鈑金與成型第5章脹形與翻邊

1、 第5章 脹形與翻邊 航空航天工程學(xué)部 主講：賀平重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：脹形、翻邊工序的變形特點(diǎn)、工藝計(jì)算。脹形、翻邊工序的變形特點(diǎn)、工藝計(jì)算。難點(diǎn)內(nèi)容：難點(diǎn)內(nèi)容： 翻邊工序的變形特點(diǎn)、工藝計(jì)算。翻邊工序的變形特點(diǎn)、工藝計(jì)算。 利用模具強(qiáng)迫板料厚度減薄和表面積增大，以獲得零件利用模具強(qiáng)迫板料厚度減薄和表面積增大，以獲得零件幾何形狀的沖壓加工方法叫脹形。幾何形狀的沖壓加工方法叫脹形。 脹形方法：脹形方法： 剛模脹形剛模脹形 橡皮脹形橡皮脹形 液壓脹形液壓脹形 脹形包括：脹形包括： 起伏成形起伏成形 圓柱形空心毛坯脹形圓柱形空心毛坯脹形 平板張拉成形平板張拉成形 利用模具把板料上的孔緣或外緣翻成豎邊

2、的沖壓加工方法叫翻邊。 按工藝特點(diǎn)，翻邊分為： 內(nèi)孔（圓孔或非圓孔）翻邊 外緣翻邊（內(nèi)曲翻邊、外曲翻邊） 變薄翻邊 按變形性質(zhì)，翻邊分為： 伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊 壓縮類(lèi)翻邊 變薄翻邊（屬體積成形） 伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： 變形區(qū)材料切向受拉應(yīng)力，切向產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，導(dǎo)致厚度變形區(qū)材料切向受拉應(yīng)力，切向產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，導(dǎo)致厚度減薄，容易發(fā)生破裂，如圓孔翻邊、外緣的內(nèi)曲翻邊等。減薄，容易發(fā)生破裂，如圓孔翻邊、外緣的內(nèi)曲翻邊等。 壓縮類(lèi)翻邊壓縮類(lèi)翻邊的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： 變形區(qū)材料切向受壓縮應(yīng)力，切向產(chǎn)生壓縮變形，導(dǎo)致厚變形區(qū)材料切向受壓縮應(yīng)力，切向產(chǎn)生壓縮變形，導(dǎo)致厚度增大，容易起皺，如外緣的外曲翻邊

3、。度增大，容易起皺，如外緣的外曲翻邊。 非圓孔翻邊經(jīng)常是由伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊、壓縮類(lèi)翻邊和彎曲組合非圓孔翻邊經(jīng)常是由伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊、壓縮類(lèi)翻邊和彎曲組合起來(lái)的復(fù)合成形。起來(lái)的復(fù)合成形。 5 5、1 1 脹形脹形 脹形：利用模具強(qiáng)迫板料厚度減薄和表面積增脹形：利用模具強(qiáng)迫板料厚度減薄和表面積增 大，以獲取零件幾何形狀的沖壓加方法。大，以獲取零件幾何形狀的沖壓加方法。 分為：平板毛坯的脹形分為：平板毛坯的脹形 空心毛坯的脹形空心毛坯的脹形1 1、脹形成形特點(diǎn)、脹形成形特點(diǎn)（圖（圖5-15-1） 應(yīng)力狀態(tài)為雙向（徑向、切向）均受拉應(yīng)力作用，應(yīng)力狀態(tài)為雙向（徑向、切向）均受拉應(yīng)力作用，略板厚方向的應(yīng)力。應(yīng)變狀態(tài)為

4、雙向受拉伸、一向受壓，略板厚方向的應(yīng)力。應(yīng)變狀態(tài)為雙向受拉伸、一向受壓，即徑向、切向產(chǎn)生拉伸變形，板厚度減薄、表面積增大。即徑向、切向產(chǎn)生拉伸變形，板厚度減薄、表面積增大。 脹形過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象。脹形過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象。 由于脹形成形是依靠局部材料的變薄成形，成形高度由于脹形成形是依靠局部材料的變薄成形，成形高度較小。較小。 教材教材P128P128圖圖5-25-2，5-35-3，5-45-4，5-55-5。p2 2、脹形成形極限、脹形成形極限 脹形成形極限以零件是否發(fā)生破裂來(lái)判斷，由于脹形脹形成形極限以零件是否發(fā)生破裂來(lái)判斷，由于脹形方法不同，成形極限的表示方法也不同。方法

