钣金胀形压缩翻边

1、钣金胀形压缩翻边第1页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三5.1 胀形第2页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 利用胀形模具，使板平面或圆柱面内局部区域坯料在双向拉应力作用下，产生两向伸长变形，厚度减薄，表面积增大，以获得所需要几何形状和尺寸制件的冲压工序。生产中起伏成形、圆柱形空心毛坯的鼓肚成形，波纹管及平板毛坯张拉成形均属胀形成形。第3页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三胀形常与其它方式的成形同时发生。某些汽车、拖拉机覆盖件和一些复杂形状零件成形，常常包含一定程度胀形成分。胀形加工中，金属流动量小，因此，使坯料变形均匀以及控制

2、整个成形工序中胀形变形量是决定成败及制件质量的关键。第4页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三a）弯曲、局部胀形 b）胀形扩展至变形结束图5-1 胀形变形过程第5页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三(1)平板毛坯胀形变形特点 1)变形过程 凸模下降与毛坯接触时，在弯矩和拉应力作用下，凹模圆角处坯料发生弯曲变形。与此同时，凸模底部少量毛坯承受了全部胀形变形力，应力达到屈服点时，便产生了变形。与凸模底部接触坯料屈服后产生硬化，变形向外扩展，贴模坯料逐渐增加，表面积增大,厚度减薄，直至坯料全部包敷凸模，完成加工。胀形变形是弯曲，局部胀形及由于加工硬化，贴模面

3、积增加，胀形向外扩展的过程。 第6页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三2)胀形变形区及应力应变状态 如图5-1所示，胀形变形过程中，毛坯被带凸筋的压边圈压紧，外部材料无法流入，变形被限制在凸筋或凹模圆角以内的局部区域。 第7页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 图5-2显示了平板毛坯局部胀形成形时，变形区内的应力应变状态。在变形区内，坯料在双向拉应力作用下，沿切向和径向产生伸长变形，厚度变薄，表面积增大。a）应力状态 b）应变状态图5-2 变形区应力和应变状态第8页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 3)变形力行程曲线 与拉深不

4、同，胀形时变形区是在不断扩大的。由于加工硬化，胀形变形力行程曲线是单调增曲线，产生破裂时胀形力达到最大值。第9页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 a）径向和厚度方向应变分布 b）切向和径向应变分布图5-3 胀形件的应变分布和应变状态图 4)应变和板厚的分布 图5-3是平板毛坯局部胀形时的应变分布图。由图中可见，变形区内径向应变r和切向应变全部大于零，而厚度方向的应变小于零，坯料变薄。第10页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 5)胀形变形服从材料的变形规律 当存在多种变形可能性时，实际的变形方式使得载荷最小。毛坯的外径足够大，内孔较小时，拉深变形阻

5、力和扩孔、翻边变形阻力大于胀形变形阻力时，变形性质由胀形决定。第11页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三图4-6 毛坯尺寸和工序类型的关系第12页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 a） b）a）加强筋和凸包压制 b）汽车前围压字图5-4 起伏成形的例子(2)平板毛坯胀形成形极限1)起伏成形 是一种使材料变薄，表面积增大，形成局部凹进或凸起来改变毛坯形状的方法。如图5-4所示，起伏成形主要用于压制凸包、加强筋和艺术装饰品浮雕。 第13页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 在宽法兰件的成形中，法兰宽度大于某值后，法兰部分不再产生塑

6、性流动，法兰尺寸保持不变。成形靠凹模圆角以内材料的变薄，极限成形高度与毛坯直径无关，这一阶段就是胀形变形阶段。它与拉深的分界点取决于毛坯尺寸，材料性能，模具几何参数和压边力大小，如图5-5所示，d/D0约在0.380.35之间。曲线以上为破裂区，以下为安全区，线上为临界状态。第14页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三图5-5 拉深与起伏成形的分界第15页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三2)平板毛坯胀形变形程度及成形极限压凸包:胀形深度h；最大胀形深度hmax压筋:(图5-6)伸长率最大伸长率(0.70.75)第16页，共55页，2022年，5月20

