沖模設(shè)計制作案例案例精解-項(xiàng)目五

項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計任務(wù)引入沖壓的成形工藝方法有很多，除彎曲、拉深成形工藝外，還有脹形、翻邊、縮口、校形等成形工藝方法。下面將通過氣瓶的成形模設(shè)計來逐步講解脹形、翻邊、縮口、校形的變形特點(diǎn)。相關(guān)知識一、脹形脹形是利用模具迫使板料厚度減薄和表面積增大，以獲取零件幾何形狀的沖壓加工方法。沖壓生產(chǎn)中的起伏成形、圓柱形空心毛坯的凸脹成形、波紋管的成形等均屬于脹形成形方式。下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計汽車覆蓋件等形狀復(fù)雜的零件成形也常常包含脹形成分。(一)平板的脹形在平板毛坯上進(jìn)行脹形加工的通俗名稱很多，如壓窩、壓加強(qiáng)筋、打包、凸起以及起伏成形等，但其變形力學(xué)特點(diǎn)是相同的，同屬于脹形。1.脹形的變形特點(diǎn)如圖5-1所示為在平板毛坯的局部壓窩坑的脹形模，在結(jié)構(gòu)上可與首次拉深模完全相同，但變形特點(diǎn)卻完全不同，當(dāng)毛坯直徑D超過工件直徑d3倍以上時，成形時凹?？诓恳酝獾耐咕墔^(qū)材料已無法流入凹模內(nèi)，即拉深變形已不可能，塑性變形只局限于凹?？诓恳詢?nèi)的部分材料范圍之內(nèi)，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計這就是脹形。脹形變形是依靠變形區(qū)部分板料厚度變簿、表面積增大來實(shí)現(xiàn)的。脹形時變形區(qū)內(nèi)的材料不可能向變形區(qū)外轉(zhuǎn)移，通常變形區(qū)外的材料也不向變形區(qū)內(nèi)補(bǔ)充。脹形時變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)為雙向受拉應(yīng)力，即徑向應(yīng)力δr和切向應(yīng)力δθ均為拉應(yīng)力，而板厚方向應(yīng)力可視為零。變形區(qū)的應(yīng)變狀態(tài)為雙向受拉伸、一向受壓縮，即徑向應(yīng)變εr和切向應(yīng)變εθ。均為拉應(yīng)變，而板厚方向應(yīng)變ε1為壓應(yīng)變。徑向和切向的伸長變形引起板厚的變薄，因此脹形屬于伸長類變形。脹形過程中不會產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計而且由于材料加工硬化作用，在脹形充分時工件表面很光滑。脹形的這些變形特點(diǎn)在一些板料的成形加工中很有用途，例如對于一個經(jīng)多次拉深成形的工件，如果最后成形或整形時能帶有一定的脹形變形，不僅可使工件表面光滑，而且可提高工件的尺寸精度。又如在復(fù)雜曲面件的拉深成形時，必須附加脹形變形，而且脹形要充分，才能防止起皺。2.平板毛坯脹形的變形程度脹形的破壞形式是脹裂或脹破。對于某些產(chǎn)品的脹形件，即使不脹破，板厚過分變薄也是不允許的。因此平板毛坯局部脹形的極限變形程度可按斷面最大相對伸長變形εt不超過工件材料許用伸長率[δ]的70%-75%來控制。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計式中L0、L—脹形前、后變形區(qū)斷面長度;[δ]—工件材料的許用伸長率。系數(shù)0.7一0.75可視脹形變形的均勻程度來選取，例如壓加強(qiáng)筋時，斷面為圓弧形時可取較大值，斷面為梯形時應(yīng)取較小值。在生產(chǎn)中按式(5-1)計算脹形的變形程度并不方便，按脹形深度控制變形程度則更加直觀。而且脹形深度與毛坯直徑或毛坯寬度無關(guān)，因?yàn)槊浶螘r變形區(qū)外的材料不向變形區(qū)內(nèi)流動，這給計算變形程度帶來了方便。但脹形深度除了受材料塑性影響以外，還要受到凸模形狀、上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計板料硬化指數(shù)n值及潤滑情況等因素的影響。(1)凸模形狀。當(dāng)用平頭凸模脹形時，變形過分集中于凸模圓角區(qū)，能達(dá)到的脹形深度是很有限的。隨著凸模圓角半徑r的增大，變形得到緩和，脹形深度能有所增加。當(dāng)用球頭凸模脹形時，變形趨于均勻，脹形深度要比用平頭凸模大些(2)硬化指數(shù)。硬化指數(shù)n值大的材料脹形時可避免變形過分集中，提高均勻變形程度，避免局部板厚過分變薄而過早破裂。因此硬化指數(shù)n值大的材料可以獲得較大的脹形深度。(3)潤滑情況。脹形時進(jìn)行良好的潤滑，可使變形趨于均勻化，使脹形深度增加。但潤滑的部位應(yīng)與拉深不同，在凹模圓角區(qū)進(jìn)行潤滑是沒有意義的，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計潤滑面應(yīng)選在凸模與板料的接觸部分，這是由脹形的變形特點(diǎn)所決定的。采用平頭凸模對塑性較好的低碳鋼板、軟鋁板進(jìn)行脹形所能達(dá)到的深度h見表5-1。采用球頭凸模脹形能達(dá)到的深度h≈d/3，其中d為脹形件的直徑。在平板上壓加強(qiáng)筋時，如果斷面形狀為圓弧形，可能達(dá)到的壓筋深度h為壓筋寬度b的30%左右，即h≤0.3b若如圖5-2(h)所示的平底脹形件的深度h2超過了表5-1給出的極限值，可先用較大直徑的球頭凸模脹形，得到一個如圖5-2(a)所示的工序件，最后用整形法達(dá)到工件所要求的形狀和尺寸。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計如果采用上述兩道工序仍不能達(dá)到工件所要求的深度，就必須適當(dāng)降低工件的深度。3.平板毛坯脹形力的計算采用剛性凸模對平板毛坯進(jìn)行脹形時所需的脹形力F按下式估算。式中L—脹形區(qū)周邊長度，mm;t—板料厚度，mm;σb—板料抗拉強(qiáng)度，MPa;K一變形程度大小的系數(shù)，一般取0.7~1.在曲柄壓力機(jī)上對板厚小于1.5mm、成形面積小于200mm2的小件壓加強(qiáng)筋時，如在成形后進(jìn)行校形，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計所需沖壓力F按下式計算。式中A—成形區(qū)的面積，mm2t—板料厚度，mm；K一系數(shù)，對于鋼為200一300N/mm4，對于銅、鋁為150~200N/mm4。(二)空心毛坯的脹形空心毛坯的脹形是將空心工序件或管狀毛坯沿徑向往外擴(kuò)張的沖壓工序，如壺嘴、皮帶輪、波紋管、各種接頭等。1.空心毛坯脹形的變形程度上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計對空心毛坯的脹形具有與平板毛坯脹形相同的變形特點(diǎn)，應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)也相同。但對空心毛坯的脹形，如圖5-3所示對一段管子的凸肚脹形，如果管子的長度不是很長，脹形時管子的長度就會縮短。這表明脹形區(qū)以外的材料向脹形區(qū)內(nèi)補(bǔ)充，使脹形區(qū)的徑向拉伸變形得到緩和，而使切向的拉伸變形成為最主要的變形，脹破就是由于切向拉應(yīng)變過大引起的。為了不脹破，需限制切向最大拉應(yīng)變εθmax不超過材料的許用伸長率[δ]。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計按式(5-5)計算的脹形系數(shù)K與材料的許用伸長率[δ]有如下關(guān)系。式中d0—脹形前工序件的初始直徑;Dmax—脹形后工件的最大直徑。由式(5-6)可見，脹形系數(shù)K可以表示脹形的變形程度。