钣金与成型第5章胀形与翻边

1、 第5章 胀形与翻边 航空航天工程学部 主讲：贺平重点内容：重点内容：胀形、翻边工序的变形特点、工艺计算。胀形、翻边工序的变形特点、工艺计算。难点内容：难点内容： 翻边工序的变形特点、工艺计算。翻边工序的变形特点、工艺计算。 利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大，以获得零件利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大，以获得零件几何形状的冲压加工方法叫胀形。几何形状的冲压加工方法叫胀形。 胀形方法：胀形方法： 刚模胀形刚模胀形 橡皮胀形橡皮胀形 液压胀形液压胀形 胀形包括：胀形包括： 起伏成形起伏成形 圆柱形空心毛坯胀形圆柱形空心毛坯胀形 平板张拉成形平板张拉成形 利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成竖边

2、的冲压加工方法叫翻边。 按工艺特点，翻边分为： 内孔（圆孔或非圆孔）翻边 外缘翻边（内曲翻边、外曲翻边） 变薄翻边 按变形性质，翻边分为： 伸长类翻边 压缩类翻边 变薄翻边（属体积成形） 伸长类翻边伸长类翻边的特点：的特点： 变形区材料切向受拉应力，切向产生伸长变形，导致厚度变形区材料切向受拉应力，切向产生伸长变形，导致厚度减薄，容易发生破裂，如圆孔翻边、外缘的内曲翻边等。减薄，容易发生破裂，如圆孔翻边、外缘的内曲翻边等。 压缩类翻边压缩类翻边的特点：的特点： 变形区材料切向受压缩应力，切向产生压缩变形，导致厚变形区材料切向受压缩应力，切向产生压缩变形，导致厚度增大，容易起皱，如外缘的外曲翻边

3、。度增大，容易起皱，如外缘的外曲翻边。 非圆孔翻边经常是由伸长类翻边、压缩类翻边和弯曲组合非圆孔翻边经常是由伸长类翻边、压缩类翻边和弯曲组合起来的复合成形。起来的复合成形。 5 5、1 1 胀形胀形 胀形：利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增胀形：利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增 大，以获取零件几何形状的冲压加方法。大，以获取零件几何形状的冲压加方法。 分为：平板毛坯的胀形分为：平板毛坯的胀形 空心毛坯的胀形空心毛坯的胀形1 1、胀形成形特点、胀形成形特点（图（图5-15-1） 应力状态为双向（径向、切向）均受拉应力作用，应力状态为双向（径向、切向）均受拉应力作用，略板厚方向的应力。应变状态为

4、双向受拉伸、一向受压，略板厚方向的应力。应变状态为双向受拉伸、一向受压，即径向、切向产生拉伸变形，板厚度减薄、表面积增大。即径向、切向产生拉伸变形，板厚度减薄、表面积增大。 胀形过程中不会产生失稳起皱现象。胀形过程中不会产生失稳起皱现象。 由于胀形成形是依靠局部材料的变薄成形，成形高度由于胀形成形是依靠局部材料的变薄成形，成形高度较小。较小。 教材教材P128P128图图5-25-2，5-35-3，5-45-4，5-55-5。p2 2、胀形成形极限、胀形成形极限 胀形成形极限以零件是否发生破裂来判断，由于胀形胀形成形极限以零件是否发生破裂来判断，由于胀形方法不同，成形极限的表示方法也不同。方法

5、不同，成形极限的表示方法也不同。 纯胀形时，常用胀形高度表示成形极限；采用其他胀纯胀形时，常用胀形高度表示成形极限；采用其他胀形方法时，成形极限可分别用许用断面变形程度形方法时，成形极限可分别用许用断面变形程度 （压（压筋）、许用凸包高度筋）、许用凸包高度 （压凸包）、极限胀形系数（压凸包）、极限胀形系数 （圆柱形空心毛坯胀形）和极限拉形系数（圆柱形空心毛坯胀形）和极限拉形系数 （张拉成（张拉成形）等表示成形极限。形）等表示成形极限。 hppkpklmax 虽然胀形成形极限表示方法不同，但由于胀形区应变虽然胀形成形极限表示方法不同，但由于胀形区应变性质相同，且破裂只与变形区应变情况有关，所以影

6、响因性质相同，且破裂只与变形区应变情况有关，所以影响因素基本相似。素基本相似。 影响胀形成形极限的材料因素主要是影响胀形成形极限的材料因素主要是延伸率延伸率和和应变硬化指应变硬化指数数。一般来讲，延伸率大，破裂前允许的变形程度大，成形极。一般来讲，延伸率大，破裂前允许的变形程度大，成形极限也大；应变硬化指数值大，应变硬化能力强，可促使应变分限也大；应变硬化指数值大，应变硬化能力强，可促使应变分布趋于均匀化，同时还能提高材料的局部应变能力，故成形极布趋于均匀化，同时还能提高材料的局部应变能力，故成形极限也大。限也大。 润滑条件和变形速度以及材料厚度对胀形成形极限也有润滑条件和变形速度以及材料厚度

