第5章-其他冷冲压成形工艺

第5章其他冷冲压成形工艺与模具设计本章内容：学习目的与要求：1．

了解翻边、胀形、缩口、校形等工序的变形特点；2．

了解胀形模、翻边模、缩口模、校形模的结构特点。重点：翻边、胀形工序的变形特点、工艺性和模具结构特点。

难点：翻边工序的变形特点。

在掌握冲裁、弯曲、拉深成形工艺与模具设计的基础之上，本章介绍其它成形工艺特点和模具结构特点。涉及翻边、胀形、缩口、校形等成形工序的变形特点、工艺与模具设计特点。成形工艺：用各种局部变形的方式来改变零件或坯料形状的各种加工工艺方法。按塑性变形特点，分为

压缩类成形：缩口、外翻边主应力为压应力，材料变厚，易失稳

伸长类变形：翻孔、内翻边、起伏、胀形等主应力为拉应力，材料变薄，易破裂教学要点

【目的要求】

1、起伏成形工艺与模具设计

2、圆柱形空心毛坯的胀形

3、翻孔和翻边

4、缩口

5、校平与整形

6、压印5.1成形工艺与模具设计教学要点【重点】

1、起伏成形的定义、主要目的及主要形式

2、胀形的定义

3、翻孔、翻边的定义，主要变形部位及易出现的质量问题；极限翻边系数及影响因素

4、缩口的定义、受力特点

5、校平与整形的定义、工艺特点【难点】

1、翻孔、翻边的主要变形部位及易出现的质量问题；

2、极限翻边系数及影响因素

当坯料外径与成形直径的比值Ｄ/ｄ＞３时，其成形完全依赖于直径为ｄ的圆周以内金属厚度的变薄实现表面积的增大而成形。问题：与拉深的差别在哪？胀形的变形区及其应力应变示意图:

5.1.1起伏成形工艺与模具设计

局部起伏成形：是材料的局部发生拉深而形成部分的凹进或凸出，借以改变零件或坯料形状的一种冲压方法。1.加强肋(beading)

2.加强窝(swaging)

3.起伏成形的压力计算

4.百页窗口的冲压5.1.1起伏成形工艺与模具设计图5-1起伏成形的零件示意图起伏成形目的：主要用于增加工件的刚度和强度以及使零件美观1.加强肋(beading)表5-1加强肋的尺寸图5-2加强肋的形式能够一次成形加强肋的条件为式中ε——许用断面变形程度；l0——变形区横断面的原始长度（mm）；l——成形后加强肋断面的曲线轮廓长度（mm）；δ——材料伸长率；0.7～0.75——视加强肋形状而定，半球形肋取上限值，梯形肋取下限值。2.加强窝(swaging)两道工序成形的加强肋a）首次成形b）最后成形

如果ε＞0.75δ，采用两道工序成形加强肋，如上图所示。当加强肋与边缘距离小于（3～3.5）t时，需加大制件外形尺寸，压形后增加切边工序。2.加强窝(swaging)表5-2加强窝的尺寸和间距(mm)3.起伏成形的压力计算冲压加强肋的变形力：若在曲柄压力机上用薄料（t＜1.5mm）对小制件（面积小于200mm2）压肋或压肋间校正工序时，变形力：4.百页窗口的冲压5.1.2圆柱形空心毛坯的胀形1.刚性凸模胀形

2.软模胀形

3.波纹管零件胀形

4.罩盖胀形模设计示例胀形：将空心件或管状毛坯沿径向向外扩张的冲压工序5.1.2圆柱形空心毛坯的胀形图5-7钢模胀形1.刚性凸模胀形1-分瓣凸模2-型芯3-零件4-气垫顶杆2.软模胀形图5-8软体凸模胀形a）橡胶凸模胀形b）倾注液体法胀形c）冲液橡胶囊法胀形3.波纹管零件胀形工件的工艺性分析工艺计算4.罩盖胀形模设计示例工件的工艺性分析

