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1、第 5 章 其他冲压成形方法从表1.2 可见 ,除弯曲和拉深外,成形工序中还有很多方法,其中比较常用地有胀形、翻边、扩口、缩口等 .这些工序地基本特征为局部变形,因此 ,也常统称为 (狭义 )成形工序 .成形工序一般安排在冲裁、弯曲、拉深之后 . 5.1 胀形板料 /空心工序件 /空心半成品在双向拉应力作用下,产生扩张 (鼓凸 )变形 ,获得表面积增大(厚度变薄 )地制件地冲压成形方法称为胀形.常见地胀形件有板料地压花(筋)件、肚形搪瓷制品、自行车管接头、波纹管等 ,以及汽车车身地某些覆盖件. 胀形地种类可从坯料形状、坯料所处状态、所用模具、所用能源、成形方式等角度作出区分,其中最基本地是按变
2、形区所占比例划分为局部胀形和整体胀形,最常用地是平板坯料局部胀形和空心坯料胀形. 5.1.1 胀形变形特点图 5.1 所示为圆形板料局部胀形,坯料地外环部分在足够大地压力下不发生流动,仅在直径为d 地区域内坯料产生变形,变形地结果是板料变薄、表面积增大.从第4 章中拉深系数地概念还可得知,当坯料地外径与成形圆筒直径地比值D/d3 时,外环形部分地材料产生切向收缩所需地径向拉应力很大,成为相对于中心部分地强区 ,以至于环形部分材料不可能向凹模内流动.显然 ,胀形变形区内材料承受大小不等地双向拉应力,并产生伸长类变形.正是由于这种应力状态,变形区不会产生起皱现象,成形后制件地表面光滑、规整.同时
3、,由于变形区材料截面上拉应力沿厚度方向分布比较均匀,所以卸件后地弹复很小,容易得到精度较高地制件.因此 ,可以用胀形地方法来整形,提高冲压件地精度和表面质量. 图 5.1 胀形变形区5.1.2 平板坯料局部胀形平板坯料局部胀形又叫起伏成形,它是依靠平板材料地局部拉伸,使坯料或制件局部表面积增大,形成局部地下凹或凸起.生产中常见地有压花、压包、压字、压筋等(如图 5.2 所示 ). 经过起伏成形后地制件,由于形状改变引起惯性矩发生变化,再加上材料地冷作硬化作用,所以能够有效地提高制件地刚度和强度. 在起伏成形中,由于摩擦力地关系,变形区材料地变薄、伸长并不均匀.在某个位置上最为严重,该部位地伸长
4、应变最先达到最大值.若进一步增大变形程度,即会发生迸裂. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页图 5.2 起伏成形起伏成形地极限变形程度由许可地拉伸变薄量决定,主要受材料性能、制件几何形状、模具结构、胀形方法及润滑条件等因素影响,很难用某种计算方法来准确表示.特别是复杂形状地制件,成形部分各处地应力应变分布比较复杂,计算地结论误差比较大.所以 ,其危险部位和极限变形程度一般通过实验方法确定.但对于比较简单地筋条类起伏成形件(如图 5.3 所示 ),则可按下式近似地确定其极限变形程度n=(ll0)/l0(0.700.7
5、5)式中：n极限变形程度；l0起伏成形前材料地长度；l起伏成形后制件轮廓地长度；图 5.3 起伏成形前后材料地长度材料单向拉伸地伸长率. 系数 (0.700.75)视局部胀形地形状而定,球形筋取大值,梯形筋取小值 . 如果制件要求地局部胀形量超过极限变形程度,可以采用分步方法解决(如图 5.4 所示 ).第 1 道工序胀成大直径地球形(或锥形 ),以求在较大范围内聚料和尽可能地均匀变形.第 2 道工序再得到所要求地尺寸.第 1道成形地表面积应略小于最后成形地表面积,以便通过第2 次成形使表面积再略微增大,起到整形作用,避免制件起皱 . 压筋、压凸地形式和尺寸可参考表5.1.当起伏成形地筋(或包
6、 )与制件外边缘地距离小于3 倍板料厚度时 ,成形过程中边缘材料会向内收缩(如图 5.5 所示 ).对于要求较高地制件应预先留出切边余量,成形后修切整齐 .也可以增大压边力,阻止材料向内滑动,保持边缘规整. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页图 5.4 深度较大地局部胀形法图 5.5 起伏成形距边缘地最小尺寸表 5.1 压筋压凸地形式和尺寸名 称图例R h D 或 Br a() 压 筋(34)t(23)t(710)t(12)t压 凸(1.52)t3h(0.51.5)t1530 图例D/mm L/mm t/mm 6.
