第五章成形工藝與成形模設計

1、成形工藝與模具設計 概述概述 5.1 脹形脹形 5.2 翻邊翻邊 5.3 縮口縮口 5.4 校平與整形校平與整形 概述概述 成形：用不同性質的成形：用不同性質的局部變形局部變形來改變毛坯或半來改變毛坯或半 成品形狀和尺寸的沖壓工序。成品形狀和尺寸的沖壓工序。 伸長類成形：如脹形和內緣翻邊，受伸長類成形：如脹形和內緣翻邊，受拉應力拉應力而產而產 生生伸長變形伸長變形，易被拉裂而破壞，易被拉裂而破壞； 壓縮類成形：如縮口和外緣翻邊，受壓縮類成形：如縮口和外緣翻邊，受壓應力壓應力而產而產 生生壓縮變形壓縮變形，易起皺而破壞，易起皺而破壞。 5.1 5.1 脹形脹形 學習目標：學習目標： 能夠掌握脹形

2、的概念、成形特點及分類，掌能夠掌握脹形的概念、成形特點及分類，掌 握脹形模的結構及工作原理。握脹形模的結構及工作原理。 教學要求：教學要求： 掌握常見脹形模的工作過程，能夠根據(jù)模具掌握常見脹形模的工作過程，能夠根據(jù)模具 設計手冊，進行脹形模的設計。設計手冊，進行脹形模的設計。 脹形：脹形：利用模具使坯料局部塑性變形，材料變薄，利用模具使坯料局部塑性變形，材料變薄， 表面積增大的沖壓方法。表面積增大的沖壓方法。 5.1.1 5.1.1 脹形成形的特點和分類脹形成形的特點和分類 外部材料不進入變形區(qū)，變形區(qū)材料受外部材料不進入變形區(qū)，變形區(qū)材料受雙向雙向 拉應力拉應力，產生拉伸變形，產生拉伸變形，

3、材料變薄材料變薄。 當坯料外徑與成形直徑的比值當坯料外徑與成形直徑的比值/ /時，時， 其成形完全依賴于直徑為的圓周以內金屬厚度其成形完全依賴于直徑為的圓周以內金屬厚度 的變薄實現(xiàn)表面積的增大而成形。的變薄實現(xiàn)表面積的增大而成形。 脹形主要有脹形主要有起伏成形起伏成形和和空心毛坯脹形空心毛坯脹形兩類。兩類。 5.1.2 5.1.2 起伏成形起伏成形 通過材料局部拉深變形，形成凹進或凸起，通過材料局部拉深變形，形成凹進或凸起， 用于腹板類板料零件壓制加強肋（加強工件剛用于腹板類板料零件壓制加強肋（加強工件剛 度）或壓制凸包、凹坑、花紋圖案及標記等。度）或壓制凸包、凹坑、花紋圖案及標記等。 a）加

4、強肋 b）凸包 一、加強肋一、加強肋 1 1. .變形部位受雙向拉應力，其極限變形程度變形部位受雙向拉應力，其極限變形程度 式中式中 一起伏成形的極限變形程度一起伏成形的極限變形程度 一材料單向拉伸的延伸率一材料單向拉伸的延伸率 一脹形變形區(qū)變形前后截面的長度一脹形變形區(qū)變形前后截面的長度 一形狀系數(shù)，加強肋在一形狀系數(shù)，加強肋在0.70.70.750.75 （半圓肋取最大值，梯形肋取最小）（半圓肋取最大值，梯形肋取最?。?若加強肋不能一次成形，則應先壓制半球形若加強肋不能一次成形，則應先壓制半球形 過渡形狀，再壓出工件所需形狀。過渡形狀，再壓出工件所需形狀。 1 100% ll k l 極

5、極 1 ll， k 如加強肋與邊緣的距離小于（如加強肋與邊緣的距離小于（35 )t 時，在時，在 成形中由于邊緣的收縮，需考慮增加切邊余量。成形中由于邊緣的收縮，需考慮增加切邊余量。 2 2. .壓筋力壓筋力 對在曲柄壓力機上用薄料（對在曲柄壓力機上用薄料（t1.5mmt1.5mm）對小對小 工件（面積工件（面積 2000 2000mmmm2 2）壓肋或壓肋兼有校形工壓肋或壓肋兼有校形工 序時的變形力按式計算。序時的變形力按式計算。 K-K-系數(shù)，取系數(shù)，取0.70.71 1； L-L-加強肋長度（加強肋長度（mmmm）； t-t-材料料厚（材料料厚（mmmm）；）； 材料的抗拉強度（材料的抗

