钣金与成型-其它典型成形教学教材

钣金与成型-其它典型成形

管端扩口时，管壁沿圆周切向受拉伸，在管端头为最大，其应变为：可见，扩口系数愈小，管端的变形程度愈大。当管端边缘材料濒于拉裂时，此刻的扩口系数即达到极限值，用表示。成形力计算：

扩口成形两种失稳：1）变形区发生破裂；2）传力区发生压缩失稳——起皱。前者为扩口成形极限变形条件，后者可通过适当的方法加以防范。二、缩口通过缩口模具将圆筒形件或管形件敞口处直径缩小的冲压成形方法称为缩口成形。缩口成形特点：变形区的材料受到显著的切向压缩，壁厚及高度增加，属压缩类成形。缩口成形一般可视作平面应力状态、三维应变状态，如图所示。缩口成形过程与变形区和非变形区的失稳条件有密切的关系，当然与缩口力的大小有更直接的关系。

一次缩口的变形程度是有限的，主要的限制因素是传力区筒壁在缩口压力过大时，由于纵向失稳而出线弯曲、环状波纹、直径墩粗或局部凹陷之类的变形；其次是变形区筒壁因受切向压缩应力作用，发生切向失稳而起皱。缩口成形变形程度用缩口系数表示：当凹模锥角及摩擦系数（材料与锥面间的摩擦）恒定时，缩口系数愈小，则所需的单位缩口力也就会愈大。管一次缩口变形程度受非变形区筒壁材料的屈服强度限制。当时，非变形区筒壁已因塑性变形而失稳。影响缩口成形的因素：1）材料塑性好，屈强比小，允许的缩口变形程度大；2）材料愈厚，愈不易塑性失稳，有利缩口成形；3）采用内支撑（模芯）模具结构时，变形区材料在模芯的反力作用下贴着凹模成形，口部不易起皱；4）选最佳凹模锥角（52.5°）时，所需的缩口力最小，可提高缩口变形程度10--15%；5）锥面粗糙度值越低、润滑条件越好，材料与锥面的摩擦阻力就小，对缩口成形有利。6、2下陷、压印、校形一、下陷许多薄壁结构中的骨架零件，在布局上是纵横交错，经常会发生交叉搭接的现象。为保证外轮廓的光滑与流线，或者不使结构件强度受到损害，通常在两个零件的搭接处制成弯折型式，称这种型式的变形为下陷，在飞机结构中的框、肋、缘条与桁条连接时，通常取这种型式。

下陷成形时，材料在变形区内的变形较为复杂。对于缘条来讲可视作简单的折弯，在变形区的角域承受着弯曲，在过渡段承受着拉伸，对于腹板面在变形区受到的是剪切变形。综合作用的结果，外肩a处变形条件最为不佳，如果发生破坏的话，首先在这里产生裂纹。对下陷成形的变形程度通常用缘条面的相对拉伸应变来衡量，即：

上式表明：下陷成形时其变形量主要取决于下陷的相对高度H/L值。相对高度H/L值愈大，变形程度也愈大。所以下陷成形变形程度又可用相对高度来表达。当外肩部濒于出现裂纹时，即意味着极限程度的到来。如令出现裂纹的条件是应变量达到了材料的延伸率指标，即：所以下陷成形时，极限相对高度为：

实际上，影响下陷成形顺利进行的极限条件不仅是外肩处的破裂，同时还存在外肩处因失稳而发生起皱的情况。其原因在于腹板面内的摩擦力或剪切应力诱导出的压应力致使材料失稳而产生的。尤其当材料壁厚较薄或腹板面积较大，剪切变形受阻，就更为突出。故通过实验可给出弹、塑性失稳的经验判断式。

发生弹性失稳时的条件：

发生塑性失稳时的条件：其中：B、f--是由工具约束和材料情况而定的系数；E--为材料的弹性模量；

σcy--是弯曲失稳的屈服应力。二、压印压印是一种在坯料或制件表面上压出图案或文字的成形方法。此法广泛用于硬币、纪念币、标牌、餐具及钟表等艺术性很强的制品上。压印成形是属于体积成形的范畴，成形过程主要是靠毛料体积的转移，增大制件的表面积，即面积的增加是由毛料变薄实现的。对压印成形来讲，其材料体积的转移量比之挤压成形等要小得多，其表现是坯料的局部表层发生了较明显的塑性流动。

