局部成形工艺及模具设计

本章学习要求５.１胀形５.２翻边５.３缩口

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；2.熟悉胀形、翻边、缩口等成形工序的变形特点。

5.1胀形

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。5.1.1胀形的变形特点与胀形极限变形程度1.胀形的变形特点(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极限变形程度主要取决于材料的塑性和变形的均匀性。

5.1.2平板毛坯的起伏成形（图5.1.2）

起伏成形的极限的变形程度多用胀形深度表示，也可以近似地按单向拉伸变形处理，即：

欲提高胀形的极限变形程度,可采用(如图5.1.4)所示两次胀形法。1.压加强筋(1)用刚性凸模压制加强筋的变形力按式计算:(2)对在曲柄压力机上用薄料（t<1.5mm）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计算;(3)软模胀形的单位压力可按式近似计算（不考虑材料厚度变薄）。2.压凹坑压凹坑时，成形极限常用极限胀形深度表示，如果是纯胀形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大。图5.1.4两次胀形示意图

5.1.3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（如图5.1.5）等产品或零件。刚模胀形(如图5.1.6)。软模胀形(如图5.1.7)。

圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态(如图5.1.8)。

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-模套图5.1.8圆圆柱形形空心心毛坯坯胀形形时的的应力力1.胀胀形系系数空心毛毛坯胀胀形的的变形形程度度用下下式表表示：：2.胀胀形形力刚模胀胀形所所需压压力的的计算算公式式,可可根据据力的的平衡衡方程程式推推导得得到,其表表达式式为:3.胀胀形毛毛坯尺尺寸的的计算算毛坯长长度可可按下下式近近似计计算:5.1.4胀胀形模模设计计举例例(图5.1.9)1.工工艺分分析该工件件侧壁壁属空空心毛毛坯胀胀形，，底部部属起起伏成成形，，具有有代表表性。。2.工工艺计计算(1)底部部压凹凹坑的的计算算查教材材表5.1.2得极极限胀胀形深深度h=0.15,d=2.25mm,此值值大于于工件件工件件底部部凹坑坑的实实际高高度，，可以以一次次成形形。压凹所所需成成形力力计算算：图5.1.9罩罩盖盖胀形形1—下下模板板2—螺螺栓3——压凹凹坑凸凸模4——压凹凹坑凹凹模5——胀形形下模模6—胀胀形上上模7——聚氨氨脂橡橡胶8——拉杆杆9—上上固定定板10—上上模板板11——螺栓栓12——模柄柄13——弹簧簧14——螺母母15——拉杆杆螺栓栓16——导柱柱17——导套套(2)侧壁壁胀形形计算算：侧壁成成形力力近似似按两两端不不固定定形式式计算算：(3)总成成形力力的计计算3.模模具结结构设设计5.2翻边边（如图5.2.1）按变形形的性性质，，翻边边分为为伸长长类翻翻边和和压缩缩类翻翻边。。5.2.1内孔孔翻边边1.内内孔翻翻边的的变形形特点点圆孔翻翻边及及其应应力应应变分分布（（如图5.2.2）。对非圆圆孔的的内孔孔翻边边（如图5.2.3）。2.圆圆孔翻翻边的的极限限变形形程度度影响极极限翻翻边系系数的的因素素：(1)材料料的塑塑性;(2)孔孔的的加加工工方方法法;(3)预预制制孔孔的的相相对对直直径径;(4)凸凸模模的的形形状状。。图5.2.1内内孔孔与与外外缘缘翻翻边边零零件件３.内内孔孔翻翻边边的的工工艺艺设设计计(1)预预制制孔孔直直径径d0和翻翻边边高高度度Ha.一一次次翻翻边边成成形形(如图图5.2.4)所所示示是是在在平平板板毛毛坯坯上上一一次次翻翻孔孔的的图图。。