其它成形工藝及模具設(shè)計 基礎(chǔ)知識

1、電視棒第 五 章 其它成形工藝及模具設(shè)計在沖壓生產(chǎn)中，除常用的沖裁、彎曲和拉深等工序外，還有脹形、翻邊、縮口、旋壓、校形等基本工序。每種工序都有各自的變形特點，它們可以是獨立的沖壓工序，如空心零件脹形、鋼管縮口、封頭旋壓等，但在生產(chǎn)中往往和它還和其它沖壓工序組合在一起成形一些復(fù)雜形狀的沖壓零件。這些成形工序的共同特點是通過材料的局部變形來改變皮料或工序間的形狀，但各自的變形特點差異較大。下面分別介紹脹形、翻邊和縮口等成形工序的變形特點、成形工藝和模具設(shè)計的基本方法。3D電視棒 5.1脹形脹形與其它沖壓成形工序的主要不同之處是，脹形時變形區(qū)在板面方向呈雙向拉應(yīng)力狀態(tài)，在板厚方向上是減薄，即厚度減

2、薄表面積增加。脹形主要用于加強筋、花紋圖案、標(biāo)記等平板毛坯的局部成形；波紋管、高壓氣瓶、球形容器等空心毛坯的脹形；管接頭的管材脹形；飛機和汽車蒙皮等薄板的拉張成形。汽車覆蓋件等曲面復(fù)雜形狀零件成形時也常常包含脹形成分。常用的脹形方法有鋼模脹形和以液體、氣體、橡膠等作為施力介質(zhì)的軟模脹形。軟模脹形由于模具結(jié)構(gòu)簡單，工件變形均勻，能成形復(fù)雜形狀的工件，如液壓脹形、橡膠脹形；另外高速、高能特種成形的應(yīng)用越來越受到人們的重視，爆炸脹形、電磁脹形等。5.2.1 脹形變形特點與脹形極限變形程度 1.脹形變形特點圖5.1.1所示，為球頭凸模脹形平板毛坯時的脹形變形區(qū)及其主應(yīng)力和主應(yīng)變圖。圖中涂黑部分表示脹形

3、變形區(qū)。脹形變形具有如下特點：圖5.1.1? 脹形變形區(qū)及其應(yīng)力應(yīng)變示意圖 （1）在毛坯脹形的變形區(qū)內(nèi)，切向應(yīng)力0，徑向應(yīng)力0，周向應(yīng)變0，徑向應(yīng)變>0，厚向應(yīng)變t<0，且在球頭凸模脹形時的底部=和=0.5|t |。所以，脹形變形屬板平面方向的雙向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，變形主要是由材料厚度方向的減薄量支持板面方向的伸長量而完成的，變形后材料厚度減薄表面積增大。脹形屬伸長類變形。（2）脹形變形時由于毛坯受到較大壓邊力的作用或由于毛坯的外徑超過凹?？字睆降?4倍，使塑性變形僅局限于一個固定的變形范圍，板料不向變形區(qū)外轉(zhuǎn)移也不從變形區(qū)外進入變形區(qū)。（3）由于脹形變形時材料板面方向處于雙向受拉的應(yīng)

4、力狀態(tài)，所以變形不易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象，成品零件表面光滑，質(zhì)量好。成形極限主要受拉伸破裂的限制。（4）由于毛坯的厚度相對于毛坯的外形尺寸極小，脹形變形時拉應(yīng)力沿板厚方向的變化很小，因此當(dāng)脹形力卸除后回彈小，工件幾何形狀容易固定，尺寸精度容易保證。對汽車覆蓋件等較大曲率半經(jīng)的零件的成形和有些零件的沖壓校形，常采用脹形方法或加大其脹形成分的成形方法。2.脹形極限變形程度脹形的極限變形程度是零件在脹形時不產(chǎn)生破裂所能達到的最大變形。各種脹形的成形極限的表示方法，因不同的變形區(qū)分布及模具結(jié)構(gòu)、工件形狀、潤滑條件、材料性能等因素的影響各不相同，如脹形系數(shù)、脹形深度、雙向拉應(yīng)力下的成形極限圖（FLD）等，管

5、形毛坯脹形時常用脹形系數(shù)表示成形極限，壓凹坑等板料脹形時常用脹形深度表示成形極限。脹形系數(shù)、脹形深度等方法是以材料發(fā)生破裂時試樣的某些總體尺寸達到的極限值來表示的。脹形極限變形程度主要取決于材料的塑性和變形的均勻性：塑性好，成形極限可提高；應(yīng)變硬化指數(shù)n值大，可促使變形均勻，成形極限也可提高；潤滑、制件的幾何形狀、模具結(jié)構(gòu)等，凡是可以使脹形變形均勻的各種因素，均能提高成形極限，如平板毛坯的局部脹形，同等條件下圓形比方形或其它形狀的脹形高度值要大。此外，材料厚度增加，也可以使成形極限提高。?5.1.2 平板毛坯的起伏成形 平板毛坯在模具的作用下發(fā)生局部脹形而形成各種形狀的凸起或凹下的沖壓方法稱為

