第五章成形工艺与成形模的设计ppt课件

1、成形工艺与模具设计概述概述5.1 胀形胀形5.2 翻边翻边5.3 缩口缩口5.4 旋压旋压5.5 校平与整形校平与整形概述概述成形：用不同性质的局部变形来改变毛坯或半成形：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。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；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。生压缩变形，易起皱而破坏。5.1 5.1 胀形胀形学习目标：学习目标： 能够掌握胀形的概

2、念、成形特点能够掌握胀形的概念、成形特点及分类，掌及分类，掌握胀形模的结构及工作原理。握胀形模的结构及工作原理。教学要求：教学要求： 掌握常见胀形模的工作过程，能掌握常见胀形模的工作过程，能够根据模具够根据模具设计手册，进行胀形模的设计。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，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。材料变薄，表面积增大的冲压方法。5.1.1 5.1.1 胀形成形的特点和分类胀形成形的特点和分类 外部材料不进入变形区，外部材料不进入变形区，变形区材料受双向拉应力，产变形区材料受双向拉应力，产生拉伸变形，材料变薄。生拉伸变形，材料变

3、薄。 当坯料外径与成形直径的比值当坯料外径与成形直径的比值/ /时，时，其成形完全依赖于直径为的圆周以内金属厚度其成形完全依赖于直径为的圆周以内金属厚度的变薄实现表面积的增大而成形。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。胀形主要有起伏成形和空心毛坯胀形两类。5.1.2 5.1.2 起伏成形起伏成形 通过材料局部拉深变形，形成凹进或凸起，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。度或压制凸包、凹坑、花纹图案及标记等。 a加强肋 b凸包 一、加强肋一、加强肋

4、1.1.变形部位受双向拉应变形部位受双向拉应力，其极限变形程度力，其极限变形程度 式中式中 一起伏成形的极限变形程度一起伏成形的极限变形程度 一材料单向拉伸的延伸率一材料单向拉伸的延伸率 一胀形变形区变形前后截面的长度一胀形变形区变形前后截面的长度 一形状系数，加强肋在一形状系数，加强肋在0.70.70.750.75（半圆肋取最大值，梯形肋取最小）（半圆肋取最大值，梯形肋取最小） 若加强肋不能一次成形，则应先压制半球形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。过渡形状，再压出工件所需形状。1100%llkl极极1ll，k起伏成形前后材料的长度 如加强肋与边缘的距离小于

5、如加强肋与边缘的距离小于35t） 时，在时，在成形中由于边缘的收缩，需考虑增加切边余量。成形中由于边缘的收缩，需考虑增加切边余量。2.2.压筋力压筋力 对在曲柄压力机上用薄料对在曲柄压力机上用薄料t1.5mmt1.5mm对小对小工件面积工件面积 2000mm2 2000mm2压肋或压肋兼有校形工压肋或压肋兼有校形工序时的变形力按式计算。序时的变形力按式计算。K-K-系数，取系数，取0.70.71 1；L-L-加强肋长度加强肋长度mmmm）；）；t-t-材料料厚材料料厚mmmm）；）； 材料的抗拉强度材料的抗拉强度MpaMpa）；）；A-A-局部成形面积；局部成形面积； bKLtF2KAtF b

6、二、压凸包二、压凸包DD拉深件凸缘直径；拉深件凸缘直径；dpdp拉深件筒身外径；拉深件筒身外径；当局部鼓凸的变形量较大时，应先成形加强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。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，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，再冲压凸包到则需先预成形球形到一定深度后，再冲压凸包到设计深度。设计深度。4pDd5.1.3 5.1.3 圆柱形空心毛坯胀形圆柱形空心毛坯胀形 将空心件或管状坯料径向向外扩张，胀出所将空心件或管状坯料径向向外扩张，胀出所需凸起曲面的冲压方法。如壶嘴、皮

