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第5章胀形翻边缩口成型及工艺

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第五章 成形工序

第五章 成形工序


当变形区与边缘少于三倍板料厚度时，可能会发生拉深现象， 当变形区与边缘少于三倍板料厚度时，可能会发生拉深现象， 这时对于精度要求较高的材料应该留出切边余量， 这时对于精度要求较高的材料应该留出切边余量，也可以通过增大压 边力的方法防止材料滑动。 边力的方法防止材料滑动。
空心坯料胀形
空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料胀出所需曲面的一种加工 方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、 方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、自行车 三通接头等产品或零件. 三通接头等产品或零件 空心件坯料胀形变形程度受材料极限变形程度限制， 空心件坯料胀形变形程度受材料极限变形程度限制，变形程度 以胀形系数K表示 表示。 以胀形系数 表示。
缩口力 只有外支承的缩口压力，可按下式估算：
d 1 F = k(1.1πDt 0σ b(1− )(1+ µ cot α ) ] D cosα
式中： F—缩口力（N) K—速度系数，用曲柄压力机时 k=1.15
σb —材料的抗拉强度（MPa)
µ —工件与凹模接触的摩擦系
数
其它圆孔翻边方法： 1 拉深后翻边 2 无预制孔翻边
外缘翻边： 外缘翻边： 可以分为内曲翻边和外缘翻边，外曲翻边近似于浅拉深， 可以分为内曲翻边和外缘翻边，外曲翻边近似于浅拉深，变形 区切向受压，属于压缩变形，内区翻边变形区近似于圆孔翻边， 区切向受压，属于压缩变形，内区翻边变形区近似于圆孔翻边，切向 受拉，属于伸长类变形。 受拉，属于伸长类变形。
常见的缩口形式如下：
变形程度 缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：
d ms = D
式中 d—缩口后的直径 D—为缩口前的直径
缩口的工艺计算 缩口次数及缩口系数的确定 缩口次数由下式确定：
第5章_局部成形工艺与模具设计-49页文档资料

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径缩小的一种成形方法。缩口工艺在国防工业和民用工业中有广 泛应用，枪炮的弹壳、钢气瓶等。 一、变形特点
毛坯口部受切向压应力的 作用，口部产生压缩变形，直 径减小，厚度和高度增加。
二、变形程度 1. 缩口系数
Kd/D
平均缩口系数 K
不同支撑方式的缩口系数 K
(a)
(b)
(c)
不同支承方式的缩口
D0
或
K=1+
胀形前后尺寸的变化
3）胀形的坯料尺寸计算
DO

Dmax K
Ll[1(0.3~0.4)]b
4）胀形力的计算
F Ap
P——胀形单位压力； A——胀形面积

b
P1.15b
2t Dmin
——胀形变形区真实应力，(材料的抗拉强度MPa)；
Dmin ——胀形最小直径，mm； t ——材料原始厚度，mm。
伸长类翻边
a.伸长类平面翻边
b.伸长翻边的坯料
外缘翻边时材料的允许变形程度
2.压缩类翻边
压缩类翻边的变形程 度可用下式表示:
K b Rb
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
(a)
(b)
图6-17 压缩类翻边
a 、b平面压缩翻边
(a)
(b)
图6-6 用软凸模的胀形 1－凸模 2－分块凹模 3－橡胶 4－侧楔 5－液体
(a)胀形前
(b)胀形后
加轴向压缩的液体胀形
1－上模 2－轴头 3－下模 4－管坯
2）胀形的变形程度 常用胀形系数 K 表示空心毛坯的变形程度：
K Dmax D0
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
模具第五章成形模