6、起伏成形，起伏成形主要用于加工加強筋、局部凹槽、文字、花紋等，如圖5.1.2所示。由寬凸緣圓筒形零件的拉深可知，當(dāng)毛坯的外徑超過凹?？字睆降?4倍時，拉深就變成了脹形。平板毛坯起伏成形時的局部凹坑或凸臺，主要是由凸模接觸區(qū)內(nèi)的材料在雙向拉應(yīng)力作用下的變薄來實現(xiàn)的。起伏成形的極限變形程度，多用脹形深度表示，對于形狀比較簡單的零件可以近似地按單向拉伸變形處理，即：極=×100%（5.1.1）式中 極起伏成形的極限變形程度；材料單向拉伸的延伸率；起伏成形變形區(qū)變形前后截面的長度（圖5.1.3）；形狀系數(shù)，加強筋= 0.70.75（半圓加強筋取大值，梯形加強筋取小值）。a)b） 圖5.1.2

7、起伏成形 a)加強筋；b) 局部凹坑 欲要提高脹形極限變形程度，可以采用圖5.1.4所示的兩次脹形法：第一次用大直徑的球頭凸模使變形區(qū)達到在較大范圍內(nèi)聚料和均化變形的目的，得到最終所需的表面積材料；第二次成形到所要求的尺寸。如果制件圓角半徑超過了極限范圍，還可以采用先加大脹形凸模圓角半徑和凹模圓角半徑，脹形后再整形的方法成形。另外，降低凸模表面粗糙度值、改善模具表面的潤滑條件也能取得一定的效果。圖5.1.3起伏成形變形區(qū)變形前后截面的長度圖5.1.4 兩次脹形示意圖? 1.壓加強筋常見的加強筋形式和尺寸見表5.1.1。加強筋結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以成形極限多用總體尺寸表示。當(dāng)加強筋與邊框距離小于（3

8、3.5）時，由于在成形過程中，邊緣材料要向內(nèi)收縮，成形后需增加切邊工序，因此應(yīng)預(yù)留切邊余量。多凹坑脹形時，還要考慮到凹坑之間的影響。用剛性凸模壓制加強筋的變形力按式（5.1.2）計算：b（5.1.2）式中? 變形力（N）；系數(shù)，=0.71，加強筋形狀窄而深時取大值，寬而淺時取小值；加強筋的周長（）；料厚（）；b材料的抗拉強度（MPa）軟模脹形的單位壓力可按式（5.1.3）近似計算（不考慮材料厚度變?。?b（5.1.3）式中 單位壓力；形狀系數(shù)，球面形狀=2，長條形筋=1；球半徑或筋的圓弧半徑；b材料的抗拉強度（考慮材料硬化的影響）。表5.1.1? 加強筋形式和尺寸 簡圖 RhB或D(34)t

9、(23)t(12)t(710) t  (1.52)t(0.51.5) t3h1503002.壓凹坑壓凹坑時，成形極限常用極限脹形深度表示，如果是純脹形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大。用球頭凸模對低碳鋼、軟鋁等脹形時，可達到的極限脹形深度h約等于球頭直徑d的1/3。用平頭凸模脹形可能達到的極限深度取決于凸模的圓角半徑，其取值范圍見表5.1.2。表5.1.2 平板毛坯壓凹坑的極限深度簡圖 材料 極限深度h軟鋼 鋁 黃銅 （0.150.20）d（0.100.15）d（0.150.22）d若工件底部允許有孔，可以預(yù)先沖出小孔，使其底部中心部分材料在脹形過程中易于向外流動，以達到

10、提高成形極限的目的，有利于達到脹形要求。5.1.3 空心毛坯的脹形 空心毛坯脹形是將空心件或管狀坯料脹出所需曲面的一種加工方法。用這種方法可以成形高壓氣瓶、球形容器、波紋管、自行車多通接頭（圖5.1.5）等產(chǎn)品或零件。圖5.5.6、圖5.5.7分別是鋼模脹形和軟模脹形示意圖。圓柱形空心毛坯脹形時的應(yīng)力狀態(tài)如圖55.5.8所示，其變形特點仍然是厚度減薄，表面積增加。圖5.1.5自行車多通接頭 圖5.1.6? 鋼模脹形圖5.1.7 自行車多通接頭軟模脹形 1-凹模；2-分瓣凸模；3-錐形芯軸 1、4-凸模壓柱；2-分塊凹模；3-模套 4-拉簧；5-毛坯；6-頂桿；7-下凹模 圖5.1.6

