其他成形工艺与模具

第9讲 其他成形工艺与模具,胀形 翻边冷挤压覆盖件成形,一、胀形,胀形成形工艺类型： 起伏成形、圆柱空心毛坯的胀形等,1.起伏成形,常见的有压加强筋、压凸包、压字等。,在板料上局部发生胀形而形成凸起或凹进的冲压工艺方法。,提高冲压件的强度、刚度，而且美化了零件的外观。,（1）定义：,（2）特点：,（3）类型：,压加强筋,加强筋是靠毛坯的局部变薄来实现的，所以加强筋成形可按拉深变形来处理，变形条件为：,式中,L0 变形区材料的原始长度， mm;,L 变形区材料的变形后的长度， mm;,材料伸长率,注意：若上式不满足则需要考虑两次成形。,常见加强筋的形式和尺寸,成形加强筋所需的压力F可按下式计算：,式中,K系数，取（ 0.71 ），当加强筋形状窄 而深时取大值，宽而浅时取小值；,L加强筋周长， mm,t材料厚度， mm,b材料抗拉强度， MPa,压凸包,注意：增大凸模圆角半径，改善凸模的润滑条 件，有利于增大凸包的成形高度。,当拉深毛坯与凸模直径的比值D/d4时，称为凸包。,平板局部冲压凸包的成形极限,2.圆柱空心毛坯的胀形,将圆柱形空心毛坯或管状毛坯向外扩张成曲面空心工件的冲压加工方法。,(1)定义：,如高压气瓶、波纹管等。,（2）胀形程度的计算,圆柱形空心毛坯的胀形是在内压力的作用下使材料发生切向拉伸形成的，其极限变形程度受材料伸长率限制，用表示：,式中,dmax胀形后的最大直径，,d0 毛坯原始直径，mm,胀形系数,一些常用材料的极限胀形系数和切向许用伸长率如下表 。,胀形系数与材料的切向伸长率的关系,影响极限胀形系数的主要因素是材料的塑性，胀形系数kp和材料的切向许用伸长率p关系如下：,（3）毛坯计算,毛坯直径,毛坯厚度,式中,tmin胀形件最大直径处的壁厚，mm,毛坯高度,L胀形零件母线长度，mm,h切边余量，一般取515mm,材料圆周方向的最大伸长率,胀形毛坯计算,（4）胀形模具-刚性和弹性两类,结构复杂，胀形变形不均匀，不易成形出形状复杂的工件。,软模胀形传力均匀、工艺过程简单、生产成本低、工件质量好。使用的介质有橡胶、PVC塑料、石蜡、高压液体和压缩空气等。,二、翻边,利用模具把板料上的孔或圆弧毛坯外缘翻成竖边的冲压加工方法。,定义：,1.内孔翻边,使平面的零件变为立体，增加工件的刚性，可作与管状零件连接用，也可在孔口攻螺纹后与其他零件连接。,将已加工好的孔扩大，并把孔口的金属翻成直壁的加工方法。,（2）目的：,（3）变形特点及变形程度,圆孔翻边变形主要是坯料受切向和径向拉 伸，且越接近预孔边缘变形越大，圆孔翻边 的失效是边缘拉裂，拉裂与否主要取决于拉 伸变形的大小。,特点：,（1）定义：,变形程度,圆孔拉伸的变形程度用翻边前的预孔直径d0与翻边后的平均直径D的比值，即翻边系数k0表示：,极限翻边系数（最小翻边系数）：圆孔翻边时孔边濒临破坏的翻边系数。大小取决于材料的塑性、预孔的表面质量与硬化程度、材料的相对厚度t/d0 、凸模工作部分的形状等因素。,常用材料的一次翻边系数如下表,（4）翻边的工艺计算,平板毛坯翻边时的预孔直径及翻边高度,圆孔翻边的预孔直径d0与翻边高度H的关系为：,将极限翻边系数k0min 代入上式，即可求出一次翻边的极限高度Hmax：,当工件的翻边高度大于Hmax时，则不能用平板冲孔后翻边制得，应采用加热翻边、多次翻边或拉深后冲底孔再翻边的方法。,在拉深件的底部冲孔翻边,预孔直径d0为：,拉深高度h1为：,注意：,翻边力计算,式中,D翻边后的孔径（以平均直径计算），mm,d0翻边预孔直径，mm,t材料厚度，mm,2.变薄翻边,如果允许翻边件壁部变薄，则可以通过壁部减薄来增加其高度的方法就是变薄翻边。,用于直边高度大的翻边件，一般拉深后翻边，或退火后再翻边。,用阶梯凸模进行变薄翻边,实例1：,竖边厚度从2mm最终变成0.8mm；,凸模上各阶梯的间距应大于零件高度以便前一阶梯挤压之后再用后一阶梯挤压,抛物线凸模变薄翻边成形小螺纹底孔,实例2：变薄翻边来成形小螺纹底孔 （多为M6以下螺纹孔）,3.