7、带轮、波纹管等。需凸起曲面的冲压方法。如壶嘴、皮带轮、波纹管等。 根据模具的不同，可分为钢性胀形、橡胶模根据模具的不同，可分为钢性胀形、橡胶模胀形和液压胀形。胀形和液压胀形。1凸模 2凹模 3毛坯 4软体介质 5外套1上模2轴头3下模4管坯加轴向压缩的液体胀形 1.1.胀形变形程度胀形变形程度 胀形系数胀形系数K-K-材料的胀形系数；材料的胀形系数；dmaxdmax胀形后所能达到的最大直径；胀形后所能达到的最大直径；DD胀形前毛坯的直径；胀形前毛坯的直径；2.2.胀形毛坯的计算胀形毛坯的计算bb修边余量，一般取修边余量，一般取10102020； 制件切向最大伸长率；制件切向最大伸长率；l l

8、制件母线长度。制件母线长度。和坯料伸长率1maxKDDd的关系为blL)4 . 03 . 0(1 DdKmax3.3.胀形力胀形力 软模胀形圆柱空心件的单位压力软模胀形圆柱空心件的单位压力p p 两端不固定两端不固定两端固定两端固定钢模胀形所需压力的计算公式，可根据力的钢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：平衡方程式推导得到，其表达式为：00000.15 0.208101215 .FtHt 式中：所需胀形力材料厚度胀形后高度材料厚度摩擦系数，一般芯轴锥角，一般，2tan212tanbFHtmax2btpdmax22bttpdR5.1.4 5.1.4 胀形模结构胀

9、形模结构1凹模分瓣凸模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-凸模课后思考课后思考1、胀形的变形特点怎样？为什么采用胀形、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？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？、什么叫胀形？胀形方法一般有哪几种？各有什么特点？各有什么特点？ 3、胀形模的主要结构特点是什么？、胀形模的主要结构特点是什么？ 5.25.2翻边翻边学习目标：学习目标： 能够掌握翻边的概念、成形特点能够掌握翻边的概念、成形特点及分类，掌及分类，掌握翻边模的结构及工作原理。

10、握翻边模的结构及工作原理。教学要求：教学要求： 掌握常见翻边模的工作过程，能掌握常见翻边模的工作过程，能够根据模具够根据模具设计手册，进行翻边模的设计。设计手册，进行翻边模的设计。翻边：翻边： 利用模具，将工件的孔边缘或外缘边缘翻成利用模具，将工件的孔边缘或外缘边缘翻成竖立直边的成形方法。竖立直边的成形方法。5.2.1 5.2.1 内孔翻边内孔翻边1.1.变形特点及变形系数变形特点及变形系数 坯料受切向和径向拉伸，接近预孔边缘变形坯料受切向和径向拉伸，接近预孔边缘变形大，易拉裂。大，易拉裂。翻边系数翻边系数0dKD翻边后竖边边缘的厚度，可按下式估算： KtDdtt2.工艺计算与翻边力（1平板毛

11、坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度内孔的翻边极限高度：2(0.430.72 )dDHrttrKDH72. 043. 0)1 (2minmaxtrdDH72. 043. 02（2 2在拉深件的底部冲孔翻边在拉深件的底部冲孔翻边允许的翻边高度：允许的翻边高度：拉深高度：拉深高度：预孔直径：预孔直径：或或式中式中DD翻边直径；翻边直径；rr翻边件半径；翻边件半径； tt材料厚度。材料厚度。0(1)0.57()22DthKrhHhr0dK D1.14()22tdDrh（3 3非圆孔翻边非圆孔翻边变形特点：变形特点： I I部分视为圆孔翻边；部分视为圆孔翻边； II II视为弯曲视为弯曲变形；变形；IIII

12、II部分视为拉深。部分视为拉深。 最小圆角部分进行允许最小圆角部分进行允许变形程度的校核。变形程度的校核。 翻边系数：翻边系数：预制孔：分别按弯曲，翻边，拉深展开；圆弧处预制孔：分别按弯曲，翻边，拉深展开；圆弧处宽度比直线部分宽宽度比直线部分宽5 510%10%，再光滑连结。，再光滑连结。f0K =(0.850.9)K（4 4翻边力的计算翻边力的计算翻边力一般不大，非圆孔翻边力比圆孔翻翻边力一般不大，非圆孔翻边力比圆孔翻边力小边力小圆柱形凸模：圆柱形凸模：圆锥形球形凸模：圆锥形球形凸模：(m=0.05(m=0.050.25)0.25)0sF=1.1 (D-d )tsF=1.2 tDm（5翻边模

