冲压工艺与模具设计（第二版）课件 第7章其他冲模

冲压工艺及模设计备课讲义

课程名称冷冲压工艺及模具设计2

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课程编号

1111400.

学时学分

48（4）学时3学分.

专业层次材料成型及控制工程.

备课教材

《冲压工艺与冲模设计》.

吕建强主编西电版2021授课班级材控1201

.授课日期

2023年2～5月.

授课教师吕建强.

归口系部材料成型系.

版次

01.

第7章其他冲压方法与模具

其它成形工艺是指校形、翻边、缩口、胀形、起伏成形等，这些工艺方法的变形特点不尽相同，常和冲裁、弯曲、拉深等工序组合，完成一些复杂形状零件的冲压加工。7.1校形校形包括校平与整形，属于修整形的成形工艺，大都是在冲裁、弯曲、拉深等冲压工序之后进行的，主要是为了把冲压件的不平度、圆角半径或某些形状尺寸修整到合格的要求。7.1.1校平冲裁后制件会产生穹弯，特别是用无压料装置的连续模冲裁所得的制件更不平整。对于平直度要求比较高的零件需要在冲裁工序后进行校平。根据板料的厚度和对表面的要求不同，可以采用光面模校平和齿形模校平。1、光面模校平对于薄料质软而且表面不允许有压痕的制件，一般应采用光面模校平，光面模校平对改变材料的内应力状态的作用不大，材料仍有较大回弹，校平的效果较差，特别是对于高强度材料的零件校平后仍有较大回弹。为了使校平不受压机滑块导向精度的影响，校平模最好采用浮动式结构。2、

齿形模校平对于平直度要求比较高、材料比较厚的制件或者强度极限比较高的硬材料的零件，通常采用齿形模校平。齿形模有细齿和粗齿两种，上齿与下齿相互交错。用细齿校平模校平时，模具的齿尖挤压入材料表面层内一定的深度，使之形成很多塑性变形的小网点，改变了材料原有的应力状态，故能减少回弹，校平效果较好。但在校平零件的表面上留有较深的压痕，而且工件也容易粘在模具上不易脱模。细齿校平模适用于材料较厚且表面允许有压痕的工件。粗齿校平模适用于材料较薄以及铝、铜等有色金属，和工件表面不允许有较深压痕的场合。如果零件的表面不允许有压痕，或零件的尺寸较大，而又要求具有较高的平直度时，还可以采用加热校平法。将需要校平的零件叠成一定的高度，用夹具压紧成平直状态，然后放进加热炉内加热到一定温度，由于温度升高以后材料的屈服强度降低，材料的内力数值也相应降低，所以回弹变形减小，达到校平的目的。3、

校平力F（N）F=Ap式中：A——校平面积（mm2）P——单位面积所需之校平压力（MPa）对于软钢和黄铜在平面模上校平p=50～100MPa在细齿模上校平p=100～200MPa在粗齿模上校平p=200～300MPa7.1.2整形整形一般用于弯曲、拉深或其它成形工序之后。经过这些工序的加工，制件已基本成形，但可能圆角半径还太大，或是某些形状和尺寸还没有达到零件的要求，就需要进一步整形。整形模和前工序所用的模具大体相似，只是对工作部分的精度要求更高，表面粗糙度要求更低，圆角半径和凸、凹模间隙更小。7.1.2.1弯曲件整形弯曲件的整形可分为压校和镦校两种。

压校中由于材料沿长度方向无约束，整形区的变形特点与该区弯曲时相似，材料内部应力状态变化不大，因而整形效果一般。为了得到较好的整形效果，对于弯曲件可以采用如图所示的镦校整形方法。这时要取半成品的长度稍大于成品要求的长度。

7.1.2.2拉深件整形拉深件的整形随整形部位的不同，具有不同的特点。筒壁整形主要是提高筒壁的形状和尺寸精度。整形模间隙取(0.9~0.95)t，整形时直壁稍有变薄，通常把整形工序和最后一道拉深工序合二为一，这时拉探系数应取得大些。