外缘翻边,根据翻边后形成的弯曲线形状，外缘翻边分为：外凸的外缘翻边和内凹的外缘翻边。,（1）外凸的外缘翻边毛坯半 径由R+b变成R ，半径变 小，因此受到切向压缩应 力作用，变形情况与拉深 类似，变形程度t为：,当t大于10%时起皱。,（2）内凹的外缘翻边毛坯半 径由R-b扩大为R ，产生 切向拉应力，其变形情 况类似内孔翻边，变形 程度为：,变形程度过大会产生拉裂，一般对10钢可取38%，20钢可取22% 。,4.翻边模设计,（1）几种常用的圆孔翻边凸模形状及主要尺寸,无预制孔的不精确翻边,直径在10以下孔的翻边,直径在10以上孔的翻边,不需定位销的任意孔的翻边 (零件处于固定位置上）,（2）典型的内外缘同时翻边的模具结构。,三、冷挤压,生产效率高，节省原材料，可加工复杂金属零件，挤压后零件力学性能提高，表面质量好；但冷挤压时变形大，对毛坯热处理及表面处理要求高，模具寿命低。,1.基本点,在室温下对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，并从模具凹模孔或凸、凹模之间的缝隙挤出，从而获得所需工件的加工方法。,（）特点：,（）定义：,（）冷挤压工艺分类,减径挤压,空心件正挤压,按金属流动方向与加压方向分为：,正挤压,实心件正挤压,反挤压,复合挤压,径向挤压,毛坯为棒料，可用于制造薄壁容器，如牙膏壳、铝质电容器及弹壳。,（）应用：,金属被挤出方向与加压方向相同；挤压件的断面形状既可以是圆形也可以是非圆形,正挤压：,凸模凹模芯棒,反挤压：,金属被挤出方向与加压方向相反；适用于制造断面是圆形、矩形等多种形状。,4-顶杆,复合挤压：,一部分金属被挤出方向与加压方向相同，另一部分金属被挤出方向与加压方向相反，是正挤与反挤的复合。适用于制造断面是圆形、方形、六角形、齿形等的杯-杯类、杯-杆类、杆-杆类挤压件，也可以是等断面的不对称挤压件。,径向挤压：,挤压时金属的流动方向与凸模轴线方向垂直，金属在凸模作用下沿径向流动，用于制造某些需在径向有凸起部分的工件。,减径挤压：,一种变形程度较小的变态正挤压方法，毛坯断面仅作轻度缩减；用于制造直径差不大的阶梯轴类挤压件以及作为深孔薄壁杯形件的修整工序。,正挤压实心件金属流动情况,2.冷挤压金属的变形分析,正挤压实心件金属流动情况,（2）模具几何参数对金属流动的影响也很大，正挤 压时，凹模入口角d 越大，金属流动阻力越 大，“滞后”现象越明显，“死角”区D越大。 对于反挤压，凸模顶锥角p 越大，则金属流动 阻力越大，“滞后”现象越明显。合理的 d 和 p 有利于金属的流动，提高冷挤压件的质量。,结论：,（1）由于摩擦力的作用，造成金属“滞后”流动现 象，导致挤压件表面产生附加拉应力，导致挤压 件表面层可能会产生裂纹。摩擦系数越大，附加 拉应力也越大，挤压件质量越差。,（1）变形程度表示方法,3.冷挤压允许变形程度,冷挤压变形程度用断面缩减率表示，即挤压前后横断面积之差与毛坯横断面积之比，即,式中,A断面缩减率；,A0挤压前毛坯横断面积；,A1挤压后毛坯横断面积。,（2）许用变形程度,影响因素：模具材料强度、冷挤压件的材料、挤压 方式、模具工作部分结构、润滑条件等。,定义：每道冷挤压工序能够挤出合格产品的最大 变形程度。,常用材料许用变形程度,4.冷挤压模具的结构,（1）冷挤压模具的一般结构（2）正挤压模具工作部分结构（3）反挤压模具工作部分结构,四、覆盖件成形（或覆盖件拉深）, 覆盖件成形典型结构,覆盖件：主要是指汽车和拖拉机车身上的大 型薄板零件。, 覆盖件成形特点, 覆盖件冲压工艺性, 覆盖件成形工艺要点,1.覆盖件成形特点,(3)成形面积大，一般采用双动压力机进行成 形。成形模具采用合金铸铁。,（1）形状复杂，成形时变形过程复杂，一般 采用类比法分析计算其成形工艺。,(2)形状复杂、深度不均、压边面积小，成 形时要加大进料阻力，使各部分金属流动 趋于均匀，防止起皱。