局部成形工艺及模具设计

1、冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件 本章学习要求本章学习要求.胀形胀形.翻边翻边.缩口缩口冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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：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；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。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第5章章 其他成形工艺及模具设计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胀形胀形 常用

2、的胀形方法有刚模胀形和以液体、气体、橡胶等为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。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胀形的变形特点与胀形极限变形程度1.胀形的变形特点胀形的变形特点(如图如图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。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性 。冲压工艺及模具设计第第5

3、章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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平板毛坯的起伏成形（图图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：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. 07 . 0;,;%10010001kKllklll冲压

4、工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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欲提高胀形的极限变形程度,可采用可采用(如图如图5.1.4)所示两次胀所示两次胀形法。形法。1.压加强筋压加强筋 (1)用刚性凸模压制加强筋的变形力按式用刚性凸模压制加强筋的变形力按式 计算计算 : (2)对在曲柄压力机上用薄料（对在曲柄压力机上用薄料（ t1.5mm）对小工件（面积）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）压筋或压筋兼有校形工序时的变

5、形力按式计算计算; (3)软模胀形的单位压力可按式软模胀形的单位压力可按式 近似计算（不考近似计算（不考虑材料厚度变薄）。虑材料厚度变薄）。2.压凹坑压凹坑 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胀形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大 。KLtF 2KAtF bRtkp 2mm冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学

6、课件 5.1.3空心毛坯的胀形空心毛坯的胀形 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（容器、波纹管、自行车三通接头（如图如图5.1.5）等产品或）等产品或零件。零件。 刚模胀形刚模胀形(如图如图5.1.6)。 软模胀形软模胀形(如图如图5.1.7)。 圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态(如图如图5.1.8)。冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设

7、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第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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.胀形系数胀形系数 空心毛坯胀形的变形程度用下式表示：空心毛坯胀形的变形程度用下式表示：11maxmax00max00maxKKdddd

8、dkddK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第5章章 其他成形工艺及模具设计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. 胀形力胀形力 刚模胀形所需压力的计算公式刚模胀形所需压力的计算公式,可根据力的平衡方程式可根据力的平衡方程式推导得到推导得到,其表达式为其表达式为:。，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：00002b151210820.015.0tan21tan2HtFHtF冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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

9、坯尺寸的计算胀形毛坯尺寸的计算 毛坯长度可按下式近似计算毛坯长度可按下式近似计算: mm2056 . 1 . 5)mm4 . 03 . 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：hLhLL冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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 胀形模设计举例胀形模设计举例(图图5.1.9)1.工艺分析工艺分析该工件侧壁属空心毛坯胀形，底部属起伏成形，具有代该工件侧壁属空心毛坯胀形，底部属起伏成形，具有代表性。表性。 2.工艺计算工艺计算 (1)底部压凹坑的计算底部压凹坑的计算 查教材表查教材表5.1.2得极限胀

10、形深度得极限胀形深度h=0.15,d=2.25mm,此值大于此值大于工件工件底部凹坑的实际高度，可以一次成形。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：压凹所需成形力计算： N69.1104405154250222KAtF压凹冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工

11、艺及模具设计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：侧壁胀形计算：侧壁成形力近似按两端不固定形式计算：侧壁成形力近似按两端不固定形式计算： (3)总成形力的计算总成形力的计算 3.模具结构设计模具结构设计2 . 1398 .460maxddKmm66.46mm32 . 035. 01 8 .40)4 . 03 . 0(1 , 2 . 039398 .46N89.54105N4308 .465 . 02408 .462000max0maxmaxhLLdddLdtLdApFb可以计算：由式计算：胀形前毛坯的原始长度侧胀KN15.6558.65150N89.541056

12、9.11044NFFF）（侧胀压凹冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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翻边翻边（如图如图5.2.1）按变形的性质，翻边分为伸长类翻边和压缩类翻边。按变形的性质，翻边分为伸长类翻边和压缩类翻边。5.2.1内孔翻边内孔翻边1.内孔翻边的变形特点内孔翻边的变形特点 圆孔翻边及其应力应变分布（圆孔翻边及其应力应变分布（如图如图5.2.2）。）。 对非圆孔的内孔翻边（对非圆孔的内孔翻边（如图如图5.2.3）。）。2.圆孔翻边的极限变形程度圆孔翻边的极限变形程度 影响极限翻边系数的因素：影响极限翻边系数的因素： (1)材料的塑性材料的

