第五章成形工艺与成形模设计

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。
5.2.1 内孔翻边 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
d K0 D
翻边后竖边边缘的厚 度，可按下式估算：
t t d t K D
2.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
a-无支承
b-外支承
c-内外支承
实例：气瓶缩口模 刚制气瓶缩口模，成形材料为1mm的08钢
带有夹紧装置的缩口模
缩口与扩口复合模
课后思考
1、什么叫缩口？缩口方法一般有哪几种？ 各有什么特点？ 2、缩口的变形特点怎样？ 3、胀形、翻孔（边）及缩口变形的共同特 点是什么？
5.4 旋压
旋压：
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 之产生局部的塑性变形。 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： 1－顶块2－赶棒3－模具4－卡盘 生产率较低，劳动强度较大，比较适 1 ~ （系坯料的连续位置） 9 用于试制和小批量生产。
d max K D
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；
2.胀形毛坯的计算
L l[1 (0.3 ~ 0.4) ] b
Ｋ和坯料伸长率 的关系为
d max D K 1 D
b—修边余量，一般取10～20ｍｍ； —制件切向最大伸长率； l —制件母线长度。
成形工艺与模具设计
概述 5.1 胀形 5.2 翻边 5.3 缩口 5.4 旋压 5.5 校平与整形
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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。
2 2
拉深高度： h` H h r 预孔直径： d K0 D 或
t d D 1.14(r ) 2h 2
式中 D—翻边直径； r—翻边件半径； t—材料厚度。
（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部分视为拉深。 最小圆角部分进行允许 变形程度的校核。 翻边系数：
F KAt 2
K-系数，取0.7～1； L-加强肋长度（mm）； t-材料料厚（mm）； b —材料的抗拉强度（Mpa）； A-局部成形面积；
二、压凸包
D—拉深件凸缘直径； dp—拉深件筒身外径；
D 4 dp
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。
a）加强肋 b）凸包
一、加强肋 1.变形部位受双向拉应 力，其极限变形程度 极
式中 一起伏成形的极限变形程度 l，l1一材料单向拉伸的延伸率 k 一胀形变形区变形前后截面的长度 一形状系数，加强肋在0.7～0.75 （半圆肋取最大值，梯形肋取最小）
l1 l 极 100% k l
5.1
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。 5.1.1 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。
课后思考
1、胀形的变形特点怎样？为什么采用胀形 工序加工的零件表面质量好？ 2、什么叫胀形？胀形方法一般有哪几种？ 各有什么特点？ 3、胀形模的主要结构特点是什么？
5.2 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。
起伏成形前后材料的长度
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。
如加强肋与边缘的距离小于（3~5t） 时，在 成形中由于边缘的收缩，需考虑增加切边余量。
2.压筋力
F KLt b
对在曲柄压力机上用薄料（t<1.5mm）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。
t t p 2 b d max 2 R
tan F 2 Ht b 1 2 2 tan
5.1.4
胀形模结构
1－凹模 ２－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
（5）翻边模工作部分的设计
翻边凹模圆角半径可取该值等于零件的圆角半径； 翻边凸模圆角半径应 尽量取大些，以便有 利于翻边变形。 凸、凹模单边间隙
Ｚ/2＝（0.75～0.85）ｔ
圆孔翻边凸模的 形状和主要尺寸
5.2.2 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。
1.分类 （1）外凸外缘翻边：属压缩类翻边，近似于局 部浅拉深，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.变形程度 内凹( 伸长类）外缘翻边的变形程度用翻边系数 Es表示：
b ES R b
外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示：
Ec b Rb
3.外缘翻边力
k=0.2～0.3
F 1.25Ltk b
内凹( 伸长类）外缘翻边应在坯料的两端对坯料的轮廓线 做必要的修正 伸长类曲面翻边： ①采用较强的压料装置 ②凸模的曲面形状应修正 ③冲压方向的选取
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。 胀形主要有起伏成形和空心毛坯胀形两类。
5.1.2 起伏成形 通过材料局部拉深变形，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。
二、缩口变形程度 １）总缩口系数：
坯料变形区受两向压应力的作用 缩口的变形程度用缩口系数ｍ表示
d ms D
d-缩口后直径； ms-总缩口系数； D-缩口前直径。
２）多次缩口：若工件的缩口系数ｍ小于允许的 缩口系数时，则需进行多次缩口，缩口次数ｎ 按下式估算： lg ms lg d lg D
1－凹模 2－顶料板
3－凸模
压缩类平面翻边：
①也要采用防皱的压料装置
②也需修正坯料的展开形状 压缩类曲面翻边： ①凹模的曲面形状应修正 ②冲压方向的选取原则与伸长类曲面翻边时相同
1－凹模 2－压料板
3－凸模
变薄翻边
变薄翻边对 生产竖边较高的 零件，既可提高 生产率,又能节 约材料。 变薄系数
ti Kb t i 1
内孔翻边模
内、外缘翻边模
3.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、带整形台阶凸模等。
有预制孔的小孔翻边
小孔用穿孔翻边凸模
冲孔翻边复合模
课后思考
1、什么是内孔翻边？什么是外缘翻边？其 变形特点是什么？ 2、什么叫极限翻边系数，影响极限翻边系 数的主要因素有哪些？ 3、翻边常见的废品是什么？如何防止？
一、普通旋压工艺
1.普通旋压变形特点
点接触
两种变形：
①赶棒直接接触的材料产生 局部凹陷的塑性变形； ②坯料沿着赶棒加压的方向 大片倒伏。
旋压的基本要点：
（1）合理的转速
（2）合理的过渡形状 （3）合理加力
2.旋压成形极限 变形程度以旋压系数ｍ表示： m d
D
坯料直径Ｄ可按等面积法求出，但旋压时材料的变薄较大些， 因此应将理论计算值减小5％～7％。 圆筒形件的极限旋压系数可取为：
mmin 0.6 ~ 0.8
圆锥形件的极限旋压系数可取为：
mmin 0.2 ~ 0.3
当工件需要的变形程度 较大（即ｍ较小）时，便需 多次旋压。多次旋压时必须 进行中间退火。
二、变薄旋压工艺
1.变薄旋压变形特点
（1）无凸缘起皱，也不受坯料相对厚度的限制，可一次旋压 出相对深度较大的零件。一般要求使用功率大、刚度大并有 精确靠模机构的专用强力旋压机。 （2）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。
d 1 F k (1.1 Dt 0 b (1 )(1 cot ) ] D cos
式中： F—缩口力（N)； K—速度系数，用曲柄压力机时k=1.15； b—材料的抗拉强度（MPa)； —工件与凹模接触的摩擦系数。
４）常见缩口模结构
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。
竖边的高度 应按体积不变定 律进行计算。
ａ）零件 ｂ）凸模
5.2.3 翻边模结构
1.结构 与拉深模相似，但凸模圆角半径较大，常做 成球形或抛物面形。（以避免成为拉深）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）。 2.凸、凹模间隙 Z≥t：—翻边力较小，精度不高； Z﹤t：—翻边竖壁垂直要求较高。
d D 2( H 0.43r 0.72t )
Dd H 0.43r 0.72t 2
内孔的翻边极限高度：
H max D (1 K min ) 0.43r 0.72t 2