13、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/2（0.750.85 圆孔翻边凸模的形状和主要尺寸5.2.2 5.2.2 外缘翻边外缘翻边沿毛坯的曲边，使材料的拉伸或压缩，形成沿毛坯的曲边，使材料的拉伸或压缩，形成高度不大的竖边。高度不大的竖边。1.1.分类分类（1 1外凸外缘翻边：属压缩类翻边，近似于局外凸外缘翻边：属压缩类翻边，近似于局部浅拉深，易起皱。部浅拉深，易起皱。（2 2内凹外缘翻边：属伸长类翻边，近似于局内凹外缘翻边：属伸长类翻边，近似于局部孔翻边，易开裂。部孔翻边，易开裂。2.2.变形程度变形程度内凹

14、内凹( ( 伸长类外缘翻边的变形程度用翻边系数伸长类外缘翻边的变形程度用翻边系数EsEs表示：表示：外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数EcEc表示：表示：3.3.外缘翻边力外缘翻边力k=0.2k=0.20.30.3SbERbbEcRbbF1.25Ltk 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：采用较强的压料装置 凸模的曲面形状应修正冲压方向的选取1凹模2顶料板3凸模也要采用防皱的压料装置 凹模的曲面形状应修正冲压方向的选取原则与伸长类曲面翻边时相同 也需修正坯料的展开形状压缩类平面翻边：压缩类曲面翻边：1凹模2压料板3凸模

15、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。 变薄系数变薄翻边1iibttK 竖边的高度应按体积不变定律进行计算。 零件凸模5.2.3 5.2.3 翻边模结构翻边模结构1.1.构造构造 与拉深模相似，但凸模圆角半径较大，与拉深模相似，但凸模圆角半径较大，常做常做成球形或抛物面形。（以避免成为拉深成球形或抛物面形。（以避免成为拉深凹模圆凹模圆角半径影响不大，一般取工件圆角半径角半径影响不大，一般取工件圆角半径但应大但应大于翻边圆角半径）。于翻边圆角半径）。2.2.凸、凹模间隙凸、凹模间隙ZtZt：翻边力较小，精度不高；翻边力较小，精度不高；Z Zt t：翻边竖壁垂直要求较高。翻边

16、竖壁垂直要求较高。 内孔翻边模内孔翻边模 内、外内、外缘翻边模缘翻边模 3.3.凸模结构类型凸模结构类型 带导正销的圆柱形凸模、圆锥形球形、抛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。物线形凸模、带整形台阶凸模等。有预制孔的小孔翻边有预制孔的小孔翻边小孔用穿孔翻边凸模小孔用穿孔翻边凸模冲孔翻边复合模冲孔翻边复合模课后思考课后思考1、什么是内孔翻边？什么是外缘翻边？其、什么是内孔翻边？什么是外缘翻边？其变形特点是什么？变形特点是什么？2、什么叫极限翻边系数，影响极限翻边系、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？数的主要因素有哪些？3、翻边常见的废品是什么？

17、如何防止？、翻边常见的废品是什么？如何防止？5.3 5.3 缩口缩口学习目标：学习目标： 能够掌握缩口的概念、成形特点能够掌握缩口的概念、成形特点及分类，掌及分类，掌握缩口模的结构及工作原理。握缩口模的结构及工作原理。教学要求：教学要求： 掌握常见缩口模的工作过程，能掌握常见缩口模的工作过程，能够根据模具够根据模具设计手册，进行缩口模的设计。设计手册，进行缩口模的设计。缩口：缩口： 将预先拉深好的圆筒或管状坯料，通过缩口将预先拉深好的圆筒或管状坯料，通过缩口模将其口部缩小的一种成形工艺。模将其口部缩小的一种成形工艺。 5.3.1 5.3.1 缩口成形的特点与变形程度缩口成形的特点与变形程度1.

