角半径（4）翻边模工作部分的设计）翻边模工作部分的设计1）圆角半径
10、）圆角半径翻边凹模的圆角半径一般对翻边成形影响不大，翻边凹模的圆角半径一般对翻边成形影响不大，可取该值等于零件的圆角半径。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，以便有利于翻边翻边凸模圆角半径应尽量取大些，以便有利于翻边变形，对平底凸模一般取变形，对平底凸模一般取4t。2）圆孔翻边凸模的常用结构）圆孔翻边凸模的常用结构如图如图514所示所示。3）翻边凸、凹模的间隙）翻边凸、凹模的间隙翻边凸、凹模单边间隙可查看表翻边凸、凹模单边间隙可查看表54。非圆孔翻边如图非圆孔翻边如图5-15所示，对于非圆孔的内孔所示，对于非圆孔的内孔翻边，变形区沿翻边线其应力与应变分布是不均匀翻边，变形
11、区沿翻边线其应力与应变分布是不均匀的。在翻边高度相同的情况下，曲率半径较小的部的。在翻边高度相同的情况下，曲率半径较小的部位，切向拉应力和切向伸长变形较大；而曲率半径位，切向拉应力和切向伸长变形较大；而曲率半径较大的部位，切向拉应力和切向伸长变形较小。直较大的部位，切向拉应力和切向伸长变形较小。直线部位与弯曲变形相似，由于材料的连续性，曲线线部位与弯曲变形相似，由于材料的连续性，曲线部分的变形将扩展到直线部位，使曲线部分的切向部分的变形将扩展到直线部位，使曲线部分的切向伸长变形得到一定程度的减轻。伸长变形得到一定程度的减轻。2非圆孔翻边非圆孔翻边非圆孔的极限翻边系数，可根据各圆弧段的圆非圆孔的
12、极限翻边系数，可根据各圆弧段的圆心角心角大小，查表大小，查表55。非圆孔翻边坯料的预孔形状和尺寸，可以按圆非圆孔翻边坯料的预孔形状和尺寸，可以按圆孔翻边、弯曲和拉深各区分别展开，然后用作图法孔翻边、弯曲和拉深各区分别展开，然后用作图法把各展开线交接处光滑连接起来。把各展开线交接处光滑连接起来。伸长类翻边分为沿不封闭内凹曲线进行的平面伸长类翻边分为沿不封闭内凹曲线进行的平面翻边（如图翻边（如图5-16（a）所示）和在曲面坯料上进行的）所示）和在曲面坯料上进行的伸长类翻边（如图伸长类翻边（如图5-16（b）所示）两种。它们的共）所示）两种。它们的共同特点是坯料变形区主要在切向拉应力作用下产生同特点
13、是坯料变形区主要在切向拉应力作用下产生切向的伸长变形，边缘容易拉裂。切向的伸长变形，边缘容易拉裂。1伸长类翻边伸长类翻边伸长类平面翻边时，其变形类似于内孔翻边，伸长类平面翻边时，其变形类似于内孔翻边，但由于是沿不封闭曲线翻边，坯料变形区内切向的但由于是沿不封闭曲线翻边，坯料变形区内切向的拉应力和切向的伸长变形沿翻边线的分布是不均匀拉应力和切向的伸长变形沿翻边线的分布是不均匀的，在中部最大，而两端为零。的，在中部最大，而两端为零。伸长类曲面翻边时，为防止坯料底部在中间部伸长类曲面翻边时，为防止坯料底部在中间部位上出现起皱现象，应采用较强的压料装置；为创位上出现起皱现象，应采用较强的压料装置；为创
14、造有利于翻边变形的条件，防止在坯料的中间部位造有利于翻边变形的条件，防止在坯料的中间部位上过早地进行翻边，而引起径向和切向方向上过大上过早地进行翻边，而引起径向和切向方向上过大的伸长变形，甚至开裂，应使凹模和顶料板的曲面的伸长变形，甚至开裂，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形状与工件的曲面形状相同，而凸模的曲面形状应该修正，如图该修正，如图517所示。所示。压缩类翻边分为沿不封闭外凸曲线进行的平面翻压缩类翻边分为沿不封闭外凸曲线进行的平面翻边（如图边（如图5-18（a）所示）和在曲面坯料上进行的）所示）和在曲面坯料上进行的压缩类翻边（如图压缩类翻边（如图5-1
15、8（b）所示）两种。它们的）所示）两种。它们的共同特点是坯料变形区主要在切向压应力作用下产共同特点是坯料变形区主要在切向压应力作用下产生切向的压缩变形，中间部分容易起皱生切向的压缩变形，中间部分容易起皱压缩类平面翻边其变形类似于拉深，所以当翻边压缩类平面翻边其变形类似于拉深，所以当翻边高度较大时，模具上也要带有防止起皱的压料装置。高度较大时，模具上也要带有防止起皱的压料装置。由于是沿不封闭曲线翻边，翻边线上切向压应力和由于是沿不封闭曲线翻边，翻边线上切向压应力和径向拉应力的分布是不均匀的，翻边后零件的高度径向拉应力的分布是不均匀的，翻边后零件的高度不平齐，中间高度大，两端高度小。不平齐，中间高