d0与H按下下式式计计算算:b.拉拉深深后后再再翻翻边边（（如图图5.2.5）应先确确定翻翻边高高度h,再根根据翻翻边高高度确确定预预制孔孔直径径d0和高度度h1。由计算算公式式：图5.2.5拉拉深件件底部部冲孔孔后翻翻边(2)凸、、凹模模的形形状及及尺寸寸翻边凸凸模的的形状状有平平底形形、曲曲面形形（球球形、、抛物物线形形等））和锥锥形，，几种种常见见的翻翻边凸凸模的的结构构形状状（如图5.2.6）。(3)凸、、凹模模的间间隙(4)翻边边力与与压边边力在所有有凸模模中，，圆柱柱形平平底凸凸模的的翻边边力最最大。。其公式式为：：5.2.2平平面面外缘缘翻边边1.平平面外外缘翻翻边的的变形形特点点平面外外缘翻翻边可可分为为内凹凹外缘缘翻边边和外外凸外外缘翻翻边（（如图5.2.7）。2.极极限变变形程程度内凹外外缘翻翻边的的变形形程度度用翻翻边系系数Es表示：：外凸外外缘翻翻边的的变形形程度度用翻翻边系系数Ec表示：：3.平平面外外缘翻翻边的的毛坯坯尺寸寸5.2.3变变薄翻翻边变薄翻翻边的的变形形程度度用变变薄系系数表表示，，其表表达式式为：：式中k为变薄薄系数数，k＝０.４～～０.５；；t1—为为工件件翻边边后竖竖边的的厚度度；t0—为为毛坯坯厚度度。5.2.4翻边边模的的结构构设计计及举举例内孔翻翻边模模如图5.2.8。落料、、拉深深、冲冲孔、、翻边边复合合模如如图5.2.9。内外缘缘翻边边复合合模如如图5.2.10。图5.2.8内内孔翻翻边模模图5.2.9落落料料、拉拉深、、冲孔孔、翻翻边复复合模模1、、8-凸凹凹模；；2-冲孔孔凸模模；3-推推件块块；4-落料料凹模模；5-顶顶件块块；6-顶顶杆；；7-固定定板；；9-卸卸料板板；10垫垫片图5.2.10内内外外缘翻翻边复复合模模1-外外缘翻翻边凸凸模；；2-凸凸模固固定板板；3-外外缘翻翻边凹凹模；；4-内缘缘翻边边凸模模；5-压压料板板；6-顶顶件块块；7-内内缘翻翻边凹凹模；；8-推件件板5.3缩缩口口缩口是是将预预先成成形好好的圆圆筒件件或管管件坯坯料,通过过缩口口模具具将其其口部部缩小小的一一种成成形工工序。。缩口口与拉拉深工工序的的比较较（如图5.3.1）。5.3.1缩缩口成成形的的特点点与变变形程程度1.缩缩口口成形形的变变形特特点（（如图5.3.2）常见的的缩口口形式式有斜斜口式式、直直口式式和球球面式式(如图5.3.3)。。变形区区由于于受到到较大大切向向压应应力的的作用用易产产生切切向失失稳而而起皱皱，起起传力力作用用的筒筒壁区区由于于受到到轴向向压应应力的的作用用易产产生轴轴向失失稳而而起皱皱，所所以失失稳起起皱是是缩口口工序序的主主要障障碍。。图5.3.1缩缩口与与拉深深工序序的比比较图5.3.2缩缩口成成形的的变形形特点点图5.3.3缩缩口形形式)斜口口形式式)直口口形式式)球面面形式式2.缩缩口变变形程程度缩口变变形程程度用用缩口口系数数ms来表示示，其其表达达式：：式中d—缩口口后的的直径径；D—为缩缩口前前的直直径。。5.3.2缩口口的工工艺计计算1.缩缩口次次数及及缩口口系数数的确确定缩口次次数由由下式式确定定：式中：：—总缩缩口系系数，，；；—平均均缩口口系数数，可可先取取。。n的计算算值一一般是是小数数，应应进位位成整整数。。2.毛毛坯坯尺寸寸的计计算斜口形形式：：直口形形式：：球面形形式：：３.缩缩口力力只有外外支承承的缩缩口压压力，，可按按下式式估算算：式中：：F—缩口口力（N)；k—速度度系数数，用用曲柄柄压力力机时时k=1.15；—材料的的抗拉强强度（MPa)；—工件与与凹模接接触的摩摩擦系数数。5.3.3缩口口模具结结构设计计及举例例缩口模具具结构根根据支承承情况分分为：无支承外支承内外支承承如图5.3.4刚制气瓶瓶缩口模模（如图5.3.5）。挡环缩口口扩口复复合模（（如图5.3.6）。图5.3.4不不同同支承方方法的模模具结构构形式a)无支支承b)外支支承c)内外外支承图5.3.5气气瓶缩缩口模1-顶杆杆；2-下模板板；3、、14-螺栓；；4、、11-销钉；；5-