11、所示剛模脹形中，分瓣凸模2在向下動時因錐形芯軸3的作用向外脹開，使毛坯5脹形成所需形狀尺寸的工件。脹形結(jié)束后，分瓣凸模在頂桿6的作用下復(fù)位，拉簧使分瓣凸模合攏復(fù)位，便可取出工件。凸模分瓣越多，所得到的工件精度越高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高。因此，用分瓣凸模鋼模脹形不宜加工形狀復(fù)雜的零件。圖5.1.7所示自行車多通接頭軟模脹形中，凸模壓柱1、4將力傳遞給橡膠棒等軟體介質(zhì)，軟體介質(zhì)再將力作用于毛坯上使之脹形，材料向阻力最小的方向變形，并貼合于可以分開的凹模2，從而得到所需形狀尺寸的工件。沖床回程時，橡膠棒復(fù)原為柱狀，下模推出分塊凹模取出工件。1.脹形系數(shù)空心毛坯脹形的變形程度用（5.1.4）式脹

12、形系數(shù)表示，即：=（5.1.4）式中, K為脹形系數(shù)，表示極限脹形系數(shù)（達到脹破時的極限值max）；為毛坯直徑；?為脹形后工件的最大直徑。極限脹形系數(shù)與工件切向延伸率的關(guān)系式為：= -1（5.1.5）或 =1+（5.1.6）圖5.1.8? 圓柱形空心毛坯脹形時的應(yīng)力 表5.1.3是一些材料的極限脹形系數(shù)和切向許用延伸率的試驗值。如采取軸向加壓或?qū)ψ冃螀^(qū)局部加熱等輔助措施，還可以提高極限變形程度。表5.1.3? 極限脹形系數(shù)和切向許用延伸率 材料 厚度（） 極限脹形系數(shù)切向許用延伸率×100L1,L2純鋁?L3,L4L5,L61.01.52.01.281.321.32283232鋁合金

13、 LF21-M0.51.2525黃銅 H62H680.51.01.52.01.351.403540低碳鋼 08F10,200.51.01.201.242024不銹鋼 1Cr18Ni9T0.51.01.261.2826282.脹形力鋼模脹形所需壓力的計算公式可以根據(jù)力的平衡方程式推導(dǎo)得到，其表達式為：=b .（5.1.7）式中? 所需脹形壓力；脹形后高度；材料厚度；摩擦系數(shù)，一般=0.150.20；芯軸錐角，一般=80、100、120、150；b材料的抗拉強度。軟模脹形圓柱形空心毛坯時，所需脹形壓力，為成形面積，單位壓力可按下式計算：b(）(5.1.8）式中，為約束系數(shù)，當(dāng)毛坯兩端不固定且軸向可

14、以自由收縮時=0，當(dāng)毛坯兩端固定且軸向不可以自由收縮時=1；其它符號的意義見圖5.1.8所示。3.脹形毛坯尺寸的計算圓柱形空心毛坯脹形時，為增加材料在周圍方向的變形程度和減小材料的變薄，毛坯兩端一般不固定，使其自由收縮。因此，毛坯長度（見圖5.1.8）應(yīng)比工件長度增加一定的收縮量。毛坯長度可按下式近似計算：=1+（0.30.4）+(5.1.9)式中? 工件的母線長度()；工件切向延伸率（見式5.1.5）；修邊余量，約520()。5.1.4脹形模設(shè)計舉例 如圖5.1.9所示脹形零件罩蓋，生產(chǎn)批量為中批，材料為10號鋼，料厚0.5，設(shè)計該零件的模具。簡圖5-9所示；1.零件成形工藝分析該零件側(cè)壁屬

15、空心毛坯脹形，底部屬起伏成形，具有脹形工藝的典型特點，筒形半成品毛坯由拉深獲得。2.工藝計算（1）底部壓凹坑計算查表5.1.2并計算得：極限脹形深度 h=（0.150.20）d =（2.253 ） ，此值大于工件底部凹坑的實際高度2，可以一次脹形就能獲得底部壓凹尺寸。壓凹坑所需成形力由式（5.1.2）計算（取b=430MPa）： =0.7××15×0.5×430=7088.55（N）（2）側(cè)壁脹形計算脹形系數(shù)由式（5.1.4）計算：=1.2查表（5.1.3）得極限脹形系數(shù)為1.24。該工序的脹形系數(shù)小于極限脹形系數(shù)，側(cè)壁可以一次脹成型。側(cè)壁脹形的單位壓力

