第二章第4节 冲压模具设计——成形工艺和模具设计

1、第二章第第二章第4节节 冲压模具设计冲压模具设计 成形工艺和模具设计成形工艺和模具设计 本节主要内容：本节主要内容： 一一.胀形胀形 二二.翻边翻边 三三.缩口缩口 四四.校平与整形校平与整形 概述概述 成形：用不同性质的局部变形来改变毛坯或半 成品形状和尺寸的冲压工序。 伸长类成形：如胀形和内缘翻边，受拉应力而产 生伸长变形，易被拉裂而破坏； 压缩类成形：如缩口和外缘翻边，受压应力而产 生压缩变形，易起皱而破坏。 一.胀形 学习目标： 能够掌握胀形的概念、成形特点及分 类，掌握胀形模的结构及工作原理。 教学要求： 掌握常见胀形模的工作过程，能够根 据模具设计手册，进行胀形模的设计。 胀形：利

2、用模具使坯料局部塑性变形，材料变薄， 表面积增大的冲压方法。 1.胀形成形的特点和分类 外部材料不进入变形区，变形区材料受双向 拉应力，产生拉伸变形，材料变薄。 当坯料外径与成形直径的比值/时， 其成形完全依赖于直径为的圆周以内金属厚度 的变薄实现表面积的增大而成形。 胀形胀形主要有起伏成形和空心毛坯胀形两类。 2.起伏成形 通过材料局部拉伸变形，形成凹进或凸起， 用于腹板类板料零件压制加强肋（加强工件刚 度）或压制凸包、凹坑、花纹图案及标记等。 a）加强肋 b）凸包 2.12.1加强肋加强肋 2.1.1变形部位受双向拉应力，其极限变形程度 式中 一起伏成形的极限变形程度 一材料单向拉伸的延伸

3、率 一胀形变形区变形前后截面的长度 一形状系数，加强肋在0.70.75 （半圆肋取最大值，梯形肋取最小） 若加强肋不能一次成形，则应先压制半球形 过渡形状，再压出工件所需形状。 1 100% ll k l 极 极 1 ll， k 如加强肋与边缘的距离小于（35t） 时，在成形中由于边缘的收缩，需考虑 增加切边余量。 2.2.1.21.2压筋力压筋力 对在曲柄压力机上用薄料（t1.5mm） 对小工件（面积 2000mm2）压肋或压肋 兼有校形工序时的变形力按式计算。 K-系数，取0.71； L-加强肋长度（mm）； t-材料料厚（mm）； 材料的抗拉强度（Mpa）； A-局部成形面积； b KL

4、tF 2 KAtF b 2.22.2压凸包压凸包 D拉伸件凸缘直径； dp拉伸件筒身外径； 当局部鼓凸的变形量较大时，应先成形加强 鼓凸肚部分，后成形其他周围部分。 如果工件要求的鼓凸深度超过许用成形高度， 则需先预成形球形到一定深度后，再冲压凸包到 设计深度。 4 p D d 3.圆柱形空心毛坯胀形 将空心件或管状坯料径向向外扩张，胀出所 需凸起曲面的冲压方法。 根据模具的不同，可分为钢性胀形、橡胶模 胀形和液压胀形。 1凸模 2凹模 3毛坯 4软体介质 5外套 1上模上模2轴头轴头3下模下模4管坯管坯 加轴向压缩的液体胀形加轴向压缩的液体胀形 3.3.1 1 胀形变形程度胀形变形程度 胀形

5、系数 K-材料的胀形系数； Dmax胀形后所能达到的最大直径； d胀形前毛坯的直径； 3.3.2 2 胀形毛坯的计算胀形毛坯的计算 修边余量，一般取1020； 制件切向最大伸长率； L 制件母线长度。 0 L = L 1+(0.30.4)+ h h max0 K=d/d 3.3.3 3 胀形力胀形力 软模胀形圆柱空心件的单位压力p 两端不固定 两端固定 钢模胀形所需压力的计算公式，可根据力的 平衡方程式推导得到，其表达式为： 0000 0.15 0.20 8101215 . Ft H t 式中： 所需胀形力材料厚度 胀形后高度 材料厚度 摩擦系数，一般 芯轴锥角，一般， 2 tan 2 12t

