鈑金與成型-其它典型成形

1、 第第6 6章章 其它典型成形其它典型成形 航空航天工程學(xué)部航空航天工程學(xué)部 主講：賀平 6 6、1 1 擴口、縮口擴口、縮口 一、擴口一、擴口 將管端頭制成一定尺寸的喇叭口形狀，這種成形方將管端頭制成一定尺寸的喇叭口形狀，這種成形方 法稱為擴口成形。法稱為擴口成形。 擴口成形特點：變形區(qū)的材料受到顯著的切向拉擴口成形特點：變形區(qū)的材料受到顯著的切向拉 伸，而在母線方向上卻受到模具的頂壓作用而壓縮，故伸，而在母線方向上卻受到模具的頂壓作用而壓縮，故 擴口成形一般可視作平面應(yīng)力與應(yīng)變。屬伸長類成形。擴口成形一般可視作平面應(yīng)力與應(yīng)變。屬伸長類成形。 擴口成形主應(yīng)力、主應(yīng)變狀態(tài)如圖所示。擴口成形主應(yīng)

2、力、主應(yīng)變狀態(tài)如圖所示。 擴口成形變形程度用擴口系數(shù)表示：擴口成形變形程度用擴口系數(shù)表示：001dDkk 管端擴口時，管壁沿圓周切向受拉伸，在管端頭為最管端擴口時，管壁沿圓周切向受拉伸，在管端頭為最大，其應(yīng)變?yōu)椋捍?，其?yīng)變?yōu)椋?可見，擴口系數(shù)愈小，管端的變形程度愈大?？梢?，擴口系數(shù)愈小，管端的變形程度愈大。 當(dāng)管端邊緣材料瀕于拉裂時，此刻的擴口系數(shù)即達到當(dāng)管端邊緣材料瀕于拉裂時，此刻的擴口系數(shù)即達到極限值，用極限值，用 表示。表示。 成形力計算：成形力計算：00lnlnkDkd kjkmax0 0coslnbkPd tk 擴口成形兩種失穩(wěn)：擴口成形兩種失穩(wěn)： 1 1）變形區(qū)發(fā)生破裂；）變形區(qū)發(fā)

3、生破裂； 2 2）傳力區(qū)發(fā)生壓縮失穩(wěn)）傳力區(qū)發(fā)生壓縮失穩(wěn)起皺。起皺。 前者為擴口成形極限變形條件，后者可通過適當(dāng)?shù)那罢邽閿U口成形極限變形條件，后者可通過適當(dāng)?shù)姆椒右苑婪?。方法加以防范。二、縮口二、縮口 通過縮口模具將圓筒形件或管形件敞口處直徑縮通過縮口模具將圓筒形件或管形件敞口處直徑縮小的沖壓成形方法稱為縮口成形。小的沖壓成形方法稱為縮口成形。 縮口成形特點：變形區(qū)的材料受到顯著的切向壓縮口成形特點：變形區(qū)的材料受到顯著的切向壓縮，壁厚及高度增加，屬壓縮類成形?？s口成形一般縮，壁厚及高度增加，屬壓縮類成形?？s口成形一般可視作平面應(yīng)力狀態(tài)、三維應(yīng)變狀態(tài)，如圖所示。可視作平面應(yīng)力狀態(tài)、三維應(yīng)變狀

4、態(tài)，如圖所示。 縮口成形過程與變形區(qū)和非變形區(qū)的失穩(wěn)條件有縮口成形過程與變形區(qū)和非變形區(qū)的失穩(wěn)條件有密切的關(guān)系，當(dāng)然與縮口力的大小有更直接的關(guān)系。密切的關(guān)系，當(dāng)然與縮口力的大小有更直接的關(guān)系。 一次縮口的變形程度是有限的，主要的限制因素是一次縮口的變形程度是有限的，主要的限制因素是傳力區(qū)筒壁在縮口壓力過大時，由于縱向失穩(wěn)而出線彎傳力區(qū)筒壁在縮口壓力過大時，由于縱向失穩(wěn)而出線彎曲、環(huán)狀波紋、直徑墩粗或局部凹陷之類的變形；其次曲、環(huán)狀波紋、直徑墩粗或局部凹陷之類的變形；其次是變形區(qū)筒壁因受切向壓縮應(yīng)力作用，發(fā)生切向失穩(wěn)而是變形區(qū)筒壁因受切向壓縮應(yīng)力作用，發(fā)生切向失穩(wěn)而起皺。起皺。 縮口成形變形程度