但材料的許用伸長率不能套用材料單向拉伸試驗(yàn)所得的伸長率，因?yàn)槊浶螘r的應(yīng)力狀態(tài)與單向拉伸不同。表5-2給出了一些材料的許用伸長率〔別和極限脹形系數(shù)K的實(shí)驗(yàn)值，可供設(shè)計時參考。2.空心毛坯脹形工序件的計算上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計當(dāng)脹形件留有不變形段時，工序件的直徑就等于不變形段的直徑。當(dāng)脹形件全長都參與脹形時，如圖5-4(a)所示的凸肚形件，則脹形前工序件的直徑d0應(yīng)稍小于工件小端直徑dmin并可利用式(5-5)，按表5-2選用允許的脹形系數(shù)K值，求得工序件直徑d0。如果選用一段管材為脹形前的工序件，應(yīng)將所計算的d0值化為最靠近的標(biāo)準(zhǔn)管材的直徑。兩者相差較大時，應(yīng)重新核算變形程度。對于一個具體的脹形件，其高度往往是有限的，脹形時兩端一般不加固定，任其自由收縮，可以減小脹形區(qū)板厚的變薄程度。因此脹形工序件的高度或長度應(yīng)比工件高度增加一收縮量，需切邊時還需增加一切邊余量。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計例如如圖5-4(b)所示的凸肚脹形件，工序件高度H0可按下式計算。式中L—脹形區(qū)母線展開長度;△H—切邊余量，一般取5-15mm;δ—材料切向最大伸長率，見表5-2。其前面的系數(shù)0.3一0.4決定了收縮量的大小。3.空心毛坯脹形方法對空心毛坯的脹形需通過傳力介質(zhì)將壓力傳至工序件的內(nèi)壁，產(chǎn)生較大的切向變形，使直徑尺寸增大。按傳力介質(zhì)的不同，空心毛坯的脹形可分為剛性凸模脹形和軟模脹形兩大類上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計(1)剛性凸模脹形。剛性凸模脹形采用普通金屬凸模進(jìn)行脹形。如圖5-5所示為雙動壓力機(jī)用的整體凸模脹形模。工序件為直母線錐形筒，由板料彎曲成形并焊接制成。為了防止脹形時工序件下滑，造成工件大端缺料，脹形前先由壓力機(jī)外滑塊帶動錐面壓邊圈2進(jìn)行擴(kuò)口壓邊，將工序件大端的一段壓緊到凹模3上口的錐面上，工序件要相應(yīng)留出工藝余量。然后壓力機(jī)內(nèi)滑塊帶動凸模1下行完成脹形。由于工件的曲母線比較平緩，成形后凸模能順利從工件大端抽出，因此凸?？梢圆扇≌w式的結(jié)構(gòu)。采用整體式凸模對空心毛坯進(jìn)行脹形加工的機(jī)會并不多，在多數(shù)情況下，凸模必須采取縱向分體式結(jié)構(gòu)，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計脹形后才能順利與脹形體分離。如圖5-6所示為凸模縱向分體的脹形模。拉深制備的工序件由下凹模7定位，當(dāng)上凹模1下行時，將迫使分體凸模2沿錐面導(dǎo)向軸3下滑，隨著直徑的增大而產(chǎn)生徑向壓力，在下止點(diǎn)處完成對工件底部兩側(cè)的脹形。在回程時，彈頂裝置(圖中未畫出)的壓力通過頂桿6和頂板5將分體凸模連同工件一起頂起。分體凸模在彈性卡圈4箍緊力的作用下，將始終緊貼著導(dǎo)向軸上升。同時直徑不斷減小，至上止點(diǎn)能保證脹形完的工件順利從分體凸模上抽出。剛性凸模脹形的優(yōu)點(diǎn)是加工費(fèi)用較低，但存在著嚴(yán)重的缺點(diǎn)①由于凸模是分體的，在下止點(diǎn)處完成最大脹形變形時，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計在分型面處將會出現(xiàn)較大的縫隙，使脹形件的質(zhì)量變壞。②受模具制造與裝配精度的影響較大，很難獲得尺寸精確的脹形件，工件表面很容易出現(xiàn)壓痕。③當(dāng)工件形狀復(fù)雜時，給模具制造帶來較大的困難，工件質(zhì)量更難以保證，因而使剛性凸模脹形的應(yīng)用受到很大的限制(2)軟模脹形。軟模脹形是以氣體、液體、橡膠及石蠟等作為傳力介質(zhì)，代替金屬凸模進(jìn)行脹形。軟模脹形具有板料的變形比較均勻，容易保證工件的幾何形狀和尺寸精度要求，而且對于不對稱的形狀復(fù)雜的空心件也很容易實(shí)現(xiàn)脹形加工等優(yōu)點(diǎn)。因此軟模脹形的應(yīng)用比較廣泛，并具有廣闊的發(fā)展前途。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計①聚氨酯橡膠脹形。對于如圖5-6所示的凸肚形工件，采用如圖5-7所示的聚氨酯橡膠脹形模，模具結(jié)構(gòu)將十分簡單。該模具以澆注型聚氨酯橡膠棒2為凸模，其直徑可比工序件內(nèi)徑小一點(diǎn)，以便能順利放入工序件內(nèi)。工序件在下凹模3與頂柱4之間的間隙處進(jìn)行定位，并對工件不成形段起內(nèi)、外支撐作用。當(dāng)上凹模1下行時，在其壓力作用下聚氨酯橡膠棒將產(chǎn)生變形，完成脹形加工。比工序件內(nèi)徑小一點(diǎn)，以便能順利放入工序件內(nèi)。工序件在下凹模3與頂柱4之間的間隙處進(jìn)行定位，并對工件不成形段起內(nèi)、外支撐作用。當(dāng)上凹模1下行時，在其壓力作用下聚氨酯橡膠棒將產(chǎn)生變形，完成脹形加工。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計聚氨酯橡膠棒為彈性體，在壓縮量不超過30%的條件下不會產(chǎn)生永久變形，在回程卸載后仍能恢復(fù)原狀。因此成形后的工件能與聚氨酯橡膠棒順利分離，以便進(jìn)行下一個工件的加工。如圖5-7所示的模具為倒裝式結(jié)構(gòu)，當(dāng)管壁較薄時，如果外側(cè)無支撐段較長，成形時有可能出現(xiàn)失穩(wěn)起皺。因此聚氨酯橡膠脹形模常采取順裝式結(jié)構(gòu)，可避免管壁失穩(wěn)起皺。如圖5-8所示的自行車中接頭聚氨酯橡膠脹形模屬于順裝式結(jié)構(gòu)，管壁內(nèi)、外均有支撐，成形時不會發(fā)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象。由于管坯長度有限，成形時沿長度方向有較大的收縮，因此這種脹形加工不是純脹形，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計管坯長度需留出較大的工藝余量。上壓柱1和下壓柱4的端頭均制成臺階形，開始脹形時小端直徑先壓縮聚氨酯橡膠棒，當(dāng)大端直徑接觸管坯端頭后，隨脹形的進(jìn)行將推動管坯產(chǎn)生軸向收縮變形，有助于材料的流動，使變形均勻些。凹模2需制成分體式的，以管坯軸線與脹形孔軸線相交組成的平面為分型面，以便成形后能夠取出工件。自行車中接頭脹形模的凹模需分成3塊，為了防止脹形時在分型面出現(xiàn)縫隙，用錐套3將凹模箍緊，凹模外形也制成相配合的錐形，半錐角一般不超過60，以便能自鎖。有的采用3個液壓動作完成分體凹模的拼合與打開，可以提高生產(chǎn)效率，延長凹模的使用壽命。但整副模具的尺寸將增大許多，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計需使用臺面尺寸較大的壓力機(jī)，可能造成設(shè)備功率的浪費(fèi)。聚氨酯橡膠棒的尺寸和硬度不僅影響脹形件的質(zhì)量，而且影響其使用壽命。膠棒的直徑需小于管坯的直徑，但直徑偏小時將增大橡膠的總壓縮量，降低其使用壽命。聚氨酯橡膠的硬度偏小時，產(chǎn)生的單位壓力較小，使其使用壽命降低。硬度偏大時，對壓力機(jī)的沖擊破壞作用將增大。聚氨酯橡膠硬度可選取邵氏70一80A。