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1、冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计四川信息职业技术学院四川信息职业技术学院机电工程系机电工程系 唐秀兰编制唐秀兰编制第第5 5章章 其他冲压成形其他冲压成形目目 录录5.1 局部成形局部成形5.2 翻边翻边5.3 胀形胀形5.4 缩口缩口5.5 校形校形5.6 旋压旋压四川信息职业技术学院机电工程系3 3概述概述v其他冲压成形是指除弯曲、拉深、冷挤压以外的各种冲压成形工序。包括局部成形、胀形、翻边、缩口、校形和旋压等工序。v这些成形工序的共同特点是：通过材料的局部变形来改变毛坯或工序件的形状和尺寸。v不同点是局部成形、胀形和内孔翻边属于伸长类成形，成形极限主要受变形区过大的拉应力而破坏的限制
2、，缩口和外缘翻边属于压缩类成形，成形极限主要受变形区过大的压应力而失稳和起皱的限制，校形时，由于变形量一般不大，不易产生开裂，但要考虑校形后弹性回复影响校形效果的问题。v所以，产品设计师在设计这类零件时，必须充分考虑它的工艺性，给模具设计师创造良好的工艺性。四川信息职业技术学院机电工程系4 45.1 局部成形局部成形v5.1.1 局部成形的变形特点局部成形的变形特点 局部成形变形区内的金属处于两向受拉的应力状态，其成局部成形变形区内的金属处于两向受拉的应力状态，其成形极限受到拉裂的限制。材料塑性愈好，可能达到的极限变形极限受到拉裂的限制。材料塑性愈好，可能达到的极限变形程度就愈大。形程度就愈大
3、。由于局部成形时毛坯处于双向受拉应力状态，变形区的材由于局部成形时毛坯处于双向受拉应力状态，变形区的材料不会产生失稳和起皱现象，因此成形后零件的表面光滑，料不会产生失稳和起皱现象，因此成形后零件的表面光滑，质量好。质量好。四川信息职业技术学院机电工程系5 55.1.2 局部成形工序局部成形工序 局部成形主要用于压制加强筋，凸台、凹台，花纹图案及标记等。特别是薄板零件，压制加强筋后，工件惯性矩的改变和材料加工硬化的作用大大地提高工件的刚度和强度。局部成形的极限变形程度主要受材料性能、零件的几何形状、模具结构、成形方法以及润滑条件等因素的影响。根据工件形状的复杂程度和材料的性质，局部成形可以一次成
4、形或多次成形，如图5-2。图5-2 两次胀形的局部成形a 预成形 b 最后成形四川信息职业技术学院机电工程系6 65.1.2 局部成形工序局部成形工序 对于比较简单的局部成形工件，如图5-3，则可以按下式近似确定极限变形程度。局部成形最常用于压制加强筋、凸局部成形最常用于压制加强筋、凸台、凹台，常用的加强筋和凸台尺寸台、凹台，常用的加强筋和凸台尺寸见表见表5-1。压凸台或凹台之间的距离见表压凸台或凹台之间的距离见表5-2。压凸台时，如计算伸长率大于时，压凸台时，如计算伸长率大于时，单靠局部材料变薄则可能被胀裂，单靠局部材料变薄则可能被胀裂，因此可借助于邻近周围的材料流动因此可借助于邻近周围的材
5、料流动来补充，因此，需多次成形，故在来补充，因此，需多次成形，故在计算时，首次成形面积应比最后成计算时，首次成形面积应比最后成形面积多形面积多20%，如图，如图5-2。如凸台、加强筋与零件的边缘距如凸台、加强筋与零件的边缘距离小于离小于(35)t时，在成形过程中，时，在成形过程中，边缘材料要向内收缩，故需考虑增边缘材料要向内收缩，故需考虑增加修边余量。加修边余量。在直角形零件上压筋，可以提高在直角形零件上压筋，可以提高零件的强度和刚性，一般用于机箱零件的强度和刚性，一般用于机箱和支架一类的零件，其形状和尺寸和支架一类的零件，其形状和尺寸见表见表5-3。四川信息职业技术学院机电工程系7 75.1