6、拉強度（MpaMpa）；）； A-A-局部成形面積；局部成形面積； b KLtF b 2 1At kF 二、壓凸包二、壓凸包 DD拉深件凸緣直徑；拉深件凸緣直徑； d dp p拉深件筒身外徑；拉深件筒身外徑； 當局部鼓凸的變形量較大時，應先成形加強當局部鼓凸的變形量較大時，應先成形加強 鼓凸肚部分，后成形其他周圍部分。鼓凸肚部分，后成形其他周圍部分。 如果工件要求的鼓凸深度超過許用成形高度，如果工件要求的鼓凸深度超過許用成形高度， 則需先預成形球形到一定深度后，再沖壓凸包到則需先預成形球形到一定深度后，再沖壓凸包到 設計深度。設計深度。 4 p D d 5.1.3 5.1.3 圓柱形空心毛坯脹

7、形圓柱形空心毛坯脹形 將空心件或管狀坯料徑向向外擴張，脹出所將空心件或管狀坯料徑向向外擴張，脹出所 需凸起曲面的沖壓方法。需凸起曲面的沖壓方法。 根據(jù)模具的不同，可分為鋼性脹形、橡膠模根據(jù)模具的不同，可分為鋼性脹形、橡膠模 脹形和液壓脹形。脹形和液壓脹形。 1凸模 2凹模 3毛坯 4軟體介質 5外套 1上模2軸頭3下模4管坯 加軸向壓縮的液體脹形 1 1. .脹形變形程度脹形變形程度 脹形系數(shù)脹形系數(shù) K-K-材料的脹形系數(shù)；材料的脹形系數(shù)； d dmax max 脹形后所能達到的最大直徑；脹形后所能達到的最大直徑； 脹形前毛坯的直徑；脹形前毛坯的直徑； 2.2.脹形毛坯的計算脹形毛坯的計算

8、修邊余量，一般取修邊余量，一般取 1020； 制件切向最大伸長率；制件切向最大伸長率； L L 制件母線長度。制件母線長度。 0 L = L 1+(0.30.4)+ h h max0 K=d/d 0 d h 3 3. .脹形力脹形力 軟模脹形圓柱空心件的單位壓力軟模脹形圓柱空心件的單位壓力p p 兩端不固定兩端不固定 兩端固定兩端固定 鋼模脹形所需壓力的計算公式，可根據(jù)力的鋼模脹形所需壓力的計算公式，可根據(jù)力的 平衡方程式推導得到，其表達式為：平衡方程式推導得到，其表達式為： 0000 0.15 0.20 8101215 . Ft H t 式中： 所需脹形力材料厚度 脹形后高度 材料厚度 摩擦

9、系數(shù)，一般 芯軸錐角，一般， 2 tan 2 12tan b FHt max 2 b t p d max 2 2 b tt p dR 5.1.4 5.1.4 脹形模結構脹形模結構 1凹模分瓣凸模3拉簧4錐形芯塊 斜塊脹形模 墩壓脹形模 1-上模板；2-上凹模；3-下凹模； 4-下模板；5-凸輪；6-軸承釘；7-手把；8-凸模 課后思考課后思考 1、脹形的變形特點怎樣？為什么采用脹形、脹形的變形特點怎樣？為什么采用脹形 工序加工的零件表面質量好？工序加工的零件表面質量好？ 2、什么叫脹形？脹形方法一般有哪幾種？、什么叫脹形？脹形方法一般有哪幾種？ 各有什么特點？各有什么特點？ 3、脹形模的主要結

10、構特點是什么？、脹形模的主要結構特點是什么？ 5.25.2翻邊翻邊 學習目標：學習目標： 能夠掌握翻邊的概念、成形特點及分類，掌能夠掌握翻邊的概念、成形特點及分類，掌 握翻邊模的結構及工作原理。握翻邊模的結構及工作原理。 教學要求：教學要求： 掌握常見翻邊模的工作過程，能夠根據(jù)模具掌握常見翻邊模的工作過程，能夠根據(jù)模具 設計手冊，進行翻邊模的設計。設計手冊，進行翻邊模的設計。 翻邊：翻邊： 利用模具，將工件的孔邊緣或外緣邊緣翻成利用模具，將工件的孔邊緣或外緣邊緣翻成 豎立直邊的成形方法。豎立直邊的成形方法。 5.2.1 5.2.1 內孔翻邊內孔翻邊 1.1.變形特點及變形系數(shù)變形特點及變形系數(shù)

