模具翻边设计

5.2 翻边
• 翻边件的直径尺寸一般都要求不严，只有用作轴 套使用时，才对内径尺寸要求较严。这时，可参 考拉深模尺寸计算方法，先确定翻边凸模的直径 尺寸及公差。再由翻边间隙值确定翻边凹模的直 径尺寸，也可取约为0.75，为板料厚度。单面翻 边间隙也可按表5-7选取。
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• 5.2.2外缘翻边 外缘翻边是在板料边缘进行的翻边，翻边线都是非封 闭的轮廓。 外缘翻边按变形特点可分为两类：即伸长类和压缩类； 当翻边线为内凹弧时，变形特点与翻孔是相同的，主 要变形是切向受拉伸，因此称为伸长类翻边。 而当翻边线为外凸弧时，变形特点与翻孔完全不同， 与拉深是相同的，主要变形是切向受压缩，因此称为压缩 类翻边。 外缘翻边前的工序件可以是平面件，也可以是曲面件。 按结构形式可分为四种：即伸长类平面翻边和曲面翻 边、压缩类平面翻边和曲面翻边。本书只介绍平面外缘翻 边。
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1.打板 2.凹模 3.凸模 4.压料板 图5-18 倒装式翻孔模
1.凸模 2.弹簧 3.压料板 4.工序件 5.凹模 6.顶板 7.顶杆 图5- 19 顺装式翻孔模
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(二)翻边凸模和凹模的设计 • 翻边时，板料相对凹模圆角没有滑动，因此对翻 边凹模的圆角半径没有严格的限制可直接取工件 要求的圆角半径。 翻边凸模的结构形式很多，图 5-20给出几种常用圆孔翻边凸模的形状和尺寸。
5.2 翻边
确定非圆孔翻边的底孔形状和尺寸，一般仍按 弯曲展开计算。但由于切向变形的不均匀性，如果 取等宽的毛坯，翻边后直壁端头不可能平齐。如果 考虑非圆孔各段之间的相互影响，修正变形区宽度， 将使底孔形状变得不规则，给底孔的制备造成不必 要的困难，而且也很难准确修正。因此，对一般要 求的非圆孔翻边件，可以不考虑底孔形状的修正问 题。只有当翻边高度要求严格时，才考虑修正变形 区宽度。这时，可先按弯曲展开计算直线段c的翻边 宽度Bc，取凹弧段a的翻边宽度Ba为Bc的1.05~1.1倍。 凸弧段b的翻边宽度可利用拉深圆筒形件的毛坯直径 计算公式求得。最后，需考虑三者间的相互影响， 将底孔形状修正光滑。
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如图5-15所示，工艺计算程序是先确定翻边所 能达到的最大高度，按图示几何关系，翻边高度为：
图5-14 平板冲底孔后翻边
图5-15 拉深件底部冲孔后翻边
h 0.5(D d 0 ) (rp 0.5t ) 0.5 (rp 0.5t )
≈
则 hmax 0.5D(1 K f min ) 0.57rp
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图5-16 非圆孔翻边
5.2 翻边
（二）非圆孔翻边系数 非圆孔翻边与半径相同的圆孔翻边相比较， 允许采用较小的翻边系数 K 'f ，可按下式估算： K 'f K f 1800 (5-19) 式中 Kf ——圆孔极限翻边系数，见表5-4； α——圆弧段中心角（0）。 上式适用于α ≤1800，当α >180时。直线段对圆弧 段的缓解作用已不明显，工艺计算仍需采用圆孔 翻边系数。当直线段很短时，也按圆孔翻边处理。 低碳钢板的非圆孔极限翻边系数也可以按表 5-5查得。
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（三）非圆孔翻边的工艺计算 非圆孔翻边时，工艺计算主要考虑两方面内 容：一是核算变形程度；二是确定底孔的形状和 尺寸。 当翻孔形状复杂时，应分段进行变形程度的 核算。图5-17所示的非圆孔翻边件，按变形特点 可分为三种类型：凹弧段a具有翻孔的变形特点； 凸弧段b具有拉深的变形特点；而直线段c则主要 是弯曲。因此，为了判断该件能否一次成形，对 于凹弧段a应按非圆孔翻边系数判断。而且，当翻 边高度相等时，只需核算圆弧半径较小的R4段， 因为R4 <<R2，则R4段的变形程度比R2段大得多。
(三) 影响翻边系数的因素 1.材料的塑性： 由于翻孔时的主要变形是切向的伸长变形，因此 影响翻边系数的主要因素是材料的塑性。最大切 向伸长变形在底孔边缘处，其值不应超过材料的 伸长率：
D d0 D 1 max 1 1 d0 d0 Kf
≤δ
由上式可得翻边系数Kf与材料伸长率δ或断面 收缩率ψ之间的近似关系： Kf =1/(1+ ψ)，或Kf =1—ψ。这表明：材料的塑性越好，其极限翻边 系数可以更小些。
随凸模圆角半径的增大，翻边力将大幅度减小。 当采用球头凸模翻孔时，翻边力可比采用小圆角 平头凸模降低50％左右。采用球头凸模的翻边力 可按下式计算：
式中
F 1.2K 0Dt b （N）
(5-21)
式中 K0——翻边力系数，见表5-6； ——板料抗拉强度 (MPa)。
b
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• 四、翻孔模设计 (一)翻孔模结构类型 翻孔模的结构与拉深模相似，也有顺 装与倒装、压边与不压边等区分。像拉深 模那样，如果没有冲裁加工，翻孔模一般 不需设置模架。 图5-18所示为倒装式翻孔模。 图5-19所示为顺装式翻孔模。