膠棒的尺寸和硬度選取合適時，一個膠棒可加工1000件以上，選取不合適時，一個膠棒脹形幾十件就可能需要更換。因此在生產(chǎn)中應(yīng)通過試驗(yàn)最后確定膠棒的尺寸和硬度，以求獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計②液壓脹形。采用如圖5-9所示的液壓脹形模也可以加工管接頭類工件。工作時先將管坯置于下凹模3之上，然后將上凹模1壓下，拼合成完整的凹模。再將兩頂軸2引入凹模內(nèi)并頂住管坯的兩端，如圖5-9(a)所示。圖5-9(b)表示由頂軸中心孔注入高壓液體進(jìn)行脹形的情況。脹形時管坯沿軸向有較大的收縮，兩頂軸必須始終壓緊管坯。因此這種脹形方法屬于軸向加壓的液壓脹形，在脹形過程中管坯除內(nèi)壁受壓力作用外，兩端還受較大的壓力作用，與純脹形相比較，可以提高脹形的變形程度，減小脹形件壁厚的變薄量。如圖5-10(a)所示為一種常見的波紋管，是一種薄壁金屬軟管，在管路連接中能起到很好的緩沖作用，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計因此廣泛用于飛機(jī)、火箭、化工設(shè)備等管路系統(tǒng)中。正規(guī)加工波紋管通常是在專用的臥式成形機(jī)上進(jìn)行，采取軸向加壓的液壓脹形方法。因?yàn)椴y管的徑向脹形量較大，隨脹形的進(jìn)行軸向必須產(chǎn)生較大的收縮變形，才能避免脹破或局部壁厚過分變薄。圖5-10（b）表示了波紋管臥式液壓脹形模的工作情形。模具的成形部分由若干片可移動的模片1串接組成，相互由鉸鏈4連接起來。模片的數(shù)量按波紋數(shù)確定。串接模片的一側(cè)為固定夾頭，另一側(cè)為可移動夾頭，兩模片間的距離與波紋尺寸有關(guān)，在兩模片之間插入定位梳2進(jìn)行軸向定距，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計可保證模片間的距離均勻一致。圖5-10(c)表示了模片和定位梳的平面形狀，模片由左模片6、右模片7及鎖片8組成。左、右模片合在一起時，可由鎖片鎖住，抬起鎖片，可使左、右模片分開。在開模狀態(tài)裝入管坯3，兩端由彈性夾頭5夾緊。合上左、右模片并鎖住后，由進(jìn)油口注入高壓油，使處在模片間的管壁產(chǎn)生脹形變形，形成大圓弧的初波。然后抽出定位梳，再一邊注入高壓油脹形，一邊移動可移動夾頭，使模片合攏。待全部模片都貼合時，就完成了波紋管的脹形。這時，為了減小回彈，提高波紋管的尺寸精度，可適當(dāng)增加油壓。卸壓后，分開左、右模片，松開彈性夾頭，移動可移動夾頭，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計便可取出工件。波紋管的管坯一般由薄板卷圓后焊接制備，也可由變薄拉深制備，管坯的長度L0可按母線展開進(jìn)行計算。式中n—波紋管的波紋數(shù);r1—波峰中線圓弧半徑;r2—波谷中線圓弧半徑;D3—波谷圓弧中心直徑;D4—波峰圓弧中心直徑;l—工藝余量，一般取20一30mm上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計管坯的直徑D。就是波紋管的最小直徑，即波谷直徑D1，但為了便于裝入管坯，可使D0比D1小1一2mm.模片有2個工作直徑，即最小工作直徑dd和最大工作直徑Dd,dd形成波紋管的波谷直徑D1,Dd形成波峰直徑D2?？紤]到波紋管脹形后將產(chǎn)生較大的回彈，可將模片的最大工作直徑Dd比波峰直徑D2增大約2mm.定位梳片的厚度b按對應(yīng)波紋段的展開長度計算。式中l(wèi)—單波的展開長度;s—相鄰波紋的中心距。脹形初期，定位梳要承受一定的壓力，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計因此定位梳應(yīng)具有一定的硬度和耐磨性。模片的材料可根據(jù)波紋管的材料來選擇，波紋管材料為鋁或銅時，可選用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼或中碳鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理;波紋管材料為不銹鋼時，應(yīng)選用工具鋼并淬硬。二、翻邊翻邊是利用模具將工序件的孔邊緣或外邊緣翻成豎直的直邊的成形方法。內(nèi)緣翻邊(或翻孔)，即對工件的孔進(jìn)行翻邊，如圖5-11(a)所示。外緣翻邊，即對工件的外緣進(jìn)行翻邊，如圖5-11(b)所示。翻邊與彎曲區(qū)別:彎曲的拆彎線為直線，切向沒有變形，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計而翻邊的拆彎線為曲線，切向有變形，并且常常是主要的變形(一)內(nèi)緣翻邊1.圓孔翻邊(1)圓孔翻邊的變形特點(diǎn)。如圖5-12所示，在平板毛坯上制出直徑為D0的底孔，隨著凸模的下壓，孔徑將被逐漸擴(kuò)大。變形區(qū)為(D+2rd)-d0的環(huán)形部分，靠近凹模口的板料貼緊rd區(qū)后就不再變形了，而進(jìn)入凸模圓角區(qū)的板料被反復(fù)拆彎，最后轉(zhuǎn)為直壁。當(dāng)全部轉(zhuǎn)為直壁時，翻邊也就結(jié)束了。翻邊變形區(qū)一切向受拉應(yīng)力σθ，徑向受拉應(yīng)力σp。，而板厚方向應(yīng)力可忽略不計，因此應(yīng)力狀態(tài)可視為雙向受拉的平面應(yīng)力狀態(tài)。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計圓孔翻邊時，應(yīng)力和切向應(yīng)變的分布情況如圖5-13所示。切向應(yīng)力σθ為最大主應(yīng)力，徑向應(yīng)力σD是由凸模對板料的摩擦作用引起的，其值較小。應(yīng)力沿徑向的分布是不均勻的，在底孔邊緣處，一切向應(yīng)力σθ達(dá)到其最大值，而徑向應(yīng)力σD為零，因此該處可視為單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)。切向應(yīng)變εθ為拉應(yīng)變，沿徑向的分布也是不均勻的，在底孔邊緣處其值最大，越遠(yuǎn)離中心，其值越小?？梢?，翻孔時底孔邊緣受到強(qiáng)烈的拉伸作用。變形程度過大時，在底孔邊緣很容易出現(xiàn)裂口。因此翻孔的破壞形式就是底孔邊緣拉裂。為了防止出現(xiàn)裂紋，需限制翻孔的變形程度。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計(2)圓孔翻邊的變形程度。圓孔翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)Kf表示。式中d0翻邊前底孔的直徑;D—翻邊后孔的中徑。顯然，Kf值越小，表示變形程度越大。各種材料的首次翻邊系數(shù)Kf0和極限翻邊系數(shù)Kfmin見表5-3。采用Kfmin值時，翻孔后的邊緣可能有不大的裂口。(3)影響翻邊系數(shù)的因素。①材料的塑性。由于翻孔時的主要變形是切向的伸長變形，因此影響翻邊系數(shù)的主要因素是材料的塑性。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計最大切向伸長變形在底孔邊緣處，其值不應(yīng)超過材料的許用伸長率。由上式可得翻邊系數(shù)Kf與材料許用伸長率δ或許用斷面收縮率必之間的近似關(guān)系，即Kf=1/(1+δ)或Kf=1-?。這表明:材料的塑性越好，其極限翻邊系數(shù)可以更小些。由于翻孔時的一切向應(yīng)變εθ。沿徑向分布是不均勻的，越遠(yuǎn)離底孔邊緣，εθ值越小，就拉伸破壞而言，鄰近材料層對底孔邊緣能起到緩和作用，因而使得底孔邊緣處的實(shí)際最大拉伸應(yīng)變εθmax可比材料單向拉伸試驗(yàn)所得的均勻伸長率δ值大得多。