7、对胀形成形极限也有影响。如用球头凸模胀形时，若毛坯和凸模之间施加良好影响。如用球头凸模胀形时，若毛坯和凸模之间施加良好的润滑，其应变分布要比干摩擦时均匀，能使胀形高度增的润滑，其应变分布要比干摩擦时均匀，能使胀形高度增大。变形速度的影响，主要是通过改变摩擦系数来体现大。变形速度的影响，主要是通过改变摩擦系数来体现的，对球头凸模来讲，速度大，摩擦系数减小，有利于应的，对球头凸模来讲，速度大，摩擦系数减小，有利于应变分布均匀化，胀形高度有所增大。必须指出，用平底凸变分布均匀化，胀形高度有所增大。必须指出，用平底凸模胀形时，应尽量增大凸模底部板料的变形，避免板料在模胀形时，应尽量增大凸模底部板料的变

8、形，避免板料在圆角处变形过于集中，否则，胀形高度就比较小。一般来圆角处变形过于集中，否则，胀形高度就比较小。一般来讲，材料厚度增大，胀形成形极限有所增大，但料厚与零讲，材料厚度增大，胀形成形极限有所增大，但料厚与零件尺寸比值较小时，其影响不太显著。件尺寸比值较小时，其影响不太显著。 3 3、胀形工艺方法、胀形工艺方法 （1 1）起伏成形）起伏成形 起伏成形主要用来增强零件的刚度和强度。起伏成形主要用来增强零件的刚度和强度。 起伏成形有压加强筋、压凸包、压字和压花等。起伏成形有压加强筋、压凸包、压字和压花等。 1 1）压加强筋）压加强筋 能够一次压出加强筋的条件：能够一次压出加强筋的条件： 2

9、2）压凸包）压凸包 许用凸包高度许用凸包高度 表示其极限变形程度。表示其极限变形程度。 75. 07 . 0%00LLLphp起伏成形起伏成形 a)a)加强筋；加强筋；b) b) 局部凹坑局部凹坑 max0max0=pdKddKd（2 2）空心毛坯的胀形）空心毛坯的胀形( (图图5-3)5-3) 变形程度用胀形系数表示变形程度用胀形系数表示: : 胀形极限用极限胀形系数表示胀形极限用极限胀形系数表示: : 极限胀形系数与毛坯切向的许用延极限胀形系数与毛坯切向的许用延伸率有关，即：伸率有关，即：max001ppddKd（3 3）张拉成形）张拉成形特点：曲面变形量很小，破裂不是生产中的主要问题，特

10、点：曲面变形量很小，破裂不是生产中的主要问题，零件脱模后的曲面回弹，造成零件出现较大的形零件脱模后的曲面回弹，造成零件出现较大的形状误差。状误差。措施：工艺上：）调整压边力；措施：工艺上：）调整压边力；）使用拉深筋；）使用拉深筋；）增大毛料尺寸等。）增大毛料尺寸等。选材上：选用屈强比较小的板料成形零件。选材上：选用屈强比较小的板料成形零件。张拉成形变形特点及应力应变状态图。张拉成形变形特点及应力应变状态图。 （教材（教材P135P135图、）图、）张拉成形的变形变形程度用拉形系数表示；张拉成形的变形变形程度用拉形系数表示； 张拉成形极限用极限拉形系数表示，即：张拉成形极限用极限拉形系数表示，即

11、： 其中：其中：maxmaxmax0minmin2max11.0110.8llnllllKlllKem in021 .0 10 .8nllllle 5 5、2 2 翻边翻边翻边：利用模具将工件的孔边缘翻成竖直翻边：利用模具将工件的孔边缘翻成竖直的边。的边。（图（图7-17-1）一、圆孔翻边一、圆孔翻边1 1、圆孔翻边的变形特点、圆孔翻边的变形特点（图（图7-2 7-2 ） 变形区应力状态为双向（径向、切向）变形区应力状态为双向（径向、切向） 受拉的平面应力状态。受拉的平面应力状态。变形区的双向应力分布为：变形区的双向应力分布为： 圆孔翻边的特点是：圆孔翻边的特点是： 变形区材料在单向或双向拉应

12、力作用下，切向伸长变变形区材料在单向或双向拉应力作用下，切向伸长变形大于径向压缩变形，导致材料厚度减薄，属于伸长翻边。形大于径向压缩变形，导致材料厚度减薄，属于伸长翻边。 通常圆孔翻边时，孔缘在单向拉应力作用下，切向伸长通常圆孔翻边时，孔缘在单向拉应力作用下，切向伸长变形引起的厚度减薄最大，最容易破裂。由于擦料性质不均变形引起的厚度减薄最大，最容易破裂。由于擦料性质不均匀，孔缘各处允许的切向延伸率不同，一旦孔缘某处的伸长匀，孔缘各处允许的切向延伸率不同，一旦孔缘某处的伸长变形超过了该处的延伸率，该处就会因厚度减薄过大而破裂。变形超过了该处的延伸率，该处就会因厚度减薄过大而破裂。将因材料局部延伸