5、用縮口系數(shù)表示：縮口成形變形程度用縮口系數(shù)表示：01nddnk 當(dāng)凹模錐角及摩擦系數(shù)（材料與錐面間的摩擦）恒定當(dāng)凹模錐角及摩擦系數(shù)（材料與錐面間的摩擦）恒定時，縮口系數(shù)愈小，則所需的單位縮口力也就會愈大。管時，縮口系數(shù)愈小，則所需的單位縮口力也就會愈大。管 一次縮口變形程度受非變形區(qū)筒壁材料的屈服強度限一次縮口變形程度受非變形區(qū)筒壁材料的屈服強度限制。制。 當(dāng)當(dāng) 時，非變形區(qū)筒壁已因塑性變形而失穩(wěn)。時，非變形區(qū)筒壁已因塑性變形而失穩(wěn)。sp影響縮口成形的因素：影響縮口成形的因素：1 1）材料塑性好，屈強比小，允許的縮口變形程度大；）材料塑性好，屈強比小，允許的縮口變形程度大；2 2）材料愈厚，愈

6、不易塑性失穩(wěn)，有利縮口成形；）材料愈厚，愈不易塑性失穩(wěn)，有利縮口成形；3 3）采用內(nèi)支撐（模芯）模具結(jié)構(gòu)時，變形區(qū)材料在模芯的）采用內(nèi)支撐（模芯）模具結(jié)構(gòu)時，變形區(qū)材料在模芯的 反力作用下貼著凹模成形，口部不易起皺；反力作用下貼著凹模成形，口部不易起皺；4 4）選最佳凹模錐角（）選最佳凹模錐角（52.552.5）時，所需的縮口力最小，可）時，所需的縮口力最小，可 提高縮口變形程度提高縮口變形程度10-10-15%15%；5 5）錐面粗糙度值越低、潤滑條件越好，材料與錐面的摩擦阻力）錐面粗糙度值越低、潤滑條件越好，材料與錐面的摩擦阻力就小，對縮口成形有利。就小，對縮口成形有利。6 6、2 2 下

7、陷、壓印、校形下陷、壓印、校形一、下陷一、下陷 許多薄壁結(jié)構(gòu)中的骨架零件，在布局上是縱橫交錯，經(jīng)常許多薄壁結(jié)構(gòu)中的骨架零件，在布局上是縱橫交錯，經(jīng)常會發(fā)生交叉搭接的現(xiàn)象。為保證外輪廓的光滑與流線，或者不會發(fā)生交叉搭接的現(xiàn)象。為保證外輪廓的光滑與流線，或者不使結(jié)構(gòu)件強度受到損害，通常在兩個零件的搭接處制成彎折型使結(jié)構(gòu)件強度受到損害，通常在兩個零件的搭接處制成彎折型式，稱這種型式的變形為下陷，在飛機結(jié)構(gòu)中的框、肋、緣條式，稱這種型式的變形為下陷，在飛機結(jié)構(gòu)中的框、肋、緣條與桁條連接時，通常取這種型式。與桁條連接時，通常取這種型式。 下陷成形時，材料在變形區(qū)內(nèi)的變形較為復(fù)雜。對于緣下陷成形時，材料在

8、變形區(qū)內(nèi)的變形較為復(fù)雜。對于緣條來講可視作簡單的折彎，在變形區(qū)的角域承受著彎曲，在條來講可視作簡單的折彎，在變形區(qū)的角域承受著彎曲，在過渡段承受著拉伸，對于腹板面在變形區(qū)受到的是剪切變形。過渡段承受著拉伸，對于腹板面在變形區(qū)受到的是剪切變形。綜合作用的結(jié)果，外肩綜合作用的結(jié)果，外肩a a處變形條件最為不佳，如果發(fā)生破壞處變形條件最為不佳，如果發(fā)生破壞的話，首先在這里產(chǎn)生裂紋。的話，首先在這里產(chǎn)生裂紋。 對下陷成形的變形程度通常用緣條面的相對拉伸應(yīng)變來對下陷成形的變形程度通常用緣條面的相對拉伸應(yīng)變來衡量，即：衡量，即：2221()1 1lLHLHLLL 上式表明：下陷成形時其變形量主要取決于下陷