由图可知，其侧壁由空心毛坯胀形而成，底部为起伏成形工件名称：罩盖生产批量：中批量材料：10钢料厚：0.5㎜4.罩盖胀形模设计示例（2）工艺计算1）底部起伏成形计算起伏成形的计算：2)侧壁胀形计算。4.罩盖胀形模设计示例表5-3极限胀形系数和切向许用伸长率3)胀形毛坯的计算。4.罩盖胀形模设计示例4)侧壁胀形力计算。(3)模具结构设计胀形力：总成形力：P=P起+P胀=11039kN+54078kN=65.117kN4.罩盖胀形模设计示例图5-13罩盖胀形模装配图5.1.3翻孔和翻边1.内孔翻边(hole-flanging)

2.螺纹底孔的变薄翻边

3.外缘翻边(flaring)

4.固定套翻边模设计实例图5-14翻边形式翻孔是指沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的冲压工序。翻边是指沿外形曲线周围将材料翻成竖立短边的冲压工序。注意：翻孔前必须有预冲孔！所以：一个零件有翻孔就必须有冲孔工序！翻边成形典型案例（1）固定套生产批量：中批量材料：08钢料厚：1mm工件工序：落料、拉深、冲孔、翻边工件工艺性分析：

Ф40mm处由内孔翻边成形，Ф80mm是圆筒形拉深件，可一次拉深成形。工序安排为落料→拉深→预冲孔→翻边。固定套零件图

（2）防尘盖生产批量：大批量材料：10钢料厚：0.3mm工艺性分析：该工件需内孔翻边和浅拉深起伏因为该工件是轴对称工件，材料厚度仅为0.3mm，冲裁性能较好。为减少工序数，可采用复合模一次压制成形。一次压制成形的特点是首先进行冲孔，再翻边成形，最后落料。防尘盖工件简图1.内孔翻边(hole-flanging)(1)内孔翻边的变形特点及变形系数变形特点----坯料受切向和径向拉伸，接近预孔边缘变形大，易拉裂。变形程度用翻边系数K0表示：内孔翻边1.内孔翻边(hole-flanging)表5-4各种材料的翻边系数极限翻边系数：圆孔翻边时孔边不破裂所能达到的最小翻边系数称为极限翻边系数1.内孔翻边(hole-flanging)1)材料的塑性。塑性越好的材料，其极限翻边系数越小2)孔的边缘状况。孔的表面质量越好，极限翻边系数越小3)材料的相对厚度。相对厚度越小，极限翻边系数越小4)凸模的形状。球形、抛物面形、锥形凸模极限翻边系数比平底凸模小影响极限翻边系数的主要因素：2.螺纹底孔的变薄翻边图5-15小孔翻边模翻边预冲孔直径：翻边孔外径：翻边高度：3.外缘翻边(flaring)图5-16外缘翻边外凸外缘翻边变形程度：内凹外缘翻边变形程度：沿毛坯的曲边，使材料的拉伸或压缩，形成高度不大的竖边。分类---（1）外凸外缘翻边（相当于拉深的一小部分）：属压缩类翻边，近似于局部浅拉深，易起皱。（2）内凹外缘翻边（相当于翻孔的一小部分）：属伸长类翻边，近似于局部孔翻边，易开裂。3.外缘翻边(flaring)表5-5外缘翻边允许的极限变形程度3.外缘翻边(flaring)表5-5外缘翻边允许的极限变形程度4.固定套翻边模设计实例(1)工件工艺性分析(2)固定套翻边件工艺计算

1)平板毛坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度在内孔翻边工艺计算中有两方面内容，一是根据翻边零件的尺寸，计算毛坯预孔的尺寸d0；二是根据允许的极限翻边系数，校核一次翻边可能达到的翻边高度H(如图5-19所示)。工艺计算与翻边力（1）平板毛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）在拉深件的底部冲孔翻边允许的翻边高度：拉深高度：预孔直径：式中D—翻边直径；r—翻边件半径；t—材料厚度。4.固定套翻边模设计实例2)计算翻边系数3)计算翻边力由附录1查得σs=200MPa

