1、冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计本章学习内容及要求：本章学习内容及要求：.胀形胀形.翻边翻边.缩口缩口1.掌握胀形模、翻边模、缩口模的结构特点和设计方法；掌握胀形模、翻边模、缩口模的结构特点和设计方法；2.熟悉胀形、翻边、缩口等成形工序的变形特点。熟悉胀形、翻边、缩口等成形工序的变形特点。冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.1胀形胀形常用的胀形方法有刚模胀形和以液体、气体、橡胶等为施力介质的软模胀形。常用的胀形方法有刚模胀形和以液体、气体、橡胶等为施力介质的软模胀形。5.1.1胀形的变形特点与胀形极限变形程度胀形的变形特点与胀形极限变形程度1.胀形的变形特点胀形的变形特点(如图如图5.
2、1.1)球头凸模胀形平板毛坯时的胀形变形区及其主应力和主应变图。图中涂黑部分表示胀形变形区。球头凸模胀形平板毛坯时的胀形变形区及其主应力和主应变图。图中涂黑部分表示胀形变形区。2.胀形的极限变形程度胀形的极限变形程度胀形极限变形程度是零件在胀形时不产生破裂所能达到的最大的变形。胀形极限变形程度是零件在胀形时不产生破裂所能达到的最大的变形。胀形极限变形程度主要取决于材料的塑性和变形的均匀性 。胀形极限变形程度主要取决于材料的塑性和变形的均匀性 。冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.1.2 平板毛坯的起伏成形平板毛坯的起伏成形（图（图5.1.2）起伏成形的极
3、限的变形程度多用胀形深度表示，也可以近似地按单向拉伸变形处理，即：起伏成形的极限的变形程度多用胀形深度表示，也可以近似地按单向拉伸变形处理，即：取最小值）。形筋（半圆筋取最大值，梯形状系数，加强筋面的长度胀形变形区变形前后截材料单向拉伸的延伸率度起伏成形的极限变形程式中：极极75. 07 . 0;,;%10010001=kKllklll冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计欲提高胀形的极限变形程度欲提高胀形的极限变形程度,可采用可采用(如图如图5.1.4)所示两次胀形法。所示两次胀形法。1.压加强筋压加强筋(1)用刚性凸模压制加强筋的变形力按式用刚性凸模压制加
4、强筋的变形力按式F=KLtb计算。计算。(2)软模胀形力软模胀形力 F=A p单位压力可按式近似计算（不考虑材料厚度变薄）。单位压力可按式近似计算（不考虑材料厚度变薄）。2.压凹坑压凹坑时，成形极限常用极限胀形深度表示，如果是纯胀形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大 。（表压凹坑压凹坑时，成形极限常用极限胀形深度表示，如果是纯胀形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大 。（表5.1.2）bRtkp =2mm冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.1.4 两次胀形示意图冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.1.3空心毛坯的胀形空心毛坯的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
5、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（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、自行车三通接头（如图如图5.1.5）等产品或零件。刚模胀形）等产品或零件。刚模胀形(如图如图5.1.6)。软模胀形。软模胀形(如图如图5.1.7)。圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态。圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态(如图如图5.1.8)。冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.1.5自行车多通接头冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.1.6 钢模胀形1-凹模；2-分瓣凸模；3-锥形芯轴4-拉簧；5-毛坯；6-顶杆；7-下凹
6、模冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.1.7 自行车多通接头软模胀形1、4-凸模压柱；2-分块凹模；3-模套冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.1.8 圆柱形空心毛坯胀形时的应力冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计1.胀形系数空心毛坯胀形的变形程度用下式表示：胀形系数空心毛坯胀形的变形程度用下式表示：+=11maxmax00max00maxKKdddddkddK向延伸率的关系式为：极限胀形系数与工件切胀形后工件的最大直径毛坯直径胀形系数，式中：冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计2. 胀形力刚模胀形所需压力的计算公式胀形力刚模胀形所需压力的计算公式,可根据力的平衡方程式推导得到可根
7、据力的平衡方程式推导得到,其表达式为其表达式为:。，芯轴锥角，一般摩擦系数，一般胀形后高度材料厚度所需胀形力式中：00002b151210820.015.0tan21tan2=+=HtFHtF冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计软模胀形所需压力的计算公式软模胀形所需压力的计算公式A为成形面积，为成形面积，p为单位压力可按下式计算：为单位压力可按下式计算：3.胀形毛坯尺寸的计算毛坯长度可按下式近似计算胀形毛坯尺寸的计算毛坯长度可按下式近似计算:L0=L1+（0.30.4）+h(5.1.9)式中式中 L工件的母线长度工件的母线长度(mm)；工件切向延伸率（见式工件切向延伸率（见式5.1.5）；）；
8、修边余量，约修边余量，约520(mm)。p)2(maxRtmdt+b，ApF =冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.1.4 胀形模设计举例胀形模设计举例(图图5.1.9)1.工艺分析该工件侧壁属空心毛坯胀形，底部属起伏成形，具有代表性。工艺分析该工件侧壁属空心毛坯胀形，底部属起伏成形，具有代表性。2.工艺计算工艺计算(1)底部压凹坑的计算查教材表底部压凹坑的计算查教材表5.1.2得极限胀形深度得极限胀形深度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：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=KLtb=
