利用模具将工序件的孔边缘或外边缘翻成竖直的直边课件

5.2 翻边 利用模具将工序件的孔边缘或外边缘翻成竖直的直 边，称为翻边。利用翻边方法加工立体零件具有很好的 刚性，这一点常常是翻边加工的主要目的。 对工件的孔进行翻边称为内缘翻边，或简称为翻孔 ，见图5 -11a。对工件的外缘进行翻边称为外缘翻边， 见图5 - 1lb。 a) 内缘翻边 b) 外缘翻边 图5-11 内缘和外缘翻边 翻边与弯曲不同，弯曲主要是折弯线为直线，切向没有变形 ，而翻边时的折弯线为曲线，切向有变形，并且常常是主要的 变形。 5.2 翻边 5.2.1内缘翻边 一、圆孔翻边 (一) 圆孔翻边的变形特点 图5-12 圆孔翻边应力状态图5-13 圆孔翻边应力应变分布 5.2 翻边 如图5-12所示， 翻边变形区切向受拉应力，径 向受拉应力P，而板厚方向应力可忽略不计，因此应力 状态可视为双向受拉的平面应力状态。 圆孔翻边时，应力和切向应变的分布情况如图5-13 所示。切向应力为最大主应力，径向应力P是由凸 模对板料的摩擦作用引起的，其值较小。应力沿径向的 分布是不均匀的，在底孔边缘处，切向应力达到其 最大值，而径向应力P为零，因此该处可视为单向拉伸 应力状态。切向应变为拉应变，沿径向的分布也是不均 匀的，在底孔边缘处其值最大，越远离中心，其值越小 。 可见，翻孔时底孔边缘受到强烈的拉伸作用。变形 程度过大时，在底孔边缘很容易出现裂口。因此翻孔的 破坏形式就是底孔边缘拉裂。为了防止出现裂纹，需限 制翻孔的变形程度。 5.2 翻边 (二) 圆孔翻边的变形程度 圆孔翻边的变形程度用翻边系数Kf表示： D翻边后孔的中径。 显然，Kf值越小，表示变形程度越大。各种材料 的首次翻边系数Kf0和极限翻边系数Kfmin见表5-3 。采用Kfmin值时，翻孔后的边缘可能有不大的 裂口。 (5-9) 5.2 翻边 (三) 影响翻边系数的因素 1.材料的塑性： 由于翻孔时的主要变形是切向的伸长变形，因 此影响翻边系数的主要因素是材料的塑性。最 大切向伸长变形在底孔边缘处，其值不应超过 材料的伸长率： 由上式可得翻边系数Kf与材料伸长率或断 面收缩率之间的近似关系： Kf =1/(1+ )，或 Kf =1。这表明：材料的塑性越好，其极限 翻边系数可以更小些。 5.2 翻边 2.底孔的断面质量： 由于翻孔的破坏形式是底孔边缘因拉伸变形过 大而开裂，因此用钻孔代替冲孔，或冲孔后再 用整修方法去掉毛刺和表面硬化层，或冲孔后 采取软化热处理措施，都能提高翻孔的极限变 形程度，允许采用较小的翻边系数。 3.板料的相对厚度 底孔直径d0与板料厚度t的比值d0 t较小时， 表明板料较厚，断裂前材料的绝对伸长量可以 大些，故翻边系数可相应减小些。 5.2 翻边 4.翻边凸模的形状： 图5-12所示为用平头凸模翻边，当凸模圆 角半径rp较小时，变形过分集中于底孔边缘，容 易引起开裂。随着值的增大，直至采用球形、 抛物面形或锥形凸模，变形将得到分散，可减 小底孔边缘开裂的可能性，因而允许采用较小 的翻边系数。 表5-4给出了低碳钢的极限翻边系数Kfmin ，从中可以看出上述因素对其值的影响程度。 5.2 翻边 (四) 翻边后板厚的变化 最小板厚tmin可能小于0.75。 翻边后壁部最小板厚可按下式估算： tmin = (5-10) 式中 t初始板厚； kf 实际翻边系数。 5.2 翻边 (五) 圆孔翻边的工艺计算 由于变形区的宽度在翻边时可认为不变，则 翻边后直壁高度可按弯曲进行计算。通常，翻边 件图给出的尺寸有翻边直径D、翻边高度及圆角 半径rd(即翻边凹模圆角半径)。