7、5 10 6 8.5 13 7.5 10.5 15 9 13 18 11 15 22 13 18 26 16 24 34 20 31 44 26 36 51 30 43 60 35 48 68 40 55 78 45 在曲柄压力机上对薄板(t1.5mm)、小制件 (面积A0.51.0 1.0 黄铜0.85 0.800.70 0.700.65 钢0.80 0.75 0.700.65 表 5.8 允许缩口系数m/0 n材 料支 承 方 式无 支 承外 支 承内 外 支 承软 钢0.700.75 0.550.60 0.30.35 黄铜 H62、H68 0.650.70 0.500.55 0.30.3
8、2 铝0.680.72 0.530.57 0.270.32 硬铝 (退火 ) 0.730.80 0.600.63 0.350.40 硬铝 (淬火 ) 0.750.80 0.680.72 0.400.43 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页5.4.2 缩口模基本结构典型地缩口模具形式如图5.25 所示 ,缩口时工序件/半成品由夹紧装置夹紧,夹紧力通过上模套筒与下模外圆紧配实现,也可通过斜楔装置实现. 缩口模具地支承形式有3 种.无支承 (如图 5.23 所示 )地模具结构简单、造价低,但稳定性差 ,一般只在厚壁坯料
9、上采用；外支承形式(图 5.26(a)地模具较前者复杂一些,但缩口稳定性较好,许可缩口系数可取小些,这种形式生产中采用较多；内外支承形式(图 5.26(b)地模具结构最复杂,但由于应力状态理想、稳定性最好,一般在薄壁筒形件中使用. 图 5.25 缩口模原理图图 5.26 不同支承方法地缩口模1压簧； 2芯座； 3活动夹紧环； 4套筒； 5缩口凹模； 6推件器 (兼内支承作用 ) 5.4.3 缩口工艺计算1. 缩口次数若制件地缩口系数m 小于允许地缩口系数,可采用多次缩口工艺.先确定缩口次数n. 缩口总次数n = 0lglglgndDm-式中： dn缩口地最终直径(中径 )；D坯料 /工序件 /
10、半成品直径 (中径 )；m0平均缩口系数(表 5.7). m0 = 1dD=21dd=32dd= 1nndd-式中： d1,d2, ,d n分别为第1,2,n 次缩口后制件地中径. 首次缩口系数m1=0.9m0,再次缩口系数m2=(1.051.10) m0 .需要注意地是 ,材料变形后地冷作硬化现象会影响缩口系数.缩口次数愈多 ,缩口系数愈大. 缩口后 ,制件端部壁厚略有增大,一般可忽略不计.若需要较准确地数据,可按下式估算：tn=-1nt-1nndd式中： t n,1nt-缩口后与缩口前地厚度；dn,1nd-缩口后与缩口前地中径. 2. 缩口坯料高度缩口制件地基本类型有3种,如图 5.27
11、所示 .缩口坯料高度H 地计算如下 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页图 5.27 缩口制件地基本类型图 5.27(a)所示形式H=1.052218sinDdhD-+?1Dd骣? +? 桫?图 5.27(b)所示形式H=1.0512dhhD+?+228sinDdD+1Dd骣? +?桫?上述两个式子中为缩口模地半锥角,一般小于45 ,最好小于30 .这点在冲压件结构设计时应尽量给予考虑 . 图 5.27(c)所示形式H=h1+141Dd骣? +?桫22Dd-缩口后由于回弹,制件要比模具尺寸增大0.5%0.8%.
12、缩口制件精度要求较高时,模具难以一次设计制造到位 ,最好通过多次实验修正确定. 3. 缩口力缩口力地大小与缩口件地形状、变形程度、冲压设备及模具结构形式有关,很难精确计算.对于图5.26(a)所示地锥形缩口件,在无芯轴内支承时其缩口力可按下式计算P=ks111.111tancosdDtD轾骣骣鼢珑犏-+鼢珑鼢珑犏桫桫臌式中： P缩口力 (N) ；t缩口前板料厚度(mm)；D缩口前直径(中径 ,mm)；d制件缩口部位直径(mm) ；制件与凹模接触面摩擦系数；s材料屈服强度(MPa)；凹模圆锥半锥角；k速度系数 ,在曲柄轴压力机上工作时,k = 1.15. 注意对已冷作硬化地制件,s取值应比该材料地屈服强度大. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页