9、0.7150.5430=7088.55（N）bKLtF=压凹bKLtF=压凹bKLtF=压凹bKLtF=压凹冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图 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导套冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计(2)侧壁胀形计算：胀形系数侧壁成形力近似按两端不固定形式计算（见教材）侧壁胀形计算：胀形系数侧壁成形力近似按两端不固定形式计算（见教材）(3)总成形力的计算总成形力的计算3.模具结构设计模具结构设计2.13
10、98.460max=ddK冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.2翻边翻边（如图（如图5.2.1）翻边是将毛坯或半成品的外边缘或孔边缘沿一定的曲线翻成竖立的边缘的冲压方法，如图翻边是将毛坯或半成品的外边缘或孔边缘沿一定的曲线翻成竖立的边缘的冲压方法，如图5.2.1所示。按变形的性质，翻边分为伸长类翻边和压缩类翻边。所示。按变形的性质，翻边分为伸长类翻边和压缩类翻边。5.2.1内孔翻边内孔翻边1.内孔翻边的变形特点圆孔翻边及其应力应变分布（内孔翻边的变形特点圆孔翻边及其应力应变分布（如图如图5.2.2）。变形区处于双向拉应力状态）。变形区处于双向拉应力状态,变形区在拉应力的作用下要变薄，这一点
11、与胀形相同。圆孔翻边属于伸长类翻边。变形区在拉应力的作用下要变薄，这一点与胀形相同。圆孔翻边属于伸长类翻边。孔边部厚度变薄最严重，也最容易产生裂纹。对非圆孔的内孔翻边（对非圆孔的内孔翻边（如图如图5.2.3）。变形区沿翻边线其应力与应变分布是不匀的。）。变形区沿翻边线其应力与应变分布是不匀的。冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计2.圆孔翻边的极限变形程度翻边的变形程度用翻边系数表示，翻边系数为翻边前孔径圆孔翻边的极限变形程度翻边的变形程度用翻边系数表示，翻边系数为翻边前孔径d0与翻边后孔径与翻边后孔径D的比值的比值。m = d0/D极限翻边系数用极限翻边系数用mmin表示，见表示，见5.2.1
12、。m值越小，变形程度越大。值越小，变形程度越大。极限翻边系数的因素：极限翻边系数的因素：(1)材料的塑性材料的塑性;(2)孔的加工方法孔的加工方法;(3)预制孔的相对直径预制孔的相对直径;(4)凸模的形状。凸模的形状。冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.2.1 内孔与外缘翻边零件冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计.内孔翻边的工艺设计内孔翻边的工艺设计(1)预制孔直径预制孔直径 d0和翻边高度和翻边高度Ha. 一次翻边成形当翻边系数大于极限翻边系数一次翻边成形当翻边系数大于极限翻边系数mmin时，可采用一次翻边成形。
13、时，可采用一次翻边成形。(如图如图5.2.4)所示是在平板毛坯上一次翻孔的图。所示是在平板毛坯上一次翻孔的图。d0与与H 按下式计算按下式计算:trmDtrDdDHtrHDd72. 043. 0)1 (272. 043. 0)1 (2)72. 043. 0(200+=+=冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计b.拉深后再翻边（拉深后再翻边（如图如图5.2.5）应先确定翻边高度）应先确定翻边高度h,再根据翻边高度确定预制孔直径再根据翻边高度确定预制孔直径d0和高度和高度h1。由计算公式：。由计算公式：trhHhtrmDtrdDh+=+=+=10)2(57. 0)
14、1 (2)2(57. 02冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.2.5 拉深件底部冲孔后翻边冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计b)拉深后再翻边当拉深后再翻边当mmmin时，可采用先拉深后再翻边的方法达到要求的翻边高度，如图时，可采用先拉深后再翻边的方法达到要求的翻边高度，如图5.2.5所示。这时应先确定翻边高度所示。这时应先确定翻边高度h，再根据翻边高度确定预制孔直径，再根据翻边高度确定预制孔直径d0和拉深高度和拉深高度h，从图中的几何关系可得：，从图中的几何关系可得：rmDtrtrdDh57. 0)1 (2)2(2)2(20+=翻边高度：拉深高度：翻边高度：拉深高度：h1=H-h+r+
15、t上式中当m=mmin，h=hmax，此时有最小拉深高度。最小预制孔直径：最小预制孔直径：d0=D+1.14r-2 h冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计(2)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（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（如图如图5.2.6）。）。(3)凸、凹模的间隙取单边间隙凸、凹模的间隙取单边间隙c=(0.750.85),若翻边成螺纹底孔或需与轴配合的小孔，则取若翻边成螺纹底孔或需与轴配合的小孔，则取c=0.7左右。左右。(4)翻边力与压
16、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：曲面凸模的翻边力可选用平底凸模的翻边力的（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：曲面凸模的翻边力可选用平底凸模的翻边力的（7080）%。b0)(1 . 1dDF=冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.2.2 平面外缘翻边平面外缘翻边1.平面外缘翻边的变形特点平面外缘翻边可分为内凹外缘翻边和外凸外缘翻边（平面外缘翻边的变形特点平面外缘翻边可分为内凹外缘翻边和外凸外缘翻边（如如图图5.2.7）。）。2.极限变形程度内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数极限变形程度内凹外缘翻边的变形程