模具第五章成形模

H：H=0.15d=2.5mm。此值大于工件底部起伏成形 的实际高度，所以可一次起伏成形。
起伏成形力F=KAt²=4909N
2）侧壁胀形计算：
计算该工件侧壁胀形的胀形因数，已知d0=39mm， dmax=46.8mm ，K=46.8÷39=1.2。 查表5-3得极限胀形因数为1.24。该工件的胀形因数 小于极限胀形因数，侧壁可一次胀形成形。
5
成形方式、工艺条件和材料性能的改变，都会引起变形区的应力与应变发生变 化，分析应变区的应力、应变分布与变化情况，可以寻求改善板料塑性变形的 措施，以提高零件的表面质量与尺寸精度。
胀形的成形极限是衡量零件在胀形时不产生破裂所能达到的最大变形。由于胀 形方法不同，变形在毛坯变形区内的分布也不同，模具结构、工件形状、润滑 条件及材料性能均影响金属的变形，故各种胀形的成形极限表示方法也不同， 即：纯胀形时常用胀形深度表示成形极限；管形毛坯胀形时常用胀形因数表示 成形极限。虽然，胀形成形极限表示方法不同，但由于胀形区变形性质相同， 且破裂只与变形应变状态有关，所以影响因数类似。
第五章 成形模
第一节 第二节 第三节 第四节
胀形 翻边 缩口 冷挤压
1
在冲压生产中，除冲裁、弯曲、拉深等工序外，还有 一些工序包括：胀形、翻边、缩口、校形等，把这类 工序统称为成形工序。成型工序即：用各种局部变形 的方式来改变工件或毛坯形状的各种加工方法。
从变形的特点来看，这类工序有相同之处，也有不同。 如胀形和翻边等主要是受拉力产生伸长变形，易被拉 裂而破坏；缩口和外缘翻凸边，则主要受压应力产生 压缩变形，易起皱而破坏。针对不同的工序，分析其 不同的受力与变形，设计出合理的成形工艺和模具。
对图5-1所示的胀形工件分析发现，当从毛坯的变形区内取出一小块单元体时 （见上图），该单元体为双向拉应力状态，在一般情况下变形区内金属不会产 生失稳起皱，表面光滑，质量好。由于毛坯的厚度相对于毛坯的外形尺寸极小， 胀形时双向拉应力在变形区板厚方向上的变化很小，从毛坯的内表面到外表面 分布较均匀，因此当胀形力卸除后，零件内、外回弹方向一致，弹复较小，工 件形状容易冻结，尺寸精度容易保证。对于某些曲率半径较大的曲面工件，如 汽车的覆盖件、车门、车顶等，在成形时，通常采用加大其胀形成分的方法 （增大压边力或加拉深肋）来减少回弹，使工件表面平滑，保证工件质量。
第五章胀形工艺及模具设计

第五章胀形工艺及模具设计

2024/3/17
2、胀形的变形程度
常用胀形系数Ｋp表示
Kp
dmax d0
Ｋp和坯料切向伸长率δθ的关系：
dmax d0
d0
Kp
1
3、胀形的坯料尺寸计算
坯料直径 d0 ：
d0
dmax Kp
坯料长度Ｌ0: L0 L [1 (0.3 ~ 0.4) ] h
变形区母 线长度
修边余量，可取10~20 mm
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六、胀形模设计举例
1、工艺分析 该罩盖工件（软钢）侧壁属空心毛坯
胀形，底部属起伏成形，具有代表性。
2、工艺计算
底部压凹坑的计算 查表5-2 得极限胀形深度 [hmax/d]= 0.15~0.2 而实际相对深度
hmax/d=2/15 =0.13，可以一次成形。
压凹坑所需成形力计算：
用球头凸模对低碳钢、软铝等胀形时，可达到的极限胀形高度 h 约等于 球头直径d 的1/3。用平头凸模胀形可能达到的极限高度取决于凸模的圆角半 径，其取值范围见表5-2。
❖ 压凸包成形力： F KAt2
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三、圆柱空心毛坯的胀形
俗称凸肚，它是使材料沿径向拉伸，将空 心工序件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸 起曲面，如高压气瓶、球形容器、波纹管、自 行车三通接头、壶嘴、皮带轮等。
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胀形
起伏成形 圆柱形空心毛坯的凸肚成形 波纹管及平板毛坯张拉成形
一、胀形变形特点
当坯料外径与成形直径的比值 D/d＞3 时，其成形完全依赖于直 径为d 的圆周以内金属厚度的变薄实现表面积的增大而成形。
胀形的变形区及其应力应变示意图:
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➢ 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。 ➢ 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。
钣金与成型第5章 胀形与翻边

钣金与成型第5章 胀形与翻边

形）等表示成形极限。
虽然胀形成形极限表示方法不同，但由于胀形区应变
性质相同，且破裂只与变形区应变情况有关，所以影响因 素基本相似。
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。
l' l e 2 n l' 0.8

