钣金与成型 其它典型成形

1、 第第6 6章章 其它典型成形其它典型成形 航空航天工程学部航空航天工程学部 主讲：贺平 6 6、1 1 扩口、缩口扩口、缩口 一、扩口一、扩口 将管端头制成一定尺寸的喇叭口形状，这种成形方将管端头制成一定尺寸的喇叭口形状，这种成形方 法称为扩口成形。法称为扩口成形。 扩口成形特点：变形区的材料受到显著的切向拉扩口成形特点：变形区的材料受到显著的切向拉 伸，而在母线方向上却受到模具的顶压作用而压缩，故伸，而在母线方向上却受到模具的顶压作用而压缩，故 扩口成形一般可视作平面应力与应变。属伸长类成形。扩口成形一般可视作平面应力与应变。属伸长类成形。 扩口成形主应力、主应变状态如图所示。扩口成形主应

2、力、主应变状态如图所示。 扩口成形变形程度用扩口系数表示：扩口成形变形程度用扩口系数表示：001dDkk 管端扩口时，管壁沿圆周切向受拉伸，在管端头为最管端扩口时，管壁沿圆周切向受拉伸，在管端头为最大，其应变为：大，其应变为： 可见，扩口系数愈小，管端的变形程度愈大。可见，扩口系数愈小，管端的变形程度愈大。 当管端边缘材料濒于拉裂时，此刻的扩口系数即达到当管端边缘材料濒于拉裂时，此刻的扩口系数即达到极限值，用极限值，用 表示。表示。 成形力计算：成形力计算：00lnlnkDkd kjkmax0 0coslnbkPd tk 扩口成形两种失稳：扩口成形两种失稳： 1 1）变形区发生破裂；）变形区发

3、生破裂； 2 2）传力区发生压缩失稳）传力区发生压缩失稳起皱。起皱。 前者为扩口成形极限变形条件，后者可通过适当的前者为扩口成形极限变形条件，后者可通过适当的方法加以防范。方法加以防范。二、缩口二、缩口 通过缩口模具将圆筒形件或管形件敞口处直径缩通过缩口模具将圆筒形件或管形件敞口处直径缩小的冲压成形方法称为缩口成形。小的冲压成形方法称为缩口成形。 缩口成形特点：变形区的材料受到显著的切向压缩口成形特点：变形区的材料受到显著的切向压缩，壁厚及高度增加，属压缩类成形。缩口成形一般缩，壁厚及高度增加，属压缩类成形。缩口成形一般可视作平面应力状态、三维应变状态，如图所示。可视作平面应力状态、三维应变状

4、态，如图所示。 缩口成形过程与变形区和非变形区的失稳条件有缩口成形过程与变形区和非变形区的失稳条件有密切的关系，当然与缩口力的大小有更直接的关系。密切的关系，当然与缩口力的大小有更直接的关系。 一次缩口的变形程度是有限的，主要的限制因素是一次缩口的变形程度是有限的，主要的限制因素是传力区筒壁在缩口压力过大时，由于纵向失稳而出线弯传力区筒壁在缩口压力过大时，由于纵向失稳而出线弯曲、环状波纹、直径墩粗或局部凹陷之类的变形；其次曲、环状波纹、直径墩粗或局部凹陷之类的变形；其次是变形区筒壁因受切向压缩应力作用，发生切向失稳而是变形区筒壁因受切向压缩应力作用，发生切向失稳而起皱。起皱。 缩口成形变形程度

5、用缩口系数表示：缩口成形变形程度用缩口系数表示：01nddnk 当凹模锥角及摩擦系数（材料与锥面间的摩擦）恒定当凹模锥角及摩擦系数（材料与锥面间的摩擦）恒定时，缩口系数愈小，则所需的单位缩口力也就会愈大。管时，缩口系数愈小，则所需的单位缩口力也就会愈大。管 一次缩口变形程度受非变形区筒壁材料的屈服强度限一次缩口变形程度受非变形区筒壁材料的屈服强度限制。制。 当当 时，非变形区筒壁已因塑性变形而失稳。时，非变形区筒壁已因塑性变形而失稳。sp影响缩口成形的因素：影响缩口成形的因素：1 1）材料塑性好，屈强比小，允许的缩口变形程度大；）材料塑性好，屈强比小，允许的缩口变形程度大；2 2）材料愈厚，愈

