第5章_局部成形工艺与模具设计

1、5.1 5.1 概概 述述 在冲压生产中，通过板料的局部变形局部变形来改变毛坯或工序件的形状和尺寸的冲压成形工序。 应用这些工序可以加工许多复杂零件复杂零件。压筋零件压筋零件翻边零件翻边零件拉长成形拉长成形： 包括圆孔翻边、内凹外缘翻边、起伏、胀形、扩口等。受拉应力而产生伸长变形，易被拉裂而破坏；压缩成形压缩成形： 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。包括变薄翻边、旋压等。拉压成形拉压成形：5.2 5.2 胀胀 形形胀形：就是在模具的作用下，迫使毛坯局部厚度减薄和表面积胀形：就是在模具的作用下，迫使毛坯局部厚度减薄和表面积 增大，以获取零件形状和尺寸的冲压成形方法。增大，以

2、获取零件形状和尺寸的冲压成形方法。起伏胀形 空心材料胀形 软模胀形 刚性模胀形半刚性模胀形常规室温状态胀形加热胀形高能胀形 整体同时成形局部渐进成形普遍能源胀形一、胀形成形特点一、胀形成形特点 （2)2)由于胀形时坯料处于双向受拉的应力状态，厚度方向处于由于胀形时坯料处于双向受拉的应力状态，厚度方向处于 收缩的应变状态。整个变形属于拉深变形。收缩的应变状态。整个变形属于拉深变形。（1 1）胀形时，材料的塑性变形局限于变形区范围内，变形区外）胀形时，材料的塑性变形局限于变形区范围内，变形区外 的材料不向变形区内转移。的材料不向变形区内转移。 （3) 3) 变形区的材料不会产生失稳起皱现象，因此成

3、形后零件的变形区的材料不会产生失稳起皱现象，因此成形后零件的 表面光滑，质量好。不易发生形状回弹。表面光滑，质量好。不易发生形状回弹。图6-1 胀形变形区 起伏成形俗称局部胀形局部胀形，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记等。 1.平板坯料的起伏成形二、胀形的种类二、胀形的种类 （a）起伏件 （b）胀形件 （c）扩口件各种胀形制件1 1）压加强筋（形式）压加强筋（形式）简单的起伏成形零件，其极限变形程度可按下式近似确定：)75. 07 . 0(1LLL表表5-1 5-1 加强筋的形式与尺寸加强筋的形式与尺寸深度较大的局部胀形法深度较大的局部胀形法压制加强筋所需的冲压力，可用下式近似计算：

4、btKF l12)2)压凸包压凸包图图6-4 6-4 压凸包压凸包 表表6-2 6-2 平板局部冲压凸包的成形极限平板局部冲压凸包的成形极限2.2.空心坯料的胀形空心坯料的胀形 俗称凸肚凸肚，它是使材料沿径向拉伸，将空心工序件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸起曲面，如壶嘴、皮带轮、波纹管等。 空心坯料的胀形空心坯料的胀形:1）几种主要胀形方法）几种主要胀形方法 刚性模具胀形轴向压缩和高压液体联合作用的胀形软模胀形 图图6-5 6-5 用刚性凸模的胀形用刚性凸模的胀形 图图6-6 6-6 用软凸模的胀形用软凸模的胀形1 1凸模凸模2 2分块凹模分块凹模3 3橡胶橡胶4 4侧楔侧楔5 5液体液体(

5、a)(b) (a) (a)胀形前胀形前 (b)(b)胀形后胀形后加轴向压缩的液体胀形加轴向压缩的液体胀形 1 1上模上模2 2轴头轴头3 3下模下模4 4管坯管坯 2 2）胀形的变形程度）胀形的变形程度常用胀形系数K表示空心毛坯的变形程度： 胀形系数和坯料伸长率的关系为：0maxDDK 100maxKDDD或 K=1+ 胀形前后尺寸的变化胀形前后尺寸的变化3 3）胀形的坯料尺寸计算）胀形的坯料尺寸计算 KDDOmaxblL)4 . 03 . 0(1 4 4）胀形力的计算）胀形力的计算ApF mint215. 1DPbPA胀形单位压力；胀形面积 bt胀形变形区真实应力，(材料的抗拉强度MPa)；

6、 材料原始厚度，mm。Dmin 胀形最小直径，mm； 翻边翻边： 在模具的作用下，将坯料的孔边缘或外边缘冲制成竖立边的成形方法。5.3 5.3 翻翻 边边外缘翻边 内孔翻边压缩类翻边 伸长类翻边不变薄翻边变薄翻边外曲翻边内曲翻边 内孔与外缘翻边零件内孔与外缘翻边零件一、内孔翻边一、内孔翻边 1. 圆孔翻边圆孔翻边：是把预先加工在平面上的圆孔周边翻起扩大， 成为具有一定高度的直壁孔部，是一种拉延类平面翻边。 空心铆钉孔翻边1-翻边件 2-连接件1)1)圆孔翻边系数圆孔翻边系数变形程度：Ddm/0极限翻边系数： 见表5-3低碳钢圆孔的极限翻边系数低碳钢圆孔的极限翻边系数K K3 3）翻边力的计算）

7、翻边力的计算 用普通圆柱形凸模翻边时所需压力，可按下面近似公式计算： boddF)( t1 . 114 4）翻边间隙和凸凹模尺寸）翻边间隙和凸凹模尺寸 翻边单边间隙Z一般小于材料原有的厚度。 翻边的单边间隙见表5-6。翻边凸、凹模的尺寸按下式计算： )(D00pDPdZDDPd0)2(2、变薄翻边、变薄翻边 （a a）变薄翻边零件）变薄翻边零件 （b b）变薄翻边凸模）变薄翻边凸模变薄翻边因数用表示： bKttk11tt变薄翻边后工作竖边的厚度，mm；变薄翻边前材料的厚度，mm；变薄翻边变薄翻边3、非圆孔翻边、非圆孔翻边 a c abbdaa图图6-15 6-15 非圆孔翻边非圆孔翻边 非圆孔