5、 2
翻边
翻边：利用模具将工件的孔边缘翻成竖直
的边。
（图7-1）
一、圆孔翻边 1、圆孔翻边的变形特点（图7-2 ） 变形区应力状态为双向（径向、切向） 受拉的平面应力状态。
变形区的双向应力分布为： 1.155 s
1.155 s (1
极限胀形系数与毛坯切向的许用延 ' 伸率有关，即： dmax d0 p K p 1 d0
（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。
平板张拉成形
……
利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成竖边的冲压加工方 法叫翻边。 按工艺特点，翻边分为： 内孔（圆孔或非圆孔）翻边 外缘翻边（内曲翻边、外曲翻边）
变薄翻边
……
按变形性质，翻边分为：
伸长类翻边
压缩类翻边
变薄翻边（属体积成形）
伸长类翻边的特点：
变形区材料切向受拉应力，切向产生伸长变形，导致厚度 减薄，容易发生破裂，如圆孔翻边、外缘的内曲翻边等。 压缩类翻边的特点： 变形区材料切向受压缩应力，切向产生压缩变形，导致厚 度增大，容易起皱，如外缘的外曲翻边。 非圆孔翻边经常是由伸长类翻边、压缩类翻边和弯曲组合 起来的复合成形。
模具设计-冲压工艺与模具设计第五章 精品

模具设计-冲压工艺与模具设计第五章 精品

l0,l1 胀形变形区变形前后截面的长度; K 形状系数，加强筋k 0.7 ~ 0.7（5 半圆筋取最大值，梯形筋 取最小值）。
欲提高胀形的极限变形程度,可采用(如图5.1.4)所示两次胀
形法。
1.压加强筋
(1)用刚性凸模压制加强筋的变形力按式 F KLt 计算 :
(2)对在曲柄压力机上用薄料（ t<1.5mm）对小工件（面积
(4)翻边力与压边力 在所有凸模中，圆柱形平底凸模的翻边力最大。 其公式为：
F 1.1 (D d 0) b
(2)侧壁胀形计算： K dmax 46.8 1.2
d0 39
侧壁成形力近似按两端不固定形式计算：
F侧胀
Ap
dmax
L
2t d max
b
46.8 40
2 0.5 430N 46.8
54105.89N
胀形前毛坯的原始长度L0由式计算： 可以计算：L0 L[1 (0.3 ~ 0.4) ] Δh
表性。
2.工艺计算 (1)底部压凹坑的计算 查教材表5.1.2得极限胀形深度h=0.15,d=2.25mm,此值大于
工件工件底部凹坑的实际高度，可以一次成形。
压凹所需成形力计算：
F压凹
KAt 2
250
4
152
052
11044.69N
图 5.1.9 罩盖胀形
1—下模板 2—螺栓 3—压凹坑凸模 4—压凹坑凹模 5—胀形下模 6—胀形上模 7—聚氨脂 橡胶 8—拉杆 9—上固定板 10—上模板 11—螺栓 12—模柄 13—弹簧 14—螺母 15—拉杆螺 栓 16—导柱 17—导套
a. 一次翻边成形 (如图5.2.4)所示是在平板毛坯上一次翻孔的图。
d0与H 按下式计算:
胀形、缩口、翻边教案