18、1.成形特点成形特点缩口属于压缩类成形工序，缩口端材料在凹缩口属于压缩类成形工序，缩口端材料在凹模的压力下向凹模滑动，直径缩小，壁厚和高度模的压力下向凹模滑动，直径缩小，壁厚和高度增加。增加。 在缩口时，缩口端承受切向压力，筒壁坯料在缩口时，缩口端承受切向压力，筒壁坯料承受全部缩口压力而易于失稳起皱，所以防止失承受全部缩口压力而易于失稳起皱，所以防止失稳是缩口工艺的主要问题。稳是缩口工艺的主要问题。二、缩口变形程度二、缩口变形程度 总缩口系数：总缩口系数： d- d-缩口后直径；缩口后直径； ms- ms-总缩口系数；总缩口系数； D- D-缩口前直径。缩口前直径。多次缩口：若工件的缩口系数小

19、于允许的多次缩口：若工件的缩口系数小于允许的缩口系数时，则需进行多次缩口，缩口次数缩口系数时，则需进行多次缩口，缩口次数按下式估算：按下式估算： 首次缩口系数：首次缩口系数：以后各次缩口系数：以后各次缩口系数：lglglglglgsmdDnmm均均10.9mm均(1.05 1.10)nmm均sdmD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表示多次缩口时，最好每道缩口工序之后进行中间退火三、缩口工艺计算三、缩口工艺计算缩口形式缩口形式a)a)斜口形式斜口形式b)b)直口形式直口形式c)c)球面形式球面形式缩口毛坯高度缩口毛坯高度 斜口形式：斜口形式：直口形式：直口形式：球面形式：球面

20、形式： 22111.05(1/)8sinDdHhD dD221211.05/(1/)8sinDdHhhD dD dD2211(1/)4HhD dDd缩口力计算缩口力计算( (与缩口形状有关）与缩口形状有关）在无内支承缩口模图上进行缩口时，在无内支承缩口模图上进行缩口时，其缩口力其缩口力可用下式计算：可用下式计算：式中：式中：FF缩口力缩口力N)N)； K K速度系数，用曲柄压力机时速度系数，用曲柄压力机时k=1.15k=1.15； 材料的抗拉强度材料的抗拉强度MPa)MPa)； 工件与凹模接触的摩擦系数。工件与凹模接触的摩擦系数。 01(1.1(1)(1cot)cosbdFkDtDb常见缩口模

21、结构常见缩口模结构 a-无支承 b-外支承 c-内外支承 无支承模具结构简单，有支承的模具增加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。芯棒时，可提高缩口部分内径尺寸精度。实例：气瓶缩口模实例：气瓶缩口模刚制气瓶缩口模，成形材料为刚制气瓶缩口模，成形材料为1mm的的08钢钢带有夹紧装置的缩口模缩口与扩口复合模课后思考课后思考1、什么叫缩口？缩口方法一般有哪几种？、什么叫缩口？缩口方法一般有哪几种？各有什么特点？各有什么特点？2、缩口的变形特点怎样？、缩口的变形特点怎样？3、胀形、翻孔边

22、及缩口变形的共同特、胀形、翻孔边及缩口变形的共同特点是什么？点是什么？ 5.4 5.4 旋压旋压旋压：旋压： 将平板或空心坯料固定将平板或空心坯料固定在旋压机的模具上，在坯料在旋压机的模具上，在坯料随机床主轴转动的同时，用随机床主轴转动的同时，用旋轮或赶棒加压于坯料，使旋轮或赶棒加压于坯料，使之产生局部的塑性变形。之产生局部的塑性变形。 优点：优点： 设备和模具都较简单，除设备和模具都较简单，除可成形各种曲线构成的旋转体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外，还可加工相当复杂形状的旋转体零件。旋转体零件。缺点：缺点：1顶块2赶棒3模具4卡盘（系坯料的连续位置）91生产率较低，劳

