第5章其他冷冲压成形工艺概论

第5章其他冷冲压成形工艺与模具设计本章内容：学习目的与要求：1．了解翻边、胀形、缩口、校形等工序的变形特点；2．了解胀形模、翻边模、缩口模、校形模的结构特点。

重点：翻边、胀形工序的变形特点、工艺性和模具结构特点。

难点：翻边工序的变形特点。

在掌握冲裁、弯曲、拉深成形工艺与模具设计的基础之上，本章介绍其它成形工艺特点和模具结构特点。

涉及翻边、胀形、缩口、校形等成形工序的变形特点、工艺与模具设计特点。

成形工艺：用各种局部变形的方式来改变零件或坯料形状的各种加工工艺方法。

按塑性变形特点，分为➢压缩类成形：缩口、外翻边➢主应力为压应力，材料变厚，易失稳➢伸长类变形：翻孔、内翻边、起伏、胀形等➢主应力为拉应力，材料变薄，易破裂5.1成形工艺与模具设计教学要点【目的要求】1、起伏成形工艺与模具设计2、圆柱形空心毛坯的胀形3、翻孔和翻边4、缩口5、校平与整形6、压印教学要点【重点】1、起伏成形的定义、主要目的及主要形式2、胀形的定义3、翻孔、翻边的定义，主要变形部位及易出现的质量问题；极限翻边系数及影响因素4、缩口的定义、受力特点5、校平与整形的定义、工艺特点【难点】1、翻孔、翻边的主要变形部位及易出现的质量问题；2、极限翻边系数及影响因素当坯料外径与成形直径的比值Ｄ/ｄ＞３时，其成形完全依赖于直径为ｄ的圆周以内金属厚度的变薄实现表面积的增大而成形。

问题：与拉深的差别在哪？胀形的变形区及其应力应变示意图:5.1.1起伏成形工艺与模具设计局部起伏成形：是材料的局部发生拉深而形成部分的凹进或凸出，借以改变零件或坯料形状的一种冲压方法。

1. 加强肋(beading)2. 加强窝(swaging)3. 起伏成形的压力计算4. 百页窗口的冲压5.1.1起伏成形工艺与模具设计起伏成形目的：主要用于增加工件的刚度和强度以及使零件美观图5-1起伏成形的零件示意图1. 加强肋(beading)表5-1加强肋的尺寸图5-2加强肋的形式能够一次成形加强肋的条件为δε)75.0~7.0(00≤-=l l l 式中ε——许用断面变形程度；l 0——变形区横断面的原始长度（mm ）；l ——成形后加强肋断面的曲线轮廓长度（mm ）；δ——材料伸长率；0.7～0.75——视加强肋形状而定，半球形肋取上限值，梯形肋取下限值。

两道工序成形的加强肋a）首次成形b）最后成形如果ε＞0.75δ，采用两道工序成形加强肋，如上图所示。

当加强肋与边缘距离小于（3～3.5）t时，需加大制件外形尺寸，压形后增加切边工序。

表5-2加强窝的尺寸和间距(mm)3. 起伏成形的压力计算bKLt P σ=冲压加强肋的变形力：若在曲柄压力机上用薄料（t ＜1.5mm ）对小制件（面积小于200mm 2）压肋或压肋间校正工序时，变形力：2KFt P =4. 百页窗口的冲压胀形：将空心件或管状毛坯沿径向向外扩张的冲压工序1. 刚性凸模胀形2. 软模胀形3. 波纹管零件胀形4. 罩盖胀形模设计示例1. 刚性凸模胀形1-分瓣凸模2-型芯3-零件4-气垫顶杆图5-7钢模胀形2. 软模胀形图5-8软体凸模胀形a ）橡胶凸模胀形b ）倾注液体法胀形c ）冲液橡胶囊法胀形3. 波纹管零件胀形4. 罩盖胀形模设计示例工件名称：罩盖生产批量：中批量材料：10钢料厚：0.5㎜(1)工件的工艺性分析(2)工艺计算(1)工件的工艺性分析由图可知，其侧壁由空心毛坯胀形而成，底部为起伏成形（2）工艺计算1）底部起伏成形计算起伏成形的计算：2) 侧壁胀形计算。

NNFKFtP110395.0154250222=⨯⨯⨯==π2.1398.46max===ddK表5-3极限胀形系数和切向许用伸长率3) 胀形毛坯的计算。

4) 侧壁胀形力计算。

(3) 模具结构设计胀形力：总成形力：P=P 起+P 胀=11039kN+54078kN=65.117kNNN Fp P 540782.9408.46=⨯⨯⨯==π图5-13罩盖胀形模装配图5.1.3翻孔和翻边1. 内孔翻边(hole-flanging)2. 螺纹底孔的变薄翻边3. 外缘翻边(flaring)4. 固定套翻边模设计实例图5-14翻边形式翻孔是指沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的冲压工序。