5、不同，成形極限的表示方法也不同。 純脹形時(shí)，常用脹形高度表示成形極限；采用其他脹純脹形時(shí)，常用脹形高度表示成形極限；采用其他脹形方法時(shí)，成形極限可分別用許用斷面變形程度形方法時(shí)，成形極限可分別用許用斷面變形程度 （壓（壓筋）、許用凸包高度筋）、許用凸包高度 （壓凸包）、極限脹形系數(shù)（壓凸包）、極限脹形系數(shù) （圓柱形空心毛坯脹形）和極限拉形系數(shù)（圓柱形空心毛坯脹形）和極限拉形系數(shù) （張拉成（張拉成形）等表示成形極限。形）等表示成形極限。 hppkpklmax 雖然脹形成形極限表示方法不同，但由于脹形區(qū)應(yīng)變雖然脹形成形極限表示方法不同，但由于脹形區(qū)應(yīng)變性質(zhì)相同，且破裂只與變形區(qū)應(yīng)變情況有關(guān)，所以影

6、響因性質(zhì)相同，且破裂只與變形區(qū)應(yīng)變情況有關(guān)，所以影響因素基本相似。素基本相似。 影響脹形成形極限的材料因素主要是影響脹形成形極限的材料因素主要是延伸率延伸率和和應(yīng)變硬化指應(yīng)變硬化指數(shù)數(shù)。一般來(lái)講，延伸率大，破裂前允許的變形程度大，成形極。一般來(lái)講，延伸率大，破裂前允許的變形程度大，成形極限也大；應(yīng)變硬化指數(shù)值大，應(yīng)變硬化能力強(qiáng)，可促使應(yīng)變分限也大；應(yīng)變硬化指數(shù)值大，應(yīng)變硬化能力強(qiáng)，可促使應(yīng)變分布趨于均勻化，同時(shí)還能提高材料的局部應(yīng)變能力，故成形極布趨于均勻化，同時(shí)還能提高材料的局部應(yīng)變能力，故成形極限也大。限也大。 潤(rùn)滑條件和變形速度以及材料厚度對(duì)脹形成形極限也有潤(rùn)滑條件和變形速度以及材料厚度

7、對(duì)脹形成形極限也有影響。如用球頭凸模脹形時(shí)，若毛坯和凸模之間施加良好影響。如用球頭凸模脹形時(shí)，若毛坯和凸模之間施加良好的潤(rùn)滑，其應(yīng)變分布要比干摩擦?xí)r均勻，能使脹形高度增的潤(rùn)滑，其應(yīng)變分布要比干摩擦?xí)r均勻，能使脹形高度增大。變形速度的影響，主要是通過(guò)改變摩擦系數(shù)來(lái)體現(xiàn)大。變形速度的影響，主要是通過(guò)改變摩擦系數(shù)來(lái)體現(xiàn)的，對(duì)球頭凸模來(lái)講，速度大，摩擦系數(shù)減小，有利于應(yīng)的，對(duì)球頭凸模來(lái)講，速度大，摩擦系數(shù)減小，有利于應(yīng)變分布均勻化，脹形高度有所增大。必須指出，用平底凸變分布均勻化，脹形高度有所增大。必須指出，用平底凸模脹形時(shí)，應(yīng)盡量增大凸模底部板料的變形，避免板料在模脹形時(shí)，應(yīng)盡量增大凸模底部板料的變

8、形，避免板料在圓角處變形過(guò)于集中，否則，脹形高度就比較小。一般來(lái)圓角處變形過(guò)于集中，否則，脹形高度就比較小。一般來(lái)講，材料厚度增大，脹形成形極限有所增大，但料厚與零講，材料厚度增大，脹形成形極限有所增大，但料厚與零件尺寸比值較小時(shí)，其影響不太顯著。件尺寸比值較小時(shí)，其影響不太顯著。 3 3、脹形工藝方法、脹形工藝方法 （1 1）起伏成形）起伏成形 起伏成形主要用來(lái)增強(qiáng)零件的剛度和強(qiáng)度。起伏成形主要用來(lái)增強(qiáng)零件的剛度和強(qiáng)度。 起伏成形有壓加強(qiáng)筋、壓凸包、壓字和壓花等。起伏成形有壓加強(qiáng)筋、壓凸包、壓字和壓花等。 1 1）壓加強(qiáng)筋）壓加強(qiáng)筋 能夠一次壓出加強(qiáng)筋的條件：能夠一次壓出加強(qiáng)筋的條件： 2