校平和整形工序的特点1）变形量都很小，只是在局部部位成形。2）校平和整形后制件的精度比较高。3）这类工序在冲压时都需要在压力机下止点刚性卡压一下。7．2

翻边翻边是指沿曲线或直线将薄板坯料边部或坯料上预制孔边部窄带区域的材料弯折成竖边的塑性加工方法。翻边主要用于零件的边部强化，去除切边以及在零件上制成与其它零件装配、连接的部位或具有复杂特异形状、合理空间的立体零件，同时提高零件的刚度。在大型饭金成形时，也可作为控制破裂或折皱的手段。

7．2．1

圆孔翻边圆孔翻边就是把平板上或空心件上预先制好的孔扩大成带有坚立边缘的孔。翻边前毛坯孔的直径为d，翻边过程中，凸模底部材料在凸模的作用下，孔内径不断扩大，材料逐渐靠近凹模内壁而形成侧壁，直到翻边结束，变形区内径的尺寸等于凸模的直径，即形成了竖直的边缘。翻边的变形区在凹模圆角区内，凸模底部的材料为主要变形区，翻边变形区受二向拉应力即切向拉应力σɵ和径向拉应力στ的作用。切向拉应力σɵ

是最大主应力，在孔口处达到最大值，此值若超过材料的允许值，翻边即会破裂。

影响圆孔翻边成形极限的因素（1）材料种类及其力学性能。（2）预制孔的孔口状态孔缘无毛刺和无冷作硬化时，较小，成形极限较大。（3）材料的相对厚度相对厚度愈大，Kmin愈小，成形极限愈大。（4）凸模的形状用球形、锥形和抛物线形凸模翻边时，变形条件比平底凸模优越，Kmin较小。2、圆孔翻边的工艺计算进行翻边工艺计算时需要根据制件的尺寸D计算出预冲孔直径d，并核算其翻边高度H。当采用平板毛坯不能直接翻出所要求的高度H时，则应预先拉深，然后在此拉深件的底部冲孔再翻边。由于翻边时材料主要是切向拉伸，厚度变薄，而径向变形不大，因此进行工艺计算时可以根据弯曲件中性层长度不变的原则近似地进行预冲孔径大小的计算。

多次翻边当制件高度大于Hmax时，说明不可能在一次翻边中直接成形，需增加其他工序，如加热翻边、多次翻边或先拉深、冲孔再翻边等方法。多次翻边的制件应在2次工序之间进行退火，以消除前次翻边的冷作硬化。后续翻边的极限翻边系数在拉深件底部冲孔翻边时，应先决定翻边所能达到的最大高度h，然后根据翻边高度h及工件高度H来确定拉深高度h′。极限翻边高度:hmax=D(1－Kmin)/2+0.57r预制孔直径:d=D－2h+1.14r拉深高度:h′=H－h+r+t3、翻边力3、翻边力不同形状凸模翻边力的计算式为：柱形凸模P=1.1t(D-d)σb

球形凸模P=1.2Dtmσb式中：P——翻边力(N)；t——板料厚度(mm)；D——翻孔中径(mm)；d——预制孔直径(mm)；σb——材料的抗拉强度(MPa)；m——系数4、

圆孔翻边模设计翻边凸模和凹模间的单边间隙Z为：式中D凹——凹模直径；D凸——凸模直径。由于翻边后材料要变薄，一般可取单边间隙Z为：Z=0.85t7．2．2外缘翻边