11、 坯料受切向和徑向拉伸，接近預孔邊緣變形坯料受切向和徑向拉伸，接近預孔邊緣變形 大，易拉裂。大，易拉裂。 翻邊系數(shù)翻邊系數(shù) 0 d K D 2 2. .工藝計算與翻邊力工藝計算與翻邊力 （1 1）平板毛坯內孔翻邊時預孔直徑及翻邊高度）平板毛坯內孔翻邊時預孔直徑及翻邊高度 內孔的翻邊極限高度：內孔的翻邊極限高度： 2(0.430.72 )dDHrt trK D H72. 043. 0)1 ( 2 minmax tr dD H72. 043. 0 2 （2 2）在拉深件的底部沖孔翻邊）在拉深件的底部沖孔翻邊 允許的翻邊高度：允許的翻邊高度： 拉深高度：拉深高度： 預孔直徑：預孔直徑： 或或 式中式

12、中 DD翻邊直徑；翻邊直徑； rr翻邊件半徑；翻邊件半徑； tt材料厚度。材料厚度。 0 (1)0.57() 22 Dt hKr hHhr 0 dK D 1.14()2 2 t dDrh （3 3）非圓孔翻邊非圓孔翻邊 變形特點：變形特點： I I部分視為圓孔翻邊；部分視為圓孔翻邊； IIII視為彎曲視為彎曲 變形；變形；IIIIII部分視為拉深。部分視為拉深。 最小圓角部分進行允許最小圓角部分進行允許 變形程度的校核。變形程度的校核。 翻邊系數(shù)：翻邊系數(shù)： 預制孔：分別按彎曲，翻邊，拉深展開；圓弧處預制孔：分別按彎曲，翻邊，拉深展開；圓弧處 寬度比直線部分寬寬度比直線部分寬5 510%10%

13、，再光滑連結。，再光滑連結。 f0 K =(0.850.9)K （4 4）翻邊力的計算翻邊力的計算 翻邊力一般不大，翻邊力一般不大，非圓孔翻邊力比圓孔翻邊力小非圓孔翻邊力比圓孔翻邊力小 圓柱形凸模：圓柱形凸模： 圓錐形（球形）凸模：圓錐形（球形）凸模： (m=0.05(m=0.050.25)0.25) 0s F=1.1 (D-d )t s F=1.2 tDm 5.2.2 5.2.2 外緣翻邊外緣翻邊 沿毛坯的曲邊，使材料的拉伸或壓縮，形成沿毛坯的曲邊，使材料的拉伸或壓縮，形成 高度不大的豎邊。高度不大的豎邊。 1.1.分類分類 （1 1）外凸外緣翻邊：屬壓縮類翻邊，近似于局）外凸外緣翻邊：屬壓

14、縮類翻邊，近似于局 部淺拉深，易起皺。部淺拉深，易起皺。 （2 2）內凹外緣翻邊：屬伸長類翻邊，近似于局）內凹外緣翻邊：屬伸長類翻邊，近似于局 部孔翻邊，易開裂。部孔翻邊，易開裂。 2.2.變形程度變形程度 內凹外緣翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)內凹外緣翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)EsEs表示：表示： 外凸外緣翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)外凸外緣翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)EcEc表示：表示： 3.3.外緣翻邊力外緣翻邊力 k=0.2k=0.20.30.3 S b E Rb b Ec Rb b F1.25Ltk 5.2.3 5.2.3 翻邊模結構翻邊模結構 1.1.結構結構 與拉深模相似，但凸模圓角半徑較大，常

15、做與拉深模相似，但凸模圓角半徑較大，常做 成球形或拋物面形。（以避免成為拉深）凹模圓成球形或拋物面形。（以避免成為拉深）凹模圓 角半徑影響不大，一般取工件圓角半徑（但應大角半徑影響不大，一般取工件圓角半徑（但應大 于翻邊圓角半徑）。于翻邊圓角半徑）。 2.2.凸、凹模間隙凸、凹模間隙 Z Zt t：翻邊力較小，精度不高；翻邊力較小，精度不高； Z Zt t：翻邊豎壁垂直要求較高。翻邊豎壁垂直要求較高。 內孔翻邊模內孔翻邊模 內、外緣翻邊模內、外緣翻邊模 3.3.凸模結構類型凸模結構類型 帶導正銷的圓柱形凸模、圓錐形（球形、拋帶導正銷的圓柱形凸模、圓錐形（球形、拋 物線形）凸模、帶整形臺階凸模等