6、不易塑性失稳，有利缩口成形；）材料愈厚，愈不易塑性失稳，有利缩口成形；3 3）采用内支撑（模芯）模具结构时，变形区材料在模芯的）采用内支撑（模芯）模具结构时，变形区材料在模芯的 反力作用下贴着凹模成形，口部不易起皱；反力作用下贴着凹模成形，口部不易起皱；4 4）选最佳凹模锥角（）选最佳凹模锥角（52.552.5）时，所需的缩口力最小，可）时，所需的缩口力最小，可 提高缩口变形程度提高缩口变形程度10-10-15%15%；5 5）锥面粗糙度值越低、润滑条件越好，材料与锥面的摩擦阻力）锥面粗糙度值越低、润滑条件越好，材料与锥面的摩擦阻力就小，对缩口成形有利。就小，对缩口成形有利。6 6、2 2 下

7、陷、压印、校形下陷、压印、校形一、下陷一、下陷 许多薄壁结构中的骨架零件，在布局上是纵横交错，经常许多薄壁结构中的骨架零件，在布局上是纵横交错，经常会发生交叉搭接的现象。为保证外轮廓的光滑与流线，或者不会发生交叉搭接的现象。为保证外轮廓的光滑与流线，或者不使结构件强度受到损害，通常在两个零件的搭接处制成弯折型使结构件强度受到损害，通常在两个零件的搭接处制成弯折型式，称这种型式的变形为下陷，在飞机结构中的框、肋、缘条式，称这种型式的变形为下陷，在飞机结构中的框、肋、缘条与桁条连接时，通常取这种型式。与桁条连接时，通常取这种型式。 下陷成形时，材料在变形区内的变形较为复杂。对于缘下陷成形时，材料在

8、变形区内的变形较为复杂。对于缘条来讲可视作简单的折弯，在变形区的角域承受着弯曲，在条来讲可视作简单的折弯，在变形区的角域承受着弯曲，在过渡段承受着拉伸，对于腹板面在变形区受到的是剪切变形。过渡段承受着拉伸，对于腹板面在变形区受到的是剪切变形。综合作用的结果，外肩综合作用的结果，外肩a a处变形条件最为不佳，如果发生破坏处变形条件最为不佳，如果发生破坏的话，首先在这里产生裂纹。的话，首先在这里产生裂纹。 对下陷成形的变形程度通常用缘条面的相对拉伸应变来对下陷成形的变形程度通常用缘条面的相对拉伸应变来衡量，即：衡量，即：2221()1 1lLHLHLLL 上式表明：下陷成形时其变形量主要取决于下陷

9、的相上式表明：下陷成形时其变形量主要取决于下陷的相对高度对高度H/LH/L值。相对高度值。相对高度H/LH/L值愈大，变形程度也愈大。所值愈大，变形程度也愈大。所以下陷成形变形程度又可用相对高度来表达。当外肩部濒以下陷成形变形程度又可用相对高度来表达。当外肩部濒于出现裂纹时，即意味着极限程度的到来。如令出现裂纹于出现裂纹时，即意味着极限程度的到来。如令出现裂纹的条件是应变量达到了材料的延伸率指标，即：的条件是应变量达到了材料的延伸率指标，即： 所以下陷成形时，极限相对高度为：所以下陷成形时，极限相对高度为：2max()1 1jjHL max()(2)jjHL 实际上，影响下陷成形顺利进行的极限

10、条件不仅是外肩处的破实际上，影响下陷成形顺利进行的极限条件不仅是外肩处的破裂，同时还存在外肩处因失稳而发生起皱的情况。其原因在于腹板面裂，同时还存在外肩处因失稳而发生起皱的情况。其原因在于腹板面内的摩擦力或剪切应力诱导出的压应力致使材料失稳而产生的。尤其内的摩擦力或剪切应力诱导出的压应力致使材料失稳而产生的。尤其当材料壁厚较薄或腹板面积较大，剪切变形受阻，就更为突出。故通当材料壁厚较薄或腹板面积较大，剪切变形受阻，就更为突出。故通过实验可给出弹、塑性失稳的经验判断式。过实验可给出弹、塑性失稳的经验判断式。 发生弹性失稳时的条件：发生弹性失稳时的条件： 发生塑性失稳时的条件：发生塑性失稳时的条件