17、度用翻边系数Es表示：外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数表示：外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示：表示：3.平面外缘翻边的毛坯尺寸平面外缘翻边的毛坯尺寸bRbE=SbRbE+=c冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.2.3 变薄翻边变薄翻边变薄翻边的变形程度用变薄系数表示，其表达式为：式中变薄翻边的变形程度用变薄系数表示，其表达式为：式中k为变薄系数，为变薄系数， k .；t1 为工件翻边后竖边的厚度；为工件翻边后竖边的厚度；t0 为毛坯厚度。为毛坯厚度。01ttK =冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.2.4翻边模的结构设计及举例翻边模的结构设计
18、及举例内孔翻边模如内孔翻边模如图图5.2.8 。落料、拉深、冲孔、翻边复合模如。落料、拉深、冲孔、翻边复合模如图图5.2.9。内外缘翻边复合模如。内外缘翻边复合模如图图5.2.10 。冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图图5.2.8 内孔翻边模内孔翻边模冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计1、8-凸凹模；2-冲孔凸模；3-推件块；4-落料凹模；5-顶件块；6-顶杆；7-固定板；卸料板；10垫片图5.2.9 落料、拉深、冲孔、翻边复合模冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.2.10 内外缘翻边复合模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
19、块；7-内缘翻边凹模；8-推件板冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.3 缩口缩口缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料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。缩口与拉深工序的比较（通过缩口模具将其口部缩小的一种成形工序。缩口与拉深工序的比较（如图如图5.3.1）。）。5.3.1 缩口成形的特点与变形程度缩口成形的特点与变形程度1. 缩口成形的变形特点（缩口成形的变形特点（如图如图5.3.2）常见的缩口形式有斜口式、直口式和球面式）常见的缩口形式有斜口式、直口式和球面式 (如图如图5.3.3) 。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
20、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。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。冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.3.1 缩口与拉深工序的比较冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.3.2 缩口成形的变形特点冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计abc图5.3.3 缩口形式)斜口形式)直口形式)球面形式冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计2.缩口变形程度缩口变形程度用缩口系数缩口变形程度缩口变形程度用缩口系数ms来表示，
21、其表达式：式中来表示，其表达式：式中d缩口后的直径；缩口后的直径；D为缩口前的直径。为缩口前的直径。Ddm =s冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计5.3.2缩口的工艺计算缩口的工艺计算1.缩口次数及缩口系数的确定缩口次数由下式确定：式中：缩口次数及缩口系数的确定缩口次数由下式确定：式中：总缩口系数，；总缩口系数，；平均缩口系数，可先取。平均缩口系数，可先取。n的计算值一般是小数，应进位成整数。的计算值一般是小数，应进位成整数。spszlglgmmn =Ddm/sz=minsspmmszmspm冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计2. 毛坯尺寸的计算斜口形式：直口形式：球面形式：毛坯尺寸的计算
22、斜口形式：直口形式：球面形式：)/1 (sin805. 11221dDDdDhH+=)/1 (sin8/05. 112221dDDdDdDhhH+=221)/1 (41dDdDhH+=冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计.缩口力只有外支承的缩口压力，可按下式估算：式中：缩口力只有外支承的缩口压力，可按下式估算：式中：F缩口力（缩口力（N)；k速度系数，用曲柄压力机时速度系数，用曲柄压力机时k =1.15；材料的抗拉强度（材料的抗拉强度（MPa) ；工件与凹模接触的摩擦系数工件与凹模接触的摩擦系数。cos1)cot1)(1 (1 . 1 (b0+=DdDtkFb冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设
23、计5.3.3缩口模具结构设计及举例缩口模具结构设计及举例缩口模具结构根据支承情况分为：无支承外支承内外支承缩口模具结构根据支承情况分为：无支承外支承内外支承如图如图5.3.4刚制气瓶缩口模（如刚制气瓶缩口模（如图图5.3.5）。挡环缩口扩口复合模（如）。挡环缩口扩口复合模（如图图5.3.6）。）。冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.3.4 不同支承方法的模具结构形式a)无支承b)外支承c)内外支承冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.3.5 气瓶缩口模1-顶杆；2-下模板；3、14-螺栓 ；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-导套冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计图5.3.6 挡环缩口扩口复合模
