第五章 胀形与翻边

第5章 其他冲压成形工艺
5.1.4 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 空心零件的冲压加工方法称为圆柱形空心毛坯胀形。高
压气瓶、球形容器、波纹管、自行车三通接头。
1）刚模胀形(如图5.1.4)：模具结构复杂，模具与毛 坯间有较大摩擦力，零件精度低 2）软模胀形(如图5.1.5)：利用弹性体或流体作为凸 模或凹模。 圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态。(如图5.1.6) １.胀形系数
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5.1.3 平板毛坯的局部成形（图5.1.2）
用刚性凸模冲压平板毛坯，当D>3d时，凸缘部分不可 能产生切向收缩变形，变形只发生在与凸模接触的区域内， 此时即为平板毛坯的局部胀形。 用于腹板类板料零件压制加强肋（加强工件刚度）或 压制凸包、凹坑、花纹图案及标记等。 平板毛坯的变形程度多用胀形深度表示，也可以近似 地按单向拉伸变形处理，即平板毛坯能够一次成形的条件： l l0 p (0.70 ~ 0.75) l0 若计算结果不满足上述条件,则应增加工序，先压制 半球形过渡形状，再压出工件所需形状。(如图5.1.3)所示。 《冲压工艺学》
lmax Kl l0
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影响极限翻边系数的主要因素： 1) 材料机械性能：应变硬化指数和材料延伸率越
大，Kl越小，成形极限越大。
2) 材料相对厚度t0/d1：材料相对厚度越大，成
形极限越大。
3) 孔边缘状态：孔缘无毛刺和硬化时， Kl小，
成形极限大。
4) 凸模形状（如图５.２.６） ：球形、锥形和抛
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图5.1.6 钢模胀形 1-凹模；2-分瓣凸模；3-锥形芯轴 4-拉簧；5-毛坯；6-顶杆；7-下凹模
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1－上模 2－轴头 3－下模 4－管坯 加轴向压缩的液体胀形
可达到的最大翻边高度为：
h1max
d1 (1 K l ) 0.57r 2
此时，预冲孔直径为：
d0 d1 1.14r 2h1max
拉深高度为：
h` H h1max r t
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5.2.2 平面外缘翻边
平面外缘翻边可分为内曲外缘翻边和外曲外缘翻边 （如图5.2.7）
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6.2冲压件的工艺性分析
冲压件的工艺性是零件对冲压工艺的适应性即冲压加 工的难易程度。 工艺分析主要包括技术和经济两方面。 技术方面：冲压件的结构形状、尺寸大小、精度要求 和材料性能等是否符合冲压加工的要求。 经济方面：根据生产批量，分析产品成本。 冲压件的工艺分析主要是讨论在满足零件使用要求的 前提下，能否以最简单最经济的方法冲压出来。
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5.3 缩口
缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料,通过模 具将其口部缩小的一种成形工序(如图5.3.1)
d0 D 2( H 0.43r 0.72t )
d0 D D H (1 ) 0.43r 0.72t (1 K )源自文库 0.43r 0.72t 2 D 2
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第5章 其他冲压成形工艺 2）拉深－冲孔－翻边工艺
应先决定翻边所能达到的最大高度，然后根据翻边高度 及制件高度来确定拉深高度和孔的直径。
b Ec Rb
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5.2.3 变薄翻边
翻边高度较高而且允许变薄时，可采用变薄翻 边的方法。 变薄翻边的变形程度用变薄系数表示，其表达 式为：
t1 K t0
式中k为变薄系数， k＝０.４～０.５； t1 — 为工件翻边后竖边的厚度； t0 — 为毛坯厚度
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物线形凸模翻边时，比用平底凸模的成形极限大。
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3.工艺计算
1）翻边高度较小时，可先在毛坯上预冲孔，然后直接翻边。 t d 0 D1 (r ) 2h 2 将D1 D 2r t , H h r t代入上式，得：
1、内曲翻边
用模具把毛坯上内凹的边缘，翻成竖边的冲压加工 方法 内曲翻边属于伸长类翻边 内曲外缘翻边的变形程度用翻边系数Es表示：
b ES R b
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2、外曲外缘翻边
用模具把毛坯上外凸的边缘，翻成竖边的冲压方法叫 做外曲翻边
外曲翻边应力应变状况类似于浅拉深，属压缩类翻边。 外曲外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示：
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5.2 翻边（如图5.2.1）
翻边是利用模具把板材上的孔缘或外缘翻成竖边的 冲压加工方法。 按工艺特点，可分为：内孔（圆孔和非圆孔）翻边、 外缘（外曲和内曲）翻边和变薄翻边。 按变形性质，可分为伸长类翻边、压缩类翻边及变 薄翻边。 伸长类翻边在变形区引起切向伸长变形，厚度变 薄，易破裂；压缩类翻边在变形区引起切向压缩变形， 厚度增厚，易起皱。 《冲压工艺学》
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2. 翻边系数（图5.2.4）及其影响因素
圆孔翻边时，变形程度用翻边系数K表示
K d0 / dm
孔边缘变薄最严重，其值为
t t0 K
可见，翻边系数越小，孔边缘变薄越严重，容易发 生破裂。 孔边缘濒于拉裂时的翻边系数称为极限翻边系数Kl。 可用它反映圆孔翻边成形极限。
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5.2.4 翻边模结构