23、动强度较大，比较适用于试制和小批量生产。1.普通旋压变形特点点接触点接触两种变形：两种变形：赶棒直接接触的材料产生赶棒直接接触的材料产生局部凹陷的塑性变形；局部凹陷的塑性变形；坯料沿着赶棒加压的方向坯料沿着赶棒加压的方向大片倒伏。大片倒伏。 一、普通旋压工艺旋压的基本要点：旋压的基本要点：（1 1合理的转速合理的转速（2 2合理的过渡形状合理的过渡形状（3 3合理加力合理加力 2.旋压成形极限变形程度以旋压系数表示： 坯料直径可按等面积法求出，但旋压时材料的变薄较大些，因此应将理论计算值减小57。 圆筒形件的极限旋压系数可取为：圆锥形件的极限旋压系数可取为： 当工件需要的变形程度较大即较小时，

24、便需多次旋压。多次旋压时必须进行中间退火。 Ddm 8 . 06 . 0minm3 . 02 . 0minm1.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。二、变薄旋压工艺锥形件变薄旋压1模具2工件3坯料4顶块5-旋轮（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0.4。 2.变薄旋压成形极限变形程度当时，所以极限变薄率和极限半锥角的关系为：sin1111tttttmin11tt maxminminmaxminm

25、in1maxsin1ttt也可以表示变薄旋压的变形程度。5.5 5.5 校平与整形校平与整形学习目标：学习目标： 能够掌握校平和整形的概念、成能够掌握校平和整形的概念、成形特点及分形特点及分类，掌握校平模和整形模的结构及工作原类，掌握校平模和整形模的结构及工作原理。理。教学要求：教学要求： 掌握校平模和整形模的工作过程，掌握校平模和整形模的工作过程，能够根据能够根据模具设计手册，进行校平模和整形模的设模具设计手册，进行校平模和整形模的设计。计。校平与整形：校平与整形：利用模具使坯料局部或整体产生不大的塑性利用模具使坯料局部或整体产生不大的塑性变形，以消除平面度误差，提高制件形状及尺寸变形，以消

26、除平面度误差，提高制件形状及尺寸精度的冲压成形方法。精度的冲压成形方法。校平和整形工序的工艺特点：校平和整形工序的工艺特点： 1 1允许的变形量很小，坯料的形状与尺寸与制允许的变形量很小，坯料的形状与尺寸与制件非常接近；件非常接近； 2 2对模具的成形部分的精度要求比较高；对模具的成形部分的精度要求比较高； 3 3通常在专用的精压机进行校平和整形，若用通常在专用的精压机进行校平和整形，若用 机械压力机，机床应有较好的刚度，并需要机械压力机，机床应有较好的刚度，并需要 装有过载保护装置。装有过载保护装置。 5.4.15.4.1校平校平平面校平模：用于薄料，表面不允许有压痕的工平面校平模：用于薄料

27、，表面不允许有压痕的工件有回弹）。主要用于平直度要求不高，由软件有回弹）。主要用于平直度要求不高，由软金属如铝、软钢、铜等制成的小型零件。金属如铝、软钢、铜等制成的小型零件。光面校平模光面校平模-上模浮动式上模浮动式 -下模浮动式下模浮动式齿面校平模：用于厚料，平直度要求高的，且表齿面校平模：用于厚料，平直度要求高的，且表面上容许有细痕的工件工件校平效果好）。面上容许有细痕的工件工件校平效果好）。齿形校平模齿形校平模尖齿齿形平齿齿形尖齿齿形平齿齿形加热校平法校平力可按下式计算：ApF 5.4.25.4.2整形整形 弯曲回弹会使工件的弯曲角度改变；由于凹弯曲回弹会使工件的弯曲角度改变；由于凹模圆角半径的限制，拉深或翻边的工件也不能达模圆角半径的限制，拉深或翻边的工件也不能达到较小的圆角半径。利用模具使弯曲或拉深后的到较小的圆角半径。利用模具使弯曲或拉深后的冲压件局部或整体产生少量塑性变形以