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胀形+翻边+复合成形

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第5章胀形翻边缩口成型及工艺

第5章胀形翻边缩口成型及工艺


胀形工艺与模具设计
底部起伏 成形计算
侧壁胀形 计算
总胀形力
5.1
5.1.4 胀形模设计实例
胀形工艺与模具设计
1—下模座； 2、11—螺钉； 3—压凹坑凸模； 4—压凹坑凹模； 5—胀形下模； 6—胀形上模； 7—聚氨酯橡胶； 8—拉杆； 9—上固定板； 10—上模； 12—模柄； 13—弹簧； 14—拉杆螺栓； 15—导柱； 16—导套 胀形模模具装配图
不同材料和厚度的平均缩口系数
m0
5.3
缩口成形工艺与模具设计
5.3.1 缩口成形特点与变形程度
不同模具结构的极限缩口系数
mmin
5.3
5.3.2 缩口工艺计算
缩口成形工艺与模具设计
缩口次数的计算公式：
m为缩口系数 m0为平均缩口系数
5.3
5.3.2 缩口工艺计算
缩口成形工艺与模具设计
斜口形式毛坯高度 ：
胀形工艺与模具设计
d max k d0
极限胀形系数 Kmax 与工件切向伸长率 A 的关系为：
或
5.1
5.1.3 空心毛坯胀形
胀形工艺与模具设计
2）软模胀形力
1）刚性凸模胀形力
3）胀形毛坯尺寸
毛坯长度 L0：
5.1
5.1.4 胀形模设计实例
胀形工艺与模具设计
胀形零件
5.1
5.1.4 胀形模设计实例
修边余量
拉深的工艺性
基
本
概
念
变薄拉深
变薄拉深主要是在拉深过程中改变拉深件筒壁厚度，而毛坯的直 径变化很小的拉深方法 。
5.1
5.1.1 胀形的变形特点
胀形工艺与模具设计
5.1
5.1.2 平板毛坯的起伏成形
汽车桥壳胀—压复合成形工艺预制坯胀形模拟研究

汽车桥壳胀—压复合成形工艺预制坯胀形模拟研究

汽车桥壳胀—压复合成形工艺预制坯胀形模拟研究1. 绪论- 研究背景和意义- 国内外研究现状- 研究目的和内容2. 基础知识与理论- 胀—压复合成形工艺概述- 预制坯胀形模拟方法- 汽车桥壳的胀—压复合成形工艺工艺流程3. 汽车桥壳胀形模拟实验设计- 实验材料和工具- 模拟设计和制作- 模拟实验步骤和数据采集4. 研究结果与分析- 胀形模拟结果分析- 后续成形加工方案设计- 模拟结果验证和优化5. 结论与展望- 实验结论总结- 存在问题分析- 研究进一步发展方向的展望一、绪论1.1 研究背景和意义汽车桥壳是汽车底盘系统中非常重要的组件，它的主要作用是支撑轮毂和轮胎，承受车辆的重量和扭矩，并传递动力和力量。

在现代汽车工业中，汽车桥壳的设计和制造已成为一个重要的领域，对汽车的质量和性能有着直接的影响。

汽车桥壳的制造工艺至关重要，如何制造符合标准的汽车桥壳成为了制造商和研究人员的共同问题。

胀—压复合成形工艺是一种制造汽车桥壳的常用方法，这种工艺可以生产出高强度、高精度和高质量的汽车桥壳。

然而，在胀—压复合成形过程中，汽车桥壳的预制坯（也称毛坯）的胀形过程会受到各种因素的影响，如材料性能、预制坯设计、模具形状、成形工艺参数等。

因此，为了探索胀形过程的机理和优化成形工艺，对汽车桥壳的预制坯胀形模拟研究具有重要的意义。

1.2 国内外研究现状国内外研究者已经对胀—压复合成形工艺、预制坯设计和成形参数等方面进行了广泛的研究，如文献[1]中研究了预制坯的内部结构对胀形过程的影响；文献[2]中研究了成形工艺参数对胀形成形质量的影响；文献[3]中研究了预制坯孔隙率对胀形过程的影响。