9、的相上式表明：下陷成形時其變形量主要取決于下陷的相對高度對高度H/LH/L值。相對高度值。相對高度H/LH/L值愈大，變形程度也愈大。所值愈大，變形程度也愈大。所以下陷成形變形程度又可用相對高度來表達。當(dāng)外肩部瀕以下陷成形變形程度又可用相對高度來表達。當(dāng)外肩部瀕于出現(xiàn)裂紋時，即意味著極限程度的到來。如令出現(xiàn)裂紋于出現(xiàn)裂紋時，即意味著極限程度的到來。如令出現(xiàn)裂紋的條件是應(yīng)變量達到了材料的延伸率指標(biāo)，即：的條件是應(yīng)變量達到了材料的延伸率指標(biāo)，即： 所以下陷成形時，極限相對高度為：所以下陷成形時，極限相對高度為：2max()1 1jjHL max()(2)jjHL 實際上，影響下陷成形順利進行的極限

10、條件不僅是外肩處的破實際上，影響下陷成形順利進行的極限條件不僅是外肩處的破裂，同時還存在外肩處因失穩(wěn)而發(fā)生起皺的情況。其原因在于腹板面裂，同時還存在外肩處因失穩(wěn)而發(fā)生起皺的情況。其原因在于腹板面內(nèi)的摩擦力或剪切應(yīng)力誘導(dǎo)出的壓應(yīng)力致使材料失穩(wěn)而產(chǎn)生的。尤其內(nèi)的摩擦力或剪切應(yīng)力誘導(dǎo)出的壓應(yīng)力致使材料失穩(wěn)而產(chǎn)生的。尤其當(dāng)材料壁厚較薄或腹板面積較大，剪切變形受阻，就更為突出。故通當(dāng)材料壁厚較薄或腹板面積較大，剪切變形受阻，就更為突出。故通過實驗可給出彈、塑性失穩(wěn)的經(jīng)驗判斷式。過實驗可給出彈、塑性失穩(wěn)的經(jīng)驗判斷式。 發(fā)生彈性失穩(wěn)時的條件：發(fā)生彈性失穩(wěn)時的條件： 發(fā)生塑性失穩(wěn)時的條件：發(fā)生塑性失穩(wěn)時的條件

11、： 其中：其中：B B、f -f -是由工具約束和材料情況而定的系數(shù)；是由工具約束和材料情況而定的系數(shù)； E -E -為材料的彈性模量；為材料的彈性模量； cy cy -是彎曲失穩(wěn)的屈服應(yīng)力。是彎曲失穩(wěn)的屈服應(yīng)力。2(/ )HBELH tcyHfEt二、壓印二、壓印 壓印是一種在坯料或制件表面上壓出圖案或文字的成形壓印是一種在坯料或制件表面上壓出圖案或文字的成形方法。此法廣泛用于硬幣、紀(jì)念幣、標(biāo)牌、餐具及鐘表等藝方法。此法廣泛用于硬幣、紀(jì)念幣、標(biāo)牌、餐具及鐘表等藝術(shù)性很強的制品上。術(shù)性很強的制品上。 壓印成形是屬于體積成形的范疇，成形過程主要是靠毛壓印成形是屬于體積成形的范疇，成形過程主要是靠

12、毛料體積的轉(zhuǎn)移，增大制件的表面積，即面積的增加是由毛料料體積的轉(zhuǎn)移，增大制件的表面積，即面積的增加是由毛料變薄實現(xiàn)的。變薄實現(xiàn)的。 對壓印成形來講，其材料體積的轉(zhuǎn)移量比之?dāng)D壓成形等對壓印成形來講，其材料體積的轉(zhuǎn)移量比之?dāng)D壓成形等要小得多，其表現(xiàn)是坯料的局部表層發(fā)生了較明顯的塑性流要小得多，其表現(xiàn)是坯料的局部表層發(fā)生了較明顯的塑性流動。動。 一般來講，壓印是在封閉的模具內(nèi)進行的，以免金屬被擠一般來講，壓印是在封閉的模具內(nèi)進行的，以免金屬被擠到模具的型腔外，形成帶飛邊的制件。到模具的型腔外，形成帶飛邊的制件。 壓印成形變形程度是以控制壓印尺寸（模具型腔尺寸）和壓印成形變形程度是以控制壓印尺寸（模具