按上述条件，从图 5-14所示几何关系可得翻孔底孔直径d0的计算公 式为： 变换上式，可得翻边高度的计算公式： H=0.5D(1-d0/D )+0.43 rd +0.72t 或 H=0.5D(1-kf )+ 0.43 rd +0.72 t (5-12) 将上式中的翻边系数以极限翻边系数Kfmin代替 ，可得最大翻边高度Hmax的计算公式： (5-11) 5.2 翻边 Hmax=0.5D(1- Kfmin )+0.43 rd +0.72t (5-13) 如果翻边直壁高度H小于一次翻边的极限高度 Hmax，则只要算出预孔直径d0，按d0冲预孔后 就可以直接达到翻边高度。 如果翻边件直壁的高度超过了一次翻边极限 高度，则该件便不能一次完成翻边。这时，可采 取多次翻边(两次之间可安排退火软化工序)、对 变形区进行加热翻边等工艺方法。当翻边件直壁 高度较大时，比较好的工艺方法是先用平板毛坯 拉深成带宽凸缘的圆筒形件，在底部冲底孔后再 进行翻边，使翻出的直径与拉深件直径相同，以 达到要求的翻边高度。具体计算如下。 5.2 翻边 如图5-15所示，工艺计算程序是先确定翻边 所能达到的最大高度，按图示几何关系，翻边高 度为： 图5-14 平板冲底孔后翻边 图5-15 拉深件底部冲孔后翻边 (5-14) 则 (5-15) 5.2 翻边 这时，底孔直径可由式(5-14)求得： (5-16) 注意：rp为拉深凸模半径，一般取rp2t 底孔直径也可按下式计算： d0=DKfmin (5-17) 最大翻边高度确定之后，便可按下式计算拉深工 序件的高度h1：h1=H-hmax+rp+t (5-18) 余下的问题便是进行拉深工艺计算。 5.2 翻边 二、非圆孔翻边 （一）非圆孔翻边的变形特点 非圆孔翻边的底孔形状一般由圆弧段和直线段组成 ，常见的底孔形状有长圆形、圆孤连接的四边形等。 图5-16 所示的翻边孔形状由两段圆弧段和两段相切 的直线段组成，为卵圆形状。翻边时，切向拉伸变形主 要集中于圆弧段，而直线段主要是弯曲变形。但两者相 互是有影响的，圆弧段在切向受强烈拉伸变形时必然挤 压直线段，使直线段横向受压缩变形。反过来，直线段 对圆弧段切向将产生反挤压作用，使圆弧段切向的拉伸 变形得到降低。结果，使圆弧段切向拉应力和拉应变沿 翻边线的分布很不均匀，只有中间与相同半径的圆孔翻 边时基本相同，而由中间向两端与直线段的连接处其值 则逐渐减小。这表明直线段承担了圆弧段一部分切向伸 长变形，使圆弧段切向伸长变形得到一定程度的减轻。 5.2 翻边 图5-16 非圆孔翻边 5.2 翻边 （二）非圆孔翻边系数 非圆孔翻边与半径相同的圆孔翻边相比较， 允许采用较小的翻边系数 ，可按下式估算： (5-19) 式中 Kf 圆孔极限翻边系数，见表5-4； 圆弧段中心角（0）。 上式适用于 1800，当 180时。直线段对圆 弧段的缓解作用已不明显，工艺计算仍需采用 圆孔翻边系数。当直线段很短时，也按圆孔翻 边处理。 低碳钢板的非圆孔极限翻边系数也可以按 表5-5查得。 5.2 翻边 （三）非圆孔翻边的工艺计算 非圆孔翻边时，工艺计算主要考虑两方面内 容：一是核算变形程度；二是确定底孔的形状 和尺寸。 当翻孔形状复杂时，应分段进行变形程度的 核算。图5-17所示的非圆孔翻边件，按变形特 点可分为三种类型：凹弧段a具有翻孔的变形特 点；凸弧段b具有拉深的变形特点；而直线段c 则主要是弯曲。因此，为了判断该件能否一次 成形，对于凹弧段a应按非圆孔翻边系数判断。 而且，当翻边高度相等时，只需核算圆弧半径 较小的R4段，因为R4 1.5mm时，取a=600 。 图f为尖锥形凸模，用于薄料、小孔的翻边，不需预先制 备底孔。但翻边后直壁端头有裂口，对直壁要求严格时 不能采用。 5.2 翻边 翻边件的直径尺寸一般都要求不严，只有用作 轴套使用时，才对内径尺寸要求较严。这时， 可参考拉深模尺寸计算方法，先确定翻边凸模 的直径尺寸及公差。再由翻边间隙值确定翻边 凹模的直径尺寸，也可取约为0.75，为板料厚 度。