这些研究成果对于提高汽车桥壳的生产质量和成形效率有着积极的作用。

然而，目前对于汽车桥壳的预制坯胀形模拟研究还不够深入和系统，需要进一步探索。

1.3 研究目的和内容本文旨在探究汽车桥壳胀—压复合成形过程中预制坯胀形模拟的方法和机理，为汽车桥壳的生产提供有力的技术支持。

29_里仁-胀形与翻边

29_里仁-胀形与翻边

3、圆孔翻边的毛坯计算 （1）一次翻边成形： 初始直径：
翻边高度：
极限翻边高度：
第六章 胀形与翻边
（2）拉深后再翻边 先拉深后翻边的高度h
翻边的极限高度：
预制孔直径：
拉深高度:
（３）翻边力的计算
用圆柱形平底凸模翻边： 用球形凸模:
第六章 胀形与翻边
三、变薄翻边 变薄翻边属于体积成形。翻边时，
凸凹模之间采用小间隙，凸模下方的 材料变形与圆孔翻边相似，但它们成 形为竖边后，将会在凸凹模的小间隙 之间受到挤压，进一步发生较大的塑 性变形，使厚度显著减薄，从而提高 翻边高度。
第六章 胀形与翻边
内容简介：
在掌握冲裁、弯曲、拉深成形工艺的基础之上，本章 主要介绍胀形和翻边成形工序的变形特点、工艺设计等。
学习目的与要求：
了解胀形、翻边等工序的变形特点；
重点：
胀形、翻边工序的变形特点、工艺计算。
难点：
翻边工序的变形特点、工艺计算。
第六章 胀形与翻边
本章目录
概述 第二节 胀形 第三节 翻边
（2）压凸包 凸包高度受材料限制，还与凸模形状及润滑状态有关。
第六章 胀形与翻边
起伏成形
第六章 胀形与翻边
深度较大的局部胀形法 ａ） 预成形 ｂ）最后成形
第六章 胀形与翻边
第一节 胀形
（3）圆柱形空心毛坯胀形 圆柱形空心毛坯胀形: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 a、胀形方法：刚性模具胀形、软模胀形、液体胀形 b、成形极限
第六章 胀形与翻边
概述
胀形：利用模具迫使板料在处于双向受拉的应力状态下发 生厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压方 法。有刚模胀形、橡皮胀形和液压胀形等。
冲压工艺学6-胀形与翻边

冲压工艺学6-胀形与翻边

第5章 胀形与翻边
5.1 胀形
利用胀形模具，使板平面或圆柱面内局部 区域坯料在双向拉应力作用下，产生两向伸长 变形，厚度减薄，表面积增大，以获得所需要 几何形状和尺寸制件的冲压工序。生产中起伏 成形、圆柱形空心毛坯的鼓肚成形，波纹管及 平板毛坯张拉成形均属胀形成形。
胀形常与其它方式的成形同时发生。某些汽 车、拖拉机覆盖件和一些复杂形状零件成形 ，常常包含一定程度胀形成分。胀形加工中 ，金属流动量小，因此，使坯料变形均匀以 及控制整个成形工序中胀形变形量是决定成 败及制件质量的关键。
2)胀形变形区及应力应变状态 如图5-1所示， 胀形变形过程中，毛坯被带凸筋的压边圈压 紧，外部材料无法流入，变形被限制在凸筋 或凹模圆角以内的局部区域。
图5-2显示了平板毛坯局部胀形成形时， 变形区内的应力－应变状态。在变形区内，坯 料在双向拉应力作用下，沿切向和径向产生伸 长变形，厚度变薄，表面积增大。
(3)影响胀形成形极限的因素 1)材料性能 加工硬化指数n值对胀形成形极限 影响极大。 n值大，加工硬化能力强，可促使 应变分布趋于均匀化，同时还能提高材料的局 部强度，故成形极限也大。 2)变形均匀程度 胀形破裂发生在板料厚度减薄 最大部位。变形均匀，板料厚度减薄均匀能获 得较大的胀形变形程度。
h1 h h2 max r t
2)翻边力计算 用圆柱形凸模进行翻边，翻边
力按下式计算。
F 1.1t s (d1 d 0 )
凸模形状和凸凹模间隙对翻边力有很大影 响，如用球形凸模或锥形凸模，所需的力略小 于用上式计算的数值。
3)翻边凸、凹模间隙 平头凸模翻边时，侧壁 可能成为曲面，故翻边凸凹模之间的单边间隙 c可控制在0.75t ～0.85t之间，使直壁稍有变 薄，以保证竖边成为直壁。小的圆角半径和高 竖边的翻边，仅仅应用在螺纹底孔或与轴配合 小孔的翻边。此时单边间隙c=0.65t 。 4)翻边凸模的形状及尺寸 图5-20为几种常用 的圆孔翻边凸模形状及主要尺寸。
第五章胀形与翻边

第五章胀形与翻边


• 在圆孔翻边的中间阶 段，即凸模下面的材 料尚未完全转移到侧 面之前，如果停止变 形，就会得到右图所 示的成形方式，这种 成形方式叫做扩孔， 生产应用也很普遍。
第五章 胀形与翻边概述
• 弯曲、拉深、胀形和翻边是四种最常用， 最典型的冲压成形方式。 一、胀 形 • 利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大， 以获取零件几何形状的冲压加工方法叫做 胀形。 • 胀形可用不同方法实现，如刚模胀形、橡 皮胀形和液压胀形等均属于胀形成形方式。
• 右图是用球头凸模胀形平 板毛坯的示意图，这种胀 形方法可视为纯胀形。纯 胀形时，毛坯被带有拉深 筋的压边圈压死，变形区 限制在拉深筋以内的毛坯 中部，在凸模力作用下， 变形区大部分材料受双向 拉应力作用（忽略板厚方 向的应力），沿切向和径 向产生拉伸应变，使材料 厚度减薄，表面积增大， 并在凹模内形成一个凸包。
二.圆孔翻边
• 利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成 竖边的冲压加工方法叫做翻边。 • 右图是圆孔翻边示意图。翻边时带有 圆孔的环形毛坯被压边圈压死，变形 区基本上限制在凹模圆角以内，并在 凸模轮廓的约束下受单向或毛坯中心的圆孔不断胀 大，凸模下面的材料向侧面转移，直 到完全贴靠凹模侧壁，形成直立的竖 边。
• 胀形成形极限以零件是否发生破裂来判别。 • 一般来讲，胀形破裂总是发生在材料厚度 减薄最大的部位，所以变形区的应变分布 是影响胀形成形极限的重要因素。 • 影响胀形成形极限的材料因素主要是延伸 率和应变硬化指数n。一般来讲，延伸率大， 破裂前允许的变形程度大，成形极限也大； n值大，应变硬化能力强，可促使应变分布 趋于均匀化，同时还能提高材料的局部应 变能力，故成形极限也大。
胀形 翻边 缩口(二)