6、.3 百页窗零件的成形百页窗零件的成形 其成形方法是用凸模的一边刃口将材料切口，而凸模的其余部分则将材料拉深变形，从而形成一边开口的局部成形。对于产量不大的百页窗零件，可采用聚氨脂橡胶成形，如图5-4 对于产量较大的零件，凸模和凹模都采用镶拼的方法，如图5-5。图5-4 a）聚氨脂橡胶成形模 b）零件图5-5 平面百页窗成形模四川信息职业技术学院机电工程系8 85.1.4 局部成形的压力计算局部成形的压力计算v冲压加强筋时，其压力可近似地按下式计算K系数，一般1，视加强筋的宽度和深度而定，筋窄而深取大值，筋宽而浅取小值。压筋及校正工序，其压力可按下式计算F=AKt 四川信息职业技术学院机电工程
7、系9 95.2 翻翻 边边v翻边是将零件的孔边缘或外边缘在模具的作用下翻成竖立的直边。因此，翻边分为内孔翻边和外缘翻边。v5.2.1 内孔翻边的变形特点内孔翻边的变形特点v内孔翻边如图5-6所示图5-6 内孔翻边变形情况 内孔翻边的主要危险在于内孔翻边的主要危险在于孔口边缘被拉裂。破裂的条孔口边缘被拉裂。破裂的条件取决于变形程度的大小。件取决于变形程度的大小。变形程度以翻边前孔径变形程度以翻边前孔径d0与与翻边后孔径翻边后孔径D的比值的比值m来表来表示，即：示，即：m称为翻边系数，显然，m值愈大，变形程度愈小，m值愈小，则变形程度愈大。翻边孔不致破裂所能达到的最小翻边系数称为极限翻边系数。四川
8、信息职业技术学院机电工程系10105.2.1 内孔翻边的变形特点内孔翻边的变形特点v极限翻边系数与许多因素有关，主要有：v1、材料的力学性能：塑性好的材料，极限翻边系数可小些。伸长率愈大，m值就愈小。v2、孔的边缘状况：翻边前孔边缘表面质量好，无撕裂，无毛刺和无硬化时，对翻边有利，极限翻边系数可以小些。钻孔比冲孔翻边系数可小些。v3、材料的相对厚度：翻边前的孔径d0和材料厚度t比值d0/t愈小，即材料的相对厚度愈大，在断裂前材料的绝对伸长率可以大些，故翻边系数相应小些。v4、凸模的形状：抛物线形和锥形凸模较平底凸模对翻边有利，因前者在翻边时，孔边缘圆滑地逐渐张开，所以极限变形程度可以小些。v各
9、种材料的首次翻边系数见表5-4。四川信息职业技术学院机电工程系11115.2.2 内孔翻边的工艺计算内孔翻边的工艺计算v1、平板毛坯内孔翻边的工艺计算、平板毛坯内孔翻边的工艺计算v在翻边之前，大多数需在毛坯上加工出待翻边的孔，由于零件在翻边过程中，材料主要受切向拉伸使厚度变薄，而径向变形不大，因此，可以用简单弯曲的方法，近似地进行底孔尺寸的计算 v2、拉深件底部冲孔翻边的工艺计算、拉深件底部冲孔翻边的工艺计算v零件较大时，可采用一次或多次拉深后冲孔翻边，小型零件可在级进拉深模经多次拉深后接着冲孔和翻边。因此，在计算时，应首先决定翻边所能达到的最大高度h，然后根据工件总高度H来确定拉伸高度h1v
10、3、内孔翻边翻边力的计算、内孔翻边翻边力的计算 见公式(5-11)四川信息职业技术学院机电工程系12125.2.3 外缘翻边外缘翻边v按变形的性质，外缘翻边可分为伸长类外缘翻边和压缩类外按变形的性质，外缘翻边可分为伸长类外缘翻边和压缩类外缘翻边。缘翻边。v1、伸长类外缘翻边、伸长类外缘翻边v 伸长类外缘翻边如图5-9所示，毛坯尺寸一般按内孔翻边计算，然后再在试模时修正。v2、压缩类外缘翻边、压缩类外缘翻边v 压缩类外缘翻边如图5-10所示，其变形程度类似于拉深，为了得到翻边后竖边的高度平齐而两端线垂直的零件，一般是按拉深法初步确定毛坯尺寸，然后再在试模中修正。四川信息职业技术学院机电工程系13