翻边是指沿外形曲线周围将材料翻成竖立短边的冲压工序。

注意：翻孔前必须有预冲孔！所以：一个零件有翻孔就必须有冲孔工序！翻边成形典型案例（1）固定套生产批量：中批量材料：08钢料厚：1mm工件工序：落料、拉深、冲孔、翻边工件工艺性分析：Ф40mm 处由内孔翻边成形，Ф80mm 是圆筒形拉深件，可一次拉深成形。

工序安排为落料→拉深→预冲孔→翻边。

固定套零件图（2）防尘盖生产批量：大批量材料：10钢料厚：0.3mm防尘盖工件简图工艺性分析：该工件需内孔翻边和浅拉深起伏因为该工件是轴对称工件，材料厚度仅为0.3mm，冲裁性能较好。

为减少工序数，可采用复合模一次压制成形。

一次压制成形的特点是首先进行冲孔，再翻边成形，最后落料。

(1) 内孔翻边的变形特点及变形系数变形特点----坯料受切向和径向拉伸，接近预孔边缘变形大，易拉裂。

表示：变形程度用翻边系数K内孔翻边表5-4各种材料的翻边系数极限翻边系数：圆孔翻边时孔边不破裂所能达到的最小翻边系数称为极限翻边系数1. 内孔翻边(hole-flanging)1)材料的塑性。

塑性越好的材料，其极限翻边系数越小2) 孔的边缘状况。

孔的表面质量越好，极限翻边系数越小3) 材料的相对厚度。

相对厚度越小，极限翻边系数越小4) 凸模的形状。

球形、抛物面形、锥形凸模极限翻边系数比平底凸模小2. 螺纹底孔的变薄翻边图5-15小孔翻边模翻边预冲孔直径：翻边孔外径：翻边高度：图5-16外缘翻边外凸外缘翻边变形程度：内凹外缘翻边变形程度：沿毛坯的曲边，使材料的拉伸或压缩，形成高度不大的竖边。

分类---（1）外凸外缘翻边（相当于拉深的一小部分）：属压缩类翻边，近似于局部浅拉深，易起皱。

（2）内凹外缘翻边（相当于翻孔的一小部分）：属伸长类翻边，近似于局部孔翻边，易开裂。

表5-5外缘翻边允许的极限变形程度表5-5外缘翻边允许的极限变形程度4. 固定套翻边模设计实例(1) 工件工艺性分析(2) 固定套翻边件工艺计算1) 平板毛坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度在内孔翻边工艺计算中有两方面内容，一是根据翻边零件的尺寸，计算毛坯预孔的尺寸d；二是根据允许的极限翻边系数，校核一次翻边可能达到的翻边高度H(如图5-19所示)。

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：t r K D H 72.043.0)1(2min max ++-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=h t r D d 2210πt r d D H 72.043.020++-=（2）在拉深件的底部冲孔翻边允许的翻边高度：拉深高度：预孔直径：式中D —翻边直径；r —翻边件半径；t —材料厚度。

0(1)0.57()22D t h K r =-++h t r D d D K d 2)2(14.1000-++==或r h H h +-='2) 计算翻边系数3) 计算翻边力由附录1查得σs =200MPa (3) 翻边模(planging die )结构设计kNkN t d D P s 628.42201)3.3239(1.1)(1.10=⨯⨯-⨯=-=πσπ1）计算预孔尺寸D =39mm ，H =4.5mmD 1=D +2r +t =39+2×1+1=42mm h =H -r -t =4.5-1-1=2.5mmmm h t r D d 3.325.22211422210=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=ππ（3）翻边模结构设计图5-20翻边凸模结构形式4. 固定套翻边模设计实例翻边模1—卸料螺钉2—顶杆3、16—螺钉4—下模座5、11—销钉6—翻边凸模固定板7—翻边凸模8—托料板9—定位钉10—翻边凹模12—上模座13—打件器14—模柄15—打料杆17—导套18—导柱5.1.4缩口1.缩口变形程度2.缩口工艺计算3.气瓶缩口模设计示例缩口：将预先拉深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。

工件名称：气瓶生产批量：中批量材料：08钢料厚：1mm气瓶零件图●缩口成形的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，所以防止失稳是缩口工艺的主要问题。

1.缩口变形程度表5-6各种材料的缩口系数m 缩口系数：Ddm=多次缩口时，首次缩口系数：以后各次缩口系数：均mm9.01=均m mn)10.105.1(-=1)缩口坯料尺寸。

表5-7缩口坯料计算公式2)缩口所需的压力。

图5-22缩口模结构无支承时：有支承时：P133式5-22⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=ααμσπcos 1)1)(1(1.10ctg D d Dt k P b(1) 工件工艺分析(2)工艺计算1)计算缩口系数。

2)计算缩口前毛坯高度。

3)计算缩口力。

图5-23气瓶零件图71.0==Ddm(3)缩口模结构设计图5-24气瓶缩口模装配图。