胀形 翻边 缩口(二)


5.3.2缩口变形程度 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： 缩口变形程度用缩口系数 来表示，其表达式： 来表示
d K= D
式中：d—缩口后的直径 式中： 缩口后的直径 D—为缩口前的直径 为缩口前的直径
5.3.3缩口模具结构设计举例 缩口模具结构设计举例
刚制气瓶缩口模，成形材料为１ 刚制气瓶缩口模，成形材料为１mm的０８钢（如 的０８钢 图５.３.３） ３３
2.冲压设备规格的选择 冲压设备规格的选择 1)公称压力 1)公称压力 一般情况下， 一般情况下，设备的公称压力应大于或等于成 形总工艺力的1.3倍。 形总工艺力的1.3倍 1.3 2)滑块行程 2)滑块行程 在拉深、弯曲工序中工件的高度较大时， 在拉深、弯曲工序中工件的高度较大时，为便 于取件，滑块行程应大于或等于工件高度的2.5 2.5倍 于取件，滑块行程应大于或等于工件高度的2.5倍。 3)闭合高度 闭合高度 模具的闭合高度必须适合于压力机闭合高度范围 的要求，它们之间的关系一般为： 的要求，它们之间的关系一般为：
D = d p + 4dH − 3.44d × r = 542 + 23.8×16− 3.44× 23.8× 2.25mm≈ 65mm
2
2) 计算拉深次数 因为 ; t / D = 2.3%
d ' 凸 54 = = 0.83 D 65
m总 =
d 23.8 = = 0.366 D 65
初定 r1 ≈ ( 4 ~ 5)t 《冲压手册》中查表可得极限拉深 从 冲压手册》 系数 [m1 ] = 0.44, [m2 ] = 0.75 又由 所以
特点：生产率高，操作比较安全，用于大批量的， 特点：生产率高，操作比较安全，用于大批量的，采用其他工序 加工困难的精度要求不太高的小型工件的生产。 加工困难的精度要求不太高的小型工件的生产。
板料成形工艺

板料成形工艺

1.胀形工艺 2.翻边工艺 3.校平和整形PDF created with pdfFactory Pro trial version 局部成形的概念：用各种不同变形性质的局部变形 来改变毛坯的形状和尺寸的冲压成形工序称为局 部成形工艺。

主要有胀形、翻边、缩口、校平、整形、旋压等PDF created with pdfFactory Pro trial version 5.1胀形工艺胀形：是利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大， 以获得所需几何形状的零件的冲压加工方法。

局部胀形可在平板毛坯上压出各种形状，压加强筋、 压 凸包、压字、压花、压标记等。

a)加强筋；b) 局部凹坑PDF created with pdfFactory Pro trial version 实现方法：PDF created with pdfFactory Pro trial version 一、胀形变形特点如右图示，胀形变形有以下特点：1.胀形变形属板面方向的双向拉伸应 力状态 ，变形主要是由材料厚度方 向的减薄量支持板面方向的伸长量而 完成的，变形后材料厚度减薄表面积 增大。

PDF created with pdfFactory Pro trial version 2.胀形变形时由于毛坯受到较大压边力的作用或由于 毛坯的外径超过凹模孔直径的3～4倍，使塑性变形 仅局限于一个固定的变形范围，板料不向变形区外 转移也不从变形区外进入变形区。

3.变形不易产生失稳起皱现象，成品零件表面光滑， 质量好。

成形极限主要受拉伸破裂的限制。

4.由于毛坯的厚度相对于毛坯的外形尺寸极小，胀形 变形时拉应力沿板厚方向的变化很小，因此当胀形 力卸除后回弹小，工件几何形状容易固定，尺寸精 度容易保证。

PDF created with pdfFactory Pro trial version 二、胀形条件及极限变形程度 1、胀形条件 当D/d>4时，凸缘材料基本不流入凹模形成 圆筒部分，故圆筒部分只能靠凸模下的材料 在两向拉应力作用下厚度变薄，表面积增大 而形成，故实现胀形的条件是: D/d > 4PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、胀形的极限变形程度 胀形的极限变形程度：零件在胀形时不产生破裂所能达到的 最大变形 。

