第五章 其他成形工艺与模具设计

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式中 F ——翻边力(N); dm ——翻边后竖边的中径(mm); d0 ——圆孔的初始直径(预制孔)(mm); t0 ——毛坯厚度(mm); σs ——材料屈服强度(MPa)。
平底凸模底部圆角半径rp对翻边力有一定影响,增大rp可降低翻边力。
采用球底凸模时
F 1.2 dmt0 sm
其中m为系数,与K 值有关。
图5-10 非圆孔翻边 a) 零件 b)凸模
图5-11 变薄翻遍成形小螺纹底孔
第二节 缩口
将空心件或管件的口部直径 缩小的成形方法称为缩口。
缩口变形时,变形区的材料 主要受切向压应力的作用(同时 轴向也受压应力作用),使毛坯 口部的直径减小而高度和厚度则 增加。因此,缩口在变形过程中 的主要问题是失稳和起皱。
一、圆孔翻边
(一)圆孔翻边的变形机理 圆孔翻边是利用模具使制件的孔边缘翻起呈竖立或一定角度
直边的冲压加工方法。
圆孔翻边的变形特点:
变形是局部的,主要发生
在位于凸模底部的(D0-d0 )的环形部分,该区是翻 圆孔的变形区。
变形区材料沿切向和径向
受拉,产生切向和径向均 伸长、厚度减薄的变形。
图5-34 冲压方向的选择 a)不合理 b)合理
图5-35 由反成形确定的冲压方向
2. 保证成形时凸模与坯料接触状态良好。
3. 尽量减少拉深深度,成形深度尽可能相同,并保持 压料面各部位进料阻力大小均匀。
二、压料面
压料面是指处于压边圈下面的毛坯凸缘部分,压料面形状是保证拉 深过程中材料不破裂和顺利成型的首要条件。它可以是零件的本体,也 可以是工艺补充部分,若为后者,需在成形完毕后切除。
p

dmax d0 d0

Kp
1
胀形方法:
空心毛坯的胀形可采用: (1)钢模胀形 (2)固体软模胀形 (3)液或气压胀形
图5-28 固体软模胀形 a)整体式 b)可分式
图5-27 刚体分瓣凸模胀形
图5-29 液压胀形 a)直接加液压胀形法 b)橡皮囊充液
三、胀拉成形
生产中常有一些底部曲率半径很大的制件,如汽车上的某些覆盖件 和飞机蒙皮等,底部曲面的变形性质属于胀形,但曲面部分变形量很小 ,通常称之为大曲率半径胀形。
形条件比平底凸模优越,Kl较小。
(三)圆孔翻边的工艺计算 (1)平板翻孔的工艺计算
1)确定预冲孔的直径 预制孔直径可根据弯曲件中性层长度不变的原则作近似计算
d0
wk.baidu.com
D1



r

t0 2


2h1

化简得:
d0 dm 2h 0.43r 0.72t0
2)核算翻孔高度,判定是否可以 一次翻孔成功
图5-13 简单缩口模
图5-14 缩口模的支撑形式 a) 外支撑缩口模 b)内支撑缩口模
缩口工艺计算:
1.缩口时的毛坯计算 可根据变形前后体积不变的原则进行。图5-15是不同的缩口形式及其 毛坯计算所用的公式,式中符号如图所示。 2.缩口力的计算 无支承的缩口模可按下式计算缩口力
F (2.4 ~ 3.4)t (D d)
图5-22 胀形变形分析 a)胀形时的变形区 b)胀形时的应力和应变
一、局部胀形
局部胀形是一种使材料发生拉伸,形成局部的凹进或凸起,借以改变 毛坯形状的方法。
主要用于加强筋和凸形压制、零件及艺术装饰品的浮雕压制、不对称 开口零件的冷压成形等。
图5-23 局部胀形的几种形式 a)压凸包 b)压加强筋 c)压字
t0,可保证翻边后的竖边成为直壁。若零件对翻边后的竖
边垂直度无要求,应尽量取较大的凸凹模间隙。如若翻边 件的圆角半径很大,竖边高度很小,其目的是为了减轻质
量,增加结构的刚性时,可取单边间隙为(4~5)t0。
二、外缘翻边
1. 内曲翻边
用模具将毛坯上内凹的边缘 ,翻成竖边的冲压 加工方法称 为内曲翻边。其应力和应变情况 与圆孔翻边相似,属于伸长类翻 边。
(五) 翻边模设计 翻边模的结构与拉深模相似。
图5-6 翻边模 1—模柄 2—上模座 3—凹模 4—退件板 5—螺杆 6—弹簧 7—下模座 8—
凸模 9—凸模固定板 10—零件 11—顶料器 12—弹簧
设计翻边模时:
1.平底凸模的圆角半径rp应尽可能大,凹模圆角对翻边成
形影响不大,可按零件圆角确定。 2.凸模凹模的间隙可按表5-4选取。若零件对竖边垂直度 有要求,翻边凸凹模之间的单边间隙可取为(0.75~0.85)
胀形与拉深的分界:
二、圆柱空心毛坯的胀形
将圆柱形空心毛坯(管状或桶状)向外扩张成曲面空心零件的冲压方 法称为圆柱形空心毛坯胀形,用这种方法可获得许多形状复杂的零件。
圆柱空心毛坯胀形时,材料主要受切向伸长变形,材料的破坏形式均
为开裂。胀形变形程度用胀形系数Kp来表示:
Kp

