《其他冲压成形》PPT课件.ppt

冲压工艺与模具设计 四川信息职业技术学院 机电工程系 唐秀兰编制 第5章 其他冲压成形 目 录 5.1 局部成形 5.2 翻边 5.3 胀形 5.4 缩口 5.5 校形 5.6 旋压 *四川信息职业技术学院机电工程系 3 3 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，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 4 5.1 局部成形 v5.1.1 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 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。 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， 质量好。 *四川信息职业技术学院机电工程系 5 5 5.1.2 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 6 5.1.2 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 台、凹台，常用的加强筋和凸台尺寸 见表5-1。 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 0.75时，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 比最后成形面积多20%，如图5-2。 如凸台、加强筋与零件的边缘距 离小于(35)t时，在成形过程中， 边缘材料要向内收缩，故需考虑增 加修边余量。 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 和支架一类的零件，其形状和尺寸 见表5-3。 *四川信息职业技术学院机电工程系 7 7 5.1.3 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 8 5.1.4 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K=0.71，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系 9 9 5.2 翻 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 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 孔口边缘被拉裂。破裂的条 件取决于变形程度的大小。 变形程度以翻边前孔径d0与 翻边后孔径D的比值m来表 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。 *四川信息职业技术学院机电工程系1010 5.2.1 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1111 5.2.2 内孔翻边的工艺计算 v1、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 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h1 v3、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1212 5.2.3 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 缘翻边。 v1、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 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1313 5.2.4 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1414 5.2.5 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1515 5.2.5 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 边,但圆角R必须大于4t； b、c、d型由于有圆弧光滑过渡，在翻边 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 较常用的凸模； f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。 *四川信息职业技术学院机电工程系1616 5.2.6 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1717 5.2.6 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1818 5.3 胀 形 v胀形定义：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。 v5.3.1 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 极限伸长率的限制，常以胀形系数K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1919 5.3.2 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，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2020 5.3.3 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2121 5.4 缩 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 v缩口时，变形区内金属受切向和轴向压应力，且主要是受切向压应力的 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m表示： *四川信息职业技术学院机电工程系2222 5.4.2 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： d dn应应等于制件颈颈口直径缩缩口后，由于回弹弹，一般颈颈部直径要比模具尺寸大0.50.8%。 *四川信息职业技术学院机电工程系2323 5.4.2 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2424 5.4.3 缩口模 v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5-21b），第三种是内外支承（图5-21c），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。 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2525 5.5 校 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 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和齿 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 均应互相错开。 *四川信息职业技术学院机电工程系2626 5.5.1 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2727 5.5.2 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=（0.90.95）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2828 5.6 旋 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 v工作原理如图5-24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