第五章、翻边与胀形

第五章、翻边与胀形


②软模胀形
利用橡胶，聚氨酯，PVC塑料等作 利用橡胶，聚氨酯，PVC塑料等作 13聚氨酯强度、弹性、 聚氨酯强度 凸模 图5-13聚氨酯强度、弹性、耐 油性方面优于橡胶 得到广泛运用。 橡胶， 油性方面优于橡胶，得到广泛运用。
③液压胀形 P75， P75，
图5-14
图册P68， 图册P68， P68
h1=h-r-to =h-
(1h=1/2Dm(1-K )+ 0.43r+0.75to (1hmax=1/2Dm(1-KL)+0.43r+0.75to
当h>hmax 不能一次成形
(2)可采用拉深后再翻边 (2)可采用拉深后再翻边
或采取预胀形 或拉深后翻边
先确定翻边 h1、 后定 do、 h2 d0有错 196页 有错 页 Dm − do to ∏ to h1 = − (r + ) + (r + ) 2 2 2 2 Dm ≈ (1 − k ) + 0.57 r 2 d o = Dm + 1.14r
δ p = K p −1 θ
得出K 由 δ θp得出Kp 表5-3
5.张拉成形 5.张拉成形
有些大型零件，底部曲率半径很大，曲面部分变 有些大型零件，底部曲率半径很大，曲面部分变 大型零件 形量小，回弹大。 形量小，回弹大。 需胀形的方式增大塑性变形量。 需胀形的方式增大塑性变形量。 增大塑性变形量 两种方法： 两种方法： 采用增大进料阻力工艺措施（ 一是采用增大进料阻力工艺措施 调整压边力， 一是采用增大进料阻力工艺措施（调整压边力， 使用拉深筋，增大毛坯尺寸）提高毛坯变形程度。 使用拉深筋，增大毛坯尺寸）提高毛坯变形程度。 可采用δ 较小的板料成形。 可采用δs/δb较小的板料成形。
第09章 翻边等成形工艺

第09章 翻边等成形工艺

的小孔筒壁，取Z=0.65t左右。 当Z增大到(4～5)t时，翻边力可降低30%～35%，所翻出的
制件圆角半径较大，相对其筒壁高度较小，尺寸精度低。适 合用于翻制飞机、汽车、轮船的门窗和某些大中型件上的竖 孔。
翻边凸模和凹模的尺寸：Dp＝(D0 + Δ)0−δ p Dd＝(Dp + 2Z)0+δd
返回
2、翻边
概念：在板料或制件的平面或曲面上沿封闭或不封闭的 曲线对板料进行折弯，使折弯的部分与未变形部分形成 有一定角度的直壁或凸缘，这样的成形工艺就称为翻 边。
作用：主要用于制出与其他零件的装配部位，或是为了 零件的刚度而加工出特定的形状，在大型钣金成形时， 还可用作控制材料破坏的手段。
采用球形、锥形或抛物线形凸模时，上式翻边力可 降低20%～30%左右。
无预制孔的翻边力是有预制孔的1.33～1.75倍。
翻边功的计算： A = Ph
翻边间隙和凸、凹模尺寸确定
圆孔翻边：单向间隙Z=(0.75～0.85)t； Z在平板件上可取较大些，而拉深件上则应取较小些。 对于具有小圆角半径的高筒壁翻边，如螺纹底孔或与轴配合
D
d0翻边前孔径，D翻边后孔径
极限翻边系数mmin：内孔翻边时应保证 m ≥ mmin
影响翻边系数大小的因素：
(1) 材料种类及其力学性能；
(2) 预制孔的孔口状态；
(3) 材料的相对厚度(t/D)；
(4) 凸模的形状；
返回
2.1.4 内孔翻边的工艺计算 返回
依据制件尺寸计算出预制孔直径d和核算翻边高度H，包括： 平板毛坯内孔翻边 拉深毛坯内孔翻边 翻边件的口部壁厚: 翻边力P和翻边功A 翻边间隙和凸、凹模尺寸 凸模工作部分设计
第5章 胀形与翻边