d max d0
与材料切向许用伸长率的关系:
图5-12 缩口
缩口变形程度:
缩口的变形程度用缩口系数k表示
k d D
式中 d——缩口变形后零件的直径(mm); D——缩口变形前毛坯的直径(mm)。
缩口系数与材料的力学性能、材料厚度、材料表面质量、模 具结构有关,一般可按表5-7选取。
缩口模具:
缩口模的支承形式一般分为三种: 1.无支承形式。 2.外支承形式。 3.内外支承形式 不同的模具结构缩口系数不同,见表5-8.
翻边前拉深高度 h2 h h1max r t0
对于翻边高度较大的零件,除采用先拉 深再翻边的方法外,也可采用多次翻边 的方法,但工序之间需要退火且每次所 用翻边系数应比前次增大15%~20%。
(四)圆孔翻边力计算
当采用圆柱形平底凸模时,圆孔翻边力可用下式计算
F 1.1 dm d0 t0s
图5-9 非圆孔翻边
四、变薄翻边
变薄翻边属体积变形,变形程度不仅决 定于翻边系数,还决定于竖边的变薄系数K ,K用下式表示:
K t1 t0
式中:t1—变薄翻边后零件竖边厚度(mm) ;t0—毛坯厚度(mm)。
一 次 变 薄 翻 边 的 变 薄 系 数 可 取 0.4~0.5 ,甚至更小。变薄翻边预制孔尺寸的计算, 应按翻边前后体积不变的原则进行。变薄翻 边力比普通翻边力大得多,力的增大与变薄 量增大成正比。
根据零件形状和材料性质,局部胀形可以由一次或多次
工序完成。对于压加强筋等成形,材料一次成形极限用断
面变形程度表示:
p

l
l0 l0

(0.70
~
0.75)
如果计算结果不满足上述条件,则应增加工序,如图
5-25所示。 常用的加强筋形式和尺寸见表5-11。
图5-25 两道工序完成的加强筋 a)预成形 b)最终成形
同一般冲压件相比,覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺 寸大和表面质量要求高等特点,冲压成形的难度比较大。
一、冲压方向 二、压料面 三、工艺补充部分设计 四、拉深筋(槛)
一、冲压方向
冲压方向选择时应符合下述原则: 1. 保证凸模能够顺利进入凹模,不应出现凸模接触不到的死区 (图5-34),工件上需成形的部位要在一次冲压中完成(图5-35)。
2. 将零件的边缘按形状特点和需要进行展开,决定切边方向(图5-39) 和定位形式。 3. 建立零件的展开边缘与压料面之间的工艺补充部分(图5-40)。
图5-39 切边方向 a)垂直切边(α<30°) b)侧向切边 (α≥15°) a—工艺补充余量(≥8mm)
hmax

dm 2
1
Kl

0.43r

0.72t0
3)确定翻孔次数
当翻孔高度h<hmax时,
可以一次翻出。
(2)拉深后再翻边的计算 拉深后再翻边时,应先决定翻边所能达 到的最大高度,然后根据翻边高度及工 件的高度来决定拉深件的高度。
h1max

