教学材料《冲压加工》-第五章

5.1胀形5.1.1胀形的变形特点图5-3所示为平板坯料胀形时的变形情况。由于坯料外形尺寸较大，平面部分被压料板压住，所以成形时的变形区是图中涂黑的部分。在凸模的作用下，变形区的大部分材料双向受到拉应力作用而变形，其厚度变薄，表面积增大，形成凸起。胀形时坯料处于双向受拉的应力状态，不会产生失稳起皱，因此成形零件的表面光滑，质量好。5.1.2平板坯料的起伏成形平板坯料的胀形称为起伏成形，可以在平板坯料上压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记等，主要用于增加零件的刚度、强度和美观。如图5-4所示。下-页

返回5.1胀形1．压筋成形压筋成形是在平板材料上压小加强筋。压筋成形零件惯性矩改变并发生加工硬化，从而提高零件的刚度和强度；还可以根据实际需要获得各种形状的花纹，使零件更美观。压筋成形的变形极限主要受到材料的力学性能、筋的形状、模具的结构及润滑等辅助工艺的影响。如果成形满足式(5-1)的条件，则可一次成形。对于深度较大的压筋成形，可采用图5-6所示的方法：第一道工序用大直径的球形凸模，压制弧形过渡形状，达到在较大范围内聚料和均匀变形的目的；用第二道工序最后成形得到所要求的尺寸。上-页

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返回5.1胀形在曲柄压力机上用薄料（相对厚度小于1.5mm）对小零件（面积小于200）做压筋成形时，其压力可用下面经验公式计算。压筋成形常用于压制加强筋。压筋成形的筋与边缘的距离如果太小（小于3t~5t），在成形过程中，边缘材料要向内收缩，影响工件质量，因此应预先留出切边余量，在成形后切除。

2．压凸成形在平板坯料上压制凸包时，有效坯料直径与凸包直径的比值D/d应大于4，此时坯料凸缘区是相对的强区，不会向里收缩，属于胀形性质的起伏成形，否则便成为拉深。上-页

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返回5.1胀形5.1.3空心坯料的胀形1．胀形方法胀形方法一般分为刚性模具胀形和柔性模具胀形两种。图5-7为刚性模具胀形，利用刚性凸模即锥形芯块将分瓣凸模顶开，使工序件胀出所需的形状。上模下行时，由于锥形芯块4的作用，使分瓣凸模2向四周顶开，获得所需形状的制件图5-8是柔性模胀形，其原理是利用橡胶、液体、气体或钢丸等代替刚性凸模。图5-8(a)是橡皮胀形，图5-8(b)是液压胀形的一种，胀形前要先在预先拉深成的工序件内灌注液体，上模下行时侧楔使分块凹模合拢，然后在凸模的压力下将工序件胀形成所需的零件。上-页

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图5-9是采用轴向压缩和高压液体联合作用的胀形方法。首先将管坯置于下模，然后将上模压下，再使两端的轴头压紧管坯端部，继而由轴头中心孔通入高压液体，在高压液体和轴向压缩力的共同作用下胀形而获得所需的零件。

2．变形程度空心坯料胀形，材料主要受到切向拉应力，产生切向拉深变形，其变形程度可用胀形系数K表示（如图5-10所示）：胀形系数K和坯料切向拉伸伸长率6有关，可用下式表示：上-页

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返回5.1胀形坯料的变形程度受到材料的伸长率限制，所以只要知道材料的伸长率便可以按上式求出相应的极限胀形系数。

3．坯料尺寸的计算空心坯料一般采用空心管坯料或者拉深件。为了便于材料的流动，减少变形区材料的变薄量，胀形时坯料端部一般不固定，使其能自由收缩，因此坯料的长度须考虑增加一个收缩量并留出切边余量。由图5-10可知，坯料直径D为上-页

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返回5.1胀形坯料长度为4．胀形力的计算胀形力F可按式(5-8)计算：胀形时单位面积压力p可按式(5-9)计算：上-页