胀形、缩口、翻边教案

第页
讲授法
5.5校平与整形
板书
10分
利用模具使坯料局部或整体产生不大的塑性变形，
了解
以消除平面度误差，提高制件形状及尺寸精度的冲压
成形方法。
校平和整形工序的工艺特点：
1）允许的变形量很小，坯料的形状与尺寸与制件非常
接近；
2）对模具的成形部分的精度要求比较高；
3）通常在专用的精压机进行校平和整形，若用机械
5.5.2整形
板书
弯曲回弹会使工件的弯曲角度改变；由于凹模圆
了解
角半径的限制，拉深或翻边的工件也不能达到较小的圆
角半径。利用模具使弯曲或拉深后的冲压件局部或整
体产生少量塑性变形以得到较准确的尺寸和形状，称为
整形。整形常在弯曲、拉深、成形工序之后。
四
小结
归纳法
1、冷挤压，胀形
3分
2、缩口
3、校平与整形
江苏省技工学校教案首页
授课日期
班级
课题§5.2胀形 5.3翻边 5.4缩口 5.5校平与整形
教学目的、要求
掌握胀形工艺
掌握缩口工艺
了解校平与整形及翻边
教学重点、难点重点：胀形工艺
难点：缩口工艺
授课方法问答法、讲授法、归纳法、演示法
教学参考及教具（含电教设备）
《模具设计与制造》轻工业出版社、多媒体
授课执行情况及分析
板书设计或授课提纲：
5.2胀形
1、定义
2、起伏成形
胀形主要有起伏成形和空心毛坯胀形两类。
5.3翻边
利用模具，将工件的孔边缘或外缘边缘翻成竖立直边的成形方法。
1、内孔翻边
1）变形特点
2）外缘翻边
2.分类
（1）外凸外缘翻边
第五章 板料局部成形工艺

第五章 板料局部成形工艺


§ 5.2 翻边工艺
一、圆孔翻边 1、圆孔翻边的变形机理与变形特点 圆孔翻边：在平板毛坯或空心半成品上将预先冲好的圆孔弯出直 边的圆筒形周边的翻边工序称为圆孔翻边。 如右图示，外径为D0，内孔直径为d0 的平板毛坯的翻边过程。 翻边时，变形区内材料厚度要变薄，在筒 形边缘部变薄最严重，因而也最容易产生 裂纹。 变形特点：变形区材料处于单向拉 深或双向受拉的应力状态，在切向方向 的伸长要大于径向方向的压缩变形，因 而材料厚度变薄，这种翻边属于伸长类 翻边。
主要有胀形、翻边、缩口、校平、整形、旋压等 胀形、翻边、 校平、 胀形 校平 整形、
§5.1 平板毛坯的局部胀形工艺
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，如下图示，压加强筋、压 凹坑、压字、压花、压标记等。 实现方法：
复习题
1． 翻边有哪几种型式？其变形特点与弯曲有何不同？
Hale Waihona Puke 2． 翻孔时的变形区仅限于哪个部位？翻孔时最易出现 什么问题？如何防止？ 3． 平板毛坯的局部胀形是靠什么原理获得一定形状的？ 主要有哪些应用？
H<(2.5~3)t时，回弹严重，必须加热后再翻边或加大高度。
“分散法”
§5.3 校形和整形
校形和整形：是指经过各种基本成形工序后的零件再产生不大的塑 性变形、以达到零件规定的形状和尺寸精度要求的冲压方法。 这种工序一般在冲裁、弯曲、拉深后进行，对于表面形状和尺寸精 度要求高的冲压件都要经过校平与整形。 一、校平 1、特点：校平是指把不平的制件在校平模内压平的校形工艺。主 要用于消除或减少冲裁件特别是自由漏料冲裁件平面的平直度误差 。 2、校平方法与校平模 校平方法 1）平面校形模：由上下两块平面模板组成。单位校形压力小，效 果差，实用于平直度要求不高的小型零件的校形。 2）齿形模：用于零件平直度要求较高的情况。齿形模有细齿和粗 齿两种，如下图示，对厚度较小的软金属零件只宜采用粗齿模校平 。
第五章 成形工序

第五章 成形工序

第五章 成形
成形：指用各种局部变形方法改变坯料或工序件形状的加 成形： 工方法，包括胀形、翻边、缩口、翻孔、校平、 工方法，包括胀形、翻边、缩口、翻孔、校平、整形等冲 压工序，其共同点均属于局部变形。 压工序，其共同点均属于局部变形。
5.1 胀形 胀形包括平板胀形和空心件胀形 变形特点： 胀形时变形区在材料在板方向呈双向拉应力状态，在 变形特点： 胀形时变形区在材料在板方向呈双向拉应力状态，
内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数Es表示：
b ES = R −b
外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示
b Ec = R +b
凸、凹模的形状及尺寸 翻边凸模的形状有平底形、曲面形（球形、抛物线形等）和锥形， 几种常见的翻边凸模的结构形状
摩托车油箱口翻边
5.3 缩口 缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料,通过缩口模具 将其口部缩小的一种成形工序 缩口属于压缩类成 形工序，变形区由 于受到较大切向压 应力的作用易产生 切向失稳而起皱， 起传力作用的筒壁 区由于受到轴向压 应力的作用易产生 轴向失稳而起皱， 所以失稳起皱是缩 口工序的主要障碍
常见的缩口形式如下：
变形程度 缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：
d ms = D
式中 d—缩口后的直径 D—为缩口前的直径
缩口的工艺计算 缩口次数及缩口系数的确定 缩口次数由下式确定：
lg msz n= lg msp
msz 为总缩口系数
msp
msz = d / D
msp ≈ ms min
L0 = L[1+ (0.3 ~ 0.4δ ] + ∆h 式中： L − −工件的母线长度（mm)
δ − −工件的切向延伸率（式5.1.6）
第5章胀形与翻边