16、近似按兩端不固定形式計算，m=0、b=430MPa，由式（5.1.8）得：b()=2×430（0.5÷46.80×0.5÷2×60）=9.19 MPa=3.14×46.8×40×9.19=54019.55N脹形前毛坯的原始長度由式（5.1.9）計算，=0.2，可以計算工件母線長=40.8，取修邊余量=3，則：=1+（0.30.4）+ =40.81+0.35×0.2+3=46.66（）取整為47，則脹形前毛坯取為外徑為39、高47的圓筒形件。（3）總成形力=7088.55+54019.55= 61108.1

17、N =61.11（KN） 3.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計脹形模如圖5.1.9所示。側(cè)壁靠聚氨脂橡膠7的脹壓成形，底部靠壓凹坑凸模3和壓凹坑凹模4成形，為便于取件，將模具型腔側(cè)壁設(shè)計成脹形下模5和脹形上模6。圖 5.1.9罩蓋脹形1下模板 2螺栓 3壓凹坑凸模 4壓凹坑凹模 5脹形下模 6脹形上模 7聚氨脂橡膠 8拉桿 9上固定板 10上模板 11螺栓 12模柄 13彈簧 14螺母 15拉桿螺栓 16導(dǎo)柱 17導(dǎo)套第 五 章 其它成形工藝及模具設(shè)計  52 翻邊凡邊是將毛坯或半成品的外邊緣或孔邊緣沿一定的曲線翻成豎立的邊緣的沖壓方法，如圖5.2.1所示。當(dāng)翻邊的沿線是一條直線時，翻邊變形就轉(zhuǎn)變成為彎

18、曲，所以也可以說彎曲是翻邊的一種特殊形式。但彎曲時毛坯的變形僅局限于彎曲線的圓角部分，而翻邊時毛坯的圓角部分和邊緣部分都是變形區(qū)，所以翻邊變形比彎曲變形復(fù)雜的多。用翻邊方法可以加工形狀較為復(fù)雜且有良好剛度的立體零件，能在沖壓件上制取與其它零件裝配的部位，如機車車輛的客車中墻板翻邊、客車腳蹬門壓鐵翻邊、汽車外門板翻邊、摩托車油箱翻孔、金屬板小螺紋孔翻邊等。翻邊可以代替某些復(fù)雜零件的拉深工序，改善材料的塑性流動以免破裂或起皺。代替先拉后切的方法制取無底零件，可減少加工次數(shù)，節(jié)省材料。按變形的性質(zhì)，翻邊可分為伸長類翻邊和壓縮類翻邊。伸長類翻邊的共同特點是毛坯變形區(qū)在切向拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生切向的伸長變

19、形， 極限變形程度主要受變形區(qū)開裂的限制，圖5.2.1(a)(e)。壓縮類翻邊的共同特點是，除靠近豎邊根部圓角半徑附近區(qū)域的金屬產(chǎn)生彎曲變形外，毛坯變形區(qū)的其余部分在切向壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生切向的壓縮變形，其變形特點屬于壓縮類變形，應(yīng)力狀態(tài)和變形特點和拉深相同，極限變形程度主要受毛坯變形區(qū)失穩(wěn)起皺的限制，圖5.2.1(f)所示翻邊都屬于壓縮類翻邊。此外，按豎邊壁厚是否有強制變薄，可分為變薄翻邊和不變薄翻邊。按翻邊的毛坯及工件邊緣的形狀，可分為內(nèi)孔（圓孔或非圓孔）翻邊、平面外緣翻邊和曲面翻邊等。圖5.2.1 內(nèi)孔與外緣翻邊零件5.2.1 內(nèi)孔翻邊1.內(nèi)孔翻邊的變形特點圖5.2.2是圓孔翻邊及其應(yīng)力

20、應(yīng)變分布示意圖。在翻邊過程中，毛坯外緣部分由于受到壓邊力 的約束或由于外緣寬度與翻邊孔直徑之比較大，通常是不變形的（不變形區(qū)），豎壁部分已經(jīng)變形，屬傳力區(qū)，帶孔底部是變形區(qū)。圖5.2.2 所示，變形區(qū)處于雙向拉應(yīng)力狀態(tài)（板厚方向的應(yīng)力忽略不計），變形區(qū)在拉應(yīng)力的作用下要變薄，這一點與脹形相同。圓孔翻邊屬于伸長類翻邊。翻邊時毛坯變形區(qū)切向受拉應(yīng)力作用，產(chǎn)生切向拉應(yīng)變；徑向也受拉應(yīng)力r作用，產(chǎn)生比較小的徑向拉應(yīng)變r，。從圖5.2.2 可知，在孔邊部和 為最大值，而r為零，孔邊緣為單向應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)屈服準(zhǔn)則可以判定孔邊部是最先發(fā)生塑性變形的部位，厚度變薄最嚴(yán)重，因而也最容易產(chǎn)生裂紋。 a)