7、日，23点21分，星期三图5-6 冲制加强筋时的伸长率 第17页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 如图5-7所示,如果凸包深度大于最大胀形深度，则应增加工序。与拉深加工不同,由于胀形时材料变薄严重,工序数不会太多。前道工序主要目的是使变形均匀, 为后道工序准备材料。图5-7 两道工序完成的凸形第18页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三(2)圆柱形空心毛坯的胀形1)胀形方式a橡皮（或聚氨酯）凸模胀形 该胀形方式如图5-8所示。由于聚氨酯橡胶优良的物理机械性能，用它作工作介质的胀形得到愈来愈广泛的应用。 图5-8 橡皮凸模胀形 第19页，共55页，20

8、22年，5月20日，23点21分，星期三b.分块式凸模胀形 如图5-9所示，采用刚性凸模，凸模必须作成分块式，以便出模时由楔状心块将其分开。图5-9 分块式凸模胀形第20页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三c.液压胀形 如图5-10所示，用液体作为凸模的胀形方式称做液压胀形。d.石蜡胀形 除采用橡皮和液体等软模来成形外,还可采用石蜡作为传力介质进行胀形。 a）直接倾注液体法 b）充液橡皮囊法图5-10 液压胀形第21页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三2)圆柱形空心毛坯胀形的成形极限 生产中用胀形系数K表示圆柱形空心毛坯胀形的变形程度。用最大胀形系数

9、Kmax表示其破裂成形极限。 胀形系数: K=dmax/d 在胀形时对毛坯轴向加压的话，胀形成形极限可以增大。对毛坯变形区局部加热会显著增大胀形变形程度。第22页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三(3)影响胀形成形极限的因素1)材料性能 加工硬化指数n值对胀形成形极限影响极大。 n值大，加工硬化能力强，可促使应变分布趋于均匀化，同时还能提高材料的局部强度，故成形极限也大。2)变形均匀程度 胀形破裂发生在板料厚度减薄最大部位。变形均匀，板料厚度减薄均匀能获得较大的胀形变形程度。第23页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三3)制件形状和尺寸 就球形凸模和平

10、底凸模而言,球形凸模胀形时，应变分布比较均匀，能获得较大的胀形变形程度。4)润滑条件、变形速度及材料厚度 第24页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三(4)胀形力的计算1)平板毛坯胀形成形力的计算 压制加强筋时,近似按下式计算。 在曲柄压机上对薄料(t1.5mm)、小零件(面积2000mm2 )胀形时,其胀形力可用经验公式计算。第25页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三2)圆柱形空心毛坯胀形力的计算 可按下式计算。 胀形单位压力p可按下式计算。 第26页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三5.2 翻边第27页，共55页，2022年，

11、5月20日，23点21分，星期三 利用模具把板料孔缘或外缘翻成竖边,或将圆柱形空心毛坯口部翻出法兰的冲压工序。翻边总是与弯曲变形同时发生。如图5-11所示，根据翻边件形状及变形区应力应变状态的不同，翻边可分为直线翻边、伸长类翻边、压缩类翻边和复合翻边四种形式。直线翻边即弯曲，压缩类翻边的本质与拉深相同。此外，按翻边材料厚度变化情况，翻边还可分为普通翻边与变薄翻边两类。第28页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 a） b）c） d） a）直线翻边 b）伸长类翻边 c）压缩类翻边 d）复合翻边图5-11 四种基本翻边形式第29页，共55页，2022年，5月20日，23点21分

12、，星期三拉伸翻边与收缩翻边 第30页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三第31页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三(1)内孔翻边的变形特点 1)变形过程 图5-12是内孔翻边变形过程示意图。翻边加工时，带有圆孔的环形毛坯被压边圈压紧，当压力机滑块下行时，板料在凸模作用下产生弯曲的同时，毛坯中心孔不断扩大，凸模下面的材料向侧面转移，直到完全贴靠凹模侧壁形成直立的竖边。因此，内孔翻边的变形过程实质上是弯曲、扩孔和翻边的复合变形过程。第32页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三a）翻边过程 b）变形区应力,应变状态图5-12 内孔翻边第3