6、an b FHt max 2 b t p d max 2 2 b tt p dR 4.胀形模结构 1凹模分瓣凸模3拉簧4锥形芯块 斜块胀形模 墩压胀形模 1-上模板；2-上凹模；3-下凹模； 4-下模板；5-凸轮；6-轴承钉；7-手把；8-凸模 二.翻边 学习目标： 能够掌握翻边的概念、成形特点及分 类，掌握翻边模的结构及工作原理。 教学要求： 掌握常见翻边模的工作过程，能够根 据模具设计手册，进行翻边模的设计。 翻边： 利用模具，将工件的孔边缘或外缘边缘翻成 竖立直边的成形方法。 1.内孔翻边 1.1 变形特点及变形系数 坯料受切向和径向拉伸，接近预孔边 缘变形 大，易拉裂。 翻边系数 0

7、d K D 1.1.2 2 工艺计算与翻边力工艺计算与翻边力 （1）平板毛坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度 内孔的翻边极限高度： 2(0.430.72 )dDHrt trK D H72. 043. 0)1 ( 2 minmax tr dD H72. 043. 0 2 （2）在拉伸件的底部冲孔翻边 允许的翻边高度： 拉伸高度： 预孔直径： 或 式中 D翻边直径； r翻边件半径； t材料厚度。 0 (1)0.57() 22 Dt hKr hHhr 0 dK D 1.14()2 2 t dDrh （3）非圆孔翻边 变形特点： I部分视为圆孔翻边； II视为弯曲 变形；III部分视为拉伸。 最小圆角部分

8、进行允许 变形程度的校核。 翻边系数： 预制孔：分别按弯曲，翻边，拉伸展开；圆弧处 宽度比直线部分宽510%，再光滑连结。 f0 K =(0.850.9)K （4）翻边力的计算 翻边力一般不大，非圆孔翻边力比圆孔翻边力小 圆柱形凸模： 圆锥形（球形）凸模： (m=0.050.25) 0s F=1.1 (D-d )t s F=1.2 tDm 2.外缘翻边 沿毛坯的曲边，使材料的拉伸或压缩， 形成高度不大的竖边。 2.1 分类 （1）外凸外缘翻边：属压缩类翻边，近似 于局部浅拉伸，易起皱。 （2）内凹外缘翻边：属伸长类翻边，近似 于局部孔翻边，易开裂。 2.2.2 2 变形程度变形程度 内凹外缘翻

9、边的变形程度用翻边系数Es表示： 外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示： 3.外缘翻边力 k=0.20.3 S b E Rb b Ec Rb b F1.25Ltk 3 3. .翻边模结构翻边模结构 3.3.1 1 结构结构 与拉伸模相似，但凸模圆角半径较大，常做 成球形或抛物面形。（以避免成为拉伸）凹模圆 角半径影响不大，一般取工件圆角半径（但应大 于翻边圆角半径）。 3.3.2 2 凸、凹模间隙凸、凹模间隙 Zt：翻边力较小，精度不高； Zt：翻边竖壁垂直要求较高。 内孔翻边模 内、外缘翻边模 3.3.3 3 凸模结构类型凸模结构类型 带导正销的圆柱形凸模、圆锥形（球形、抛 物线形）凸模

10、、带整形台阶凸模等。 有预制孔的小孔翻边有预制孔的小孔翻边 小孔用穿孔翻边凸模小孔用穿孔翻边凸模 冲孔翻边复合模冲孔翻边复合模 三.缩口 学习目标： 能够掌握缩口的概念、成形特点及分类，掌 握缩口模的结构及工作原理。 教学要求： 掌握常见缩口模的工作过程，能够根据模具 设计手册，进行缩口模的设计。 缩口： 将预先拉伸好的圆筒或管状坯料，通过缩口 模将其口部缩小的一种成形工艺。 1.缩口成形的特点与变形程度 1.1 成形特点 缩口属于压缩类成形工序，缩口端材料在凹 模的压力下向凹模滑动，直径缩小，壁厚和高度 增加。 在缩口时，缩口端承受切向压力，筒壁坯料 承受全部缩口压力而易于失稳起皱，所以防止