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計②底孔的斷面質(zhì)量。由于翻孔的破壞形式是底孔邊緣因拉伸變形過大而開裂，因此可采用鉆孔代替沖孔，沖孔后再用整修方法去掉毛刺和表面硬化層，或沖孔后采取軟化熱處理措施，都能提高翻孔的極限變形程度，允許采用較小的翻邊系數(shù)。但采取上述措施會增加工序和工時。對于一般要求的中小型件，即使適當(dāng)降低翻孔的變形程度，也應(yīng)盡可能用沖孔的方法制備底孔。而對于貴重的大型件，例如在直徑超過3000mm的火箭封頭上翻小孔，為了防止翻裂出廢品，不僅采用鉆孔方法制備底孔，而且鉆孔后還需將底孔邊緣打磨光滑。③板料的相對厚度。底孔直徑d。與板料厚度t的比值d0/t較小時，表明板料較厚，斷裂前材料的絕對伸長量可以大些上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計故翻邊系數(shù)可相應(yīng)減小些。④翻邊凸模的形狀。圖5-12所示為用平頭凸模翻邊，當(dāng)凸模圓角半徑rp較小時，變形過分集中于底孔邊緣，容易引起開裂。隨著rp值的增大，直至采用球形、拋物面形或錐形凸模，變形將得到分散，可減小底孔邊緣開裂的可能性，因而允許采用較小的翻邊系數(shù)。表5-4給出了低碳鋼的極限翻邊系數(shù)，從中可以看出上述因素對其值的影響程度。(4)翻邊后板厚的變化。在翻邊過程中，變形區(qū)的寬度基本保持不變，即徑向應(yīng)變εp為零，根據(jù)體積不變條件，由于變形區(qū)切向應(yīng)變εθ為拉應(yīng)變，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計所以翻邊后直壁部分板厚將變薄，而且由于切向應(yīng)變沿徑向分布是不均勻的，則板厚變薄也是不均勻的。在切向伸長變形最大的底孔邊緣翻邊后變薄最嚴(yán)重，翻邊系數(shù)較小時，最小板厚tmin可能小于0.75t.翻邊后壁部最小板厚tmin可按下式估算。式中t—初始板厚;Kf—實(shí)際翻邊系數(shù)。(5)圓孔翻邊的工藝計算。①平板沖底孔后翻邊。在平板或立體成形件的平面上沖底孔后進(jìn)行翻邊，工藝計算有兩方面內(nèi)容，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計確定底孔直徑d0和核算翻邊高度H.由于變形區(qū)的寬度在翻邊時可認(rèn)為不變，則翻邊后直壁高度可按彎曲進(jìn)行計算。通常，翻邊件圖給出的尺寸有翻邊直徑D,翻邊高度H及圓角半徑rd(即翻邊凹模圓角半徑)。按上述條件，從如圖5-14所示的幾何關(guān)系可得翻孔底孔直徑d0的計算公式為:變換上式，可得翻邊高度H的計算公式將上式中的翻邊系數(shù)Kf以極限翻邊系數(shù)Kfmin代替，可得最大翻邊高度Hmax的計算公式上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計如果翻邊件直壁的高度H超過了按式(5-13)計算的一次翻邊極限高度Hmax則該件不能一次完成翻邊。這時，可采取多次翻邊(兩次之間可安排退火軟化工序)、對變形區(qū)進(jìn)行加熱翻邊等工藝方法。當(dāng)翻邊件直壁高度較大時，比較好的工藝方法是先用平板毛坯拉深成帶寬凸緣的圓筒形件，在底部沖底孔后再進(jìn)行翻邊，可制成帶凸緣的無底筒形件。②拉深后沖底孔再翻邊。在拉深件底部沖底孔后再翻邊，如圖5-15所示，工藝計算程序是先確定翻邊所能達(dá)到的最大高度，按圖示幾何關(guān)系，翻邊高度h為上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計這時，底孔直徑d0可由下式求得底孔直徑d0也可按下式計算最大翻邊高度hmax確定之后，便可按下式計算拉深工序件的高度h1上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計2.非圓孔翻邊(1)非圓孔翻邊的變形特點(diǎn)。非圓孔翻邊的底孔形狀一般由圓弧段和直線段組成，常見的底孔形狀有長圓形、圓弧連接的四邊形等。如圖5-16所示的翻邊孔形狀由兩段圓弧段和兩段相切的直線段組成，為卵形。翻邊時，切向拉伸變形主要集中于圓弧段，而直線段主要是彎曲變形。但兩者相互是有影響的，圓弧段在切向受強(qiáng)烈拉伸變形時必然擠壓直線段，使直線段橫向受壓縮變形。反過來，直線段對圓弧段切向?qū)a(chǎn)生反擠壓作用，使圓弧段切向的拉伸變形得到降低。結(jié)果，圓弧段切向拉應(yīng)力和拉應(yīng)變沿翻邊線的分布很不均勻，只有中間與相同半徑的圓孔翻邊時基本相同，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計而由中間向兩端與直線段的連接處其值逐漸減小。這表明直線段承擔(dān)了圓弧段一部分切向伸長變形，使圓弧段切向伸長變形得到一定程度的減輕。(2)非圓孔翻邊系數(shù)。非圓孔翻邊與半徑相同的圓孔翻邊比較，允許采用較小的翻邊系數(shù)Kf’，可按下式估算:式中Kf—圓孔極限翻邊系數(shù)，見表5-4;α—圓弧段中心角(°)。上式適用于α≤180°。當(dāng)α>180°時，直線段對圓弧段的緩解作用已不明顯，工藝計算仍需采用圓孔翻邊系數(shù)。當(dāng)直線段很短時，也按圓孔翻邊處理。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計低碳鋼板的非圓孔極限翻邊系數(shù)也可以按表5-5查得。(3)非圓孔翻邊的工藝計算。非圓孔翻邊時，工藝計算主要考慮兩方面內(nèi)容，核算變形程度和確定底孔的形狀和尺寸。當(dāng)翻孔形狀復(fù)雜時，應(yīng)分段進(jìn)行變形程度的核算。如圖5-17所示的非圓孔翻邊件，按變形特點(diǎn)可分為3種類型:凹弧段a具有翻孔的變形特點(diǎn);凸弧段b具有拉深的變形特點(diǎn);而直線段c則主要是彎曲。因此，為了判斷該件能否一次成形，對于凹弧段a應(yīng)按非圓孔翻邊系數(shù)判斷。而且，當(dāng)翻邊高度相等時，只需核算圓弧半徑較小的R4段，因?yàn)镽4<<R2,，則R4段的變形程度比R2段大得多。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計對于凸弧段b應(yīng)按圓筒形件首次拉深系數(shù)判斷，因?yàn)樵摱卧诜呥^程中切向產(chǎn)生壓縮變形，而不是拉伸變形，成形過程中的主要問題是如何防止起皺，與拉深時的主要工藝問題是相同的。按拉深核算，假想拉深系數(shù)為R1/R2，其值不能真實(shí)地反映凸弧段h的拉深變形程度，因?yàn)橄噜彴蓟《蝍產(chǎn)生伸長變形，將加劇凸弧段b的壓縮變形。從實(shí)用出發(fā)，可限制比值R1/R2不小于圓筒形件不壓邊的首次拉深系數(shù)。對一般要求的非圓孔翻邊件，可以不考慮底孔形狀的修正問題。只有當(dāng)翻邊高度要求嚴(yán)格時，才考慮修正變形區(qū)寬度。這時，可先按彎曲展開計算直線段c的翻邊寬度Bc，取凹弧段a的翻邊寬度魷為及的1.O5-1.1倍。凸弧段b的翻邊寬度B,可利用拉深圓筒形件的毛坯直徑計算公式求得。最后，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計需考慮三者間的相互影響，將底孔形狀修正光滑。3.翻邊力的計算用普通圓柱形凸模翻孔時的翻邊力F，可按下式估算。式中F—翻邊力，N;D—翻邊后孔的中徑，mm;do翻邊底孔直徑，mm;t—為板料厚度，mm;σs—板料屈服應(yīng)力，MPa。隨凸模圓角半徑的增大，翻邊力將大幅度減小。當(dāng)采用球頭凸模翻孔時，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計翻邊力可比采用小圓角平頭凸模降低50%左右。