(3)翻边模(planging

die)结构设计1）计算预孔尺寸D=39mm，H=4.5mmD1=D+2r+t=39+2×1+1=42mmh=H-r-t=4.5-1-1=2.5mm4.固定套翻边模设计实例图5-20翻边凸模结构形式（3）翻边模结构设计4.固定套翻边模设计实例翻边模1—卸料螺钉2—顶杆3、16—螺钉4—下模座5、11—销钉6—翻边凸模固定板7—翻边凸模8—托料板9—定位钉10—翻边凹模12—上模座13—打件器14—模柄15—打料杆17—导套18—导柱5.1.4缩口1.缩口变形程度

2.缩口工艺计算

3.气瓶缩口模设计示例缩口：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。典型案例工件名称：气瓶生产批量：中批量材料：08钢料厚：1mm气瓶零件图缩口成形的特点 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，壁厚和高度增加。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，所以防止失稳是缩口工艺的主要问题。1.缩口变形程度表5-6各种材料的缩口系数m缩口系数：多次缩口时，首次缩口系数：以后各次缩口系数：2.缩口工艺计算1)缩口坯料尺寸。表5-7缩口坯料计算公式2.缩口工艺计算2)缩口所需的压力。图5-22缩口模结构无支承时：有支承时：P133式5-223.气瓶缩口模设计示例(1)工件工艺分析

(2)工艺计算

1)计算缩口系数。

2)计算缩口前毛坯高度。3)计算缩口力。图5-23气瓶零件图3.气瓶缩口模设计示例(3)缩口模结构设计3.气瓶缩口模设计示例图5-24气瓶缩口模装配图5.1.5校平与整形1.校平与整形的工艺特点

2.校平

3.整形

4.校平、整形力的计算1.校平与整形的工艺特点校平与整形：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精度的冲压成形方法。校平和整形工序的工艺特点：

1）允许的变形量很小，坯料的形状与尺寸与制件非常接近；

2）对模具的成形部分的精度要求比较高；

3）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，并需要装有过载保护装置。2.校平图5-25光面校平模平面校平模：用于薄料，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，由软金属（如铝、软钢、铜等）制成的小型零件。ａ-上模浮动式ｂ-下模浮动式2.校平图5-26校平模齿形ａ）尖齿齿形ｂ）平齿齿形齿面校平模：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）。3.整形

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，拉深或翻边的工件不能达到较小的圆角半径。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得到较准确的尺寸和形状，称为整形。整形常在弯曲、拉深、成形工序之后。3.整形整形模一般成形模具结构相似对模具工作部分的定形尺寸精度、粗糙度要求更高，圆角半径和间隙较小。弯曲件的整形弯曲件的整形ａ）压校ｂ&ｃ）镦校弯曲件的整形方法主要有压校和镦校两种形式。镦校整形效果好，但带大孔的零件或宽度不等的弯曲件都不能用镦校的方法。无凸缘拉深件的整形：通常取整形模间隙等于(0.9～0.95)ｔ，即采用变薄拉深的方法进行整形。可把整形工序与最后一道拉深工序结合成一道工序完成。带凸缘拉深件需整形的部位：１）凸缘平面２）侧壁３）底平面４）底部圆角半径５）凸缘圆角半径4.校平、整形力的计算表5-8校平整形时单位压力(MPa)校平、整形力P：5.1.6压印图5-29闭式压印模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（加强工件刚度）或压制凸包、凹坑、花纹图案及标记等。5.1.6压印图5-30开式压印模教学要点