13、率不足引起的破裂叫做将因材料局部延伸率不足引起的破裂叫做破裂。破裂。1.1551.155(1)ssr在孔缘处，r= ，故： 2、圆孔翻边的变形程度 用翻边系数表示： K值越小，竖边孔缘厚度减薄愈大，容易发生破裂，故圆孔翻边成形极限受K值限制。0mdDK 3 3、影响圆孔翻边成形极限的因素有：、影响圆孔翻边成形极限的因素有：）材料延伸率和应变硬化指数越大，成形极限越大；）材料延伸率和应变硬化指数越大，成形极限越大；）孔缘无毛刺和硬化时，成形极限较大；）孔缘无毛刺和硬化时，成形极限较大；）用球形、锥形和抛物形凸模翻边时，孔缘会圆）用球形、锥形和抛物形凸模翻边时，孔缘会圆滑地胀开，变形条件比平底凸模

14、优越，故成形滑地胀开，变形条件比平底凸模优越，故成形极限较大；极限较大；）板料相对厚度越大，成形极限愈大。）板料相对厚度越大，成形极限愈大。 4 4、翻边力的计算、翻边力的计算采用平底凸模翻边：采用平底凸模翻边： （N N） 采用球头凸模翻边：采用球头凸模翻边： （N N）stdDF)(1 . 10bDtKF02 . 1 5 5、翻边模设计、翻边模设计、结构类型（、结构类型（图图7-87-8、图图7-97-9） 、翻边凸模和凹模设计（、翻边凸模和凹模设计（图图7-10 7-10 ）二、变薄翻边二、变薄翻边 若零件的翻边高度较大难于一次成形时，可在不影响使若零件的翻边高度较大难于一次成形时，可在

15、不影响使用要求的条件下采用变薄翻边，以提高生产效率并节约材料。用要求的条件下采用变薄翻边，以提高生产效率并节约材料。 变薄翻边属于体积成形。变薄翻边时，凸模和凹模之间变薄翻边属于体积成形。变薄翻边时，凸模和凹模之间采用小间隙，凸模下方的材料变形与圆孔翻边相似，但它们成采用小间隙，凸模下方的材料变形与圆孔翻边相似，但它们成形为竖边后，将会在凸模和凹模之间的小间隙内受到挤压，进形为竖边后，将会在凸模和凹模之间的小间隙内受到挤压，进一步发生较大的塑性变形，使厚度显著减薄，从而提高翻边高一步发生较大的塑性变形，使厚度显著减薄，从而提高翻边高度。由于变薄翻边属于体积成形，所以变薄翻边的变形程度只度。由于

16、变薄翻边属于体积成形，所以变薄翻边的变形程度只取决于竖边的变薄系数：取决于竖边的变薄系数：10tkt三、外缘翻边三、外缘翻边1 1、内曲翻边、内曲翻边 用模具把坯料上内凹的外边缘翻成竖边的冲压用模具把坯料上内凹的外边缘翻成竖边的冲压加工方法叫做内曲翻边，也叫内凹外缘翻边。加工方法叫做内曲翻边，也叫内凹外缘翻边。 内曲翻边的应力和应变情况与圆孔翻边相似，内曲翻边的应力和应变情况与圆孔翻边相似，所以也属于伸长类翻边。所以也属于伸长类翻边。 内曲翻边的变形程度表示为：内曲翻边的变形程度表示为： sbERb2 2、外曲翻边、外曲翻边 用模具把坯料上外凸的外边缘翻成竖边的冲压用模具把坯料上外凸的外边缘翻

17、成竖边的冲压加工方法叫做外曲翻边，也叫外凸外缘翻边。加工方法叫做外曲翻边，也叫外凸外缘翻边。 外曲翻边的应力和应变情况与浅拉深相似，竖边外曲翻边的应力和应变情况与浅拉深相似，竖边根部附近的根部附近的 圆角部位产生弯曲变形，而竖边的其他部圆角部位产生弯曲变形，而竖边的其他部位均受切向压应力作用，产生较大的压缩变形，导致位均受切向压应力作用，产生较大的压缩变形，导致材料厚度有所增大，故称为压缩类翻边。材料厚度有所增大，故称为压缩类翻边。所以也属于伸长类翻边。所以也属于伸长类翻边。 外曲翻边的变形程度表示为：外曲翻边的变形程度表示为：cbERb四、非圆孔翻边四、非圆孔翻边非圆孔翻边时，视孔缘上曲线性质不同，各部分变形非圆孔翻边时，视孔缘上曲线性质不同，各部分变形性质也不同；通常属于复合翻边成形。性质也不同；通常属于复合翻边成形。（教材（教材P148P148图）图）由于应变分散效应的影响