采用球頭凸模的翻邊力F可按下式計算。式中K0—翻邊力系數(shù)，見表5-6;σb—板料杭拉強(qiáng)度，MPa。4.翻孔模設(shè)計(1)翻孔模結(jié)構(gòu)類型。翻孔模的結(jié)構(gòu)與拉深模相似，也有順裝與倒裝、壓邊與不壓邊等區(qū)分。與拉深模一樣，如果沒有沖裁加工，翻孔模一般不需設(shè)置模架。如圖5-18所示為倒裝式翻孔模，凹模2在上模，為倒裝結(jié)構(gòu)形式，以便于使用通用彈頂裝置。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計該模具適于在平板毛坯上進(jìn)行小孔翻邊加工。利用凸模3導(dǎo)引段的端頭對工序件底孔進(jìn)行定位，壓料板4上不另設(shè)定位件。翻邊后工件將隨上模上升，由打板1將工件從凹模內(nèi)推出。如圖5-19所示為順裝式翻孔模。工序件4為帶凸緣的拉深件，底部沖出翻邊底孔，倒置于翻邊凹模5上定位。翻邊時工件由壓料板3壓住，可使工件較平整，在工作行程，由凸模1完成翻邊。在回程，壓料板使工件脫離凸模而留在凹模內(nèi)。壓料板的壓力來自彈簧2。最后，由頂板6將工件從凹模內(nèi)頂出。頂件力由沖床下面的彈頂裝置提供，通過頂桿7傳給頂板。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計(2)翻邊凸模和凹模的設(shè)計。翻邊時，板料相對凹模圓角沒有滑動，因此對翻邊凹模的圓角半徑?jīng)]有嚴(yán)格的限制，可直接取工件要求的圓角半徑。翻邊凸模的結(jié)構(gòu)形式很多，如圖5-20所示為幾種常用圓孔翻邊凸模的形狀和尺寸。如圖5-20(a)所示為平頭凸模，圓角半徑r不宜過小，適于翻邊高度較小、直徑較大的孔翻邊。如圖5-20(b)所示為球頭凸模，如圖5-20(e)所示為拋物面形凸模。就對翻邊變形而言，圖5-20(b)優(yōu)于圖5-20(a)，圖5-20(e)優(yōu)于圖5-20(b)，因而允許采用較小的翻邊系數(shù)，可比平頭凸模減小10%一20%，但凸模的加工難度則正好相反。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計采用以上三種翻邊凸模，工件需有預(yù)制底孔，而且翻邊模上需設(shè)置定位裝置，對工序件進(jìn)行定位。如圖5-20(d)和圖5-20(e)所示分別為帶有球頭和錐頭導(dǎo)向段的臺階式凸模，用于倒裝式翻孔模時，可利用導(dǎo)引段對工序件底孔進(jìn)行定位，因此模具上不需設(shè)置定位裝置。錐頭凸模比球頭凸模容易加工，錐角a可按板料厚度t選取，當(dāng)t<1.5mm時，取α=55°;t>1.5mm時，取a=60°。如圖5-20(f)所示為尖錐形凸模，用于薄料、小孔的翻邊，不需預(yù)先制備底孔。但翻邊后直壁端頭有裂口，對直壁要求嚴(yán)格時不能采用。翻邊件的直徑尺寸一般都要求不嚴(yán)，只有用作軸套使用時，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計才對內(nèi)徑尺寸要求較嚴(yán)。這時，可參考拉深模尺寸計算方法，先確定翻邊凸模的直徑尺寸及公差，再由翻邊間隙值確定翻邊凹模的直徑尺寸，也可以采用配作法，要求配作間隙。翻邊間隙是指翻邊凸模與凹模之間的單面間隙。由于翻邊時板料產(chǎn)生變薄現(xiàn)象，如果取翻邊間隙等于板料厚度，翻邊后直壁將出現(xiàn)弧形。因此，為了獲得直壁比較垂直的翻邊件，在平板上沖底孔后翻邊時，可取單面翻邊間隙Z約為0.85t，在拉深工序件底部沖底孔后翻邊時，可取Z約為0.75t,t為板料厚度。單面翻邊間隙Z也可按表5-7選取。(二)外緣翻邊外緣翻邊是在板料邊緣進(jìn)行的翻邊，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計工件的結(jié)構(gòu)形式和變形特點(diǎn)都與翻孔件有較大的不同。外緣翻邊件的翻邊線都是非封閉的輪廓。當(dāng)翻邊線為內(nèi)凹弧時，變形特點(diǎn)與翻孔是相同的，主要變形是切向受拉伸，因此稱為伸長類翻邊。而當(dāng)翻邊線為外凸孤時，變形特點(diǎn)與翻孔完全不同，與拉深是相同的，主要變形是切向受壓縮，因此稱為壓縮類翻邊。外緣翻邊前的工序件可以是平面件，也可以是曲面件。因此，外緣翻邊按變形特點(diǎn)可分為兩類，即伸長類和壓縮類，按結(jié)構(gòu)形式可分為4種，即平面伸長翻邊、曲面伸長翻邊、平面壓縮翻邊和曲面壓縮翻邊。外緣翻邊在形式上很像彎曲，當(dāng)翻邊線的曲率很小時，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計成形工藝及模具設(shè)計都可以按彎曲處理。因此，在沖壓成形的分類中，也曾將外緣翻邊歸入彎曲。但兩者的變形力學(xué)特點(diǎn)是完全不同的。1.平面伸長翻邊(1)平面伸長翻邊的變形程度。如圖5-21所示，平面伸長翻邊相當(dāng)于翻孔的一部分，變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)也與翻孔時相同。但圓孔翻邊時應(yīng)力應(yīng)變的分布在同一半徑處是均勻的，而外緣翻邊時是很不均勻的，例如切向拉應(yīng)力由中間的最大值向兩端逐漸遞減為零。平面伸長翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)K表示，其值見表5-8，并按下式計算。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計式中b—毛坯上需翻邊的高度;R—翻邊線的曲率半徑。(2)毛坯形狀的修正。在平面伸長翻邊時，由于翻邊線不是封閉的，翻邊時變形區(qū)切向的拉應(yīng)力和伸長變形沿翻邊線的分布都是不均勻的，其值在變形區(qū)中間最大，向兩端逐漸減小，而在兩端邊緣處降為零。如圖5-21所示，如果按圓孔翻邊的一部分來確定平面伸長翻邊的毛坯形狀，則變形區(qū)將為等寬度h的圓環(huán)的一部分，即圖中半徑為r的實(shí)線部分。變形的不均勻性將使翻邊后的直邊高度不平齊，中間最低，向兩端逐漸增高。同時，直邊兩端邊緣與板平面也不垂直，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計而向內(nèi)傾斜成一定的角度。當(dāng)翻邊高度較高時，這種不規(guī)則變形較為明顯。當(dāng)翻邊的形狀和尺寸精度要求較高時，應(yīng)對毛坯形狀進(jìn)行修正，取圖5-21中虛線所示的形狀。毛坯兩端的寬度由b減至b'，兩端頭按斜角刀增加一個三角形部分，刀角可為25°一40°。比值r/R和中心角α小，b’取小值，而β取大值。如果翻邊高度較小，而翻邊線的曲率半徑較大，可不考慮對毛坯形狀的修正，按部分圓孔翻邊確定毛坯形狀，以便使工藝計算和模具制造得以簡化。(3)平面伸長翻邊模。平面伸長翻邊模在結(jié)構(gòu)上與L形彎曲模很相似，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計翻邊過程中不變形的平面部分應(yīng)壓緊不產(chǎn)生橫向移動，有時可利用工藝孔定位，而翻邊的變形區(qū)應(yīng)能自由變形。但一側(cè)翻邊可能引起較大的側(cè)向力，可考慮采用圖5-22所示的模具，一次翻邊對稱成雙加工成形，成形后再剖切為兩個工件該模具工作過程如下:在自由狀態(tài)，頂件板4由氣墊通過頂桿5頂起，與凹模3的端面平齊。將工序件置于凹模端面并由定位銷6進(jìn)行定位，上模下行，由凸模1完成翻邊。在回程，工件由頂板頂出凹模，并由固定卸件板2使之脫離凸模。2.平面壓縮翻邊如圖5-23所示為平面壓縮翻邊的示意圖，毛坯具有外凸弧，半徑r=R+b,R為翻邊線的曲率半徑，b為翻邊寬度。