13、型腔尺寸）和工藝性來實現(xiàn)的。從工藝角度講，變形部位應(yīng)避免尖角，凸起工藝性來實現(xiàn)的。從工藝角度講，變形部位應(yīng)避免尖角，凸起部分不能過高過窄。部分不能過高過窄。 在壓印成形中，雖然金屬的流動量不大，但是為了得到清在壓印成形中，雖然金屬的流動量不大，但是為了得到清晰的花紋，使金屬材料的流動充分飽滿，所需的成形單位力很晰的花紋，使金屬材料的流動充分飽滿，所需的成形單位力很大，由經(jīng)驗公式計算。大，由經(jīng)驗公式計算。三、校平與整形三、校平與整形 是指使經(jīng)過各種基本成形工序后的零件是指使經(jīng)過各種基本成形工序后的零件局部或整體局部或整體再再產(chǎn)生不大的塑性產(chǎn)生不大的塑性變形變形，以消除平面度誤差和提高制件形狀及尺

14、寸精度的沖壓成形方法，以消除平面度誤差和提高制件形狀及尺寸精度的沖壓成形方法叫校平與整形。沖壓件的形狀和尺寸精度常?？孔詈蟮男Ｆ脚c整形工序來叫校平與整形。沖壓件的形狀和尺寸精度常常靠最后的校平與整形工序來保證。因此，校平與整形工序在沖壓生產(chǎn)中有重要作用，應(yīng)用廣泛。保證。因此，校平與整形工序在沖壓生產(chǎn)中有重要作用，應(yīng)用廣泛。 1 1、校平：校平工序多用于沖裁件，以消除拱彎造成的不平度校平：校平工序多用于沖裁件，以消除拱彎造成的不平度。 對薄料，表面不允許有壓痕的制件，一般用鋼面校平模。對薄料，表面不允許有壓痕的制件，一般用鋼面校平模。 對較厚制件，通常采用齒形校平模。對較厚制件，通常采用齒形校平

15、模。校平的特點：校平的特點： 校平指把不平整的制件在校平模內(nèi)壓平的校形工序。主要用于消除校平指把不平整的制件在校平模內(nèi)壓平的校形工序。主要用于消除或減少沖裁件（特別是自由漏料）平面的平直度誤差?；驕p少沖裁件（特別是自由漏料）平面的平直度誤差。校平方法與校平模：校平方法與校平模： 1 1）光面校平模）光面校平模 由上下兩塊光面模板組成。由于單位校形力小，校形效果較差，用由上下兩塊光面模板組成。由于單位校形力小，校形效果較差，用于平直度要求不高或用軟金屬（鋁、軟鋼、軟黃銅）制成的小型零件的于平直度要求不高或用軟金屬（鋁、軟鋼、軟黃銅）制成的小型零件的校形。校形。 2 2）齒面校平模）齒面校平模 用

16、于零件平直度要求較高的情況。由于齒尖突出部分壓入毛坯表層用于零件平直度要求較高的情況。由于齒尖突出部分壓入毛坯表層一定深度，構(gòu)成較強的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，因而校形效果較好。一定深度，構(gòu)成較強的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，因而校形效果較好。 齒形模有細齒和粗齒兩種，如圖齒形模有細齒和粗齒兩種，如圖5-255-25所示。用齒形模校平會在校平面所示。用齒形模校平會在校平面上留下塑性變形的小網(wǎng)點，細齒模齒痕更明顯，因此對厚度較小的軟金屬上留下塑性變形的小網(wǎng)點，細齒模齒痕更明顯，因此對厚度較小的軟金屬零件只宜采用粗齒模校平。零件只宜采用粗齒模校平。加熱校平加熱校平 指把零件迭起來，用夾具壓緊成平直狀態(tài)，放入加熱爐內(nèi)加熱

17、，指把零件迭起來，用夾具壓緊成平直狀態(tài)，放入加熱爐內(nèi)加熱，因溫度升高而使屈服強度降低，回彈減小，從而校平零件的整形方法。因溫度升高而使屈服強度降低，回彈減小，從而校平零件的整形方法。加熱校平用于平直度要求高又不允許有壓痕的情況；當(dāng)零件尺寸較大加熱校平用于平直度要求高又不允許有壓痕的情況；當(dāng)零件尺寸較大時，也可采用加熱校平。時，也可采用加熱校平。校平力：校平力： 校平工作行程不大，但校形力很大。校平工作行程不大，但校形力很大。 校形力校形力F F用下式估算：用下式估算： F=PA(N)F=PA(N) 式中式中 F F單位校平壓力（單位校平壓力（MpaMpa） A A校平面積（校平面積（mmmm2