【目的要求】

1、冷挤压方法

2、采用冷挤压必须解决的主要问题

3、冷挤压设计实例5.2冷挤压

教学要点【重点】

1、冷挤压方法

2、受力特点---三向压应力

冷挤压：金属坯料在室温下的挤压成形。冷挤压零件表面光洁，精度较高。一般尺寸精度可达IT6~IT7，表面粗糙度值Ra为1.6~0.2μm，成为一种有效的少、无切削加工工艺。热挤压：坯料在一般热锻温度范围内进行。变形抗力小，塑性好，允许每次变形程度较大，但产品表面粗糙度高，尺寸准确度较低。广泛用于冶金部门生产铝、铜、镁及其合金的型材和管材。目前也用于机器零件和毛坯的生产。温挤压介于冷挤压和热挤压之间的挤压方法。比冷挤压的变形抗力小，较容易变形与热挤压相比，坯料氧化脱碳少，可提高挤压件的尺寸精度和表面质量，表面粗糙度Ra值可达6.5~3.2μm。挤压分类：5.2.1冷挤压方法使金属坯料在压力作用下自挤压模的模孔中挤出而获得零件或毛坯的加工方法。正挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相同

反挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相反

复合挤压：挤压时，坯料一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，另一部分则相反

径向挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向成90°

工艺特点：挤压时金属坯料处于三向压应力状态下变形，因此可提高金属坯料的塑性，有利于扩大金属材料的塑性加工范围。可挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁和异型截面的零件，且零件尺寸精度高，表面质量好，尤其是冷挤压成形。零件内部的纤维组织基本沿零件外形分布且连续，有利于提高零件的力学性能。生产率较高，一般可比其它锻造方法提高几倍。最好在专用的挤压机（液压式、曲轴式、肘杆式）上进行，也可在适当改进后的通用曲柄压力机和摩擦压力机上进行。1.正挤压(forward-extrusion)正挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相同2.反挤压(backward-extrusion)反挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相反

3.复合挤压复合挤压：挤压时，坯料一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，另一部分则相反4.径向挤压径向挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向成90°5.2.2采用冷挤压必须解决的主要问题①选用适合于冷挤压加工的材料。

②采用正确、合理的冷挤压工艺方案。

③选用合理的毛坯软化热处理方案。

④采用合理的毛坯表面处理方法及选用最理想的润滑剂。

⑤设计并制造适合冷挤压特点的模具结构，保证成品达到所要求的质量，同时还应保证模具有较长的工作寿命、较高的生产率和安全可靠。

⑥选择合适的冷挤压模具材料及加热方法。

⑦选择适合于冷挤压工艺特点的机器与设备。5.2.3冷挤压设计实例1.冷挤压工艺性分析

2.冷挤压工艺方案的确定

3.毛坯尺寸的确定

4.挤压变形程度的计算

5.冷挤压力的计算

6.模具设计1.冷挤压工艺性分析图5-37大功率电容器外壳①②问题：为何是挤压而不是拉深？1.冷挤压工艺性分析图5-38挤压成形形状2.冷挤压工艺方案的确定①采用圆柱毛坯，径向挤压成形凸缘部分，反挤压成筒部。

②采用圆柱毛坯，预成形为杯形，正挤压达到工件要求。

③采用圆柱毛坯，复合挤压一次成形。图5-39凸缘部分毛坯尺寸计算图3.毛坯尺寸的确定1)毛坯直径。

2)毛坯体积。

①工件筒部体积

②筒部凸缘部分体积(如图5-39所示)

③毛坯高度尺寸H

4.挤压变形程度的计算1)断面缩减率。

2)挤压比。

3)对数挤压比。表5-9各种挤压方法变形程度的计算方法4.挤压变形程度的计算表5-10有色金属一次挤压的许用变形程度5.冷挤压力的计算(1)有色金属单位挤压力p的确定

①根据不同的挤压方式和计算的断面缩减率εF，在图5-40或图5-41的对应图上确定εF的位置。

②由εF点向上作垂线与被挤压材料曲线相交一点。

③由该点向右图作水平线与右图代表εF的斜线相交一点，在该点向下作垂线与横轴交点即为单位挤压力p。图5-40有色金属正挤压时单位挤压力计算图5.冷挤压力的计算图5-41有色金属反挤压时单位挤压力计算图(2)黑色金属挤压力p的确定5.冷挤压力的计算图5-42