冲压9(打印用)2012-04-17

9 板材的其它成形工艺本章内容：常见的成形工艺（翻边、胀形、缩口、校形、旋压）特点、成形过程和模具结构设计。

本章难点：成形工艺计算及其在冲压生产实际的具体应用。

成形工艺——使板料毛坯或半成品制件产生局部变形来改变其形状的冲压工艺。

图9.1 形状特殊制件拉伸成形——变形区主要是受拉应力和拉应变的作用而产生塑性变形。

材料的失效形式为破裂。

该类成形工艺主要有圆孔翻边、内凹外缘翻边、起伏、胀形、扩口等。

压缩成形——变形区主要受压应力和压应变而产生塑性变形。

材料破坏的形式为起皱。

属于此类的成形工艺主要有外凸外缘翻边、缩口等。

拉压成形——变形区在拉应力和压应力共同作用下产生塑性变形。

材料的破坏形式与实际变形的具体情况有关。

可能是·1·冲压工艺与模具设计·2·破裂，也可能是起皱。

该类成形工艺包括变薄翻边、旋压等。

9.1 翻边翻边----- 把板材上的孔缘或外缘翻成竖边的冲压方法叫做翻边（当翻边的分界线为一直线时，翻边就转变成弯曲了。

）翻边的作用和目的—1.制出与其他零件的装配部位(如螺纹底孔等)。

2.提高零件的刚度。

3.控制破裂或折皱（主要指在大型板金成形时）。

翻边分类–按其工艺特点分按变形性质内孔(圆孔和非圆孔)翻边伸长类翻边外缘翻边--内曲翻边压缩类翻边--外曲翻边变薄翻边变薄翻边翻边特点伸长类翻边：材料切向受拉应力，切向伸长，厚度减薄，易破裂压缩类翻边：材料切向受压应力，切向压缩，厚度增厚，易起皱·3·(a) 内孔翻边 (b) 内凹外缘翻边 (c) 外凸外缘翻边图9.2 内孔翻边和外缘翻边9.1.1 内孔翻边内孔翻边——把预先在平面上加工的圆孔周边翻起扩大，使之成为具有一定高度的直壁孔部，也称为翻孔。

9.1.1.1 内孔翻边的变形机理及特点 切向拉伸，厚度变薄。

图9.3 圆孔翻边的变形应力应变情况冲压工艺与模具设计·4·(a) 翻边前(b) 翻边后(c) 单元材料的变形图9.4 内孔翻边的变形（1）变形区域主要为凸模底部材料区。

（2）变形区应力处于切向、径向受拉的应力状态。

切向应力在孔边缘最大，径向应力在孔边缘为零。

（3）变形区应变为伸长类翻边：切向受拉应力；切向伸长，越靠内，伸长越大；厚度减薄. （4）孔的边缘变薄最为严重。

应变状态相当于单向拉伸，切向拉应变Eo最大，厚向压应变Et =-1 Eo /2 ，径向应变Er也为压应变. （5）平底变形区的宽度将略有收缩(在一部分区域内，径向应变Er压应变)。

翻边终了以后，零件翻边的高度将比变形区的宽度略有缩短。

（6）缩颈或裂纹多发生在口部（由于翻边时的最大伸长发生在口部）。

·5·扩孔 ---只得到圆孔翻边的中间阶段的形状的零件（即凸模下面的材料尚未完全转移到侧面之前停止变形，就会得到如图6—4所示的形状）的成形工艺叫做扩孔。

扩孔也可看做翻边的一个中间过程，可认为是伸长类翻边的特例。

2. 内孔翻边系数翻边系数——翻边前的孔径d 0与翻边后的孔径D之比，即冲压工艺与模具设计·6·0d m D=。

翻边系数越小，变形程度就越大。

极限翻边系数——翻边时孔边不破裂所能达到的最小m值，用m min 表示。

口部应变计算由于孔缘只受切向拉应力，属单向拉伸状态，故有：22(21d t d Lnm -=+=）内外ϑϑϑεεεϑεε210-==t t Ln t 0202021d t d Lnt t Ln m --=212020)(--=d t d Ln t tLn m 420242020*******)/(1)/(1)/(m m m m d t k d t d d t d d t t -=-=-=00d t d Lnd t d Ln m m +≈+=外ϑε00d t d Lnd t d Ln m m ——内≈=ϑε·7·当 很小时，翻边系数Ｋ与竖边边缘厚度变薄量的关系可近似的表达为表9-1 一些材料的翻边系数和极限翻边系数退火材料mm min镍铬合金钢黄铜H62(t ＝0.5mm ～6mm) 白铁皮 纯铜软铝(t ＝0.5mm ～5mm) 低碳钢(t=0.25mm ～6mm) 合金结构钢 硬铝0.65～0.69 0.68 0.70 0.72 0.71～0.83 0.74～0.87 0.80～0.87 0.890.57～0.61 0.62 0.65 0.63～0.69 0.63～0.74 0.65～0.71 0.70～0.77 0.80影响翻边系数大小的因素有：(1) 材料种类及其力学性能 m min ≥1-Ψmax材料伸长率和硬化指数n 大，k1小，成形极限大。

(2) 预制孔的孔口状态翻边前的孔口断面质量越好，就越有利于翻边成形。

钻孔，孔缘毛刺和冷硬化小，K1较小，成形极限大； 冲孔，毛刺和冷硬化大，成形极限较小。

（在冲孔后进行整修，在冲孔后退火，可消除孔缘表面的硬化） (3) 材料的相对厚度(t/D)相对厚度越大，所允许的翻边系数就越小。

m d t 0Kt t 0≈δ冲压工艺与模具设计·8·板材相对厚度t/d0越大，K1小，成形极限越大 (4) 凸模的形状球形、锥形和抛物线形凸模翻边，变形均匀性好，Kt 较小， 平底凸模，变形均匀性较差， Kt 较大；平底凸模中，相对圆角半径rp/t 越大，变形均匀性就越好，极限翻边系数可越小。

