第5章_局部成形工艺与模具设计

第五章局部成形5.1概述在冲压生产中，通过板料的局部变形来改变毛坯或工序件的形状和尺寸的冲压成形工序。应用这些工序可以加工许多复杂零件。压筋零件翻边零件拉长成形：包括圆孔翻边、内凹外缘翻边、起伏、胀形、扩口等。受拉应力而产生伸长变形，易被拉裂而破坏；压缩成形：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。包括变薄翻边、旋压等。拉压成形：5.2胀形胀形：就是在模具的作用下，迫使毛坯局部厚度减薄和表面积增大，以获取零件形状和尺寸的冲压成形方法。起伏胀形空心材料胀形软模胀形刚性模胀形半刚性模胀形常规室温状态胀形加热胀形高能胀形整体同时成形局部渐进成形普遍能源胀形一、胀形成形特点（2)由于胀形时坯料处于双向受拉的应力状态，厚度方向处于收缩的应变状态。整个变形属于拉深变形。（1）胀形时，材料的塑性变形局限于变形区范围内，变形区外的材料不向变形区内转移。（3)变形区的材料不会产生失稳起皱现象，因此成形后零件的表面光滑，质量好。不易发生形状回弹。σσθεεθ图6-1胀形变形区起伏成形俗称局部胀形，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记等。1.平板坯料的起伏成形二、胀形的种类（a）起伏件（b）胀形件（c）扩口件各种胀形制件1）压加强筋（形式）简单的起伏成形零件，其极限变形程度可按下式近似确定：)75.0~7.0(1LLL表5-1加强筋的形式与尺寸深度较大的局部胀形法压制加强筋所需的冲压力，可用下式近似计算：btKFl12)压凸包图6-4压凸包表6-2平板局部冲压凸包的成形极限2.空心坯料的胀形俗称凸肚，它是使材料沿径向拉伸，将空心工序件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸起曲面，如壶嘴、皮带轮、波纹管等。空心坯料的胀形:1）几种主要胀形方法刚性模具胀形轴向压缩和高压液体联合作用的胀形软模胀形图6-5用刚性凸模的胀形图6-6用软凸模的胀形1－凸模2－分块凹模3－橡胶4－侧楔5－液体(a)(b)(a)胀形前(b)胀形后加轴向压缩的液体胀形1－上模2－轴头3－下模4－管坯2）胀形的变形程度常用胀形系数K表示空心毛坯的变形程度：胀形系数和坯料伸长率的关系为：0maxDDK100maxKDDD或K=1+胀形前后尺寸的变化3）胀形的坯料尺寸计算KDDOmaxblL])4.0~3.0(1[4）胀形力的计算ApFmint215.1DPbPA——胀形单位压力；——胀形面积bt——胀形变形区真实应力，(材料的抗拉强度MPa)；——材料原始厚度，mm。Dmin——胀形最小直径，mm；翻边：在模具的作用下，将坯料的孔边缘或外边缘冲制成竖立边的成形方法。5.3翻边外缘翻边内孔翻边压缩类翻边伸长类翻边不变薄翻边变薄翻边外曲翻边内曲翻边内孔与外缘翻边零件一、内孔翻边1.圆孔翻边：是把预先加工在平面上的圆孔周边翻起扩大，成为具有一定高度的直壁孔部，是一种拉延类平面翻边。空心铆钉孔翻边1-翻边件2-连接件1)圆孔翻边系数变形程度：Ddm/0极限翻边系数：见表5-3低碳钢圆孔的极限翻边系数K3）翻边力的计算用普通圆柱形凸模翻边时所需压力，可按下面近似公式计算：boddF)(t1.114）翻边间隙和凸凹模尺寸翻边单边间隙Z一般小于材料原有的厚度。翻边的单边间隙见表5-6。翻边凸、凹模的尺寸按下式计算：)(D00pDPdZDDPd0)2(2、变薄翻边（a）变薄翻边零件（b）变薄翻边凸模变薄翻边因数用表示：bKttk11tt——变薄翻边后工作竖边的厚度，mm；——变薄翻边前材料的厚度，mm；变薄翻边3、非圆孔翻边acabbdaa图6-15非圆孔翻边非圆孔翻边极限变形系数比相应圆孔翻边小10%～30%。非圆孔的极限翻边系数，可根据各圆弧段的圆心角大小。低碳钢非圆孔的极限翻边系数minKminK二、外缘翻边1.