第5章 胀形与翻边


4、翻边力的计算 采用平底凸模翻边：
F = 1.1π (D − d0 )tσ s
（N）
采用球头凸模翻边：
F = 1.2K0πDtσb
（N）
5、翻边模设计 ⑴、结构类型（图7-8、图7-9） ⑵、翻边凸模和凹模设计（图7-10 ）
二、变薄翻边
若零件的翻边高度较大难于一次成形时，可在不影响使用 要求的条件下采用变薄翻边，以提高生产效率并节约材料。 变薄翻边属于体积成形。变薄翻边时，凸模和凹模之间 采用小间隙，凸模下方的材料变形与圆孔翻边相似，但它们成 形为竖边后，将会在凸模和凹模之间的小间隙内受到挤压，进 一步发生较大的塑性变形，使厚度显著减薄，从而提高翻边高 度。由于变薄翻边属于体积成形，所以变薄翻边的变形程度只 取决于竖边的变薄系数：
影响胀形成形极限的材料因素主要是延伸率和应变硬化指 数。一般来讲，延伸率大，破裂前允许的变形程度大，成形极 限也大；应变硬化指数值大，应变硬化能力强，可促使应变分 布趋于均匀化，同时还能提高材料的局部应变能力，故成形极 限也大。 润滑条件和变形速度以及材料厚度对胀形成形极限也有影 响。如用球头凸模胀形时，若毛坯和凸模之间施加良好的润 滑，其应变分布要比干摩擦时均匀，能使胀形高度增大。变形 速度的影响，主要是通过改变摩擦系数来体现的，对球头凸模 来讲，速度大，摩擦系数减小，有利于应变分布均匀化，胀形 高度有所增大。必须指出，用平底凸模胀形时，应尽量增大凸 模底部板料的变形，避免板料在圆角处变形过于集中，否则， 胀形高度就比较小。一般来讲，材料厚度增大，胀形成形极限 有所增大，但料厚与零件尺寸比值较小时，其影响不太显著。
加轴向压缩的液体胀形 1－上模 2－轴头 3－下模 4－管坯
（3）张拉成形
特点：曲面变形量很小，破裂不是生产中的主要问题， 零件脱模后的曲面回弹，造成零件出现较大的形 状误差。 措施：工艺上：１）调整压边力； ２）使用拉深筋； ３）增大毛料尺寸等。 选材上：选用屈强比较小的板料成形零件。 张拉成形变形特点及应力应变状态图。 （教材P135图５－１９、５－２０）
冲压工艺学6-胀形与翻边讲解

冲压工艺学6-胀形与翻边讲解


F KAt
2
2)圆柱形空心毛坯胀形力的计算 可按下式 计算。
F p A
胀形单位压力p可按下式计算。
2t p 1.15 z d max
5.2 翻边
利用模具把板料孔缘或外缘翻成竖边,或将 圆柱形空心毛坯口部翻出法兰的冲压工序。 翻边总是与弯曲变形同时发生。如图5-11所示， 根据翻边件形状及变形区应力应变状态的不 同，翻边可分为直线翻边、伸长类翻边、压 缩类翻边和复合翻边四种形式。直线翻边即 弯曲，压缩类翻边的本质与拉深相同。此外， 按翻边材料厚度变化情况，翻边还可分为普 通翻边与变薄翻边两类。
a）径向和厚度方向应变分布 b）切向和径向应变分布 图5-3 胀形件的应变分布和应变状态图
5)胀形变形服从材料的变形规律 当存在多种变形可能性时，实际的变形方式 使得载荷最小。毛坯的外径足够大，内孔较小 时，拉深变形阻力和扩孔、翻边变形阻力大于 胀形变形阻力时，变形性质由胀形决定。
图4-6
毛坯尺寸和工序类型的关系
图5-7 两道工序完成的凸形
(2)圆柱形空心毛坯的胀形 1)胀形方式 a．橡皮（或聚氨酯）凸模 胀形 该胀形方式如图5-8 所示。由于聚氨酯橡胶优 良的物理机械性能，用它 作工作介质的胀形得到愈 来愈广泛的应用。
图5-8 橡皮凸模胀形
b.分块式凸模胀形 如图5-9所示，采用刚性凸模， 凸模必须作成分块式，以便出模时由楔状心块 将其分开。
a）应力状态 b）应变状态 图5-2 变形区应力和应变状态
3)变形力—行程曲线 与拉深不同，胀形时变 形区是在不断扩大的。由于加工硬化，胀形变 形力－行程曲线是单调增曲线，产生破裂时胀 形力达到最大值。
4)应变和板厚的分 布 图5-3是平板毛 坯局部胀形时的应 变分布图。由图中 可见，变形区内径 向应变εr和切向应 变εθ全部大于零， 而厚度方向的应变 小于零，坯料变薄。

冲压工艺学6-胀形与翻边


图5-7 两道工序完成的凸形
(2)圆柱形空心毛坯的胀形 1)胀形方式 a．橡皮（或聚氨酯）凸模 胀形 该胀形方式如图5-8 所示。由于聚氨酯橡胶优 良的物理机械性能，用它 作工作介质的胀形得到愈 来愈广泛的应用。
图5-8 橡皮凸模胀形
b.分块式凸模胀形 如图5-9所示，采用刚性凸模， 凸模必须作成分块式，以便出模时由楔状心块 将其分开。
(3)影响胀形成形极限的因素 1)材料性能 加工硬化指数n值对胀形成形极限 影响极大。 n值大，加工硬化能力强，可促使 应变分布趋于均匀化，同时还能提高材料的局 部强度，故成形极限也大。 2)变形均匀程度 胀形破裂发生在板料厚度减薄 最大部位。变形均匀，板料厚度减薄均匀能获 得较大的胀形变形程度。
图5-9 分块式凸模胀形
c.液压胀形 如图510所示，用液体作 为凸模的胀形方式 称做液压胀形。 d.石蜡胀形 除采用 橡皮和液体等软模 来成形外,还可采用 石蜡作为传力介质 进行胀形。
a）直接倾注液体法 b）充液橡皮囊法 图5-10 液压胀形
2)圆柱形空心毛坯胀形的成形极限 生产中用 胀形系数K表示圆柱形空心毛坯胀形的变形程 度。用最大胀形系数Kmax表示其破裂成形极 限。 胀形系数: K=dmax/d 在胀形时对毛坯轴向加压的话，胀形成形 极限可以增大。对毛坯变形区局部加热会显 著增大胀形变形程度。
图5-17 非圆形孔翻边
图5-18 非圆形孔翻边的实例
(3) 内孔翻边的工艺计算 1)圆孔翻边的毛坯计算 a.预制孔径计算 翻边时材料主要是切向伸长， 厚度变薄，径向变形不大,可根据弯曲件中性层 长度不变原则来求预制孔径。
t d 0 D1 (r ) 2h1 d1 2(h 0.43r 0.72t ) 2