(a) 平底凸模 (b) 球形凸模 (c) 抛物线凸模 (d) 锥形凸模图9.5 各种形状的翻边凸模 表9-2 低碳钢的极限翻边系数翻边方法 球形凸模 圆柱形凸模 制孔方法钻孔去毛刺 冲孔 钻孔去毛刺 冲孔 相对直径/d t100 0.70 0.75 0.80 0.85 50 0.60 0.65 0.70 0.75 35 0.52 0.57 0.60 0.65 20 0.45 0.52 0.50 0.60 150.40 0.48 0.45 0.55 10 0.36 0.45 0.42 0.52 8 0.33 0.44 0.40 0.50 6.5 0.31 0.430.37 0.50 5 0.30 0.42 0.35 0.48 3 0.25 0.420.30 0.47 10.200.259.1.1.3. 内孔翻边的工艺计算·9·圆孔翻边时，一般翻边高度及直径(h 和d)为已知。

需要计算预制孔直径do 。

计算依据：在圆孔翻边时，同心圆（经向）之间的距离不变（近似）。

计算方法：用弯曲展开的方法作近似计算(图9—5)1）平板毛坯内孔翻边（一次翻边） 预制孔的直径为1π2[()]22t d D r h =-++或2(0.430.72)d D H r t =---变形后的翻边高度0.430.722D d H r t -=++最大翻边高度max min (1)0.430.722D H m r t =-++D ——翻边孔中线直径； h ——翻边的直壁高度； r ——翻边圆角半径；t ——板料厚度。

图9.6 平板坯料的内孔翻边 图9.7 预制毛坯内孔翻边2) 拉伸毛坯内孔翻边若要求制件的高度H >max H ，就应该先拉伸、底部冲预制孔后再进行翻边。

翻边所能达到的最大高度π()()2222D d t th r r -=-+++ 或(1)0.572D dh r D≈-+冲压工艺与模具设计·10·直壁的极限翻边高度max min (1)0.572Dh m r =-+ 预拉伸高度1h H h r t =-++预制孔直径为min d m D =或2 1.14d D h r =-+3) 翻边件的口部壁厚翻边时，直壁部分口部变薄比较严重，可以近似计算t ′=dtD4) 翻边力P 和翻边功A圆柱形平底凸模翻边s 1.1π()p t D d σ=-球形、锥形或抛物线形凸模时，上式翻边力可降低20%～30%左右。

翻边所需要的功A Ph = (N ·m)h ——凸模的有效行程。

P ——翻边功率，其计算与拉伸时相同。

5) 翻边间隙和凸、凹模尺寸表9-3 翻边的单边间隙(单位：mm)简 图在平板上翻边在拉伸件上翻边材料厚度t间隙值Z0.3 0.5 0.7 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.50.25 0.45 0.60 0.70 0.85 1.00 1.30 1.70 2.200.60 0.75 0.90 1.10 1.50 2.10（注：拉深后底部板厚变薄，翻边后板厚变薄，所以单边间隙小于板厚）翻边内孔的尺寸精度主要取决于凸模。

0p 0p ()D D δ∆-+＝dd p 0(2Z )D D δ++＝p D ——翻边凸模的直径； d D ——翻边凹模的直径； p δ——翻边凸模直径的公差； d δ——翻边凹模直径的公差；D 0——翻边竖孔的最小内径； ∆——翻边竖孔内径的公差。

6) 凸模工作部分设计图9.8 几种常用的圆孔翻边凸模结构9.1.1.4. 内孔翻边模结构1）.翻边模的结构 结构与拉深模相似（如图9—9所示）。

2）.翻边凹模圆角半径 取等于工件的圆角半径。

3）.翻边凸模的圆角半径rp 应尽可能大些，或做成球形或抛物线形， 对于平底凸模一般可取rp ≥4t 。

4）.圆孔翻边凸凹模之间的间隙单边间隙可取为(0.75一0.85)t 。

，可保证翻边后的竖边成为直壁。

也可按表6－3选取冲压工艺与模具设计·12·图9.9 倒装的小孔翻边模图图9.10 正装的大孔翻边模图9.11 内孔外缘翻边模9.1.2 外缘翻边图9.13 平板坯料的内凹外缘翻边图9.14 平板坯料的外凸外缘翻边图9.15 内外缘同时翻边复合模1—凹模2—凸模3—凹模4—凸模5—顶件块6—推件块7—压料板一．内凹翻边定义：用模具把毛坯上内凹的边缘，翻成竖边的冲压方法叫做内曲翻边.特点：属于伸长类翻边（应力和应变情况与圆孔翻边相似）。

变形程度Es（延伸率概念）：冲压工艺与模具设计 ·14·成形极限： 翻边后竖边的边缘临界破裂二．外凸翻边定义：用模具把手上外凸的边缘，翻成竖边的冲压方法叫做外曲翻边（图6—10）。

应变特点：属于压缩类翻边（应力应变情况类似与浅拉深）。

变形程度：变形程度用Ec （延伸率绝对值概念）成形极限：翻边后竖边的边缘临界起皱b R b b R b R R Ec +=++-=ααα)()(bR b b R b R R E S -=---=ααα)()(9.1.3 非圆孔翻边在有些结构中，会遇到带有竖边的非圆形孔及开口（图6—13)。

这些开口多是为了减小质量和增加结构的刚度（其竖边高度不大，精度要求也不高）。