伸长类翻边伸长类翻边变形程度用下式表示bRb伸E=伸长类翻边a.伸长类平面翻边b.伸长翻边的坯料为了得到平齐一致的翻边高度，应在坯料的两端对坯料的轮廓线做必要的修正。外缘翻边时材料的允许变形程度2.压缩类翻边图6-17压缩类翻边a、b平面压缩翻边(a)(b)压缩类翻边的变形程度可用下式表示:bRbK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翻边模结构图6-19内凹外缘翻边模1-凸模2-导向板3-凹模4-顶件板5-顶杆6-定位防滑销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－垫片落料、拉深、冲孔、翻孔复合模5.4缩口缩口：是将管坯或预先拉深好的圆筒形件通过缩口模将其口部直径缩小的一种成形方法。缩口工艺在国防工业和民用工业中有广泛应用，枪炮的弹壳、钢气瓶等。一、变形特点毛坯口部受切向压应力的作用，口部产生压缩变形，直径减小，厚度和高度增加。二、变形程度1.缩口系数DdK/平均缩口系数K不同支撑方式的缩口系数K不同支承方式的缩口(a)(b)(c)当Dd/值小于极限缩口系数时，需多次缩口，缩口次数ｎnmDdnlnlnln二、缩口工艺计算1.颈口直径DmmdmdDmdnn11211::123DmmdmdnnDmmdmdnnnnn111首次缩口系数：mmm9.01以后各次缩口系数：mnmm)1.105.1(2.坯料高度缩口坯料高度，一般根据变形前后的体积不变的原则计算。3.缩口力]cos1)1)(1(1.1[ctgDdDtKFb4．缩口模外支承管子缩口模板1-导正销2-凹模3-固定座4-外支承5-顶件无支承缩口模1-卸料板2-凹模3-定位座校形：属于修整形的成形工序，它包括两种情况：一种为将毛坯或冲裁件的不平度和挠曲压平，即所谓的校平；另一种为将弯曲、拉深或其他成形件校正成最终的正确形状，即所谓整形。目的：一、校形的特点及应用（1）只在工序件局部位置使其产生不大的塑性变形；（2）模具的精度比较高；校平和整形工序的共同特点：使冲压件获得高精度的平面度、圆角半径和形状尺寸。5.5校形（3）所用设备最好为精压机。若用机械压力机时，机床应有较好的刚度，并需要装有过载保护装置。二、校平1.校平变形特点与校平力图5-25校平的变形1—上模2—制件3—下模校平力F用下式估算：APF平板零件校平空间零件的校平2.平板校平模a.平面校平模b.齿面校平模图5-26平板零件校平三、整形空间形状零件的整形：是指在弯曲、拉深或其它成形工序之后对工序件的整形。目的：使工序件某些形状和尺寸达到产品的要求，提高精度。整形模的特点：与前工序的成形模相似，但对模具工作部分的精度、粗糙度要求更高，圆角半径和间隙较小。1.弯曲件的整形1）压校a.弯曲件压校b.V形件布置图5-27弯曲件整形2）镦校图5-28弯曲件的镦校2.拉深件的整形1）无凸缘拉深件的整形通常取整形模间隙等于（0.9～0.95）ｔ，即采用变薄拉深的方法进行整形。图5-29拉深件的整形2）带凸缘拉深件的整形凸缘平面、侧壁、底平面和凸模、凹模圆角半径。整形部位：各种冲压件的整形力：PpAP——整形的投影面积；p——整形单位压力。A6旋压旋压：是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，使其逐渐紧贴于模具，从而获得所要求的旋转体件。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：生产率较低，劳动强度较大，质量不够稳定，比较适用于试制和小批量生产。一、普通旋压变形特点图6-24旋压成形1-主轴2-胎具3-坯料4-顶块5-顶尖6-擀棒或旋轮坯料在擀棒的作用下：一方面局部产生塑性变性流动。另一方面坯料沿擀棒加压的方向倒伏。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.旋压系数Ddm/极限旋压系数