内凹翻边若变形程度过大，竖边边缘的切向伸长和厚度就比较大，容易发生破裂。2、

外凸翻边用模具将毛坯上外凸的外边缘翻成竖边的冲压加工方法称为外凸翻边。如右图所示，其应力和应变情况类似于浅拉深，属压缩类翻边。

7．2．3非圆孔翻边非圆孔翻边的变形性质与其孔线轮廓性质有关。凡是内凹弧线部分，其变形性质与圆孔翻边相同，变形区材料主要是产生切向拉伸变形。凡是外凸弧线部分，其翻边属压缩类变形。非圆孔翻边时，伸长类翻过区的变形可以扩展到与其相连的弯曲变形区域或压缩类翻边区，从而可减轻伸长类翻边区的变形程度，所以非圆孔翻边时，内凹弧线段的极限翻边系数可以小于圆孔翻边时的极限翻边系数，两者之间的关系为:非圆孔翻边所采用的预制孔形状和尺寸，可根据各段孔线的曲线性质分别类比圆孔翻边、弯曲和浅拉深毛坯计算方法确定。通常翻边后弧线段的竖边高度较直线段竖边高度稍低，为消除误差，弧线段的展开宽度应比直线段大5％～10％。由理论计算出的孔形应加以适当修正，使各段孔线能平滑过渡。7.2.4变薄翻边若零件的翻边高度较大难于一次成形，内壁又允许变薄时，可采用变薄翻边，以提高生产率并节约材料。变薄翻边时，成形凸模、凹模间的间隙小于坯料的厚度，凸模下方的材料成形为竖边后，会在凸模和凹模之间的小间隙内受到挤压，被强迫拉深变薄，从而增加一次翻边成形的竖边高度。7.2.5翻边模结构举例7.3

缩口与扩口7.3.1缩口缩口是将先拉深好的圆筒形件或管件坯料通过缩口模使其口部直径缩小的一种成形工序，也称缩径。A—变形区；B—待变形区（传力区）；C—已变形区缩口模原理图无支承外支承内外支承缩口模具的支承形式有3种A—变形区；B—待变形区（传力区）；C—已变形区缩口变形时坯料切向受压应力，在此应力作用下坯料直径减小而厚度与高度略有增加，其应力应变状态如图所示。缩口变形特点与拉深变形相同，也属于压缩类变形。正因为如此，缩口工艺中坯料变形区容易产生失稳起皱。而在非变形区(筒壁)由于承受全部缩口时的压力，也易产生失稳变形。因此，防止这两种失稳变形是缩口工艺能否顺利进行的主要问题。

7.3.2扩口扩口也称扩径，它是将管状坯料或空心坯料的口部通过扩口模加以扩大的一种成形方法。

极限扩口系数是在传力区不失稳、变形区不开裂的条件下，所能达到的最大扩口系数。用Kmax来表示。此系数也是衡量扩口能否顺利进行的重要参数。极限扩口系数(15钢，扩口角＝20°)

7.4

胀形板料、空心工序件、空心半成品在双向拉应力作用下，产生扩张(鼓凸)变形，获得表面积增大(厚度变薄)的制件的冲压成形方法称为胀形。常见的胀形件有板料的压花(筋)件、肚形搪瓷制品、自行车管接头、波纹管等，以及汽车车身的某些覆盖件。7.4.1胀形变形特点7.4.2平板坯料局部胀形

1.压筋在曲柄压力机上对薄板(t<1.5mm)、小制件(面积A<2000mm2)进行局部胀形时(加强筋除外)其冲压力可按下式近似计算：P=AKt2加强筋所需冲压力可按下式近似计算：P=LtσbK2.压凸包压凸包的成形极限可以用凸包的高度h表示3.压印压印是指利用模具在制件上压出各种花纹、文字和商标等印记的冲压加工方法。压印的变形特点与压凸包或压筋相同，也是通过变形区材料厚度减薄表面积增大的变形方式获得所需形状。7.4.3空心坯料胀形

1.机械胀形（刚模胀形）2.

橡皮胀形3.

液压胀形

7.5旋压旋压可以完成类似拉深、翻边、凸肚、缩口等工艺，而不需要类似于拉探、胀形等复杂的模具结构，适用性较强。它是根据材料的塑性特点,将毛坯装卡在芯模上并随之旋转，选用合理的旋压工艺参数，旋压工具（旋轮或其他异形件）与芯模相对连续地进给，依次对工件的极小部分施加变形压力,使毛坯受压并产生连续逐点变形而逐渐成形工件的一种先进塑性加工方法。7.5.1普通旋压普通旋压简称普旋，普通旋压的基本方式有拉深旋压（拉旋）、缩