16、度大，两端高度小。2压缩类翻边压缩类翻边压缩类曲面翻边时，坯料变形区在切向压应力压缩类曲面翻边时，坯料变形区在切向压应力作用下产生的失稳起皱是限制变形程度的主要因素，作用下产生的失稳起皱是限制变形程度的主要因素，为了减少起皱，可以把凹模的形状做成如图为了减少起皱，可以把凹模的形状做成如图519所示的形状，使中间部分的切向压缩变形向两侧扩所示的形状，使中间部分的切向压缩变形向两侧扩展，使局部的集中变形趋向均匀，同时对坯料两侧展，使局部的集中变形趋向均匀，同时对坯料两侧在偏斜方向上进行冲压的情况也有一定的改善。在偏斜方向上进行冲压的情况也有一定的改善。如图如图521所示为一翻孔模及工件图。所示为一
17、翻孔模及工件图。工件先经过拉深和预冲孔，然后放在凸模工件先经过拉深和预冲孔，然后放在凸模上由定位板定位，凹模下行与压料板一起上由定位板定位，凹模下行与压料板一起夹紧毛坯，凹模继续下行进行翻边过程；夹紧毛坯，凹模继续下行进行翻边过程；完成翻边后凹模上行，压料板把工件顶起，完成翻边后凹模上行，压料板把工件顶起，若工件留在凹模内不能自行脱出，则由打若工件留在凹模内不能自行脱出，则由打料杆的推件块将工件推出。料杆的推件块将工件推出。如图如图522所示为落料、拉深、冲孔、翻边复所示为落料、拉深、冲孔、翻边复合模。凸凹模合模。凸凹模8与落料凹模与落料凹模4均固定在固定板均固定在固定板7上，上，以保证同轴度
18、。冲孔凸模以保证同轴度。冲孔凸模2压入凸凹模压入凸凹模1内，并以内，并以垫片垫片10调整它们的高度差，以此控制冲孔前的拉调整它们的高度差，以此控制冲孔前的拉深高度，确保翻出合格的零件高度。该模的工作深高度，确保翻出合格的零件高度。该模的工作顺序是：上模下行，首先在凸模顺序是：上模下行，首先在凸模1和凹模和凹模4的作用的作用下落料。上模继续下行，在凸凹模下落料。上模继续下行，在凸凹模1和凸凹模和凸凹模8相相互作用下将坯料拉深，冲床缓冲器的力通过顶杆互作用下将坯料拉深，冲床缓冲器的力通过顶杆6传递给顶件块传递给顶件块5并对坯料施加压料力。当拉深到并对坯料施加压料力。当拉深到一定深度后由凸模一定深度
19、后由凸模2和凸凹模和凸凹模8进行冲孔并翻边。进行冲孔并翻边。缩口属于压缩类成形工序，如图缩口属于压缩类成形工序，如图523所示。所示。在缩口变形过程中，坯料变形区受到压应力的作在缩口变形过程中，坯料变形区受到压应力的作用，坯料直径减小，壁厚和高度增加，因而切向用，坯料直径减小，壁厚和高度增加，因而切向可能产生失稳起皱。同时，在非变形区的筒壁，可能产生失稳起皱。同时，在非变形区的筒壁，在缩口压力的作用下，轴向可能产生失稳而起在缩口压力的作用下，轴向可能产生失稳而起皱，所以失稳起皱是缩口工序的主要障碍。皱，所以失稳起皱是缩口工序的主要障碍。1缩口的变形特点缩口的变形特点缩口的极限变形程度主要受失稳
20、条件限制，缩口的极限变形程度主要受失稳条件限制，缩口的变形程度用缩口系数表示。缩口的变形程度用缩口系数表示。md/D缩口系数越小，变形程度越大。缩口系数越小，变形程度越大。部分材料在不同厚度的平均缩口系数如表部分材料在不同厚度的平均缩口系数如表58所示。各种材料采用不同支承方式下缩口所示。各种材料采用不同支承方式下缩口的允许极限缩口系数如表的允许极限缩口系数如表59所示。所示。2缩口的变形程度缩口的变形程度当工件的缩口系数当工件的缩口系数m小于极限缩口系数时，小于极限缩口系数时，则必须进行多次缩口。缩口次数则必须进行多次缩口。缩口次数n可以按照下式可以按照下式估算：估算：1缩口次数缩口次数0l
21、glgmmn 如果多次缩口，则首次缩口系数如果多次缩口，则首次缩口系数m10.9m0以后各次缩口系数以后各次缩口系数mn=（1.051.10）m0如果多次缩口，则首次缩口后工件直径如果多次缩口，则首次缩口后工件直径d1m1D以后各次缩口后工件直径以后各次缩口后工件直径d2m2d1d3m3d22缩口直径缩口直径如图如图525所示为不同支承方法的缩口模结所示为不同支承方法的缩口模结构。对于无支承的缩口模，为了提高坯料的稳定构。对于无支承的缩口模，为了提高坯料的稳定性，也可以在缩口坯料内设置芯棒时，这样同时性，也可以在缩口坯料内设置芯棒时，这样同时还能提高缩口内径的尺寸精度。还能提高缩口内径的尺寸精度。如图如图526为一个圆管缩口模。圆管毛坯放为一个圆管缩口模。圆管毛坯放在支座内，由弹性夹套定位，支座还起到支撑作在支座内，由弹性夹套定位，支座还起到支撑作用。缩口凹模由螺纹紧固套拧紧，缩口后由推杆用。缩口凹模由螺纹紧固套拧紧，缩口后由推杆推出工件。本模具具有快换功能，如果推出工件。本模具具有快换功能，如果想改变缩口尺寸，仅需拧下紧固套，更换凹模即想改变缩口尺寸，仅需拧下紧固套，更换凹模即可，整个模具拆装很方便。可，整个模具拆装很方便。