返回5.2翻边利用模具将坯料的孔边缘或外边缘冲制成竖立边的成形方法称为翻边（图5-11）；根据坯料的边缘状态和应力、应变状态的不同，翻边可以分为内孔翻边和外缘翻边，也可分为伸长类翻边和压缩类翻边。5.2.1内孔翻边内孔翻边即翻孔是在预先制好的孔的工序件上沿孔的边缘翻起竖立直边的成形方法。1.圆孔翻孔(1)圆孔翻孔的变形特点与变形程度为了分析翻孔的变形情况，可在成形前在坯料上面出距离相等的坐标圆格，然后在模具的作用下进行翻孔，如图5-13(a)所示。翻孔后坐标圆格发生变化如图5-13(b)所示，下-页

返回5.2翻边可以看出：变形区坐标圆格由扇形变为矩形，说明金属沿切向伸长，越靠近孔口伸长越大。同心圆之间的间距变化不明显，说明金属在径向变形很小。此外，竖边的壁厚有所减薄，尤其在孔口处减薄更为显著。圆孔翻孔的变形程度以翻孔前孔径d和翻孔后孔径D的比值K来表示，即翻孔后竖立直边的厚度有所变薄，变薄后的厚度可按式(5-11)估算上-页

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返回5.2翻边(2)圆孔翻孔的工艺计算①平板坯料圆孔翻孔的工艺计算。首先在坯料上加工出待翻孔的孔，如图5-14所示。预制孔的孔径d可按弯曲展开的原则求出，即竖直边高度为如将[K]代入上式，可以算出一次翻孔可达的极限高度为上-页

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返回5.2翻边采用多次翻孔时，第一次翻孔以后的极限翻孔系数[K’]用式(5-15)计算。这里要指出的是，在多次翻孔中材料会发生加工硬化，所以应在每两次工序间进行退火。②先拉深后冲底孔再翻边的工艺计算。采用多次翻边所得制件竖边壁部有较严重的变薄，若对壁部变薄有要求时，则可采用预先拉深，在底部冲孔然后再翻边的方法，如图5-15所示。由图5-15先拉深后翻孔的高度h可由式(5-16)计算（按中线尺寸计算）：上-页

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返回5.2翻边将[K]代入式(5-16)，可求得翻孔的极限高度：拉深高度可按式(5-20)计算：(3)翻孔力的计算圆孔翻孔力F-般不大，用圆柱形平底凸模翻孔时，可按式(5-21)计算：用锥形或球形凸模翻边的力略小于式(5-21)计算值。上-页

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返回5.2翻边(4)翻边模工作部分的设计翻边凹模圆角半径一般对翻边成形影响不大，可直接按零件的圆角半径确定翻边凸模圆角半径应尽量取大些，平底凸模可取r工≥4t，以便于翻边变形。为了改善金属的塑性流动条件，翻孔时可以采用抛物线形凸模或球形凸模。由于翻孔后材料要变薄，翻孔凸、凹模单边间隙Z可以小于材料的原始厚度t，一般可取单边间隙Z为

2．非圆孔翻孔图5-17所示为非圆孔翻边，根据变形情况，可以沿孔边分成I、II、III三种不同性质的变形区，其中I区属于圆孔翻孔变形；II区为直边，属于弯曲变形；III区与拉深情况相似。上-页

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返回5.2翻边非圆孔的极限翻边系数，可根据各圆弧段的同心角大小，见表5-6。非圆孔翻边坯料的预孔形状和尺寸，可以按圆孔翻边、弯曲和拉深各区分别展开，然后用作图法把各展开线的交接处光滑地连接起来。5.2.2外缘翻边

1．伸长类翻边伸长类翻边如图5-18(a)所示。图5-18(a)为沿不封闭内凹曲线进行的平面翻边，图5-18(b)为在曲面坯料上进行的伸长类翻边。上-页

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返回5.2翻边伸长类外缘翻边时，其变形类似于内孔翻边，但由于是沿不封闭曲线翻边，坯料变形区内切向的拉应力和切向的伸长变形沿翻边线的分布是不均匀的，在中部最大，而两端为零。假如采用宽度b一致的坯料形状，则翻边后零件的高度就不是平齐的，而是两端高、中间低的竖边。另外，竖边的端线也不垂直，而是向内倾斜成一定的角度。伸长类曲面翻边时，为防止坯料底部在中间部位上出现起皱现象，应采用较强的压料装置；为创造有利于翻边变形的条件，防止在坯料的中间部位上过早地进行翻边，而引起径向和切向方向上过大的伸长变形，甚至开裂，应使凹模和顶料上-页