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計翻邊后，外邊緣的半徑由較大的r變?yōu)檩^小的R，這表明切向受到了壓縮。因此壓縮翻邊的變形特點(diǎn)不同于伸長翻邊，而具有拉深的變形特點(diǎn)，主要變形是切向的壓縮變形，而徑向的伸長變形較小。實(shí)際上比值R/r就相當(dāng)于拉探系數(shù)，其值可以小于圓筒形件的首次拉深系數(shù)，因?yàn)榉吘€是非封閉的，切向壓應(yīng)力和壓應(yīng)變沿切向分布是不均勻的，中間最大，兩端最小，兩側(cè)對中間的壓縮變形能起緩解作用。平面壓縮翻邊的變形程度可用翻邊系數(shù)K，表示，其值見表5-8，并按下式計算。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計式中b—毛坯上需翻邊的寬度;R—翻邊線的曲率半徑。平面壓縮翻邊也有毛坯形狀修正的問題。圖5-24中半徑為r、以實(shí)線表示的扇形是按圓筒形拉深件的一部分確定的毛坯形狀，變形區(qū)為等寬度b的環(huán)形的一部分。由于翻邊線是非封閉的，應(yīng)力與應(yīng)變沿切向的分布都是不均勻的，切向壓應(yīng)變和徑向拉應(yīng)變只有在變形區(qū)中間與相應(yīng)尺寸的圓筒形件拉深時基本相同，由中間向兩端其值則逐漸減小。采用上述等寬變形區(qū)的毛坯，翻邊后工件的形狀將不夠規(guī)則，直邊兩端將向外傾斜，直邊上端也不平齊，中間高而兩端低。對工件形狀要求嚴(yán)格時，需修正毛坯的形狀，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計取如圖5-24中虛線所示的形狀，修正方法正好與平面內(nèi)凹翻邊時相反。壓縮翻邊的主要變形是切向的壓縮變形，成形中的主要問題是容易出現(xiàn)失穩(wěn)起皺。因此壓縮翻邊?？梢韵窭钅Ｄ菢釉O(shè)置防皺壓邊裝置，既可防止起皺，又能增加翻邊高度。三、縮口縮口是將預(yù)先拉深好的圓筒或管件坯料，通過縮口模具將其口部縮小的成形工序。如圖5-25所示工件，圖5-25(a)為采用拉伸工藝，需5道工序才能成只要3道工序即可完成;圖5-25(b)為采用管料縮口工藝為采用拉深工藝。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計(一)縮口變形特點(diǎn)及縮口系數(shù)縮口工序的變形如圖5-26所示，變形區(qū)的金屬受到切向壓應(yīng)力σ1和軸向壓應(yīng)力σ3的作用，在軸向ε3厚度方向ε2產(chǎn)生伸長變形，切向ε1產(chǎn)生壓縮變形。在縮口變形過程中，材料主要受切向壓應(yīng)力作用，使直徑減少，壁厚和高度增加。由于切向壓應(yīng)力的作用，在縮口時壞料易失穩(wěn)起皺，同時非變形區(qū)的筒壁由于承受全部縮口壓力，也易失穩(wěn)產(chǎn)生變形，所以防止失穩(wěn)是縮口工藝的主要問題?？s口的極限變形程度主要受失穩(wěn)條件的限制?？s口變形程度用縮口系數(shù)m表示，其表達(dá)式為上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計式中d—縮口后直徑;D—縮口前直徑。極限縮口系數(shù)mmin的大小主要與材料性質(zhì)、料厚、模具形式和坯料表面質(zhì)量有關(guān)。①材料的塑性好，屈強(qiáng)比大，允許的縮口變形程度大(mmin小)。②坯料越厚，抗失穩(wěn)起皺能力越強(qiáng)，有利于縮口成形。③采用內(nèi)支撐(模芯)模具結(jié)構(gòu)，口部不易起皺。④合理的模具半錐角度、較低的表面粗糙度值和較好的潤滑條件，可以降低縮口力，對縮口成形有利。表5-9是不同材料、不同厚度的平均縮口系數(shù)。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計表5-10是不同材料、不同支撐方式的極限縮口系數(shù)mmin(二)縮口工藝計算1.縮口次數(shù)與縮口系數(shù)的確定當(dāng)計算出的縮口系數(shù)m小于極限縮口系數(shù)mmin時，工件需要進(jìn)行多次縮口。各次縮口系數(shù)計算如下。首次縮口系數(shù)再次縮口系數(shù)式中m均——平均縮口系數(shù)，見表5-9。縮口次數(shù)按下式計算上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計n值計算后一般為小數(shù)，要?dú)w整。2.毛坯尺寸的計算毛坯尺寸的主要設(shè)計參數(shù)是縮口毛坯高度H。對如圖5-27所示的不同縮口形式，根據(jù)體積不變原理，可得到如下公式(式中符號如圖5-27所示)。如圖5-27(a)所示的斜口形式。如圖s-27(b)所示的直口形式。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計如圖5-27(c)所示的球面形式?？s口凹模半錐角α對縮口成形起重要作用，一般使α<45°，最好使α在30°以內(nèi)。當(dāng)模具具有合理的半錐角α?xí)r，允許的極限縮口系數(shù)mmin.可以比平均縮口系數(shù)m均小10%一15%。3.縮口力用無內(nèi)支撐模具進(jìn)行縮口時，縮口力可用下式計算。式中F—縮口力，N;t0—縮口前料厚，mm;上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計D—縮口前直徑，mm;d—縮口后直徑，mm;σb—材料抗拉強(qiáng)度，MPa;α—模圓錐半角;K一速度系數(shù)，用沖床時K=1.15;μ—工件與凹模接觸面摩擦系數(shù)。四、校形與整形用沖裁、彎曲、拉深等基本沖壓工序得到的零件，其形狀和尺寸精度以及最小圓角半徑是有一定限度的。當(dāng)零件精度要求高、圓角半徑小時，在基本成形工序之后往往要用校形工序最后保證得到合格的沖壓件。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計校形是指使經(jīng)過各種基本成形工序后的零件再產(chǎn)生不大的塑性變形，以達(dá)到零件規(guī)定的形狀和尺寸精度要求的沖壓方法。校形前零件結(jié)構(gòu)及零件校形的工藝性對校形工序有重大影響。校形時的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)有利于減小前工序卸載過程中毛坯的彈性變形引起的形狀和尺寸變化。在校形最后階段要使材料產(chǎn)生強(qiáng)制壓緊作用(墩死)，盡可能使材料處于均勻的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，從而改變毛坯斷面內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，減少零件的回彈，穩(wěn)定地保留住校形后的形狀。(一)校平1.校平的特點(diǎn)校平是指把不平整的制件在校平模內(nèi)壓平的校形工藝，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計主要用于消除或減少沖裁件(特別是自由漏料)平面的平直度誤差校平時，板料在上下兩塊平模板的作用下產(chǎn)生反向彎曲變形，出現(xiàn)微量塑性變形，從而使板料壓平。當(dāng)沖床處于止點(diǎn)位置時，上模板對材料強(qiáng)制壓緊，使材料處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，卸載后回彈小，在模板作用下的平直狀態(tài)就被保留下來。2.校平的方法與校平模(1)平面校形模。由上下兩塊模板組成。由于單位校形力小，校形效果較差，用于平直度要求不高或由軟金屬(鋁、軟鋼、軟黃銅)制成的小型零件的校形。