局部成形工艺及模具设计

《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件本章学习要求５.１胀形５.２翻边５.３缩口《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件本章学习要求：1.掌握胀形模、翻边模、缩口模的结构特点和设计方法；2.熟悉胀形、翻边、缩口等成形工序的变形特点。《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.1胀形常用的胀形方法有刚模胀形和以液体、气体、橡胶等为施力介质的软模胀形。5.1.1胀形的变形特点与胀形极限变形程度1.胀形的变形特点(如图5.1.1)球头凸模胀形平板毛坯时的胀形变形区及其主应力和主应变图。图中涂黑部分表示胀形变形区。2.胀形的极限变形程度胀形极限变形程度主要取决于材料的塑性和变形的均匀性。《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.1.2平板毛坯的起伏成形（图5.1.2）起伏成形的极限的变形程度多用胀形深度表示，也可以近似地按单向拉伸变形处理，即：取最小值）。形筋（半圆筋取最大值，梯形状系数，加强筋面的长度胀形变形区变形前后截材料单向拉伸的延伸率度起伏成形的极限变形程式中：极极75.0~7.0;,;;%10010001kKllklll《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件欲提高胀形的极限变形程度,可采用(如图5.1.4)所示两次胀形法。1.压加强筋(1)用刚性凸模压制加强筋的变形力按式计算:(2)对在曲柄压力机上用薄料（t1.5mm）对小工件（面积2000）压筋或压筋兼有校形工序时的变形力按式计算;(3)软模胀形的单位压力可按式近似计算（不考虑材料厚度变薄）。2.压凹坑压凹坑时，成形极限常用极限胀形深度表示，如果是纯胀形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大。KLtF2KAtFbRtkp2mm《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.1.4两次胀形示意图《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.1.3空心毛坯的胀形空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料胀出所需曲面的一种加工方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、自行车三通接头（如图5.1.5）等产品或零件。刚模胀形(如图5.1.6)。软模胀形(如图5.1.7)。圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态(如图5.1.8)。《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.1.5自行车多通接头图5.1.6钢模胀形1-凹模；2-分瓣凸模；3-锥形芯轴4-拉簧；5-毛坯；6-顶杆；7-下凹模图5.1.7自行车多通接头软模胀形1、4-凸模压柱；2-分块凹模；3-模套《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.1.8圆柱形空心毛坯胀形时的应力《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件1.胀形系数空心毛坯胀形的变形程度用下式表示：11'maxmax00max00maxKKdddddkddK向延伸率的关系式为：极限胀形系数与工件切胀形后工件的最大直径毛坯直径胀形系数，式中：《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件2.胀形力刚模胀形所需压力的计算公式,可根据力的平衡方程式推导得到,其表达式为:。，，，芯轴锥角，一般摩擦系数，一般胀形后高度材料厚度所需胀形力式中：00002b151210820.0~15.0tan21tan2HtFHtF《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件3.胀形毛坯尺寸的计算毛坯长度可按下式近似计算:mm20~56.1.5)mm]4.0~3.0(1[0修边余量，约为）工件的切向延伸率（式工件的母线长度（式中：ΔhLΔhLL《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.1.4胀形模设计举例(图5.1.9)1.工艺分析该工件侧壁属空心毛坯胀形，底部属起伏成形，具有代表性。2.工艺计算(1)底部压凹坑的计算查教材表5.1.2得极限胀形深度h=0.15,d=2.25mm,此值大于工件工件底部凹坑的实际高度，可以一次成形。压凹所需成形力计算：N69.1104405154250222KAtF压凹《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.1.9罩盖胀形1—下模板2—螺栓3—压凹坑凸模4—压凹坑凹模5—胀形下模6—胀形上模7—聚氨脂橡胶8—拉杆9—上固定板10—上模板11—螺栓12—模柄13—弹簧14—螺母15—拉杆螺栓16—导柱17—导套《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件(2)侧壁胀形计算：侧壁成形力近似按两端不固定形式计算：(3)总成形力的计算3.模具结构设计2.1398.460maxddKmm66.46mm}3]2.035.01[8.40{])4.0~3.0(1[,2.039398.46N89.54105N4308.465.02408.462000max0maxmaxΔhLLdddLdtLdApFb可以计算：由式计算：胀形前毛坯的原始长度侧胀KN15.6558.65150N89.5410569.11044NFFF）（侧胀压凹《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.2翻边（如图5.2.1）按变形的性质，翻边分为伸长类翻边和压缩类翻边。