单面翻边间隙也可按表5-7选取。 5.2 翻边 5.2.2外缘翻边 外缘翻边是在板料边缘进行的翻边，翻边线都是非 封闭的轮廓。 外缘翻边按变形特点可分为两类：即伸长类和压缩 类； 当翻边线为内凹弧时，变形特点与翻孔是相同的， 主要变形是切向受拉伸，因此称为伸长类翻边。 而当翻边线为外凸弧时，变形特点与翻孔完全不同 ，与拉深是相同的，主要变形是切向受压缩，因此称为 压缩类翻边。 外缘翻边前的工序件可以是平面件，也可以是曲面 件。 按结构形式可分为四种：即伸长类平面翻边和曲面 翻边、压缩类平面翻边和曲面翻边。本书只介绍平面外 缘翻边。 5.2 翻边 一、平面伸长翻边 （一）平面伸长翻边的变形程度 如图5-21所示，平面伸长翻边相当于翻孔的一 部 分，变形区的应力应变状态也与翻孔时相同。但 圆孔翻边时应力应变的分布在同一半径处是均匀 的，而外缘翻边时是很不均匀的，切向拉应力由 中间的最大值向两端逐渐递减为零。 平面伸长翻边的变形程度用翻边系数表示， 其限值见表5-8，并按下式计算： 5.2 翻边 图5-21 平面伸长翻边 式中 b毛坯上需翻边的高度； R翻边线的曲率半径。 (5-22) 5.2 翻边 (二)毛坯形状的修正 在平面伸长翻边时，由于翻边线不是封闭的，翻边 时变形区切向的拉应力和伸长变形沿翻边线的分布都是 不均匀的，如图5-21所示。变形的不均匀性将使翻边后 的直边高度不平齐，中间最低，向两端逐渐增高。同时 ，直边两端边缘与板平面也不垂直，而向内倾斜成一定 的角度。当翻边高度较高时，这种不规则变形较为明显 。 当翻边的形状和尺寸精度要求较高时，应对毛坯形 状进行修正，取图5-21中虚线所示的形状。毛坯两端的 宽度由b减至b，两端头按斜角增加一个三角形部分， 角可在250400之间选取。比值r/R和中心角a越小， b值取小，而值取大。如果翻边高度较小，而翻边线 的曲率半径较大，可不考虑对毛坯形状的修正，按部分 圆孔翻边确定毛坯形状，以便使工艺计算和模具制造得 以简化。 5.2 翻边 （三）平面伸长翻边模 平面伸长外缘翻边模在结构上与L形弯曲模很相似， 翻边过程中不变形的平面部分应压紧不产生横向移动， 有时可利用工艺孔定位，而翻边的变形区应能自由变形 。但一侧翻边可能引起较大的侧向力，可考虑采用图5- 22所示的模具，一次翻边对称成双加工两件，成形后再 剖切为两个工件。 1.凸模 2.卸料板 3.凹模 4.顶件板 5.顶杆 6.定位销 图5-22 平面伸长成双的翻边模 图5-23 平面压缩翻边的示意图 5.2 翻边 二、平面压缩翻边 图5-23为平面压缩翻边的示意图，毛坯具有外凸弧 ，半径，为翻边线的曲率半径，为翻边宽度。翻边后， 外边缘的半径由较大的变为较小的，这表明主要变形是 切向的压缩变形，而径向的伸长变形较小。实际上比值 就相当于拉探系数，其值可以小于圆筒形件的首次拉深 系数，因为翻边线是非封闭的，切向压应力和压应变沿 切向分布是不均匀的，中间最大，两端最小，两侧对中 间的压缩变形能起缓解作用。平面压缩翻边的变形程度 可用翻边系数表示，其值见表5-8，并按下式计算： (5-23) 式中 b毛坯上需翻边的宽度；R翻边线的曲率半径。 5.2 翻边 平面压缩翻边也有毛坯形状修正的问题。图5-24中 半径为、以实线表示的扇形是按圆筒形拉深件的一部分确 定的毛坯形状，变形区为等宽度的环形的一部分。 由于翻边线是非封闭的，应力与应变沿切向的分布都 是不均匀的，切向压应变和径向拉应变只有在变形区中间 与相应尺寸的圆筒形件拉深时基本相同，由中间向两端其 值则逐渐减小。采用上述等宽变形区的毛坯，翻边后工件 的形状将不够规则，直边两端将向外倾斜，直边上端也不 平齐，中间高而两端低。对工件形状要求严格时，需修正 毛坯的形状，取图5-24中虚线表示的形状，修正方法正好 与平面内凹翻边时相反。 压缩翻边的主