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返回5.2翻边

板的曲面形状与工件的曲面形状相同，而凸模的曲面形状应修正成图5-19所示的形状；另外，冲压方向的选取，也就是坯料在翻边模的位置，应对翻边变形提供尽可能有利的条件，应保证翻边作用力在水平方向上的平衡，通常取冲压方向与坯料两端切线构成的角度相同

2．压缩类翻边图5-21(a)为沿不封闭外凸曲线进行的平面翻边，图5-21(b)为压缩类曲面翻边。它们的共同特点是变形区主要在切向压应力的作用下产生切向压缩，在变形过程中材料容易起皱。上-页

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返回5.2翻边压缩类平面翻边其变形类似于拉深，所以当翻边高度较大时，模具上也要带有防止起皱的压料装置；由于是沿不封闭曲线翻边，翻边线上切向压应力和径向拉应力的分布是不均匀的——中部最大，而在两端最小。压缩类曲面翻边时，坯料变形区在切向压应力作用下产生的失稳起皱是限制变形程度的主要因素，如果把凹模的形状做成图5-22所示的形状，可以使中间部分的切向压缩变形向两侧扩展，使局部的集中变形趋向均匀，减少起皱的可能性，同时对坯料两侧在偏斜方向上进行冲压的情况也有一定的改善，冲压方向的选择原则与伸长类曲面翻边时相同。上-页

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返回5.2翻边5.2.3翻边模结构图5-23(a)所示为内孔翻边模，其结构与拉深模基本相似；图5-23(b)所示为内、外缘同时翻边的模具。图5-24所示为落料、拉深、冲孔、翻边复合模。凸凹模8与落料凹模4均固定在固定板7上，以保证同轴度。上-页

返回5.3缩口5.3.1缩口变形及变形程度缩口变形过程中，在压力F作用下，缩口凹模压迫坯料口部，坯料口部则发生变形而成为变形区。坯料变形区受两向压应力的作用，而切向压应力是最大主应力，使坯料直径减小，壁厚和高度增加，因而切向可能产生失稳起皱。缩口的变形程度用缩口系数m表示：缩口系数m越小，变形程度越大。一般来说，材料的塑性越好，厚度愈大，模具对简壁的支承刚性愈好，则允许的缩口系数就可以越小。下-页

返回5.3缩口实际生产中，极限缩口系数一般是在一定缩口条件下通过实验方法得出的。表5-8是不同材料、不同厚度的平均缩口系数m。缩口后零件口部略有增厚，其厚度可按式(5-27)估算：5.3.2缩口的工艺计算1．缩口次数若工件的缩口系数m小于极限缩口系数[m]时，则需多次缩口，缩口次数n按式(5-28)估算：上-页

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返回5.3缩口2．缩口直径各次缩口的直径为3．坯料高度缩口前坯料的高度一般根据变形前后体积不变的原则计算。件，缩口前坯料的高度H按下面公式计算：图5-28(a)所示工件：上-页

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返回5.3缩口4．缩口力将图5-28(a)所示锥形缩口件，在5-28(a)所示的无支承缩口模上进行缩口时，其缩口力F可用式(5-33)计算：5.3.3缩口模1．缩口模的结构图5-29为带有夹紧装置的缩口模。2．缩口模的设计要点缩口模的主要工作零件是凹模。凹模工作部分的尺寸根据工件缩口部分的尺寸来确定，但应该考虑工件缩口后的尺寸比缩上-页

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返回5.3缩口

口模实际尺寸大0.5%~0.8%的弹性回复量，以减少试模时的修正量。当缩口件的刚性较差时，应该在缩口模上设置支承坯料的结构，具体支承方式视坯料结构和尺寸而定。上-页

返回5.4旋压5.4.1普通旋压工艺1．普通旋压工艺的变形特点图5-32是平板坯料的旋压过程示意图。顶块把坯料压紧在模具上，机床主轴带动模具和坯料一同旋转，赶棒加压于坯料反复赶辗，于是由点到线，由线及面，使坯料逐渐紧贴于模具表面而成形。为了使平板坯料变为空心的筒形零件，必须使坯料切向收缩、径向延伸。合理选择旋压主轴的转速、旋压件的过渡形状及旋压压力的大小是旋压的基本要点。如果转速太低，坯料将在赶棒作用下翻腾起伏极不稳定，使旋压工作难以进行；转速太高，则材料与赶棒接触次数太多，容易使材料过度辗薄。下-页