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4.翻边凸模的形状： 图5-12所示为用平头凸模翻边，当凸模圆角 半径rp较小时，变形过分集中于底孔边缘，容易 引起开裂。随着值的增大，直至采用球形、抛 物面形或锥形凸模，变形将得到分散，可减小 底孔边缘开裂的可能性，因而允许采用较小的 翻边系数。 表5-4给出了低碳钢的极限翻边系数Kfmin ， 从中可以看出上述因素对其值的影响程度。
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2.底孔的断面质量： 由于翻孔的破坏形式是底孔边缘因拉伸变形过 大而开裂，因此用钻孔代替冲孔，或冲孔后再 用整修方法去掉毛刺和表面硬化层，或冲孔后 采取软化热处理措施，都能提高翻孔的极限变 形程度，允许采用较小的翻边系数。 3.板料的相对厚度 底孔直径d0与板料厚度t的比值d0 ／t较小时，表 明板料较厚，断裂前材料的绝对伸长量可以大 些，故翻边系数可相应减小些。
翻边与弯曲不同，弯曲主要是折弯线为直线，切向没有变形， 而翻边时的折弯线为曲线，切向有变形，并且常常是主要的变 形。
5.2 翻边
5.2.1内缘翻边 一、圆孔翻边 (一) 圆孔翻边的变形特点
图5-12 圆孔翻边应力状态
图5-13 圆孔翻边应力—应变分布
5.2 翻边
如图5-12所示， 翻边变形区切向受拉应力σ θ ，径向 受拉应力σ P，而板厚方向应力可忽略不计，因此应力状 态可视为双向受拉的平面应力状态。 圆孔翻边时，应力和切向应变的分布情况如图5-13所 示。切向应力σ θ 为最大主应力，径向应力σ P是由凸模对 板料的摩擦作用引起的，其值较小。应力沿径向的分布是 不均匀的，在底孔边缘处，切向应力σ θ 达到其最大值， 而径向应力σ P为零，因此该处可视为单向拉伸应力状态。 切向应变为拉应变，沿径向的分布也是不均匀的，在底孔 边缘处其值最大，越远离中心，其值越小。 可见，翻孔时底孔边缘受到强烈的拉伸作用。变形程 度过大时，在底孔边缘很容易出现裂口。因此翻孔的破坏 形式就是底孔边缘拉裂。为了防止出现裂纹，需限制翻孔 的变形程度。
d 0 D 2H 0.43rd 0.72t
(5-11)
变换上式，可得翻边高度的计算公式： H=0.5D(1-d0/D )+0.43 rd +0.72t 或 H=0.5D(1-kf )+ 0.43 rd +0.72 t (5-12) 将上式中的翻边系数以极限翻边系数Kfmin代替， 可得最大翻边高度Hmax的计算公式：
5.2 翻边
利用模具将工序件的孔边缘或外边缘翻成竖直的直边， 称为翻边。利用翻边方法加工立体零件具有很好的刚性， 这一点常常是翻边加工的主要目的。 对工件的孔进行翻边称为内缘翻边，或简称为翻孔， 见图5 -11a。对工件的外缘进行翻边称为外缘翻边，见图 5 - 1lb。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
a) 内缘翻边 b) 外缘翻边 图5-11 内缘和外缘翻边
图5-20 常用翻孔凸模形状
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• 图a为平头凸模，圆角半径不宜过小，适于翻边高度较小、 直径较大的孔翻边。图b为球头凸模，图c为抛物面形凸模。 就对翻边变形而言，b优于a，c优于b，因而允许采用较小 的翻边系数，可比平头凸模减小10％~20％，但凸模的加 工难度则正好相反。采用以上三种翻边凸模，工件需有预 制底孔，而且翻边模上需设置定位装置，对工序件进行定 位。 • 图d和图e分别为带有球头和锥头导向段的台阶式凸模，用 于倒装式翻孔模时，可利用导引段对工序件底孔进行定位， 因此模具上不需设置定位装置。锥头凸模比球头凸模容易 加工，锥角可按板料厚度选取，当t<1.5mm时，取a=550， t>1.5mm时，取a=600 。 • 图f为尖锥形凸模，用于薄料、小孔的翻边，不需预先制 备底孔。但翻边后直壁端头有裂口，对直壁要求严格时不 能采用。
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三、翻边力的计算 用普通圆柱形凸模翻孔时的翻边力，可按下式估 算： F 1.1 D d 0 t s （N） (5-20) 式中 D——翻边后孔的中径(mm) d0——翻边底孔直径(mm)； T ——板料厚度(mm)； s ——板料屈服应力(MPa)。
b
5.2 翻边
5.2 翻边
Hmax=0.5D(1- Kfmin )+0.43 rd +0.72t (5-13)
如果翻边直壁高度H小于一次翻边的极限高度 Hmax，则只要算出预孔直径d0，按d0冲预孔后就 可以直接达到翻边高度。 如果翻边件直壁的高度超过了一次翻边极限高 度，则该件便不能一次完成翻边。这时，可采取多 次翻边(两次之间可安排退火软化工序)、对变形区 进行加热翻边等工艺方法。当翻边件直壁高度较大 时，比较好的工艺方法是先用平板毛坯拉深成带宽 凸缘的圆筒形件，在底部冲底孔后再进行翻边，使 翻出的直径与拉深件直径相同，以达到要求的翻边 高度。具体计算如下。
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(二) 圆孔翻边的变形程度 圆孔翻边的变形程度用翻边系数Kf表示：
Kf d0 D
(5-9)
D——翻边后孔的中径。 显然，Kf值越小，表示变形程度越大。各种材料 的首次翻边系数Kf0和极限翻边系数Kfmin见表5-3。 采用Kfmin值时，翻孔后的边缘可能有不大的裂口。