第5章胀形与翻边


a)翻边过程 ) b)变形区应力 应变状态 )变形区应力,应变状态 图5-12 内孔翻边
2)翻边变形区及变形区的应力应变状态 2)翻边变形区及变形区的应力应变状态 内 孔翻边时, 孔翻边时,变形区被限制在凹模圆角以内的 环状区域内. 环状区域内.与拉深成形通过将板料沿圆周 方向压缩来形成侧壁相反, 方向压缩来形成侧壁相反,内孔翻边是在板 料向凹模圆角弯曲的同时, 料向凹模圆角弯曲的同时,通过将板料沿圆 周方向拉长形成侧壁的过程. 周方向拉长形成侧壁的过程.
如图5 12b所示, 如图5-12b所示,变形区应力状态为双向拉应力 所示 状态, ≥0.孔边缘处, 状态,即σθ>0,σr≥0.孔边缘处,由于径 向材料可以自由变形, 为零而σ 向材料可以自由变形, σr为零而σθ达到最大 由孔边缘向凹模圆角处过渡, 值.由孔边缘向凹模圆角处过渡,径向应力逐 渐增大而切向应力逐渐减小. 渐增大而切向应力逐渐减小.与胀形变形时板 平面的双向伸长变形不同,内孔翻边成形时, 平面的双向伸长变形不同,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, 在双向拉应力作用下,板料沿圆周方向伸长, 径向收缩, εθ>0,径向收缩,εr<0.
3)制件形状和尺寸 3)制件形状和尺寸 就球形凸模和平底凸模而 球形凸模胀形时,应变分布比较均匀, 言,球形凸模胀形时,应变分布比较均匀,能 获得较大的胀形变形程度. 获得较大的胀形变形程度. 4)润滑条件, 4)润滑条件,变形速度及材料厚度 润滑条件
(4)胀形力的计算 (4)胀形力的计算 1)平板毛坯胀形成形力的计算 压制加强筋时, 1)平板毛坯胀形成形力的计算 压制加强筋时,近 似按下式计算. 似按下式计算.
3)翻边变形力 行程曲线 翻边变形力主要由凹 3)翻边变形力—行程曲线 翻边变形力 模圆角处坯料的弯曲力和扩孔, 模圆角处坯料的弯曲力和扩孔,翻边变形阻力 两部分组成.如图5 13所示 在变形过程中, 所示, 两部分组成.如图5-13所示,在变形过程中, 由于变形区域的减小和加工硬化对扩孔, 由于变形区域的减小和加工硬化对扩孔,翻边 力影响的相反效果, 力影响的相反效果,力-行程曲线也呈现出先升 后降的趋势.此外,由图中可见, 后降的趋势.此外,由图中可见,翻边力还受 到凸模底部形状的很大影响, 到凸模底部形状的很大影响,平底凸模成形力 较大,球底凸模的成形力较小. 较大,球底凸模的成形力较小.