16、。物線形）凸模、帶整形臺階凸模等。 有預制孔的小孔翻邊有預制孔的小孔翻邊 小孔用穿孔翻邊凸模小孔用穿孔翻邊凸模 沖孔翻邊復合模沖孔翻邊復合模 課后思考課后思考 1、什么是內孔翻邊？什么是外緣翻邊？其、什么是內孔翻邊？什么是外緣翻邊？其 變形特點是什么？變形特點是什么？ 2、什么叫極限翻邊系數(shù)，影響極限翻邊系、什么叫極限翻邊系數(shù)，影響極限翻邊系 數(shù)的主要因素有哪些？數(shù)的主要因素有哪些？ 3、翻邊常見的廢品是什么？如何防止？、翻邊常見的廢品是什么？如何防止？ 5.3 5.3 縮口縮口 學習目標：學習目標： 能夠掌握縮口的概念、成形特點及分類，掌能夠掌握縮口的概念、成形特點及分類，掌 握縮口模的結構

17、及工作原理。握縮口模的結構及工作原理。 教學要求：教學要求： 掌握常見縮口模的工作過程，能夠根據(jù)模具掌握常見縮口模的工作過程，能夠根據(jù)模具 設計手冊，進行縮口模的設計。設計手冊，進行縮口模的設計。 縮口：縮口： 將預先拉深好的圓筒或管狀坯料，通過縮口將預先拉深好的圓筒或管狀坯料，通過縮口 模將其口部縮小的一種成形工藝。模將其口部縮小的一種成形工藝。 5.3.1 5.3.1 縮口成形的特點與變形程度縮口成形的特點與變形程度 1.1.成形特點成形特點 縮口屬于壓縮類成形工序，縮口端材料在凹縮口屬于壓縮類成形工序，縮口端材料在凹 模的壓力下向凹?；瑒?，直徑縮小，壁厚和高度模的壓力下向凹模滑動，直徑縮

18、小，壁厚和高度 增加。增加。 在縮口時，縮口端承受切向壓力，筒壁坯料在縮口時，縮口端承受切向壓力，筒壁坯料 承受全部縮口壓力而易于失穩(wěn)起皺，所以防止失承受全部縮口壓力而易于失穩(wěn)起皺，所以防止失 穩(wěn)是縮口工藝的主要問題。穩(wěn)是縮口工藝的主要問題。 二、縮口變形程度二、縮口變形程度 ）總縮口系數(shù)：）總縮口系數(shù)： 式中式中 m ms s- -總縮口系數(shù)；總縮口系數(shù)； d- d-縮口后直徑；縮口后直徑； D- D-縮口前直徑?？s口前直徑。 當工件需要多次進行縮口當工件需要多次進行縮口 ）多次縮口）多次縮口 縮口次數(shù)：縮口次數(shù)： 首次縮口系數(shù)：首次縮口系數(shù)： 以后各次縮口系數(shù)：以后各次縮口系數(shù)： lglg

19、lg lglg s mdD n mm 均均 1 0.9mm 均 (1.05 1.10) n mm 均 s d m D 三、縮口工藝計算三、縮口工藝計算 ）縮口形式）縮口形式 a)a)斜口形式斜口形式b)b)直口形式直口形式c)c)球面形式球面形式 ）縮口毛坯高度）縮口毛坯高度 斜口形式：斜口形式： 直口形式：直口形式： 球面形式：球面形式： 22 1 11.05(1/) 8sin Dd HhD d D 22 12 11.05/(1/) 8sin Dd HhhD dD d D 22 1 1 (1/) 4 HhD dDd ）縮口力計算）縮口力計算( (與縮口形狀有關）與縮口形狀有關） 在無內支承縮

