冲模设计第7章其他冲模

第7章其它成形工艺与模具设计

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，仍有较大回弹，特别是对于高强度材料的零件校平效果差。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。用细齿校平模校平后，制件表面残留有细齿痕，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，工件表面不允许有较深的压痕。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。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，圆角半径和间隙较小。

拉深件整形

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。翻边的种类、形式很多。根据成形过程中边部材料长度的变化情况，可将翻边分为伸长类翻边和压缩类翻边。根据变形工艺特点，翻边可分为内孔翻边（圆孔或非圆孔）、外缘翻边（外缘内凹和外缘外凸）、变薄翻边等。a-平面圆孔翻边b-立体件上圆孔翻边c-平面内凹外缘翻边d-伸长类曲面翻边e-压缩类曲面翻边f-平面外凸外缘翻边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。圆孔翻过时成形的变形程度，用坯料上预制孔的初始直径与翻边成形完成后竖边的中径比值表示：称为翻边系数，值愈小，表示翻边时变形程度愈大。圆孔翻边的成形极限可根据口部是否发生破裂来确定。所以在翻边过程中应保证毛坯孔边缘的伸长变形小于材料塑性伸长所允许的极限值。翻边系数与竖边边缘厚度变薄量的关系可近似表达为由上式可知，值愈小，竖边孔缘厚度减薄愈大，容易发生破裂，当翻边系数减小到使孔的边缘濒于破裂时，这种极限状态下的翻边系数称为极限翻边系数，以Kmin表示。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。当在平板毛坯上翻边时，其预冲孔直径d可以计算如下： d=D-2（H-0.43r-o.72t）翻边高度H的表达式：

将Kmin代入上式，则可得到许可的最大翻边高度Hmin：当制件要求高度H>Hmin时，就不能直接由平板毛坯翻边成形，而需要采用先拉深，再在拉深底部冲孔翻边。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′。其预冲孔直径d应为：d=D-2h+1.14r其产深高度h`应为：3、翻边力翻边力F（N）一般不大，可按下式计算： F=1.1л（D-d）tσ式中D

——

翻边后直径（按中线计）（mm）

d

——

翻边预冲孔直径（mm）

t

——

材料厚度（mm）

σs——

材料的屈服点（MPa）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1、

内凹翻边用模具将毛坯上内凹的边缘，翻成竖边的冲压加工方法称为内凹翻边。如右图所示，其应力和应变情况与圆孔翻边相似，属于伸长类翻边。内凹翻边的变形程度用Es表示内曲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。外凸翻边的变形程度用表示外曲翻边时由于切向压应力的作用，产生较大的压缩变形，容易起皱，故成形极限主要受压缩起皱的限制。当翻边高度较大，起皱趋势增大时，为避免起皱，可采用压边装置。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

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。7.3.1胀形变形特点7.3.2平板坯料局部胀形7.3.3空心坯料胀形空心坯料的胀形俗称凸肚成形，成形时材料沿径向拉伸，将空心坯料（空心工序件或管坯）向外扩张，胀出所需凸起形状。变形程度以胀形系数K表示，即K＝dmax/d0（1）

机械胀形（刚模胀形）（2）

橡皮胀形（3）

液压胀形7．4

缩口7.4.1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。缩口变形主要是毛坯受切向压缩而使直径减小，厚度与高度略有增加。因而在缩口工艺中毛坯易于失稳起皱。同时，在非变形区（传力区）的筒壁，由于承受全部缩口压力F，也易产生失稳变形。A—变形区；B—待变形区（传力区）；C—已变形区7.4.2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。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