21、 b)圖5.2.2 圓孔翻邊及其應(yīng)力應(yīng)變分布示意圖 圖5.2.3 非圓孔翻邊a)圓孔翻邊b )應(yīng)力應(yīng)變分布對于非圓孔的內(nèi)孔翻邊，如圖5.2.3所示，變形區(qū)沿翻邊線其應(yīng)力與應(yīng)變分布是不勻的。在翻邊高度相同的情況下，曲率半徑較小的部位，切向拉應(yīng)力和切向伸長變形較大；而曲率半徑較大的部位，切向拉應(yīng)力和切向伸長變形較小。直線部位與彎曲變形相似，由于材料的連續(xù)性，曲線部分的變形將擴展到直線部位，使曲線部分的切向伸長變形得到一定程度的減輕。 2.圓孔翻邊的極限變形程度圓孔翻邊的變形程度用翻邊系數(shù) 表示，翻邊系數(shù)為翻邊前孔徑 與翻邊后孔徑D的比值，其表達式見5.2.1。=(5.2.1)顯然， 值越小，變形程

22、度越大。當(dāng)翻邊孔邊緣不破裂所能達到的最小翻邊變形程度為極限翻邊系數(shù)，極限翻邊系數(shù)用 min表示。表5.2.1給出了低碳鋼的一組極限翻邊系數(shù)值。表5.2.1 低碳鋼的極限翻邊系數(shù)min凸模形狀 預(yù)制孔形 狀 預(yù)制孔相對直徑/10050352015108531球形凸模 鉆孔 0.700.600.520.450.400.360.330.300.250.20沖孔 0.750.650.570.520.480.450.440.420.42 平底凸模 鉆孔 0.800.700.600.500.450.420.400.350.300.25沖孔 0.850.750.650.600.550.520.50

23、0.480.47 注：采用表中min值時，實際翻邊后口部邊緣會出現(xiàn)小的裂紋，如果工件不允許開裂，則翻邊系數(shù)須加大10%15%。 非圓孔翻邊較圓孔翻邊的極限翻邊系數(shù)要小一些，其值可按下式近似計算：= (5.2.2)式中， 為圓孔翻邊的極限翻邊系數(shù)；為曲率部位中心角。式（5.2.2）只適用于中心角1800。當(dāng)>1800或直邊部分很短時，直邊部分的影響已不明顯，極限翻邊系數(shù)的數(shù)值按圓孔翻邊計算。影響極限翻邊系數(shù)的主要因素有：（1）材料的塑性材料的延伸率、應(yīng)變硬化指數(shù)和各向異性系數(shù)越大，極限翻邊系數(shù)就越小，有利于翻邊。（2）孔的加工方法預(yù)制孔的加工方法決定了孔的邊緣狀況，孔的邊緣無毛刺

24、、撕裂、硬化層等缺陷時，極限翻邊系數(shù)就越小，有利于翻邊。目前，預(yù)制孔主要用沖孔或鉆孔方法加工，表5.2.1中數(shù)據(jù)顯示，鉆孔比沖孔的min小。但采用沖孔方法生產(chǎn)效率高，沖孔會形成孔口表面的硬化層、毛刺、撕裂等缺陷，導(dǎo)致極限翻邊系數(shù)變大。采取沖孔后進行熱處理退火、修孔或沿與沖孔方向相反的方向進行翻孔使毛刺位于翻孔內(nèi)側(cè)等方法，能獲得較低的極限翻邊系數(shù)。 （3）預(yù)制孔的相對直徑如表5.2.1所示，預(yù)制孔的相對直徑/越小，極限翻邊系數(shù)越小，有利于翻邊。（4）凸模的形狀表5.2.1所示，球形凸模的極限翻邊系數(shù)比平底凸模的小。此外，拋物面、錐形面和較大圓角半徑的凸模也比平底凸模的極限翻邊系數(shù)小。因為在翻邊變