11、： 其中：其中：B B、f -f -是由工具约束和材料情况而定的系数；是由工具约束和材料情况而定的系数； E -E -为材料的弹性模量；为材料的弹性模量； cy cy -是弯曲失稳的屈服应力。是弯曲失稳的屈服应力。2(/ )HBELH tcyHfEt二、压印二、压印 压印是一种在坯料或制件表面上压出图案或文字的成形压印是一种在坯料或制件表面上压出图案或文字的成形方法。此法广泛用于硬币、纪念币、标牌、餐具及钟表等艺方法。此法广泛用于硬币、纪念币、标牌、餐具及钟表等艺术性很强的制品上。术性很强的制品上。 压印成形是属于体积成形的范畴，成形过程主要是靠毛压印成形是属于体积成形的范畴，成形过程主要是靠

12、毛料体积的转移，增大制件的表面积，即面积的增加是由毛料料体积的转移，增大制件的表面积，即面积的增加是由毛料变薄实现的。变薄实现的。 对压印成形来讲，其材料体积的转移量比之挤压成形等对压印成形来讲，其材料体积的转移量比之挤压成形等要小得多，其表现是坯料的局部表层发生了较明显的塑性流要小得多，其表现是坯料的局部表层发生了较明显的塑性流动。动。 一般来讲，压印是在封闭的模具内进行的，以免金属被挤一般来讲，压印是在封闭的模具内进行的，以免金属被挤到模具的型腔外，形成带飞边的制件。到模具的型腔外，形成带飞边的制件。 压印成形变形程度是以控制压印尺寸（模具型腔尺寸）和压印成形变形程度是以控制压印尺寸（模具

13、型腔尺寸）和工艺性来实现的。从工艺角度讲，变形部位应避免尖角，凸起工艺性来实现的。从工艺角度讲，变形部位应避免尖角，凸起部分不能过高过窄。部分不能过高过窄。 在压印成形中，虽然金属的流动量不大，但是为了得到清在压印成形中，虽然金属的流动量不大，但是为了得到清晰的花纹，使金属材料的流动充分饱满，所需的成形单位力很晰的花纹，使金属材料的流动充分饱满，所需的成形单位力很大，由经验公式计算。大，由经验公式计算。三、校平与整形三、校平与整形 是指使经过各种基本成形工序后的零件是指使经过各种基本成形工序后的零件局部或整体局部或整体再再产生不大的塑性产生不大的塑性变形变形，以消除平面度误差和提高制件形状及尺

14、寸精度的冲压成形方法，以消除平面度误差和提高制件形状及尺寸精度的冲压成形方法叫校平与整形。冲压件的形状和尺寸精度常常靠最后的校平与整形工序来叫校平与整形。冲压件的形状和尺寸精度常常靠最后的校平与整形工序来保证。因此，校平与整形工序在冲压生产中有重要作用，应用广泛。保证。因此，校平与整形工序在冲压生产中有重要作用，应用广泛。 1 1、校平：校平工序多用于冲裁件，以消除拱弯造成的不平度校平：校平工序多用于冲裁件，以消除拱弯造成的不平度。 对薄料，表面不允许有压痕的制件，一般用钢面校平模。对薄料，表面不允许有压痕的制件，一般用钢面校平模。 对较厚制件，通常采用齿形校平模。对较厚制件，通常采用齿形校平

15、模。校平的特点：校平的特点： 校平指把不平整的制件在校平模内压平的校形工序。主要用于消除校平指把不平整的制件在校平模内压平的校形工序。主要用于消除或减少冲裁件（特别是自由漏料）平面的平直度误差。或减少冲裁件（特别是自由漏料）平面的平直度误差。校平方法与校平模：校平方法与校平模： 1 1）光面校平模）光面校平模 由上下两块光面模板组成。由于单位校形力小，校形效果较差，用由上下两块光面模板组成。由于单位校形力小，校形效果较差，用于平直度要求不高或用软金属（铝、软钢、软黄铜）制成的小型零件的于平直度要求不高或用软金属（铝、软钢、软黄铜）制成的小型零件的校形。校形。 2 2）齿面校平模）齿面校平模 用

16、于零件平直度要求较高的情况。由于齿尖突出部分压入毛坯表层用于零件平直度要求较高的情况。由于齿尖突出部分压入毛坯表层一定深度，构成较强的三向压应力状态，因而校形效果较好。一定深度，构成较强的三向压应力状态，因而校形效果较好。 齿形模有细齿和粗齿两种，如图齿形模有细齿和粗齿两种，如图5-255-25所示。用齿形模校平会在校平面所示。用齿形模校平会在校平面上留下塑性变形的小网点，细齿模齿痕更明显，因此对厚度较小的软金属上留下塑性变形的小网点，细齿模齿痕更明显，因此对厚度较小的软金属零件只宜采用粗齿模校平。零件只宜采用粗齿模校平。加热校平加热校平 指把零件迭起来，用夹具压紧成平直状态，放入加热炉内加热