11、135.2.4 变薄翻边变薄翻边v当筒形件的壁厚小于材料厚度，或者零件高度较高，用普通翻边无法达到要求时，则可用变薄翻边，既可提高生产率，又能节约材料。v变薄翻边时,主要是减小模具中的凸、凹模之间的间隙，强迫材料变薄。所以变薄翻边的变形程度不仅决定于翻边系数，而且决定于壁厚的变薄系数。变薄翻边可以得到更大的直边高度。v变薄翻边因其最终的结果是使材料竖边部分变薄，所以变形程度可以用变薄系数K来表示:v变薄翻边所需的力，要比普通翻边力大得多，力的增大与变薄量的增加成正比。v在设计中，为了使板料上的螺纹底孔增加其高度，广泛应用变薄翻边的方法，见图5-11。四川信息职业技术学院机电工程系14145.2
12、.5 翻边时凸模和凹模尺寸计算翻边时凸模和凹模尺寸计算图5-12 翻边凸、凹模尺寸的确定四川信息职业技术学院机电工程系15155.2.5 翻边时凸模和凹模尺寸计算翻边时凸模和凹模尺寸计算v翻边凹模圆角半径一般对翻边影响不大，可取等于零件的圆角半径。v凸模圆角半径对翻边影响较大，所以采用平底凸模翻边时，凸模圆角半径应取大些,以利于翻边变形。图5-13是几种常用的圆孔翻边凸模的形状和主要尺寸。图5-13 翻边凸模形式 a型平底凸模，一般用于孔径较大时的翻型平底凸模，一般用于孔径较大时的翻边边,但圆角但圆角R必须大于必须大于4t；b、c、d型由于有圆弧光滑过渡，在翻边型由于有圆弧光滑过渡，在翻边时变
13、形情况良好，是常用的凸模形式；时变形情况良好，是常用的凸模形式；e型用于以翻边预冲孔定位的凸模，也是比型用于以翻边预冲孔定位的凸模，也是比较常用的凸模；较常用的凸模；f型用于没有预冲孔翻边时的凸模，一般用型用于没有预冲孔翻边时的凸模，一般用于翻边后孔口边缘允许有裂口的情况。于翻边后孔口边缘允许有裂口的情况。四川信息职业技术学院机电工程系16165.2.6 翻边模翻边模图5-14 预冲孔定位的小孔翻边模 以预冲孔定位的小孔翻边模，将工件预冲孔放在翻边凸模8端面小直径处以孔定位，当压力机下行时，翻边凸模伸入翻边凹模23中翻边成形，由于翻边后孔会紧紧箍在翻边凸模上，所以由卸料板9、弹簧28、卸料螺钉
14、30组成的卸料装置将翻边后的孔从凸模上顶出去。由于翻边孔精度较高，所以采用间隙较小，从凸模顶出的工件也可能卡在凹模内，因此，由推件块10、连接推件杆11、推板15、打杆13组成的推件装置将工件从凹模内推出。四川信息职业技术学院机电工程系17175.2.6 翻边模翻边模图5-15 大孔用翻边模 借拉深件内孔定位，将拉深件套在翻边凹模5的外缘上定位。翻边后由卸料板9、卸料螺钉12、弹簧11组成的卸料装置将工件从凸模13上卸下来。然后由顶件块6、弹簧4、支座3组成的顶件装置将工件从凹模中顶出。四川信息职业技术学院机电工程系18185.3 胀形胀形v胀形定义：胀形定义：将拉深成形的筒形件或管状毛坯，利
15、用模具加压将拉深成形的筒形件或管状毛坯，利用模具加压使空心件由内向外膨胀成形称胀形。使空心件由内向外膨胀成形称胀形。v5.3.1 胀形的变形程度胀形的变形程度v胀形变形的特点主要是材料受切向拉伸伸长变形，其变形程度受材料的胀形变形的特点主要是材料受切向拉伸伸长变形，其变形程度受材料的极限伸长率的限制，常以胀形系数极限伸长率的限制，常以胀形系数K来表示，如图来表示，如图5-16 根据已知材料的伸长率，即可求出相应的极限胀形系数。胀形系数和毛坯伸长率的关系为：四川信息职业技术学院机电工程系19195.3.2 胀形工件的毛坯尺寸计算胀形工件的毛坯尺寸计算v为了便于材料流动，减少变形区材料的变薄程度，