(2)齒形模。用于零件平直度要求較高的情況。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計由于齒尖突出部分壓入毛坯表層一定深度，構(gòu)成較強(qiáng)的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，因而校形效果較好。齒形模有細(xì)齒和粗齒兩種，如圖5-28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(diǎn)，細(xì)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。(3)加熱校平。指把校平的零件疊成疊，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(qiáng)度降低，回彈減小，從而校平零件的整形方法。一般情況下，鋁材加熱溫度為300℃一320℃，黃銅H62加熱溫度為400℃-450℃。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。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計(4)校平模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。校平模常常采用浮動模柄或浮動凹模結(jié)構(gòu)，如圖5-29所示，這樣可使模具不受沖床滑塊運(yùn)動精度的影響。3.校平力校平工作行程不大，但校形力很大。校形力F用下式估算。式中P—單位校平壓力，MPa;A—校平面積，mm2對于軟鋼和黃銅，P的取值范圍為在平直模上校平，p=80一100MPa;在細(xì)齒模上校平，p=100一200MPa;在粗齒模上校平，p=200一300MPa。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計(二)整形整形是指對彎曲和拉深后的立體零件進(jìn)行形狀和尺寸修整的校形，目的是提高形狀和尺寸精度。整形模和前一道工序成形模相似，只是模具工作部分的精度更高，表面粗糙度更低，圓角半徑和間隙較小。整形時要在壓力機(jī)下止點(diǎn)對材料剛性卡壓一下，所以應(yīng)選用精壓機(jī)或有過載保護(hù)裝置的剛度較好的機(jī)械壓力機(jī)。整形力按下式計算。式中P—整形的單位壓力，MPa;A—整形的投影面積，mm2.上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計1.彎曲件的整形彎曲件的整形方法有壓校和鐓校2種。(1)壓校。如圖5-30所示，變形特點(diǎn)與彎曲時相似，整形效果一般。壓校V形件時應(yīng)注意選擇彎曲件在模具中的位置，盡量使兩側(cè)的水平分力平衡，并使校平單位壓力分布均勻。壓校U形件時，若只整形圓角須用兩道工序分別壓兩個圓角。有尺寸精度要求時要取較小的模具間隙，以形成擠壓狀態(tài)，提高尺寸精度。(2)鐓校。如圖5-31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，回彈減小，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計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。2.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，一般為(0.9一0.95)t，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。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(bǔ)充材料。如果圓角半徑變化大，在工藝設(shè)計時，可以使半成品高度大于零件高度，整形時從直壁部分獲得材料補(bǔ)充，如圖5-32(b)所示(h'為半成品高度，h為成品高度);如果半成品高度與零件高度相等，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計也可以由凸緣處收縮來獲得材料補(bǔ)充，但當(dāng)凸緣直徑過大時，整形過程中無法收縮，此時只能靠根部及附近材料變薄來補(bǔ)充材料，如圖5-32(a)所示，從變形特點(diǎn)看，相當(dāng)于變形不大的脹形，因而整形精度高，但變形部位材料伸長量不得大于2%一5%，否則，校形時零件會破裂。校小底部圓角的整形也可以采用半成品高度略大于成品高度的辦法或使圓角部分脹形的方法。凸緣平面和底部平面的整形主要是利用模具的校平作用。因?yàn)橥咕墑傂圆?，只單?dú)對凸緣校平效果不好。因此，常對拉深件的筒壁、圓角、平面同時整形，此時要注意控制半成品高度和表面積，使整形時各部分都處于相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計既可以減少工序數(shù)又可達(dá)到滿意的整形效果。五、旋壓(一)普通旋壓1.旋壓工藝過程及應(yīng)用普通旋壓成形工作原理如圖5-33所示。芯模2裝夾在旋壓機(jī)的主軸上，將平板毛坯1或工序件貼靠芯模，用尾座頂尖4使頂塊3壓緊，隨主軸旋轉(zhuǎn)。操作搟棒(或滾輪)5迫使毛坯材料由點(diǎn)到線、由線到面逐漸貼緊芯模，從而加工出形狀和尺寸都符合要求的零件。旋壓成形所用設(shè)備和模具都很簡單。加工范圍廣，各種形狀的旋轉(zhuǎn)體拉深、翻邊、縮口、脹形皆能加工。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計但旋壓工藝常用手工操作，要求操作技術(shù)高，勞動強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)率低，所以多用于小、中批量生產(chǎn)。2.旋壓變形特點(diǎn)和變形程度的控制平板毛坯在通過旋壓轉(zhuǎn)化為筒形件的過程中，切向受壓，徑向受拉。但與普通拉深不同，旋壓時搟棒與毛坯之間基本上是點(diǎn)接觸。毛坯受搟棒施力作用，產(chǎn)生兩種變形，一種是與搟棒直接接觸的材料產(chǎn)生局部塑性變形，另一種是坯料沿?fù){棒加壓的方向倒伏。在操作過程中控制搟棒很重要，如操作不當(dāng)，則會引起材料失穩(wěn)起皺、振動或撕裂。圓角處坯料也容易嚴(yán)重變薄以至旋裂。由于旋壓在瞬間是坯料的局部點(diǎn)變形，所以用較小的力可加工出大尺寸的制件。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計旋壓的變形程度用旋壓系數(shù)m表示。式中d—制件直徑(錐形件最小值);D—坯料直徑。圓筒形件極限旋壓系數(shù)可取m=0.6一0.8，相對厚度t/D=0.5附近取大值，相對厚度t/D=0.25附fi取小值;錐形件極限旋壓系數(shù)可取m=0.2一0.30當(dāng)旋壓變形程度較大時，可在尺寸不同的芯模上進(jìn)行多次旋壓，以錐形過渡，且每次錐形芯模的最小直徑盡量相同，如圖5-34所示。多次旋壓時，應(yīng)安排中間退火工序。旋壓毛坯直徑的計算可參考拉深計算，用等面積法。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計由于旋壓時材料變薄比拉深時嚴(yán)重，所以實(shí)際上可取理論計算值的93%一95%3.旋壓質(zhì)量的控制為保證旋壓件質(zhì)量，除要求控制變形程度外，還需要合理選擇芯模旋轉(zhuǎn)速度、旋壓件的過渡形狀以及搟棒加壓壓力的大小。旋壓時選擇合理的芯模轉(zhuǎn)速對順利成形是很重要的。成形速度過低，壞料邊緣易起皺，增加了成形阻力，甚至導(dǎo)致旋壓工件破裂;成形速度過高，材料變薄嚴(yán)重。