25、形時，球形或錐形凸模是凸模前端最先與預(yù)制孔口接觸，在凹?？趨^(qū)產(chǎn)生的彎曲變形比平底凸模的小，更容易使孔口部產(chǎn)生塑變形。所以相同翻邊孔徑D和材料厚度t時，可以翻邊的預(yù)制孔徑更小，因而極限翻邊系數(shù)就越小。3.內(nèi)孔翻邊的工藝設(shè)計（1）預(yù)孔直徑和翻邊高度一次翻邊成形當(dāng)翻邊系數(shù)大于極限翻邊系數(shù)min時，可采用一次翻邊成形。當(dāng)min可采用多次翻邊，由于在第二次翻邊前往往要將中間毛坯進行軟化退火，故該方法較少采用。對于一些較薄料的小孔翻邊，可以不先加工預(yù)制孔，而是使用帶尖的錐形凸模在翻邊前先完成刺孔繼而進行翻邊的方法。圖5.2.4平板毛坯上一次翻孔 圖5.2.5拉深件底部沖孔后翻邊 圖5.2.4所示是平板毛坯

26、上一次翻孔示意圖，與按下式計算：=-2(-0.43-0.72) (5.2.3)=(1-)+0.43+0.72=(1-)+0.43+0.72 (5.2.4)上式是按中性層長度不變的原則推導(dǎo)的，是近似公式，當(dāng)=min時，=。生產(chǎn)實際中往往通過試沖來檢驗和修正計算值。拉深后再翻邊當(dāng)min時，可采用先拉深后翻邊的方法達到要求的翻邊高度，如圖5.2.5所示。這時應(yīng)先確定翻邊高度h，再根據(jù)翻邊高度確定預(yù)制孔直徑d0和拉深高度h，從圖中的幾何關(guān)系可得：(5.2.5)1=-+（5.2.6)上式中當(dāng)=min時，=，此時有最小拉深高度?？梢愿鶕?jù)極限翻邊系數(shù)求得最小預(yù)制孔直徑=min，也可以根據(jù)式(5.2.5)求得

27、。=+1.14-2(5.2.7)先拉深后翻邊的方法是一種很有效的方法，但若是先加工預(yù)制孔后拉深，則孔徑有可能在拉深過程中變大，使翻邊后達不到要求的高度。（2）凸、凹模形狀及尺寸翻邊凸模的形狀有平底形、曲面形（球形、拋物線形等）和錐形，圖5.2.6為幾種常見的翻邊凸模的結(jié)構(gòu)形狀，圖中凸模直徑段為凸模工作部分，凸模直徑段為導(dǎo)正部分，1為整形臺階，2為錐形過渡部分，其中：圖5.2.6為帶導(dǎo)正銷的錐形凸模，當(dāng)豎邊高度不高、豎邊直徑大于10時，可設(shè)計整形臺階，當(dāng)翻邊模采用壓邊圈時，可不設(shè)整形臺階；圖5.2.6為一種雙圓弧形無導(dǎo)正的曲面形凸模，當(dāng)豎邊直徑大于6時用平底，豎邊直徑小于或等于6時用圓底；圖5.

28、2.6為帶導(dǎo)正的翻邊的凸模。此外，還有用于無預(yù)制孔的帶尖錐形凸模。凸、凹模尺寸可參照拉深模的尺寸確定原則確定，只是應(yīng)注意保證翻邊間隙。凸模圓角半徑越大越好，最好用曲面或錐形凸模，對平底凸模一般取4。凹模圓角半徑可以直接按工件要求的大小設(shè)計，但當(dāng)工件凸緣圓角半徑小于最小值時應(yīng)加整形工序。) ) )圖5.2.6翻邊凸、凹模形狀及尺寸 （3）凸、凹模間隙由于翻邊變形區(qū)材料變薄，為了保證豎邊的尺寸及其精度，翻邊凸、凹模之間的間隙以稍小于材料厚度為宜，可取單邊間隙c=(0.750.85)。若翻邊成螺紋底孔或需與軸配合的小孔，則取c=0.7左右。 （4）翻邊力與壓邊力在所有凸模形狀中，圓柱形平底凸模翻邊力

29、最大，其計算公式為：=1.1()b (5.2.8)式中 b材料的抗拉強度。曲面凸模的翻邊力可選用平底凸模的翻邊力的（7080）%。 由于翻邊時壓邊圈下的坯料是不變形的，所以在一般情況下，其壓邊力比拉深時的壓邊力要大，壓邊力的計算可參照拉深壓邊力計算并取偏大值。當(dāng)外緣寬度相對豎邊直徑較大時，所需的壓邊力較小，甚至可不需壓邊力。這一點剛好與拉深相反，拉深時外緣寬度相對拉深直徑越大，越容易失穩(wěn)起皺，所需壓邊力越大。5.2.2平面外緣翻邊 1.平面外緣翻邊的變形特點平面外緣翻邊可分為內(nèi)凹外緣翻邊和外凸緣翻邊，由于不是封閉輪廓，故變形區(qū)內(nèi)沿翻邊線上的應(yīng)力和變形是不均勻的。圖5.2.7所示為內(nèi)凹外緣翻邊，