8、翻边极限变形系数比相应圆孔翻边小10%30%。 非圆孔的极限翻边系数，可根据各圆弧段的圆心角 大小。 低碳钢非圆孔的极限翻边系数minK minK二、外缘翻边二、外缘翻边 1. 伸长类翻边伸长类翻边变形程度用下式表示 bRb伸E= 伸长类翻边a.伸长类平面翻边 b.伸长翻边的坯料 为了得到平齐一致的翻边高度，应在坯料的两端对坯料的轮廓线做必要的修正。 外缘翻边时材料的允许变形程度2.2.压缩类翻边压缩类翻边图6-17 压缩类翻边 a 、b平面压缩翻边 (a)(b) 压缩类翻边的变形程度可用下式表示: bRbK压缩类压缩类平面翻边平面翻边：也要采用防皱的压料装置 也需修正坯料的展开形状压缩类压缩

9、类曲面翻边曲面翻边：凹模的曲面形状应修正冲压方向的选取原则与伸长类曲面翻边时相同 翻边模结构翻边模结构 图6-19 内凹外缘翻边模1-凸模2-导向板3-凹模4-顶件板5-顶杆6-定位防滑销、凸凹模冲孔凸模推件块4落料凹模顶件块顶杆7固定板卸料板10垫片 落料、拉深、冲孔、翻孔复合模落料、拉深、冲孔、翻孔复合模5.4 5.4 缩缩 口口缩口缩口：是将管坯或预先拉深好的圆筒形件通过缩口模将其口部直径缩小的一种成形方法。缩口工艺在国防工业和民用工业中有广泛应用，枪炮的弹壳、钢气瓶等。一、变形特点一、变形特点 毛坯口部受切向压应力的作用，口部产生压缩变形，直径减小，厚度和高度增加。 二、变形程度二、变

10、形程度 1. 缩口系数DdK/平均缩口系数平均缩口系数 K不同支撑方式的缩口系数不同支撑方式的缩口系数 K不同支承方式的缩口不同支承方式的缩口 (a)(b)(c)当Dd /值小于极限缩口系数时，需多次缩口，缩口次数次数nmDdnlnlnln二、缩口工艺计算二、缩口工艺计算 1. 颈口直径DmmdmdDmdnn11211:123DmmdmdnnDmmdmdnnnnn111首次首次缩口系数：mmm9 . 01以后以后各次缩口系数：mnmm) 1 . 105. 1 (2.2.坯料高度坯料高度 缩口坯料高度，一般根据变形前后的体积不变的原则计算。 3. 3. 缩口力缩口力 cos1)1)(1 (1 .

11、 1 ctgDdDtKFb4 4缩口模缩口模 外支承管子缩口模板外支承管子缩口模板 1-导正销导正销 2-凹模凹模 3-固定座固定座 4-外支承外支承5-顶件顶件无支承缩口模无支承缩口模1-1-卸料板卸料板 2-2-凹模凹模 3-3-定位座定位座校形校形：属于修整形的成形工序，它包括两种情况：一种为将毛坯或冲裁件的不平度和挠曲压平，即所谓的；另一种为将弯曲、拉深或其他成形件校正成最终的正确形状，即所谓。 目的目的：一、校形的特点及应用（1）只在工序件局部位置使其产生不大的塑性变形；（2）模具的精度比较高；校平和整形工序的共同特点共同特点：使冲压件获得高精度的平面度、圆角半径和形状尺寸。 5.5

12、 校 形（3）所用设备最好为精压机。若用机械压力机时，机床应有较好的刚度，并需要装有过载保护装置。 二、校平二、校平 1. 校平变形特点与校平力图图5-255-25校平的变形校平的变形11上模上模 22制件制件 33下模下模校平力F用下式估算：APF 平板零件校平 空间零件的校平 2.2.平板校平模平板校平模a.平面校平模 b.齿面校平模图5-26平板零件校平三、整形三、整形 空间形状零件的整形：整形：是指在弯曲、拉深或其它成形工序之后对工序件的整形。目的目的：使工序件某些形状和尺寸达到产品的要求，提高精度。整形模的特点： 与前工序的成形模相似，但对模具工作部分的精度、粗糙度要求更高，圆角半径

13、和间隙较小。 1. 1. 弯曲件的整形弯曲件的整形1）压校 a.弯曲件压校弯曲件压校 b.V形件布置形件布置图图5-27弯曲件整形弯曲件整形2 2）镦校）镦校 图图5-28 5-28 弯曲件的镦校弯曲件的镦校2.2.拉深件的整形拉深件的整形1）无凸缘拉深件的整形 通常取整形模间隙等于（0.90.95），即采用变薄拉深的方法进行整形。 图图5-29 拉深件的整形拉深件的整形2 2）带凸缘拉深件的整形）带凸缘拉深件的整形 凸缘平面、侧壁、底平面和凸模、凹模圆角半径。整形部位：整形部位： 各种冲压件的整形力：PpAP 整形的投影面积；p整形单位压力。 A6 6 旋旋 压压旋压：旋压：是将平板或空心坯料固定在旋压机的模具上，在坯料随机床主轴转动的同时，用旋轮或赶棒加压于坯料，使其逐渐紧贴于模具，从而获得所要求的旋转体件。优点优点： 设备和模具都较简单，除可成形各种曲线构成的旋转体外，还可加工相当复杂形状的旋转体零件。缺点缺点：