13、3页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三2)翻边变形区及变形区的应力应变状态 内孔翻边时，变形区被限制在凹模圆角以内的环状区域内。与拉深成形通过将板料沿圆周方向压缩来形成侧壁相反，内孔翻边是在板料向凹模圆角弯曲的同时，通过将板料沿圆周方向拉长形成侧壁的过程。第34页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三如图5-12b所示，变形区应力状态为双向拉应力状态，即0、r0。孔边缘处，由于径向材料可以自由变形， r为零而达到最大值。由孔边缘向凹模圆角处过渡，径向应力逐渐增大而切向应力逐渐减小。与胀形变形时板平面的双向伸长变形不同，内孔翻边成形时，在双向拉应力作用下，

14、板料沿圆周方向伸长，0，径向收缩，r0。 第35页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三3)翻边变形力行程曲线 翻边变形力主要由凹模圆角处坯料的弯曲力和扩孔、翻边变形阻力两部分组成。如图5-13所示，在变形过程中，由于变形区域的减小和加工硬化对扩孔、翻边力影响的相反效果，力-行程曲线也呈现出先升后降的趋势。此外，由图中可见，翻边力还受到凸模底部形状的很大影响，平底凸模成形力较大，球底凸模的成形力较小。 第36页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三图5-13 内孔翻边的力-行程曲线第37页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三4) 应变和板

15、厚的分布 由图中可见，内孔翻边时,切向应变基本上都大于零，厚向应变均小于零，属伸长类变形,孔边缘厚度减薄最为严重，变形区应变分布极不均匀。内孔翻边的孔缘在单向拉应力作用下，切向伸长变形引起的厚度变薄最严重，一旦变形超过了材料伸长率，该处就会产生破裂。通常把这种因材料局部塑性变形量过大引起的破裂叫做塑性破裂，它决定了伸长类翻边的成形极限。孔边缘断面质量状况对这类翻边的成形极限影响很大。 第38页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三a）应变分布图 b）应变状态图图5-14 内孔翻边的应变分布与应变状态图第39页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三5)内孔翻边

16、的变形规律 如图5-15所示,变形性质与毛坯尺寸、凸凹模圆角半径及形状、模具间隙等因素有关。变形服从材料的变形规律,毛坯外径足够大，预制孔直径较大或压边力大时，拉深变形和胀形变形阻力大于扩孔翻边变形阻力。在这种情况下，变形的性质由内孔翻边或扩孔变形来决定。 第40页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三图5-15 取决于D0/d和d0/d1组合的各种翻边情况第41页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三(2)内孔翻边的成形极限及其影响因素1)翻边系数Kf 和最小翻边系数Kfmin的概念 生产中用翻边系数Kf来表示图5-16圆孔翻边的变形程度。 翻边时孔边不破

17、裂达到最大变形程度时的值称为最小翻边系数，用Kfmin表示，它表示了圆孔翻边的成形极限。第42页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三图5-16 内孔翻边第43页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三2)影响最小翻边系数Kfmin的因素a.材料性能 材料的伸长率值、硬化指数n值与塑性应变比值愈大，则Kfmin愈小，即翻边的极限变形程度越大。b.预制孔的状况(钻孔或冲孔，有无毛刺)c.毛坯的相对厚度(以t/D或d/t表示)e.凸模工作部分形状 例如,采用球（抛物线或锥）形凸模可得到比平底凸模小的翻边系数。f.翻边孔的形状第44页，共55页，2022年，5月20

18、日，23点21分，星期三图5-17 非圆形孔翻边 第45页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三图5-18 非圆形孔翻边的实例第46页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三(3) 内孔翻边的工艺计算1)圆孔翻边的毛坯计算a.预制孔径计算 翻边时材料主要是切向伸长，厚度变薄，径向变形不大,可根据弯曲件中性层长度不变原则来求预制孔径。 第47页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三b.翻边高度计算在翻边系数达到Kfmin时的最大翻边高度hmax:第48页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星期三 制件要求高度hhmax时，不能一次翻边成形。如果是单个毛坯的小孔翻边，可采用变薄翻边方法。对于大孔的翻边或在带料上连续拉深的翻边则可采用图5-19所示的先拉深、冲底孔、再翻边的办法。第49页，共55页，2022年，5月20日，23点21分，星