1.结构 与拉深模相似，但凸模圆角半径较大，常做 成球形或抛物面形。（以避免成为拉深）凹模圆 角半径影响不大，一般取工件圆角半径（但应大 于翻边圆角半径）。 2.凸、凹模间隙 c≥t：—翻边力较小，精度不高； c﹤t：—翻边竖壁垂直要求较高。
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6.3确定冲压件工艺方案
1、首先根据图纸进行必要的工艺计算 1）计算毛坯的展开尺寸；
2）工序间的半成品尺寸；
3）冲压力； 4）排样方式及材料利用率的计算。
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空心毛坯胀形的变形程度
K
d max d0
p K p 1
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2、胀形毛坯尺寸的计算
毛坯长度可按下式近似计算:
L0 L[1 (0.3 ~ 0.4） ] h 式中： L 工件的母线长度（mm)
工件的切向延伸率
h 修边余量，约为5 ~ 20mm
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5.1.5 张拉成形
张拉成形与拉弯成形相似，将毛坯成形区紧靠凸 模曲面，同时对毛坯附加张拉力F，使毛坯和模具逐渐 贴合。 采用张拉成形，一方面可以增大材料的变形程度； 另一方面能够减小甚至消除弯曲时材料内部的压应力 成分，从而到达到减小零件回弹，增强零件刚度的目 的。 张拉成形用拉形系数表示变形程度：
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成形工艺与模具设计
5.1 胀形
5.2 翻边
5.3 缩口
5.4 校平与整形
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成形：用不同性质的局部变形来改变毛坯或半成 品形状和尺寸的冲压工序。 伸长类成形：如胀形和内缘翻边，受拉应力而产 生伸长变形，易被拉裂而破坏； 压缩类成形：如缩口和外缘翻边，受压应力而产 生压缩变形，易起皱而破坏。
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5.3.2缩口变形程度
缩口变形程度用缩口系数K来表示，其表达式：
d K D
式中：d—缩口后的直径 D—为缩口前的直径
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5.3.3 常见缩口模结构
无支承模具结构简单，有支承的模具增加了坯料的稳 定性，提高变形程度。缩口内设有芯棒时，可提高缩口部 分内径尺寸精度。
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5.1.2胀形的极限变形程度
胀形成形极限是以零件是否发生破裂来判别的。由于 胀形方法不同，成形极限的表示方法也不同。
胀形破裂总是发生在材料厚度减薄最大的部位。 胀形极限变形程度主要取决于材料的塑性和变形的 均匀性 。 胀形成形极限的影响因素： 1）材料：塑性、延伸率和应变硬化指数n 2）变形区的应变分布：主要与零件的形状和尺寸有关。 应变分布越均匀，成形极限越大。 3）润滑条件、变形速度（主要针对刚性凸模胀形）
5.3.1 缩口成形的特点
1、常见的缩口形式有(如图5.3.2)
2、缩口时，变形区的金属受切向和轴向压应力，使壁 厚和高度增加；属于压缩类成形工序 3、变形区由于受到较大切向压应力的作用易产生切向 失稳而起皱，起传力作用的筒壁区由于受到轴向压应 力的作用易产生轴向失稳而起皱，所以失稳起皱是缩 口工序的主要障碍。
缩口模具结构设计举例
刚制气瓶缩口模，成形材料为１mm的０８钢（如图５.３.３） 《冲压工艺学》
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6.冲压设计过程
1、搜集冲压设计必需的原始资料； 2、对冲压件进行工艺分析； 3、进行必要的工艺计算，分析比较并确定最佳工艺方案； 4、确定模具的结构形式； 5、合理选择冲压设备； 6、编写工艺过程卡； 7、重新审查产品零件图和冲压工艺过程卡；
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5.2.1圆孔翻边（如图５.２.２）
1. 变形特点 1) 翻边变形区限制在凹模圆角以内，凸模底部为主 要变形区。 2)变形区受双向拉应力作用，切向应力在孔边缘处 最大，径向应力在孔边缘处为零。
3) 变形区材料在双向拉应力作用下，切向伸长，径
向略有缩短，材料厚度减薄，孔边缘处减薄最严重。 4) 属伸长类成形，变形程度受内边缘拉裂的限制。 《冲压工艺学》
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内孔翻边模 《冲压工艺学》
内、外缘翻边模
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3.凸模结构类型 带导正销的圆柱形凸模、圆锥形（球形、抛 物线形）凸模、带整形台阶凸模等。
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有预制孔的小孔翻边
小孔用穿孔翻边凸模
冲孔翻边复合模
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8、绘制模具总装图和零件图； 9、校核模具图纸； 10、编写冲压设计计算说明书。
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6.1 工艺设计的原始材料
1、冲压件的产品图纸及技术条件；
2、原材料的尺寸规格、机械性能与工艺性能及供应情 况； 3、产品的生产批量及定型程度； 4、供选用的冲压设备的型号、规格、主要技术参数及 使用说明书 ； 5、模具制造条件及技术水平； 6、其他技术资料。
1）毛坯的塑性变形局限于一个固定的变形区范围内， 板料不向变形区外转移，也不从外部进入变形区。 2）变形区材料受双向拉应力作用，沿径向和切向产生 伸长变形，板厚变薄，属伸长类变形，其主要破坏形式 是胀裂。 3）胀形时变形区材料由于受双向拉应力作用，不存在 压应力，而且拉应力沿厚度方向分布均匀，因此不易失 稳起皱，回弹小，尺寸精度高，表面质量好。
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5.1 胀形
定义：利用模具迫使板料厚度减薄表面积增 大，以获取零件几何尺寸的冲压加工方法称为胀 形。 胀形主要用于平板毛坯的局部胀形（压突起， 凹坑，加强筋，花纹，图形及标记等）、圆柱空 心毛坯胀形及张拉成形等。
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5.1.1 胀形的变形特点