冲压成形工艺与模具结构

（1）胀形变形区内，切向应力σθ ≥0，径向应力σρ≥0，切向应变εθ ≥0， 径向应变ερ ＞0，厚向应变εt ＜0。
（2）变形不易产生失稳、起皱现象，成品零件表面光滑、质量好。 （3）塑性变形仅局限于一个固定的变形范围，板料不向变形区外转 移也不从变形区外进入变形区。 （4）胀形变形时拉应力沿 材料厚度方向的变化很小，当胀 形力卸除后回弹小，工件几何形 状容易固定，尺寸精度容易保证。
冲压工艺与模具结构
其他冲压成形工艺与模具结构
返回
1.1 胀形工艺与模具结构 1.2 翻孔、翻边成形工艺与模具结构 1.3 缩口成形工艺与模具结构
其他冲压成形工艺与模具结构
1.1 胀形工艺与模具结构
返回
1.1.1 胀形的变形特点
如图所示为球头凸模胀形平板毛坯时的变形区及主应力和主应变示意 图。图中涂黑部分为胀形变形区。胀形的变形特点如下：
其他冲压成形工艺与模具结构
1.3 缩口成形工艺与模具结构
1.3.2 缩口模具结构
缩口模具结构根据支撑情况分为无支撑、外支撑和内外支撑三种形 式，如图所示。设计缩口模时，可根据缩口变形情况和缩口件的尺寸精 度要求选取相应的支撑结构。此外还可采用旋压缩口法，即靠旋轮沿一 定的轨迹（或芯模）进行缩口变形，其模具是旋轮和芯模。
点时，应与下模刚性接触，
冲压成形后，该件起顶件
作用。
1-外缘翻边凸模； 2-凸模固定板； 3-外缘翻边凹模； 4-内缘翻 边凸模；5-压料板； 6-顶件块； 7-推件板； 8-内缘翻边凹模
其他冲压成形工艺与模具结构
1.3 缩口成形工艺与模具结构
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1.3.1 缩口成形特点
缩口成形特点如图所示，变形区受
切向压应力σθ和径向压应力σρ作用，其 中σθ的绝对值大于σρ；变形区为受到切 向压应变εθ、径向拉应变ερ、厚向拉应 变εt的三向应变状态。失稳、起皱是缩 口工序的主要障碍。缩口前后工件端部直径变化不宜过大，由较大直径缩成很

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
lmax Kl l0
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
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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
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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第5章 其他冲压成形工艺
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：

第六章 胀形与翻边综述


D
坯料直径Ｄ可按等面积法求出，但旋压时材料的变薄较大些， 因此应将理论计算值减小5％～7％。 圆筒形件的极限旋压系数可取为： mmin 0.6 ~ 0.8
圆锥形件的极限旋压系数可取为： mmin 0.2 ~ 0.3
当工件需要的变形程度较大（即ｍ较小）时，便需多次旋压。 多次旋压时必须进行中间退火。
各次缩口后的颈口直径则为：d1 m1 D

d 2 mn d1 m1 mn D
2 d 3 mn d 2 m1 mn D
n 1 d n mn d n 1 m1 mn D
二、缩口工艺计算
3.坯料高度 缩口前坯料高度Ｈ按下面公式计算：
D2 d 2 1 H 1.05h1 图5.4.2ａ所示工件： 8 D sin D d
压缩类平面翻边： ①也要采用防皱的压料装置
②也需修正坯料的展开形状 压缩类曲面翻边： ①凹模的曲面形状应修正 ②冲压方向的选取原则与伸长类曲面翻边时相同
三、变薄翻边
变薄翻边对生产竖边较高的零件， 既可提高生产率,又能节约材料。 ti 变薄系数 K b t i 1 竖边的高度应按体积不变定律 进行计算。
2.变薄旋压成形极限 变形程度

t t1 t 1 1 1 sin t t
用模具的半锥角 也可以表示变薄旋压的变形程度。 当 t1 t1min 时， max min 所以极限变薄率 max 和极限半锥角 min 的关系为：
max
t t1min 1 sin min t
变形程度 伸
b Rb
应在坯料的两端对 坯料的轮廓线做必要的
修正
ａ）伸长类平面翻边 ｂ）伸长类曲面翻边