返回5.4旋压2．普通旋压的变形极限旋压的变形程度用旋压系数表示。旋压圆筒形件的旋压系数：旋压锥形件的旋压系数为5.4.2变薄旋压工艺变薄旋压又称强力旋压。根据旋压件的类型和变形机理的上-页

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返回5.4旋压

差异，变薄旋压可分为锥形件变薄旋压（剪切旋压）、筒形件变薄旋压（挤出旋压）两种。图5-33(a)所示为锥形件的变薄旋压。旋压机的尾架顶块把坯料压紧在模具上，使其随同模具一起旋转，旋轮通过机械或液压传动强力加压于坯料，其单位面积压力可达2500~3000MPa。根据图5-33(b)可以得到旋压前后坯料厚度的关系：

1．变薄旋压的主要特点①与普通旋压相比，变薄旋压在加工过程中坯料凸缘不产生上-页

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返回5.4旋压

收缩变形，因此没有凸缘起皱问题，也不受坯料相对厚度的限制，可以一次旋压出相对深度较大的零件。②与冷挤压相比，变薄旋压是局部变形，因此变形力比冷挤压小得多。③经强力旋压后，材料晶粒紧密细化，提高了强度，表面质量也比较好，表面粗糙度Ra可达0.4μm。2．变薄旋压的变形程度变薄旋压的变形程度用减薄率表示：上-页

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返回5.4旋压由式(5-37)可知，用模具的半锥角可以表示变薄旋压的变形程度。上-页

返回5.5校形校形通常指平板工序件的校平和空间形状工序件的整形。校形是指在冲裁、弯曲、拉深等工序之后，因冲压件的平面度、圆角半径和形状尺寸还不能达到图样的要求，通过校平与校形使其产生局部的塑性变形，从而获得合格零件的工序。5.5.1校形的特点校平和整形工序的共同特点：①只在工序件局部位置使其产生不大的塑性变形，以达到提高零件的形状和尺寸精度的目的。②由于校形后工件的精度比较高，因而模具的精度相应地也要求比较高。③校形时需要在压力机下止点对工序件施加校正力，因此所用设备最好为精压机。下-页

返回5.5校形5.5.2平板零件的校平把不平整的工件放人模具内压平的工序称为校平。校平主要用于提高平板零件（主要是冲裁件）的平面度。校平力F可用式(5-39)估算：

2．校平方式校平方式有多种，有模具校平、手工校平和在专门设备上校平等。模具校平多在摩擦压力机或精压机上进行；大批量生产中，厚板料还可以成叠地在液压机上校平，此时压力稳定并可长时间保持；当校平与拉深、弯曲等工序复合时，可上-页

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返回5.5校形采用曲轴压力机或双动压力机，这时必须在模具或设备上安装保护装置，以防因料厚的波动而损坏设备；对于不大的平板零件或带料还可采用滚轮碾平；当零件的表面不允许有压痕，或零件尺寸较大而又要求具有较高平面度时，可采用加热校平。

3．校平模平板零件的校平模分为光面校平模和齿面校平模两种。光面校平模如图5-35所示，适用于软材料、薄料或表面不允许有压痕的制件。光面模改变材料的内应力状态的作用不大，仍有较大回弹，特别是对于高强度材料的零件校平效果比较差。上-页

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返回5.5校形图5-36所示为齿面校平模，适用于材料较硬、强度较高及平面度要求较高的零件。齿面校平模按齿形又分为尖齿和平齿两种，图5-36(a)所示为尖齿齿形，图5-36(b)所示为平齿齿形。5.5.3空间零件的整形根据冲压件的几何形状及精度要求不同，所采用的整形方法也有所不同。1．弯曲件的整形弯曲件的整形方法有压校和镦校两种形式。(1)压校图5-37(a)所示为弯曲件的压校，因在压校中坯料沿长度上-页

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方向无约束，整形区的变形特点与该区弯曲时相似，坯料内部应力状态的性质变化不大，因而