dm 2
1

kl


0.57r
此时预制孔直径 d0 kl dm
第五章 其他成形工艺与模具设计
翻边 缩口 旋压
胀形 大型覆盖件的成形
渐进成形
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第一节 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。
一、圆孔翻边 二、外缘翻边 三、非圆孔翻边 四、变薄翻边
图5-1 各种翻边件 a)平面圆孔翻边 b)平面内凹外缘翻边 c)立体件上圆孔翻边 d)平面外凸外缘翻边 e)压缩类曲面翻边 f)拉伸类曲面翻边
变形区变形不均匀,径向
伸长不明显,切向变形较 大,且愈到口部伸长愈多 ,口部减薄最为严重。
(二)圆孔翻边时的成形极限
圆孔翻边时成形的变形程度,用坯料上预制孔的初始直径d0 与翻边成形完成后竖边的中径dm比值K表示:
K d0 dm
K——翻边系数,K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。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
以连接的几道工序在不同的胎具上进行,但各胎具的最小直径 是相同的(图5-17)。
图5-17 几道连续工序的旋压
二、变薄旋压
坯料的厚度在旋压过程中被强制变薄的旋压即为变薄旋 压,又叫强力旋压。根据旋压件的类型和变形机理的差异, 变薄旋压可分为锥形件变薄旋压(剪切旋压)和筒形件的变 薄旋压(挤出旋压)两种。
确定压料面的形状时,应满足以下 要求:
1. 压料面应为平面、单曲面或曲率 很小的双曲面等可展开面。
2. 压料面应保证凸模对毛料有一定 长度的拉深效应。
3. 确定压料面时,要考虑毛坯定位 的稳定、可靠和送料与取料的方便。
4. 压料面应平滑光顺有利于毛坯往 凹模形腔内流动。
图5-37 压料面展开长度比凸模表面 展开长度短的示意图
图5-19 变薄旋压时的纯剪切变形 1—毛坯 2—旋压件
图5-20 锥形件的变薄旋压
图5-21 用等断面毛坯 旋压半球形零件
第四节 胀形
胀形是利用模具使板料拉伸变 薄局部表面积增大以获得零件的加 工方法。
主要用于:
(1)平板毛坯的局部胀形。
(2)圆柱形(或管形)毛坯的胀
形。 (3)平板毛坯的拉张成形等。
旋压是一种特殊的成形方法。用旋压方法可以完成各种形状旋转 体的拉深、翻边、缩口、胀形和卷边等工序。
图5-16 旋压 1—卡盘 2—胎具 3—顶块
4—顶针 5—赶棒
图5-18 各种旋压成形方法 a) 拉深 b)缩口 c)胀形 d)翻边
一、不变薄旋压 不变薄旋压的基本方式主要有:拉深旋压(拉旋)、缩
径旋压(缩旋)和扩径旋压(扩旋)等三种。 如果所要求的零件形状不可能在一道工序中完成,旋压应
三、工艺补充部分设计 为了给覆盖件创造一个良好的成形条件,必须将零件的边
缘按形状特点和需要展开后再加上必须的于覆盖件本体以外的 材料补充,称工艺补充。
工艺补充部分设计步骤如下: 1. 填补零件上所有的孔洞,在局部变形程度较大的地方开 工艺切口或工艺孔(图5-38)。
图5-38 汽车外门板的工艺切口
此类胀形经常发生的情况是贴模不良而使零件脱模后曲面回弹造成 较大的形状误差。
图5-31 胀拉成形 a)开始阶段 b)中间阶段 c)
终了阶段 Ⅰ—成形区 Ⅱ—传力区
胀拉成形模
图5-33 在液压机上使用的胀拉成形模
第五节 大型覆盖件的成形
大型覆盖件是指汽车、拖拉机等构成汽车车身或驾驶室、覆 盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。
内曲翻边的变形程度用ES表示
ES

b Rb
2. 外曲翻边
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 曲翻边。其应力和应变情况类似于浅拉深,属压缩类翻边。
外曲翻边的变形程度用EC表示
Ec

b Rb
三、非圆孔翻边
非圆孔翻边的变形性质 与其孔缘轮廓性质有关。图 5-9就是有外凸弧线段a、直 线段b和内凹弧线段c组成的 非圆孔,翻边时a段属于压 缩类翻边,b段属于弯曲,c 段属于伸长类翻边。
的翻边系数称为极限翻边系数,以Kl表示。
影响圆孔翻边成形极限的因素有:
1.材料种类及其力学性能 材料伸长率和硬化指数n大,Kl
小,成形极限大。
2.预制孔的孔口状态 孔缘无毛刺和无冷作硬化时,Kl较
小,成形极限较大。
3.材料的相对厚度 相对厚度愈大,Kl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
式中 F——缩口力(N); t——毛坯厚度(mm);
σb——材料抗拉强度(MPa );
D——毛坯直径(按中心层计)(mm); d——缩口部分直径(按中心层计)(mm)。
第三节 旋压
旋压是将板料或重心毛坯夹紧在胎具上,由旋压机带动胎具和毛 坯一起高速旋转,同时用赶棒加压于毛坯,使毛坯产生局部塑性变形 并使变形逐步扩展,最后获得所需形状和尺寸的制件。
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