同济大学机械第五章胀形与翻边

图3 阶梯轴
表1 汽车上部分冲压件与管材液压柔性成形件的重量对比
（2） 减少零件和模具数量，降低模具费用。液压柔性成 形件通常仅需要一套模具，而冲压件大多需要多套模具。 副车架的组成零件由6个减少到1个；散热器支架的组成零 件由17个减少到10个。 （3） 可减少后续机械加工和组装焊接量。以散热器支架为 例，散热面积增加43%，焊点由174 个减少到20 个，装配工 序由13 道减少到6 道，生产率提高66%； （4） 提高强度与刚度，尤其疲劳强度。仍以散热器支架强度 为例，垂直方向提高39%；水平方向提公司对已应用零件统计分析， 管材液压柔性件比冲压件平均降低15~20%，模具费用降低 20~30%。
（6） 成形零件的精度提高。成形零件的尺寸精度从原来的IT14 提高到IT10。管材液压柔性成形适用于制造航空、航天和汽车 领域的各种异形的空心构件，在汽车领域，德国处于世界研究 的最前沿。德国于70 年代末开始管材液压柔性成形基础研究， 并于90 年代初率先开始在工业生产中采用管材液压柔性成形技 术制造汽车轻体构件。德国奔驰汽车公司（DAIMLERBENZ） 于1993 年建立其管材液压柔性成形车间；宝马公司(BMW)已在 其几个车型上应用了管材液压柔性成形的零件。目前在汽车上 应用有：排气系统；底盘构件；车身框架、座椅框架及散热器 支架；凸轮轴等。
图1 有轴向进给的管件内高压成形
图2 无轴向进给的管件液压柔性成形
2、管件液压柔性成形优点及应用范围 用管材液压柔性成形可以一次成形出沿着构件的轴线
截面不同的复杂零件，这是管材液压柔性成形的主要优点。 另外，与传统的冲压焊接工艺相比，管件液压柔性成形的 主要优点还有以下几个方面。 （1） 减轻重量节约材料。对于图3 空心轴类可以减轻 40~50%，节约材料可达75%。汽车上部分采用冲压工艺与 管材液压柔性成形的产品结构重量对比如表1。
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6.1.4 胀形
在两向拉应力作用下实现的变形，可以成形各种空间曲面的形状。

1）胀形变形特点 (1)胀形变形过程
如图6-16，凸模与毛坯接触，凹模圆角处坯料发生弯曲。

同时，凸模底部毛坯产生胀形变形。

坯料屈服后硬化，变形向外扩展。

随后，材料全部进入塑性变形。

胀形变形是弯曲、局部胀形以及由于加工硬化，贴模面积增加，胀形向外扩展的过程。

（2）主要变形区
如图6-16所示，在胀形变形过程中，毛坯被带有凸筋的压边圈压紧，变形区被限制在凸筋以内的局部区域内。

与拉深不同，胀形时，变形区是在不断扩大的。

（3）变形区应力、应变状态 如图6-17所示，在变形区内，坯料在双向拉应力作用下，沿切向和径向产生伸长变形，厚度变薄，表面积增大。

生产中的起伏成形、压凸包、压筋、圆柱形空心毛坯的鼓肚成形、波纹管及平板毛坯的张拉成形等都属于胀形成形。

(4)胀形力－行程曲线 与拉深不同，胀形时变形区是在不断扩大的。

因此，胀形变形的力－行程曲线是单调增曲线，产生破裂时，胀形力达到最大值。

胀形破裂也属于强度破裂。

(5)胀形变形规律
如图6-15所示，在无凸筋强制压边的条件下，坯料也会产生胀形变形。

此时，胀形变形的性质和胀形在整个工序中所占的比例与毛坯尺寸有关。

当毛坯的外径足够大、内径较小时，拉深与内孔翻边变形阻力大于胀形变形阻力，变形的性质由胀形来决定。

如图6-18所示，当相对法兰直径比
d f /d 大于等于2.5时，法兰处进行拉深变形的
阻力大于底部胀形变形所需的力，工序性质属
于胀形。

与拉深加工相同，除了毛坯几何尺寸外，压边力大小、润滑和摩擦条件、模具的形状与几何尺寸等因素也会在不同程度上影响到工序的变形性质。

2)主要工艺参数
胀形工序种类繁多，表示胀形变形程度的参数也不相同。

在生产中，常用
工程应变: ε=（l-l 0）*100%/ l 0 (压筋：l 0—原始长度，l —变形后弧长)、 胀形深度:h(压凸包)
胀形系数:K=d max /d(圆柱空心件胀形，d max —胀形后最大直径，d —圆筒毛坯直径)等参数来表
图6-16 胀形变形过程 图6-17 胀形变形区应力、应变状态 图6-15 拉深变形规律
示胀形变形程度。

制件出现裂纹或缩颈时的最大参数εmax 、hmax 、和Kmax 作为胀形变形的加工极限。

6.1.5 翻边(翻孔)
在板料或预先冲孔的板料半成品上制出竖立的边缘。

1）翻边变形特点
(1)翻边变形过程
如图6-19a ，带圆孔的环形毛坯被压边圈压紧，当滑块下行时，板料产生弯曲的同时，底孔不断扩大，凸模下材料向侧面转移，直到完全贴靠凹模形成直立竖边。