一般来讲，压印是在封闭的模具内进行的，以免金属被挤到模具的型腔外，形成带飞边的制件。压印成形变形程度是以控制压印尺寸（模具型腔尺寸）和工艺性来实现的。从工艺角度讲，变形部位应避免尖角，凸起部分不能过高过窄。在压印成形中，虽然金属的流动量不大，但是为了得到清晰的花纹，使金属材料的流动充分饱满，所需的成形单位力很大，由经验公式计算。三、校平与整形是指使经过各种基本成形工序后的零件局部或整体再产生不大的塑性变形，以消除平面度误差和提高制件形状及尺寸精度的冲压成形方法叫校平与整形。冲压件的形状和尺寸精度常常靠最后的校平与整形工序来保证。因此，校平与整形工序在冲压生产中有重要作用，应用广泛。

1、校平：校平工序多用于冲裁件，以消除拱弯造成的不平度。

对薄料，表面不允许有压痕的制件，一般用钢面校平模。对较厚制件，通常采用齿形校平模。校平的特点：校平指把不平整的制件在校平模内压平的校形工序。主要用于消除或减少冲裁件（特别是自由漏料）平面的平直度误差。校平方法与校平模：1）光面校平模由上下两块光面模板组成。由于单位校形力小，校形效果较差，用于平直度要求不高或用软金属（铝、软钢、软黄铜）制成的小型零件的校形。2）齿面校平模用于零件平直度要求较高的情况。由于齿尖突出部分压入毛坯表层一定深度，构成较强的三向压应力状态，因而校形效果较好。齿形模有细齿和粗齿两种，如图5-25所示。用齿形模校平会在校平面上留下塑性变形的小网点，细齿模齿痕更明显，因此对厚度较小的软金属零件只宜采用粗齿模校平。a.细齿b.粗齿齿形模加热校平指把零件迭起来，用夹具压紧成平直状态，放入加热炉内加热，因温度升高而使屈服强度降低，回弹减小，从而校平零件的整形方法。加热校平用于平直度要求高又不允许有压痕的情况；当零件尺寸较大时，也可采用加热校平。校平力：校平工作行程不大，但校形力很大。校形力F用下式估算：

F=PA(N)式中F——单位校平压力（Mpa）

A——校平面积（mm2）对于软钢和黄铜，p的取值范围：在平直模上校平：p=（80--100）Mpa

在细齿模上校平：p=（100--200）Mpa

在粗齿模上校平：p=（200--300）Mpa整形：整形一般用于弯曲、拉深等成形工序之后。整形模具与一般成形模具相似，只是工作部分的定形尺寸精度高，粗糙度值要求更低，圆角半径与间隙值都较小。整形时，必须根据制件形状的特点和精度要求，而正确地选定产生塑性变形的部位、变形的大小和恰当的应力状态。整形时要在压力机下死点对材料进行镦压一下，应选用精压机或有过载保护装置的刚度较好的机械压力机。整形力按下式计算：

F=PA(N)式中F——整形的单位压力（Mpa）

A——整形的投影面积（mm2）对敞开式制件整形：p=50--100（Mpa）对底面、侧面减小圆角半径的整形：p=150--200（Mpa）。弯曲件的整形弯曲件的整形方法有压校和镦校两种。

压校：如图所示，整形效果一般。弯曲件的压校

镦校：如图所示，镦校前半成品的长度略大于零件长度，以保证校形时材料处于三向应力状态，镦校后在材料厚度方向上压应力分布较均匀、回弹减小，从而能获得较高的尺寸精度。但带孔的零件和宽度不等的弯曲件不宜用镦校整形。a.Z形件b.U形件c.V形件弯曲件的镦校拉深件的整形

直壁拉深件筒壁整形时，常用变薄拉深的方法把模具间隙取小，一般为（0.9--0.95）t，而取较大的拉深系数，把最后一道的拉深与整形合为一道工序。对有凸缘的拉深件，小凸缘根部圆角半径的整形要求外部向圆角部分补充材料。如图b所示（h’：半成品高度：h:成品高度）从直壁部分获得材料补充；如图a所示，靠根部及附近材料变薄来补充材料。整形精度高，但变形部位材料伸长量不得大于2--5%，否则，校形时零件会破裂。5.3校形a.根部变薄补充材料b.直壁补充材料校平与整形的特点：1）校平与整形允许的变形量都很小，因此必须使坯件的形状和尺寸相当接近制件。校平与整形后制件精度较高，因而对模具成形部分的精度也相应提高。2）校平与整形时，应使坯件内的应力、应变状态有利于减少卸载过程中由于材料的弹