16、在胀形时，毛坯两端一般不加固定，使其自由收缩，因此，毛坯高度应比工件高度增加一收缩量，胀形工件的毛坯计算如下，见图5-17。图5-17 胀形毛坯尺寸计算四川信息职业技术学院机电工程系20205.3.3 胀形方法胀形方法v胀形可以采用不同的方法来实现，一般有机械胀形、橡皮胀形和液压胀形三种。图5-18 胀形模四川信息职业技术学院机电工程系21215.4 缩缩 口口v缩口是将管状毛坯或拉深成形的筒形件通过缩口模将其口部直径缩小的一种成形方法。它广泛应用于国防工业、机械工业和日用工业品中。v5.4.1 缩口变形的特点及变形程度缩口变形的特点及变形程度v缩口时，变形区内金属受切向和轴向压应力，且主要是
17、受切向压应力的作用，而使直径缩小，壁厚和高度增加，因而切向可能产生失稳起皱。同时，在非变形区的筒壁由于承受全部缩口压力F，也容易产生轴向失稳变形。因此，防止失稳是缩口工艺主要问题，见图5-19。缩口的变形程度用缩口系数缩口的变形程度用缩口系数m表示：表示：四川信息职业技术学院机电工程系22225.4.2 缩口工艺计算缩口工艺计算v1、缩口次数v当制件的缩口系数小于表5-10和表5-11的平均缩口系数时，就需要进行多次缩口，其缩口次数按下式计算：当制件需要多次缩口时，其各次缩口系数可按以下方法确定：首次缩口系数：以后各次缩口系数：各次缩口后的颈口直径则为：ddndn应应等于制件等于制件颈颈口直径
18、口直径缩缩口后，由于回口后，由于回弹弹，一般，一般颈颈部直径要比模具尺寸大部直径要比模具尺寸大0.8%0.8%。四川信息职业技术学院机电工程系23235.4.2 缩口工艺计算缩口工艺计算2、颈部厚度 缩口后，颈部材料略有增厚，通常不予考虑，但在精确计算时，颈部厚度按下式计算：3、缩口毛坯高度的计算对于图5-20所示缩口制件，缩口前毛坯高度H按下面公式计算。4、缩口压力的计算四川信息职业技术学院机电工程系24245.4.3 缩口模缩口模v缩口模一般分为三种情况，第一种是无支承（图缩口模一般分为三种情况，第一种是无支承（图5-21a），这种模具结构），这种模具结构简单，但缩口时毛坯稳定性差；第二种
19、是外支承，稳定较好，允许缩口简单，但缩口时毛坯稳定性差；第二种是外支承，稳定较好，允许缩口系数可小些（图系数可小些（图5-21b），第三种是内外支承（图），第三种是内外支承（图5-21c），这种模具较），这种模具较前二种复杂，但稳定性更好，允许缩口系数可更小些。前二种复杂，但稳定性更好，允许缩口系数可更小些。图5-21 缩口模a）无支承 b）外支承 c）内外支承四川信息职业技术学院机电工程系25255.5 校校 形形v校形通常指对冲裁件的校平和弯曲，拉深件的整形。因而，校形工序一般在冲裁、弯曲、拉深工序之后进行。v5.5.1 校平校平v校平根据材料厚度及表面是否允许有压痕分为光面校平模光面校平
20、模和齿齿形校平模形校平模。v对于薄而软的材料一般采用光面校平模，为使校平不受压力机滑块导向精度的影响，校平模最好采用浮动上模或浮动下模。如图5-22。对于厚而硬的材料，通常采用齿形模校平，齿形有细齿和粗齿两种。如图5-23。细齿模适用于材料比较厚，而且在表面上有印痕的工件。校形时，无论是细齿还是粗齿，上下齿形校形时，无论是细齿还是粗齿，上下齿形均应互相错开。均应互相错开。四川信息职业技术学院机电工程系26265.5.1 校平校平图5-22 校平模图5-23 齿形校平模校平力F按下式计算四川信息职业技术学院机电工程系27275.5.2 整形整形v弯曲件由于弯曲后回弹使尺寸达不到设计要求，或者圆角