翻边变形过程实质是弯曲、扩孔和翻边的变形的过程。

（2）主要变形区
如图6-19a 所示，内孔翻边时，主要变形区被限制在凹模圆角以内的(d —d0)环形区域内。

与拉深成形相同，在内孔翻边过程中，变形区在不断缩小。

（3）变形区应力、应变状态
由图6-19b ，变形区应力状态为双向拉应力状态。

孔边缘处，板料径向可自由变形，故 εθ为零而 εr 达最大值。

与胀形变形不同，内孔翻边成形时，在双向拉应力作用下，板料沿圆周方向伸长，板厚减薄，但因厚度减薄量小于圆周方向的伸长量，故径向收缩。

（4）内孔翻边力－行程曲线 在翻边变形过程中，由于变形区的减少和加工硬化对扩孔、翻边力的相反效果，力
－行程曲线与拉深时类似，也会出现由上升
到下降的起伏形状。

（5）翻边变形规律
如图6-15所示，当毛坯外径足够大，预制孔径也较大时，拉深变形和胀形变形阻力大于扩孔变形阻力，变形的性质由扩孔和翻边来决定。

摩擦与润滑条件、压边力、模具的几何形状等因素也会在不同程度上影响到工序的变形性质及翻边在整个成形过程中所占的比例。

2）主要工艺参数
翻边系数Kf=d0/d 反映了翻边加工的变形程度。

当Kf<Kfmin 时，翻边件会产生破裂。

在生
产中，翻边系数Kf 是进行翻边工艺计算和模具设计的最主要工艺参数。

Kfmin 表示内孔翻边的加工极限。

图6-19 翻边变形过程与变形区应力、应变状态 图6-20翻边力-行程曲线
6.1.6 复合成形
指同时或分先后具有两种或两种以上变形性质的冲压工序。

前面论述的冲裁、弯曲、拉深、胀形、翻边都是最基本的冲压工序。

严格地说，几乎所有的冲压工序都是由基本工序以不同的方式和不同的比例组合起来的复合成形工序。

在加工球面、锥面和抛物面等曲面形状的零件，矩形盒和宽法兰拉深件，汽车、拖拉机上的许多覆盖件和一些复杂形状的零件时，很难确定其占主导地位的冲压工序性质，我们称这类零件为复合成形件。

在复合成形加工中，掌握金属的变形规律，控制金属的流动及变形模式的转换，把握问题的主要方面是决定工序成败及制件质量的关键。

在生产中、复合成形的加工极限通常由起主导作用成形工序的加工极限和材料的复合成形性能来决定。

然而，因为影响冲压加工和金属变形的因素较多，故在难以识别占主导地位的冲压工序性质时，目前，还主要靠人们的直觉和经验来进行判断，有时需要反复的试验。

1）半球形件的变形特点
（1）半球形件的变形过程
球面形状零件的成形过程为：弯曲、胀形、胀形－拉深复合成形、拉深成形的变形过程。

一般而言，对这类零件，确定其成形过程中胀形占主导地位、还是拉深占主导地位是有一定难度的。

所以，我们称这类成形为胀形－拉深复合成形。

(2)主要变形区
与拉深变形集中在法兰部分，平板毛坯胀形变形集中在凹模圆角以内的局部不同，半球形件的变形区为整个坯料。

(3)变形区的应力、应变状态
如图6-21c 所示，在整个毛坯中，径向应力均为拉应力，＞0；应变为伸长应变，＞0。

切向应力由拉应力逐渐变为压应力，在毛坯中心部位为拉应力，＞0；在靠近凹模的口部和法兰部分为压应力，＜0。

中间存在＝0 的分界圆，在变形过程中，这个分界圆的位置是变化的。

r σr εθσθσθσ
（4）半球形
a ）
b ）初始状态与变形过程c) 应力、应变状态
图6-21（1）球面零件的变形过程
c)
同样，从毛坯中心到法兰部分，厚
向应变由压缩应变，
＜0，逐渐过渡到伸长应变，＞0。

坯料由底部
变薄过渡到法兰变厚。

＝0 的分界圆将变形区分成了伸长类变形和压缩类变形两个部分。

底部坯料变薄的区域属伸长类变形区，而法兰部分坯料增厚域属压缩类变形区。

t εt εt εs
d A A A -=s
d l L l -=图6-21（2） 复合成形的构成
件的变形规律
根据选择准则（最适当的解对应于最低的载荷值）和最小阻力定律（当变形体的质点有可能沿不同方向移动时，则每一点沿最小阻力方向移动），只有当胀形变形阻力和拉深变形阻力相等时，才会同时产生胀形和拉深变形。

拉深复合度：ld/L或Ad/A
从复合成形性角度看，不能单纯根
据复合度大小来确定占主导地位成形工
序的性质。

从破裂来看，胀形成分小于
拉深成分，也会造成制件破裂；从起皱
来看，即使有少量的拉深变形，也可能
会使制件产生折皱。

即使胀形成分大，
但胀形成分随材料不同变化很小时，对
破裂加工极限的影响就小。

因此，还应
考虑由于材料不同而引起拉深和胀形成
分的变化率。