5.2.1内孔翻边1.内孔翻边的变形特点圆孔翻边及其应力应变分布（如图5.2.2）。对非圆孔的内孔翻边（如图5.2.3）。2.圆孔翻边的极限变形程度影响极限翻边系数的因素：(1)材料的塑性;(2)孔的加工方法;(3)预制孔的相对直径;(4)凸模的形状。《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.2.1内孔与外缘翻边零件《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件３.内孔翻边的工艺设计(1)预制孔直径d0和翻边高度Ha.一次翻边成形(如图5.2.4)所示是在平板毛坯上一次翻孔的图。d0与H按下式计算:trmDtrDdDHtrHDd72.043.0)1(272.043.0)1(2)72.043.0(200《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件b.拉深后再翻边（如图5.2.5）应先确定翻边高度h,再根据翻边高度确定预制孔直径d0和高度h1。由计算公式：trhHhtrmDtrdDh10)2(57.0)1(2)2(57.02《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.2.5拉深件底部冲孔后翻边《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件(2)凸、凹模的形状及尺寸翻边凸模的形状有平底形、曲面形（球形、抛物线形等）和锥形，几种常见的翻边凸模的结构形状（如图5.2.6）。(3)凸、凹模的间隙(4)翻边力与压边力在所有凸模中，圆柱形平底凸模的翻边力最大。其公式为：b0)(1.1dDF《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.2.2平面外缘翻边1.平面外缘翻边的变形特点平面外缘翻边可分为内凹外缘翻边和外凸外缘翻边（如图5.2.7）。2.极限变形程度内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数Es表示：外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示：3.平面外缘翻边的毛坯尺寸bRbESbRbEc《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.2.3变薄翻边变薄翻边的变形程度用变薄系数表示，其表达式为：式中k为变薄系数，k＝０.４～０.５；t1—为工件翻边后竖边的厚度；t0—为毛坯厚度。01ttK《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.2.4翻边模的结构设计及举例内孔翻边模如图5.2.8。落料、拉深、冲孔、翻边复合模如图5.2.9。内外缘翻边复合模如图5.2.10。《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.2.8内孔翻边模图5.2.9落料、拉深、冲孔、翻边复合模1、8-凸凹模；2-冲孔凸模；3-推件块；4-落料凹模；5-顶件块；6-顶杆；7-固定板；9-卸料板；10垫片《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.2.10内外缘翻边复合模1-外缘翻边凸模；2-凸模固定板；3-外缘翻边凹模；4-内缘翻边凸模；5-压料板；6-顶件块；7-内缘翻边凹模；8-推件板《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.3缩口缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料,通过缩口模具将其口部缩小的一种成形工序。缩口与拉深工序的比较（如图5.3.1）。5.3.1缩口成形的特点与变形程度1.缩口成形的变形特点（如图5.3.2）常见的缩口形式有斜口式、直口式和球面式(如图5.3.3)。变形区由于受到较大切向压应力的作用易产生切向失稳而起皱，起传力作用的筒壁区由于受到轴向压应力的作用易产生轴向失稳而起皱，所以失稳起皱是缩口工序的主要障碍。《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.3.1缩口与拉深工序的比较《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件图5.3.2缩口成形的变形特点《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件abc图5.3.3缩口形式)斜口形式)直口形式)球面形式《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件2.缩口变形程度缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：式中d—缩口后的直径；D—为缩口前的直径。Ddms《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件5.3.2缩口的工艺计算1.缩口次数及缩口系数的确定缩口次数由下式确定：式中：—总缩口系数，；—平均缩口系数，可先取。n的计算值一般是小数，应进位成整数。spszlglgmmnDdm/szminsspmmszmspm《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件2.毛坯尺寸的计算斜口形式：直口形式：球面形式：)]/1(sin8[05.1~1221dDDdDhH)]/1(sin8/[05.1~12221dDDdDdDhhH221)/1(41dDdDhH《冲压工艺及模具设计》第5章其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件３.缩口力只有外支承的缩口压力，可按下式估算：式中：F—缩口力（N)；k—速度系数，用曲柄压力机时k=1.15；—材料的抗拉强度（MPa)；—工件与凹模接触的摩擦系数。]cos1)cot1)(1(1.1(b0Dd