20、口模上進行縮口時，其縮口力在無內支承縮口模上進行縮口時，其縮口力 可用下式計算：可用下式計算： 式中：式中： FF縮口力（縮口力（N)N)； K K速度系數(shù)，用曲柄壓力機時速度系數(shù)，用曲柄壓力機時k=1.15k=1.15； 材料的抗拉強度（材料的抗拉強度（MPa)MPa)； 工件與凹模接觸的摩擦系數(shù)。工件與凹模接觸的摩擦系數(shù)。 0 1 (1.1(1)(1cot) cos b d FkDt D b ）常見縮口模結構）常見縮口模結構 a-無支承無支承 b-外支承外支承 c-內外支承內外支承 無支承模具結構簡單，有支承的模具增加無支承模具結構簡單，有支承的模具增加 了坯料的穩(wěn)定性，提高變形程度?？s口

21、內設有了坯料的穩(wěn)定性，提高變形程度?？s口內設有 芯棒時，可提高縮口部分內徑尺寸精度。芯棒時，可提高縮口部分內徑尺寸精度。 實例：氣瓶縮口模實例：氣瓶縮口模 剛制氣瓶縮口模，成形材料為剛制氣瓶縮口模，成形材料為1mm的的08鋼鋼 課后思考課后思考 1、什么叫縮口？縮口方法一般有哪幾種？、什么叫縮口？縮口方法一般有哪幾種？ 各有什么特點？各有什么特點？ 2、縮口的變形特點怎樣？、縮口的變形特點怎樣？ 3、脹形、翻孔（邊）及縮口變形的共同特、脹形、翻孔（邊）及縮口變形的共同特 點是什么？點是什么？ 5.4 5.4 校平與整形校平與整形 學習目標：學習目標： 能夠掌握校平和整形的概念、成形特點及分能夠

22、掌握校平和整形的概念、成形特點及分 類，掌握校平模和整形模的結構及工作原理。類，掌握校平模和整形模的結構及工作原理。 教學要求：教學要求： 掌握校平模和整形模的工作過程，能夠根據(jù)掌握校平模和整形模的工作過程，能夠根據(jù) 模具設計手冊，進行校平模和整形模的設計。模具設計手冊，進行校平模和整形模的設計。 校平與整形：校平與整形： 利用模具使坯料局部或整體產生不大的塑性利用模具使坯料局部或整體產生不大的塑性 變形，以消除平面度誤差，提高制件形狀及尺寸變形，以消除平面度誤差，提高制件形狀及尺寸 精度的沖壓成形方法。精度的沖壓成形方法。 校平和整形工序的工藝特點：校平和整形工序的工藝特點： 1 1）允許的

23、變形量很小，坯料的形狀與尺寸與制）允許的變形量很小，坯料的形狀與尺寸與制 件非常接近；件非常接近； 2 2）對模具的成形部分的精度要求比較高；）對模具的成形部分的精度要求比較高； 3 3）通常在專用的精壓機進行校平和整形，若用）通常在專用的精壓機進行校平和整形，若用 機械壓力機，機床應有較好的剛度，并需要機械壓力機，機床應有較好的剛度，并需要 裝有過載保護裝置。裝有過載保護裝置。 5.4.15.4.1校平校平 平面校平模：用于薄料，表面不允許有壓痕的工平面校平模：用于薄料，表面不允許有壓痕的工 件（有回彈）。主要用于平直度要求不高，由軟件（有回彈）。主要用于平直度要求不高，由軟 金屬（如鋁、軟

24、鋼、銅等）制成的小型零件。金屬（如鋁、軟鋼、銅等）制成的小型零件。 光面校平模光面校平模 -上模浮動式上模浮動式 -下模浮動式下模浮動式 齒面校平模：用于厚料，平直度要求高的，且表齒面校平模：用于厚料，平直度要求高的，且表 面上容許有細痕的工件工件（校平效果好）。面上容許有細痕的工件工件（校平效果好）。 齒形校平模齒形校平模 ）尖齒齒形）平齒齒形）尖齒齒形）平齒齒形 5.4.25.4.2整形整形 彎曲回彈會使工件的彎曲角度改變；由于凹彎曲回彈會使工件的彎曲角度改變；由于凹 模圓角半徑的限制，拉深或翻邊的工件也不能達模圓角半徑的限制，拉深或翻邊的工件也不能達 到較小的圓角半徑。利用模具使彎曲或拉深后的到較小的圓角半徑。利用模具使彎曲或拉深后的 沖壓件局部或整體產生少量塑性變形以得到較準沖壓件局部或整體