30、其應(yīng)力應(yīng)變特點與內(nèi)孔a)b)圖5.2.7? 外緣翻邊 ) 內(nèi)凹外緣翻邊 ) 外凸緣翻邊 翻邊近似，變形區(qū)主要受切向拉應(yīng)力作用，屬于伸長類平面翻邊，材料變形區(qū)外緣邊所受拉伸變形最大，容易開裂。圖5-17所示是外凸緣翻邊（也稱為折邊），其應(yīng)力應(yīng)變特點類似于淺拉深，變形區(qū)主要受切向壓應(yīng)力作用，屬于壓縮類平面翻邊，材料變形區(qū)受壓縮變形容易失穩(wěn)起皺。2.極限變形程度 內(nèi)凹外緣翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)表示：（5.2.9）外凸緣翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)表示：（5.2.10）式中、的含義見圖5.2.7。內(nèi)凹外緣翻邊時R-，外凸緣翻邊時-R。內(nèi)凹外緣翻邊的極限變形程度主要受材料變形區(qū)外緣邊開裂的限制，外凸緣翻邊

31、的極限變形程度主要受材料變形區(qū)失穩(wěn)起皺的限制。假如在相同翻邊高度的情況下，曲率半徑越小，和越大，變形區(qū)的切向應(yīng)力和切向應(yīng)變的絕對值越大；相反當(dāng)趨向于無窮大時，和為零，此時變形區(qū)的切向應(yīng)力和切向應(yīng)變值為零，翻邊變成彎曲。表5.2.2為部分材料的極限翻邊系數(shù)。表5.2.2 外緣翻邊的極限翻邊系數(shù)  材料 (%)(%)用橡膠成形 用模具成形 用橡膠成形 用模具成形 L4ML4Y1LF21MLF21Y1LF2MLF3Y1LY12MLY12YLY11MLY11Y63636360.540401240123512309300255235205146145308308258208206H62軟 H6

32、2半硬 H68軟 H68半硬 848445165516301035104014451410201Cr18Ni9軟 1Cr18Ni9硬 10101010 382215403.平面外緣翻邊的毛坯尺寸內(nèi)凹外緣翻邊的毛坯形狀計算可參照內(nèi)孔翻邊的方法計算，外凸緣翻邊的毛坯形狀計算可參照淺拉深的方法計算。但是，在確定毛坯最后形狀和尺寸時，如果翻邊高度較大，應(yīng)對毛坯輪廓進行修正，如圖5.2.7所示。最終通過試模來確定毛坯尺寸。5.2.3變薄翻邊 變薄翻邊是使已成形的豎邊在較小的凸、凹模之間間隙中擠壓，使之強制變薄的方法。變薄翻邊屬體積成形，如果用一般翻邊方法達不到要求的翻邊高度時，可采用變薄翻邊方法增加豎邊

33、高度。變薄翻邊常用于M5以下的小螺紋底孔翻邊，此時凸模下方材料的變形與圓孔翻邊相似，但豎邊的最終壁厚和高度是靠凸、凹模間的擠壓變薄來達到的。變薄翻邊的變形程度用變薄系數(shù)表示，其表達式為：（5.2.13）式中，=0.40.55；為工件豎邊厚度；為毛坯厚度。有關(guān)變薄翻邊的設(shè)計工藝參數(shù)參考沖壓設(shè)計資料。5.2.4 翻邊模結(jié)構(gòu)設(shè)計及舉例 圖5.2.8所示為內(nèi)孔翻邊模,其結(jié)構(gòu)與拉深?；鞠嗨?。 圖5.2.9所示為落料、拉深、沖孔、翻邊復(fù)合模。拉深沖孔凸凹模8與落料凹模4均固定在固定板7上,以保證同軸度。沖孔凸模2壓人落料拉深凸凹模l內(nèi),并以墊片10調(diào)整它們的高度差,以此控制沖孔前的拉深高度,確保翻出合格

34、的零件高度。該模的工作順序是:上模下行,首先落料拉深凸凹模1的落料刃口與凹模4的作用下落料。上模繼續(xù)下行,在凸凹模l的內(nèi)壁和凸凹模8的外壁相互作用下將坯料拉深,沖床緩沖器的力通過頂桿6傳遞給頂件塊5并對坯料施加壓料力。當(dāng)拉深到設(shè)計深度后由沖孔凸模2和凸凹模8的內(nèi)壁刃口進行沖孔，在模具繼續(xù)下行的沖程中完成翻邊。當(dāng)上模回程時,在頂件塊5和推件塊3的作用下將工件頂出,條料由卸料板9卸下。1、8-凸凹模；2-沖孔凸模；3-推件塊；4-落料凹模； 5-頂件塊；6-頂桿；7-固定板；卸料板；10墊片 圖5.2.8 內(nèi)孔翻邊模 圖5.2.9落料、拉深、沖孔、翻邊復(fù)合模 圖5.2.10為內(nèi)外緣翻邊復(fù)合模，毛坯