18、 2） 對于軟鋼和黃銅，對于軟鋼和黃銅，p p的取值范圍：的取值范圍： 在平直模上校平：在平直模上校平：p=p=（80-10080-100）MpaMpa 在細齒模上校平：在細齒模上校平：p=p=（100-200100-200）MpaMpa 在粗齒模上校平：在粗齒模上校平：p=p=（200-300200-300）MpaMpa 整形：整形： 整形一般用于彎曲、拉深等成形工序之后。整形模具與一整形一般用于彎曲、拉深等成形工序之后。整形模具與一般成形模具相似，只是工作部分的定形尺寸精度高，粗糙度值般成形模具相似，只是工作部分的定形尺寸精度高，粗糙度值要求更低，圓角半徑與間隙值都較小。要求更低，圓角半徑

19、與間隙值都較小。 整形時，必須根據(jù)制件形狀的特點和精度要求，而正確地整形時，必須根據(jù)制件形狀的特點和精度要求，而正確地選定產(chǎn)生塑性變形的部位、變形的大小和恰當(dāng)?shù)膽?yīng)力狀態(tài)。選定產(chǎn)生塑性變形的部位、變形的大小和恰當(dāng)?shù)膽?yīng)力狀態(tài)。 整形時要在壓力機下死點對材料進行鐓壓一下，應(yīng)選用精壓機或整形時要在壓力機下死點對材料進行鐓壓一下，應(yīng)選用精壓機或有過載保護裝置的剛度較好的機械壓力機。有過載保護裝置的剛度較好的機械壓力機。 整形力按下式計算：整形力按下式計算： F=PA(N)F=PA(N) 式中式中 F F整形的單位壓力整形的單位壓力 （MpaMpa） A A整形的投影面積整形的投影面積 （mm2mm2）

20、對敞開式制件整形：對敞開式制件整形：p=50-100p=50-100（MpaMpa） 對底面、側(cè)面減小圓角半徑的整形：對底面、側(cè)面減小圓角半徑的整形： p=150-200 p=150-200（MpaMpa）。）。 彎曲件的整形彎曲件的整形 彎曲件的整形方法有壓校和鐓校兩種。彎曲件的整形方法有壓校和鐓校兩種。 壓校：壓校： 如圖所示，整形效果一般。如圖所示，整形效果一般。F彎曲件的壓校彎曲件的壓校 鐓校：鐓校： 如圖所示，鐓校前半成品的長度略大于零件長度，以保證校形時材如圖所示，鐓校前半成品的長度略大于零件長度，以保證校形時材料處于三向應(yīng)力狀態(tài)，鐓校后在材料厚度方向上壓應(yīng)力分布較均勻、回料處于三

21、向應(yīng)力狀態(tài)，鐓校后在材料厚度方向上壓應(yīng)力分布較均勻、回彈減小，從而能獲得較高的尺寸精度。但帶孔的零件和寬度不等的彎曲彈減小，從而能獲得較高的尺寸精度。但帶孔的零件和寬度不等的彎曲件不宜用鐓校整形。件不宜用鐓校整形。FFFa)b)c)a.Z形件 b.U形件 c.V形件彎曲件的鐓校彎曲件的鐓校拉深件的整形拉深件的整形 直壁拉深件筒壁整形時，常用變薄拉深的方法把模具間隙取小，一般直壁拉深件筒壁整形時，常用變薄拉深的方法把模具間隙取小，一般為（為（0.9-0.950.9-0.95）t t，而取較大的拉深系數(shù)，把最后一道的拉深與整形合為，而取較大的拉深系數(shù)，把最后一道的拉深與整形合為一道工序。一道工序。 對有凸緣的拉深件，小凸緣根部圓角半徑的整形要求外部向圓角部分對有凸緣的拉深件，小凸緣根部圓角半徑的整形要求外部向圓角部分補充材料。如圖補充材料。如圖b b所示（所示（hh：半成品高度：半成品高度 ：h:h:成品高度）從直壁部分成品高度）從直壁部分獲得材料補充；如圖獲得材料補充；如圖