21、半径太大，拉深件一般是圆角半径太大，或尺寸精度达不到设计要求，或者凸缘不够平整等，都需要通过整形来达到设计要求。因而，整形模和先行工序的成形模大体相似，只是圆角半径和间隙较小。v对于弯曲件一般采用镦压整形，直筒形拉深件常采用小间隙Z=（）t的整形，对带凸缘拉深件，一般对圆角和凸缘进行镦压整形。v整形力按下式计算A整形部位投影面积P单位整形力（Mpa)；=150200(MPa)。四川信息职业技术学院机电工程系28285.6 旋旋 压压v旋压又称赶形，是一种特种成形方法。它借装在旋压机（或普通车床）上的滚轮（或赶形棒）和芯模之间的相对运动，迫使平板（或筒形）毛坯按芯模型面发生转移而成形。v旋压一般
22、用于小批量生产，因这时制造拉伸模经济上不合算，或制造周期太长。也常用于有凸出或凹进的空心旋转体零件。v5.6.1 旋转工艺旋转工艺v工作原理如图工作原理如图5-24所示所示图5-24 旋压1-赶棒 2-顶柱 3-毛坯 4-工件 5-芯模将毛坯套在芯模上并用顶柱压紧。芯模、顶柱、毛坯一起随机床主轴旋转，手工操作赶棒加压于毛坯反复赶辗，迫使毛坯材料逐渐紧贴心模，而获得要求的工件形状。由于赶棒加压于毛坯上反复赶辗，由点到线，由线到面，最后使毛坯逐渐紧贴芯模成形。在变形过程中，毛坯切向受压，径向受拉，一方面在与赶棒的接触点产生局部塑性变形，另一方面在沿赶棒加压的方向倒伏。因而，如操作不当，会引起材料失
23、稳起皱甚致破裂。四川信息职业技术学院机电工程系29295.6.1 旋转工艺旋转工艺v旋压的基本要求是：旋压的基本要求是：v1、合理选择主轴转速、合理选择主轴转速v一般为软钢一般为软钢400600转转/分，铝分，铝8001200转转/分，铜分，铜600800转转/分，黄分，黄铜铜8001100转转/分。分。v2、合理的过渡形状、合理的过渡形状v3、合理的加压、合理的加压v若工件的变形程度较大时，可采用多次旋压。多次旋压是在底部直径相若工件的变形程度较大时，可采用多次旋压。多次旋压是在底部直径相同的锥形芯模上进行，如图同的锥形芯模上进行，如图5-25，但应进行中间退火，但应进行中间退火.图5-25
24、 多次旋压时半成品形状四川信息职业技术学院机电工程系30305.6.2 变薄旋压工艺变薄旋压工艺v变薄旋压又称强力旋压，是在普通旋压的基础上发展起来的，如图5-26示 毛坯用顶柱压紧在芯模上，芯模、顶柱和毛坯一起随旋压机主轴旋转，旋转按一定轨迹移动，并与芯模保持一定间隙而加压于毛坯，迫使毛坯按芯模形状逐渐成形，加工成所需要的零件。旋轮单位压力可达25003000Mpa。用变薄旋压方法，可以加工形状复杂，尺寸较大的旋转体零件。其表面粗用变薄旋压方法，可以加工形状复杂，尺寸较大的旋转体零件。其表面粗糙度糙度Ra可达，尺寸公差等级可达可达，尺寸公差等级可达IT8左右。均比普通旋压及冲压加工方法左右。均比普通旋压及冲压加工方法要高。要高。图5-26 锥形变薄旋压1-顶柱 2-毛坯 3-工件 4-芯模 5-滚轮 变薄旋压需用专用旋压机，要求功率大，有足够的刚度。一般在中小批量变薄旋压需用专用旋压机，要求功率大，有足够的刚度。一般在中小批量生产中采用变薄旋压是较为合适的。生产中采用变薄旋压是较为合适的。