35、套在件上定位，同時件7又是內(nèi)緣翻邊的凹模，為保證件7的位置準(zhǔn)確與外緣翻邊凹模3按H7/h6配合裝配。壓料板5即起壓料作用，同時又起整形作用，在沖壓至下止點時，應(yīng)與下模剛性接觸，成形結(jié)束后，改件起到頂件作用。 （b） 圖5.2.10 內(nèi)外緣翻邊復(fù)合模 1-外緣翻邊凸模； 2-凸模固定板；3-外緣翻邊凹模；4-內(nèi)緣翻邊凸模； 5-壓料板；6-頂件塊；7-內(nèi)緣翻邊凹模；8-推件板 5.3 縮口 縮口是將預(yù)先成形好的圓筒件或管件坯料，通過縮口模具將其口部縮小的一種成形工序。縮口工序的應(yīng)用比較廣泛，可用于子彈殼、炮彈殼、鋼制氣瓶、自行車車架立管、自行車坐墊鞍管等零件的成形。對細長的管狀類零件，有時用縮口

36、代替拉深可取得更好的效果。圖5.3.1a是采用拉深和沖底孔工序成形的制件，共需5道工序；圖b采用管狀毛坯縮口工序，只需三道工序。與縮口相對應(yīng)的是擴口工序。圖5.3.1 縮口與拉深工序的比較 圖5.3.2 縮口成形的變形特點 5.3.1縮口成形特點與變形程度 1.縮口成形的變形特點縮口成形的變形特點如圖5.3.2所示，變形區(qū)主要受兩向壓應(yīng)力作用，其中切向壓應(yīng)力的絕對值最大。使直徑縮小，厚度和高度增加，所以切向壓應(yīng)變?yōu)樽畲笾鲬?yīng)變，徑向應(yīng)變，厚向應(yīng)變t為拉應(yīng)變。變形區(qū)由于受到較大切向壓應(yīng)力的作用易產(chǎn)生切向失穩(wěn)而起皺，起傳力作用的筒壁區(qū)由于受到軸向壓應(yīng)力的作用也容易產(chǎn)生軸向失穩(wěn)而起皺，所以失穩(wěn)起皺是縮

37、口工序的主要障礙?？s口屬于壓縮類成形工序，常見的縮口形式有斜口式、直口式和球面式（圖5.3.3）。 圖5.3.3 縮口形式 )斜口形式 )直口形式 )球面形式 2.縮口變形程度縮口變形程度用縮口系數(shù)表示，其表達式為：= （5.3.1）式中為縮口后直徑；為縮口前直徑。縮口極限變形程度用極限縮口系數(shù)表示，取決于對失穩(wěn)條件的限制，其值大小主要與材料的機械性能、坯料厚度、模具的結(jié)構(gòu)形式和坯料表面質(zhì)量有關(guān)。材料的塑性好、屈強比值大，允許的縮口變形程度大（極限縮口系數(shù)小）；坯料越厚，抗失穩(wěn)起皺的能力就越強，有利于縮口成形；采用內(nèi)支承（模芯）模具結(jié)構(gòu)，口部不易起皺；合理模角、小的錐面粗糙度值和好的潤滑條件，

38、可以降低縮口力，對縮口成形有利。當(dāng)縮口變形所需壓力大于筒壁材料失穩(wěn)臨界壓力時，此時非變形區(qū)筒壁將先失穩(wěn)，也將限制一次縮口的極限變形程度。表5.3.1是不同材料和不同厚度的平均縮口系數(shù)m0。表5.3.2是一些材料在不同模具結(jié)構(gòu)形式下的極限縮口系數(shù)。當(dāng)計算出的縮口系數(shù)小于表中值時，要進行多次縮口。表5.3.1? 不同材料和厚度的平均縮口系數(shù)m0  材料 材料厚度（mm） 0.5>0.51.0>1.0黃銅 0.850.800.700.700.65軟鋼 0.850.750.700.65表5.3.2 不同模具結(jié)構(gòu)的極限縮口系數(shù)材料 模具結(jié)構(gòu)形式 無支承 外支承 內(nèi)外支承 軟鋼 0.700.750.550.600.300.35黃銅（H62、H68） 0.650.700.500.550.270.32鋁 0.680.720.530.570.270.32硬鋁（退火） 0.730.800.600.630.350.40硬鋁（淬火） 0.750.80