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


• 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。

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。

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。

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。

第五章成形工艺与成形模设计


翻边： 利用模具，将工件的孔边缘或外缘边缘翻成 竖立直边的成形方法。
5.2.1 内孔翻边 1.变形特点及变形系数 坯料受切向和径向拉伸，接近预孔边缘变形 大，易拉裂。
翻边系数
d K0 D
翻边后竖边边缘的厚 度，可按下式估算：
t t d t K D
2.工艺计算与翻边力 （1）平板毛坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度
a-无支承
b-外支承
c-内外支承
实例：气瓶缩口模 刚制气瓶缩口模，成形材料为1mm的08钢
带有夹紧装置的缩口模
缩口与扩口复合模
课后思考
1、什么叫缩口？缩口方法一般有哪几种？ 各有什么特点？ 2、缩口的变形特点怎样？ 3、胀形、翻孔（边）及缩口变形的共同特 点是什么？
5.4 旋压
旋压：
将平板或空心坯料固定 在旋压机的模具上，在坯料 随机床主轴转动的同时，用 旋轮或赶棒加压于坯料，使 之产生局部的塑性变形。 优点： 设备和模具都较简单，除 可成形各种曲线构成的旋转体 外，还可加工相当复杂形状的 旋转体零件。 缺点： 1－顶块2－赶棒3－模具4－卡盘 生产率较低，劳动强度较大，比较适 1 ~ （系坯料的连续位置） 9 用于试制和小批量生产。
d max K D
K-材料的胀形系数； dmax–胀形后所能达到的最大直径； D–胀形前毛坯的直径；
2.胀形毛坯的计算
L l[1 (0.3 ~ 0.4) ] b
Ｋ和坯料伸长率 的关系为
d max D K 1 D
b—修边余量，一般取10～20ｍｍ； —制件切向最大伸长率； l —制件母线长度。
成形工艺与模具设计
概述 5.1 胀形 5.2 翻边 5.3 缩口 5.4 旋压 5.5 校平与整形
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知识目标 1．了解胀形工序的基本概念、特点及应用； 2．了解翻边工艺的基本概念、特点及分类 ；
3．了解缩口工序的基本概念、特点及应用； 技能目标 1.重点掌握空心毛坯的胀形工艺及模具设计； 2.重点掌握内孔翻边工艺及模具设计； 3.重点掌握缩口工艺计算及模具设计。
基
胀形
起伏
本
概
念
胀形是指利用模具强迫材料厚度减薄而使其表面积增大，以获得零件 所需几何形状的冲压加工方法。
5.2
5.2.1 内孔翻边
2.非圆孔翻边
翻边成形工艺与模具设计
非圆孔翻边
5.2
5.2.2 外缘翻边
翻边成形工艺与模具设计
外缘翻边
5.2
5.2.2 外缘翻边
翻边成形工艺与模具设计
5.2
5.2.2 外缘翻边
翻边成形工艺与模具设计
5.2
5.2.2 外缘翻边
翻边成形工艺与模具设计
在橡皮模内的各种翻边方法
1—下凹模； 2—顶杆； 3—毛坯； 4—拉簧； 5—锥形心轴； 6—分块凸模； 7—凹模
刚性凸模胀形
5.1
5.1.3 空心毛坯胀形
胀形工艺与模具设计
软模胀形 1、4—凸模压柱； 2—分块凹模； 3—模套
5.1
5.1.3 空心毛坯胀形
胀形工艺与模具设计
圆柱形空心毛坯胀形时的应力
5.1
5.1.3 空心毛坯胀形
圆孔翻边系数
基
缩口
本
概
念
缩口是将预先成形好的圆筒形件或管件坯料，通过缩口模具将其口 部缩小的一种成形工艺。 缩口的变形程度用缩口系数m表示， 即 ：
缩口系数
m
d0 D
。
拉深模的间隙
凸、凹模之间的间隙，简称为拉深间隙。 由于拉深材料厚度有公差，板料具有各向异性，所以拉深后工件 的口部或凸缘周边不齐，必须进行修边，以达到工件的要求。修 边的值称为修边余量。 拉深件的工艺性是指工件拉深的难易程度。
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
缩口成形应力应变特点
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