17、，指把零件迭起来，用夹具压紧成平直状态，放入加热炉内加热，因温度升高而使屈服强度降低，回弹减小，从而校平零件的整形方法。因温度升高而使屈服强度降低，回弹减小，从而校平零件的整形方法。加热校平用于平直度要求高又不允许有压痕的情况；当零件尺寸较大加热校平用于平直度要求高又不允许有压痕的情况；当零件尺寸较大时，也可采用加热校平。时，也可采用加热校平。校平力：校平力： 校平工作行程不大，但校形力很大。校平工作行程不大，但校形力很大。 校形力校形力F F用下式估算：用下式估算： F=PA(N)F=PA(N) 式中式中 F F单位校平压力（单位校平压力（MpaMpa） A A校平面积（校平面积（mmmm2

18、 2） 对于软钢和黄铜，对于软钢和黄铜，p p的取值范围：的取值范围： 在平直模上校平：在平直模上校平：p=p=（80-10080-100）MpaMpa 在细齿模上校平：在细齿模上校平：p=p=（100-200100-200）MpaMpa 在粗齿模上校平：在粗齿模上校平：p=p=（200-300200-300）MpaMpa 整形：整形： 整形一般用于弯曲、拉深等成形工序之后。整形模具与一整形一般用于弯曲、拉深等成形工序之后。整形模具与一般成形模具相似，只是工作部分的定形尺寸精度高，粗糙度值般成形模具相似，只是工作部分的定形尺寸精度高，粗糙度值要求更低，圆角半径与间隙值都较小。要求更低，圆角半径

19、与间隙值都较小。 整形时，必须根据制件形状的特点和精度要求，而正确地整形时，必须根据制件形状的特点和精度要求，而正确地选定产生塑性变形的部位、变形的大小和恰当的应力状态。选定产生塑性变形的部位、变形的大小和恰当的应力状态。 整形时要在压力机下死点对材料进行镦压一下，应选用精压机或整形时要在压力机下死点对材料进行镦压一下，应选用精压机或有过载保护装置的刚度较好的机械压力机。有过载保护装置的刚度较好的机械压力机。 整形力按下式计算：整形力按下式计算： F=PA(N)F=PA(N) 式中式中 F F整形的单位压力整形的单位压力 （MpaMpa） A A整形的投影面积整形的投影面积 （mm2mm2）

20、对敞开式制件整形：对敞开式制件整形：p=50-100p=50-100（MpaMpa） 对底面、侧面减小圆角半径的整形：对底面、侧面减小圆角半径的整形： p=150-200 p=150-200（MpaMpa）。）。 弯曲件的整形弯曲件的整形 弯曲件的整形方法有压校和镦校两种。弯曲件的整形方法有压校和镦校两种。 压校：压校： 如图所示，整形效果一般。如图所示，整形效果一般。F弯曲件的压校弯曲件的压校 镦校：镦校： 如图所示，镦校前半成品的长度略大于零件长度，以保证校形时材如图所示，镦校前半成品的长度略大于零件长度，以保证校形时材料处于三向应力状态，镦校后在材料厚度方向上压应力分布较均匀、回料处于三

21、向应力状态，镦校后在材料厚度方向上压应力分布较均匀、回弹减小，从而能获得较高的尺寸精度。但带孔的零件和宽度不等的弯曲弹减小，从而能获得较高的尺寸精度。但带孔的零件和宽度不等的弯曲件不宜用镦校整形。件不宜用镦校整形。FFFa)b)c)a.Z形件 b.U形件 c.V形件弯曲件的镦校弯曲件的镦校拉深件的整形拉深件的整形 直壁拉深件筒壁整形时，常用变薄拉深的方法把模具间隙取小，一般直壁拉深件筒壁整形时，常用变薄拉深的方法把模具间隙取小，一般为（为（0.9-0.950.9-0.95）t t，而取较大的拉深系数，把最后一道的拉深与整形合为，而取较大的拉深系数，把最后一道的拉深与整形合为一道工序。一道工序。 对有凸缘的拉深件，小凸缘根部圆角半径的整形要求外部向圆角部分对有凸缘的拉深件，小凸缘根部圆角半径的整形要求外部向圆角部分补充材料。如图补充材料。如图b b所示（所示（hh：半成品高度：半成品高度 ：h:h:成品高度）从直壁部分成品高度）从直壁部分获得材料补充；如图获得材料补充；如图