成形經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5-11。普通旋壓一般由手工操作，屬于半機(jī)械化生產(chǎn)。操作者憑經(jīng)驗(yàn)對毛坯施加壓力，著力要均勻并逐漸移動著力點(diǎn)，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計使工件變形穩(wěn)定。加壓力不能太大，壓力過大，毛坯邊緣容易起皺。搟棒或旋輪的進(jìn)給量會影響材料的穩(wěn)定變形。通常進(jìn)給量可取0.25-1.0mm/r。旋壓件的表面留有搟棒的痕跡，其表面粗糙度Ra值為3.2一1.6μm。旋壓件的尺寸精度可達(dá)到其直徑的0.1%一0.2%。旋壓時搟棒與毛坯接觸部位產(chǎn)生很大摩擦，需使用潤滑劑，如黃油、石油和機(jī)油混合物。4.普通旋壓工藝裝備設(shè)計(1)芯模。在旋壓過程中，芯模不僅承受旋壓力和尾座頂力，而且還承受彎矩和扭矩。因此，芯模應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度和光滑的表面。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計芯模結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮工件的形狀特點(diǎn)，例如對圖5-35所示的兩種縮徑旋壓件，圖5-35（a）所示工件需要中間縮徑，芯模采用了軸向分段結(jié)構(gòu);圖5-35(b)所示工件需在端頭縮徑，采用了偏心設(shè)置的較小芯模，主要是為了旋壓加工完成后能方便地取出工件。當(dāng)然設(shè)計方案不是唯一的。旋壓件也存在回彈問題，但由于旋壓加工類型較多，很難通過修正芯模的尺寸來控制回彈。因此，對于一般要求的旋壓件，芯模工作尺寸就直接采用工件的相應(yīng)尺寸。常見的外形旋壓，芯模的各種尺寸以工件的內(nèi)形尺寸為其基本尺寸，取其負(fù)偏差。對于少數(shù)尺寸要求較高的旋壓件，可通過試旋來修正芯模尺寸，直到滿足要求為止。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計芯模的材料要綜合考慮工件要求的性質(zhì)、工件尺寸大小及生產(chǎn)批量來確定。如果工件材料較軟且生產(chǎn)批量較小，可選用硬木或鑄鐵制造普通旋壓的芯模。工件材料硬且生產(chǎn)批量較大，則用工具鋼制芯模，要求硬度為58-62HRC。芯模的表面粗糙度Ra值在1.6一0.4μm，尺寸精度為IT7一IT10（2)搟棒與旋輪。搟棒與旋輪是旋壓加工的主要工具。搟棒與毛坯之間為滑動摩擦，旋輪與毛坯之間為滾動摩擦。搟棒與旋輪是旋壓加工的通用工具，搟棒有整體式與分體式兩種結(jié)構(gòu)形式，整體式搟棒由硬木制成，分體式搟棒由木柄和鋼制成形頭兩部分組成。搟棒頭部形狀有多種形式，以適應(yīng)各種不同形狀工件的旋壓，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計也便于在旋壓過程中根據(jù)變形的需要隨時更換搟棒。幾種常用搟棒的頭部形狀如圖5-36(a)所示，用金屬制成形頭時，應(yīng)鍍鉻并拋光。搟棒的長度一般取700一1200mm，過短時操作費(fèi)力，過長時容易擺動，影響旋壓件的質(zhì)量。圖5-36(b)給出了幾種旋輪的結(jié)構(gòu)形式，主要用于機(jī)械旋壓。旋輪一般用碳素工具鋼或合金工具鋼制造，并經(jīng)淬火、拋光、鍍鉻處理，以提高耐用度。在旋壓不銹鋼時，可采用青銅做旋輪(尺寸大時采用鑲嵌結(jié)構(gòu))或搟棒的成形頭，以防旋壓過程中出現(xiàn)材料黏結(jié)現(xiàn)象。旋輪的圓角半徑R對旋壓件的質(zhì)量影響較大。R越大，旋出的工件表面越光滑，但操作時較費(fèi)力。R小時旋壓較省力，但工件表面容易出現(xiàn)溝槽。上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計旋輪的圓角半徑R的推薦值見表5-12。旋輪的直徑D一般取最小直徑的一半。(二)強(qiáng)力旋壓1.強(qiáng)力旋壓的工藝過程及應(yīng)用強(qiáng)力旋壓是使毛坯厚度在旋壓過程中強(qiáng)制變薄的成形工藝，因此又稱為變薄旋壓。用強(qiáng)力旋壓的加工方法，可以加工形狀復(fù)雜、尺寸較大的旋轉(zhuǎn)體零件;表面粗糙度Ra值可達(dá)1.25μm，尺寸公差等級可達(dá)IT8左右，比普通旋壓和沖壓加工方法要高。強(qiáng)力旋壓的工藝過程可參見圖5-37所示。旋壓時，尾頂尖7使頂板6將毛坯壓緊在芯模3的頂端，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計芯模被旋壓機(jī)三爪卡盤1夾緊，芯模、毛坯和頂板隨同旋壓機(jī)主軸一起旋轉(zhuǎn)。旋輪4通過機(jī)械或液壓機(jī)構(gòu)沿靠模板按與芯模的母線平行的軌跡移動，旋輪與芯模之間保持著變薄規(guī)律所規(guī)定的間隙，此間隙小于毛坯的厚度。旋輪施加高達(dá)2500一3500MPa的壓力，使毛坯貼合芯模，并被碾薄而逐漸成形工件202.強(qiáng)力旋壓的特點(diǎn)通過對強(qiáng)力旋壓加工過程的分析，可得出強(qiáng)力旋壓具有如下特點(diǎn)。(1)在強(qiáng)力旋壓過程中，瞬時的點(diǎn)變形對毛坯外緣影響極小，不會產(chǎn)生收縮，毛坯外緣直徑始終不變，上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計不會出現(xiàn)凸緣起皺，也不會受毛坯相對厚度的限制，可以一次旋壓出相對深度較大的零件。(2)強(qiáng)力旋壓時，旋輪加壓于毛坯，逐點(diǎn)滾軋，與旋轉(zhuǎn)擠壓的過程相似，使毛坯按預(yù)定要求變薄。工件表面積的增加就是靠這種材料的變薄延伸實(shí)現(xiàn)的，因而能夠節(jié)約原材料。(3)經(jīng)過強(qiáng)力旋壓，材料硬化作用大，晶粒也得以細(xì)化，因而關(guān)鍵的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度都有所提高，同時該工件表面也比較光滑。3.變形程度強(qiáng)力旋壓的變形程度用變薄率φ來表示:上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計或式中t0—毛坯厚度;tn—旋壓后壁厚;α—芯模錐角。極限變薄率甲是衡量材料可旋性的指標(biāo)。強(qiáng)力旋壓時各種材料的變薄率見表5-13。任務(wù)實(shí)施縮口模設(shè)計實(shí)例如圖5-38所示，工件名稱:氣瓶;生產(chǎn)批量:中批量;材料:08鋼;料厚:1mm。1.工件工藝性分析上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計氣瓶為帶底的筒形縮口工件，可采用拉深工藝制成圓筒形件，再進(jìn)行縮口成形。縮口時底部不變，僅計算縮口工序。2.工藝計算(1)計算縮口系數(shù)d=35mm,D=50-2x0.5=49mm，則縮口系數(shù)m=d/D=35/49=0.71。因?yàn)樵摴ぜ怯械椎目s口件，所以只能采用外支撐方式的縮口模具，查表得5-10得極限縮口系數(shù)mmin=0.6,m>mmin，可一次縮口成形。(2)計算縮口前毛坯高度H。由圖5-38可知，h1=79mm，計算毛坯高度為上一頁下一頁返回項(xiàng)目五

氣瓶的成形模設(shè)計取H=99.5mm，縮口前拉深制成的圓筒形件如圖5-39所示。(3)計算縮口力。已知凹模與工件的摩擦系數(shù)μ=0.1，材料σb=430MPa，則縮