11、失 稳是缩口工艺的主要问题。 1.2 1.2 缩口变形程度缩口变形程度 ）总缩口系数： 式中 ms-总缩口系数； d-缩口后直径； D-缩口前直径。 当工件需要多次进行缩口 ）多次缩口 缩口次数： 首次缩口系数： 以后各次缩口系数： lglglg lglg s mdD n mm 均均 1 0.9mm 均 (1.05 1.10) n mm 均 s d m D 1.1.3 3 缩口工艺计算缩口工艺计算 ）缩口形式 a)斜口形式 b)直口形式 c)球面形式 ）缩口毛坯高度 斜口形式： 直口形式： 球面形式： 22 1 11.05(1/) 8sin Dd HhD d D 22 12 11.05/(1/

12、) 8sin Dd HhhD dD d D 22 1 1 (1/) 4 HhD dDd ）缩口力计算(与缩口形状有关） 在无内支承缩口模上进行缩口时，其缩口力 可用下式计算： 式中： F缩口力（N)； K速度系数，用曲柄压力机时k=1.15； 材料的抗拉强度（MPa)； 工件与凹模接触的摩擦系数。 0 1 (1.1(1)(1cot) cos b d FkDt D b ）常见缩口模结构 a-无支承无支承 b-外支承外支承 c-内外支承内外支承 无支承模具结构简单，有支承的模具增加 了坯料的稳定性，提高变形程度。缩口内设有 芯棒时，可提高缩口部分内径尺寸精度。 实例：气瓶缩口模 刚制气瓶缩口模，成

13、形材料为1mm的08钢 四四. .校平与整形校平与整形 学习目标： 能够掌握校平和整形的概念、成形特点及分 类，掌握校平模和整形模的结构及工作原理。 教学要求： 掌握校平模和整形模的工作过程，能够根据 模具设计手册，进行校平模和整形模的设计。 校平与整形： 利用模具使坯料局部或整体产生不大的塑性 变形，以消除平面度误差，提高制件形状及尺寸 精度的冲压成形方法。 校平和整形工序的工艺特点： 1）允许的变形量很小，坯料的形状与尺寸与制 件非常接近； 2）对模具的成形部分的精度要求比较高； 3）通常在专用的精压机进行校平和整形，若用 机械压力机，机床应有较好的刚度，并需要 装有过载保护装置。 1.校

14、平 平面校平模：用于薄料，表面不允许有压痕的工 件（有回弹）。主要用于平直度要求不高，由软 金属（如铝、软钢、铜等）制成的小型零件。 光面校平模光面校平模 -上模浮动式上模浮动式 -下模浮动式下模浮动式 齿面校平模：用于厚料，平直度要求高的，且表 面上容许有细痕的工件工件（校平效果好）。 齿形校平模齿形校平模 ）尖齿齿形）平齿齿形）尖齿齿形）平齿齿形 校平所产生的变形 2.整形 弯曲回弹会使工件的弯曲角度改变；由于凹 模圆角半径的限制，拉伸或翻边的工件也不能达 到较小的圆角半径。利用模具使弯曲或拉伸后的 冲压件局部或整体产生少量塑性变形以得到较准 确的尺寸和形状，称为整形。整形常在弯曲、拉 深

15、、成形工序之后。 整形模一般成形模具结构相似，但对模具工 作部分的定形尺寸精度、粗糙度要求更高，圆角 半径和间隙较小。 2. 弯曲件的整形弯曲件的整形 弯曲件的整形弯曲件的整形 ）压校）压校 &）镦校）镦校 弯曲件的整形方法主要有压校和镦校两种形式。弯曲件的整形方法主要有压校和镦校两种形式。 镦校整形效果好，但带大孔的零件或宽度不镦校整形效果好，但带大孔的零件或宽度不 等的弯曲件都不能用镦校的方法。等的弯曲件都不能用镦校的方法。 2. 无凸缘拉伸件的整形： 通常取整形模间隙等于(0.90.95)， 即采用变薄拉伸的方法进行整形。可把 整形工序与最后一道拉伸工序结合成一 道工序完成。 2. 带凸缘拉伸件需整形的部位： ）凸缘平面 ）侧壁 ）底平面 ）底部圆角半径 ）凸缘圆角半径 本章小结 1.胀形胀形工藝及模具設計要點工藝及模具設計要點 2.翻边翻边工藝及模具