常见的缩口形式有斜口式、直口式和球面式三种结构。
缩口形式
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
缩口的变形程度用缩口系数 m 表示，即：
5.2
翻边成形工艺与模具设计源自翻边是利用模具将工件上的孔边缘或外缘边缘翻成竖立的直边的冲 压工序。 根据板料边缘状态和应力、应变状态不同，翻边可分为内孔翻边和 外缘翻边。 根据竖边厚壁的变化情况，可分为不变薄翻边和变薄翻边。
平板毛坯翻边
5.2
5.2.1 内孔翻边
1.圆孔翻边
翻边成形工艺与模具设计
1.圆孔翻边的工艺性 。 2.翻边系数（表5-5） 。 3.翻边的工艺尺寸计算 （预制孔直径、翻边高度）。
计算工件底部冲孔直径 d
5.2
5.2.3 翻边模设计实例
翻边成形工艺与模具设计
冲底孔后翻边
5.2
5.2.3 翻边模设计实例
翻边成形工艺与模具设计
1—上模板； 2—凹模； 3—托料板； 4—翻边凸模； 5—下模板； 6—顶杆 翻边模
5.3
缩口成形工艺与模具设计
缩口是将预先成形好的圆筒形件或管件坯料，通过缩口 模具将其口部缩小的一种成形工艺。缩口工序应用广泛，如 子弹壳、炮弹壳、钢制气瓶、自行车车架立管等零件的成形。 对于细长的管状零件，有时利用缩口代替拉深可以取得更好 的效果。
直口形式毛坯高度 ：
球面形式毛坯高度 ：
5.3
5.3.2 缩口工艺计算
缩口成形工艺与模具设计
缩口力的计算公式 ：
5.3
5.3.3 缩口模设计实例
缩口成形工艺与模具设计
缩口零件和缩口毛坯
5.3
5.3.3 缩口模设计实例
缩口成形工艺与模具设计
3
工艺计算
2
模具总体结构设计
1
零件的工艺性分析
5.3
5.3.3 缩口模设计实例
4.翻边次数的确定 (P162)。
5.翻边力计算 （P162）。 6.翻边凸、凹模形状及尺寸 。
7.凸、凹模间隙（表5-7） 。
5.2
5.2.1 内孔翻边
翻边成形工艺与模具设计
预先拉深的翻边
5.2
5.2.1 内孔翻边
翻边成形工艺与模具设计
带导正销的圆锥形凸模
圆弧形无导正的曲面凸模
带导正的翻边凸模
5.1
5.1.2 平板毛坯的起伏成形
胀形工艺与模具设计
起伏间的距离和起伏距边缘的极限尺寸
5.1
5.1.2 平板毛坯的起伏成形
胀形工艺与模具设计
加强筋形式和尺寸
5.1
5.1.2 平板毛坯的起伏成形
胀形工艺与模具设计
平板毛坯压凹坑的极限胀形深度
5.1
5.1.3 空心毛坯胀形
胀形工艺与模具设计
空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料沿径向向外扩张，胀出所需 凸起曲面的一种加工方法。该方法主要用于制造高压气瓶、球形容器、 波纹管、自行车三通接头及火箭发动机上的一些异性空心件等。
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 ：
缩口成形工艺与模具设计
1—顶杆； 2—下模座； 3、14—螺钉； 4、11—销钉； 5—下固定板； 6—垫板； 7—外支承套； 8—缩口凹模； 9—顶出器； 10—上模板； 12—打料杆； 13—模柄；15—导柱； 16—导套 缩口模
平板毛坯在模具的作用下发生局部胀形而形成各种形状的凸起或凹 陷的冲压方法称为起伏成形。 胀形变形程度用胀形系数来表示，即： k d max 。
拉裂
翻边
d0
翻边是利用模具将工件上的孔边缘或外缘边缘翻成竖立的直边的冲 压工序。 在圆孔的翻边中，变形程度决定于翻边预制孔直径与翻边直 径之比，即翻边系数： d0 。 m D
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
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
胀形工艺与模具设计
平板毛坯在模具的作用下发生局部胀形而形成各种形状的凸起或凹 陷的冲压方法称为起伏成形。起伏成形主要用于加强筋、局部凹坑、文 字、花纹等加工。
5.2
5.2.2 外缘翻边
翻边成形工艺与模具设计
普通模具内成形翻边
5.2
5.2.3 翻边模设计实例
翻边成形工艺与模具设计
180 柴油机通风口座子
5.2
5.2.3 翻边模设计实例
翻边成形工艺与模具设计
1 判断一次翻边是否达到 零件尺寸要求 2 计算冲底孔后翻边 高度h2 4 计算拉深高度 h1 3
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