13、塑性; (2)孔的加工方法孔的加工方法; (3)预制孔的相对直径预制孔的相对直径; (4)凸模的形状。凸模的形状。 冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计其他成形工艺及模具设计冲压工艺与模具设计助学课件 .内孔翻边的工艺设计内孔翻边的工艺设计 (1)预制

14、孔直径预制孔直径 d0 和翻边高度和翻边高度H a. 一次翻边成形一次翻边成形 (如图如图5.2.4)所示是在平板毛坯上一次翻孔的图。所示是在平板毛坯上一次翻孔的图。 d0与与H 按下式计算按下式计算: trmDtrDdDHtrHDd72. 043. 0)1 (272. 043. 0)1 (2)72. 043. 0(200冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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（拉深后再翻边（如图如图5.2.5） 应先确定翻边高度应先

15、确定翻边高度h,再根据翻边高度确定预制孔直径再根据翻边高度确定预制孔直径d0 和和高度高度h1。 由计算公式：由计算公式： trhHhtrmDtrdDh10)2(57. 0)1 (2)2(57. 02冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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

16、见的翻边凸模的结构形状（锥形，几种常见的翻边凸模的结构形状（如图如图5.2.6）。）。 (3)凸、凹模的间隙凸、凹模的间隙 (4)翻边力与压边力翻边力与压边力 在所有凸模中，圆柱形平底凸模的翻边力最大。在所有凸模中，圆柱形平底凸模的翻边力最大。 其公式为：其公式为： b0)(1 . 1dDF冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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 平面外缘翻边平面外缘翻边1.平面外缘翻边的变形特点平面外缘翻边的变形特点 平面外缘翻边可分为内

17、凹外缘翻边和外凸外缘翻边（平面外缘翻边可分为内凹外缘翻边和外凸外缘翻边（如如图图5.2.7）。）。2.极限变形程度极限变形程度 内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数Es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Ec表示：表示：3.平面外缘翻边的毛坯尺寸平面外缘翻边的毛坯尺寸bRbESbRbEc冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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 变薄翻边的

18、变形程度用变薄系数表示，其表达式为：变薄翻边的变形程度用变薄系数表示，其表达式为： 式中式中k为变薄系数，为变薄系数， k .； t1 为工件翻边后竖边的厚度；为工件翻边后竖边的厚度； t0 为毛坯厚度。为毛坯厚度。01ttK 冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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翻边模的结构设计及举例 内孔翻边模如内孔翻边模如图图5.2.8 。 落料、拉深、冲孔、翻边复合模如落料、拉深、冲孔、翻边复合模如图图5.2.9。 内外缘翻边复合模如内外缘翻边复合模如图图5.2.10 。冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成

19、形工艺及模具设计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图5.2.8 内孔翻边模内孔翻边模 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第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计其他成形工艺及模具设计冲压工艺

20、与模具设计助学课件 5.3 缩口缩口 缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料,通过缩口模具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（将其口部缩小的一种成形工序。缩口与拉深工序的比较（如图如图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. 缩口成形的变形特点（缩口成形的变形特点（如图如图5.3.2） 常见的缩口形式有斜口式、直口式和球面式常见的缩口形式有斜口式、直口式和球面式 (如图如图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

21、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。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第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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第5章章 其他成形工艺及模具设计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

22、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第5章章 其他成形工艺及模具设计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 缩口变形程度用缩口系数缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：来表示，其表达式： 式中式中d缩口后的直径；缩口后的直径； D为缩口前的直径。为缩口前的直径。Ddm s冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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缩口的工艺计算缩口的工艺计算1.缩口次数及缩口系数的确定缩口次数及缩口系数的确定 缩口次数由下式确定：缩口次数由下式确定： 式中：式中：总缩口系数，总缩口系数， ； 平均缩口系数，可先取平均缩口系数，可先取 。 n的计算值一般是小数，应进位成整数。的计算值一般是小数，应进位成整数。 spszlglgmmn Ddm/szminsspmmszmspm冲压工艺及模具设计第第5章章 其他成形工艺及模具设计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. 毛坯尺寸的计算毛坯尺寸的计算 斜口形式：斜口形式： 直口形式：直口形式： 球面形式：球面形式： )/1 (sin805. 11221dDDdDhH)/1 (sin8/05. 112221dDDdDdD