,2.覆盖件冲压工艺性,覆盖件上的装饰棱线、筋条、凹坑、加强筋等部分主要靠局部拉深成形，为防止开裂，应采取加大圆角，并使侧壁成一定斜角或降低深度等措施。两覆盖件间的装饰棱线、筋条、凹坑等衔接与配合要保证光滑过渡、间隙小、美观，允许工件尺寸不符合图纸尺寸。,(1)对覆盖件零件要求,覆盖件在成形方向上的深度尽量浅，而且四周各方 向的深度差要小，过渡部分变化平缓，圆角半径一般 取810mm，最小不小于5mm。,覆盖件上与冲压方向相反的部分成形，主要靠局部拉伸，一般采用大圆角和使侧壁成一定斜度的成形方法，反成形的深度不应该超过正成形部分的深度。,覆盖件材料一般采用具有较好冲压性能的薄 钢板。,形状对称的左、右覆盖件，一般应一起成形， 然后剖切成两件。,（a）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。例如：,（2）覆盖件成形工艺要点,冲压方向,冲压方向选择的好坏，直接影响到零件成形质量和模具结构的复杂性，选择时应遵循下述原则：,工件上需成形的部位要在一次冲压中完成。,（b）保证成形时凸模与坯料接触状态良好。,凸模与坯料的接触面积要大，尽可能使凸模两侧与坯料的倾角一致。,凸模表面同时接触毛坯的点要多而分散，尽可能均匀。,当凸模与毛坯是点接触时，应适当增加接触面积，防止局部应力集中造成局部开裂。,（a）压料面应为平面、单曲面或曲率很小的双 曲面等可展开面。,压料面,压料面是指处于压边圈下面的毛坯凸缘部分，压料面形状是保证成形过程中材料不破裂和顺利成形的首要条件。,确定压料面时，应满足以下要求：,（b）压边圈和凸模的形状应保持一定的几何关系，使毛坯在成形过程中始终处于张紧状态，并能平稳渐次地紧贴凸模，凸模展开长度应大于压料面展开长度。,（c）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。（d）压料面应平整光滑有利于毛坯往凹模内流动。,工艺补充面设计,定义：为了给覆盖件创造良好的成形条件，在覆 盖件以外增加而在后续工序中由切掉的部分。,作用：改善覆盖件成形条件，通过工艺延伸，形成 局部侧壁高度，使覆盖件各处成形深度较为均 匀，促使材料各处的变形均匀一致，方便覆盖件 成形中的定位及后续修边、翻边等工作。,（a）使成形深度尽量浅 覆盖件深度浅容易成形。,确定工艺补充面应考虑的问题：,（b）尽量采用垂直修边 垂直修边比水平或倾斜修边所需工艺补充面小，模具结构简单，废料也好排除。,（c）改善成形条件 合理布置工艺补充面可改善成形条件。,（d）使后续工序定位可靠 覆盖件后续工序的定位基准面，主要采用覆盖件上的侧壁形状或拉伸槛形状，也可采用成形时穿刺或冲制工艺孔来形成定位基准面。,拉深筋（槛）,作用：增加材料的流动阻力，使压料面以内的材 料有足够的径向拉伸变形，以防止毛坯起 皱或材料流动不均匀。,通常将筋条装在压圈上，相应的槽开在凹模压料面上，剖面一般呈半圆形，除此之外，剖面还有圆形和方形的。,拉深筋的典型结构：,应该视零件的外形、成形特点及深度而定，拉深件的直线段变形阻力小，接近弯曲，凸圆弧段属拉深成形，变形阻力大，因此，为了增大直线段的进料阻力，应将拉深筋设置在直线段的压料面上；深度大的边，拉深筋的数量少，深度浅的边，拉深筋的数量多；靠近凹模入口处的长，远离凹模入口处的短。,拉深筋的布置：,拉深槛剖面呈梯形，类似门槛，安装在凹模孔口。它的阻力比拉深筋大，主要用于成形深度浅、外形平坦的覆盖件。,拉深筋的另一种结构形式-拉深槛：,工艺切口必须放在拉应力最大的拐角处。切工艺切口的时间、位置、大小、数量和形状在调整成形模时试验确定。,工艺切口,当覆盖件中部需成形出深度较大的局部凸起或鼓包时，往往由于不能从毛坯的外部得到材料的补充，导致工件破裂。这时可以预冲工艺孔或工艺切口，从变形区内部得到材料，避免局部开裂。,定位形式为后续工序而设计,常用定位方式有： （a）用覆盖件的外表面或内表面的侧壁