9、2）壓凸包）壓凸包 許用凸包高度許用凸包高度 表示其極限變形程度。表示其極限變形程度。 75. 07 . 0%00LLLphp起伏成形起伏成形 a)a)加強(qiáng)筋；加強(qiáng)筋；b) b) 局部凹坑局部凹坑 max0max0=pdKddKd（2 2）空心毛坯的脹形）空心毛坯的脹形( (圖圖5-3)5-3) 變形程度用脹形系數(shù)表示變形程度用脹形系數(shù)表示: : 脹形極限用極限脹形系數(shù)表示脹形極限用極限脹形系數(shù)表示: : 極限脹形系數(shù)與毛坯切向的許用延極限脹形系數(shù)與毛坯切向的許用延伸率有關(guān)，即：伸率有關(guān)，即：max001ppddKd（3 3）張拉成形）張拉成形特點(diǎn)：曲面變形量很小，破裂不是生產(chǎn)中的主要問(wèn)題，特

10、點(diǎn)：曲面變形量很小，破裂不是生產(chǎn)中的主要問(wèn)題，零件脫模后的曲面回彈，造成零件出現(xiàn)較大的形零件脫模后的曲面回彈，造成零件出現(xiàn)較大的形狀誤差。狀誤差。措施：工藝上：）調(diào)整壓邊力；措施：工藝上：）調(diào)整壓邊力；）使用拉深筋；）使用拉深筋；）增大毛料尺寸等。）增大毛料尺寸等。選材上：選用屈強(qiáng)比較小的板料成形零件。選材上：選用屈強(qiáng)比較小的板料成形零件。張拉成形變形特點(diǎn)及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)圖。張拉成形變形特點(diǎn)及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)圖。 （教材（教材P135P135圖、）圖、）張拉成形的變形變形程度用拉形系數(shù)表示；張拉成形的變形變形程度用拉形系數(shù)表示； 張拉成形極限用極限拉形系數(shù)表示，即：張拉成形極限用極限拉形系數(shù)表示，即

11、： 其中：其中：maxmaxmax0minmin2max11.0110.8llnllllKlllKem in021 .0 10 .8nllllle 5 5、2 2 翻邊翻邊翻邊：利用模具將工件的孔邊緣翻成豎直翻邊：利用模具將工件的孔邊緣翻成豎直的邊。的邊。（圖（圖7-17-1）一、圓孔翻邊一、圓孔翻邊1 1、圓孔翻邊的變形特點(diǎn)、圓孔翻邊的變形特點(diǎn)（圖（圖7-2 7-2 ） 變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)為雙向（徑向、切向）變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)為雙向（徑向、切向） 受拉的平面應(yīng)力狀態(tài)。受拉的平面應(yīng)力狀態(tài)。變形區(qū)的雙向應(yīng)力分布為：變形區(qū)的雙向應(yīng)力分布為： 圓孔翻邊的特點(diǎn)是：圓孔翻邊的特點(diǎn)是： 變形區(qū)材料在單向或雙向拉應(yīng)

12、力作用下，切向伸長(zhǎng)變變形區(qū)材料在單向或雙向拉應(yīng)力作用下，切向伸長(zhǎng)變形大于徑向壓縮變形，導(dǎo)致材料厚度減薄，屬于伸長(zhǎng)翻邊。形大于徑向壓縮變形，導(dǎo)致材料厚度減薄，屬于伸長(zhǎng)翻邊。 通常圓孔翻邊時(shí)，孔緣在單向拉應(yīng)力作用下，切向伸長(zhǎng)通常圓孔翻邊時(shí)，孔緣在單向拉應(yīng)力作用下，切向伸長(zhǎng)變形引起的厚度減薄最大，最容易破裂。由于擦料性質(zhì)不均變形引起的厚度減薄最大，最容易破裂。由于擦料性質(zhì)不均勻，孔緣各處允許的切向延伸率不同，一旦孔緣某處的伸長(zhǎng)勻，孔緣各處允許的切向延伸率不同，一旦孔緣某處的伸長(zhǎng)變形超過(guò)了該處的延伸率，該處就會(huì)因厚度減薄過(guò)大而破裂。變形超過(guò)了該處的延伸率，該處就會(huì)因厚度減薄過(guò)大而破裂。將因材料局部延伸

13、率不足引起的破裂叫做將因材料局部延伸率不足引起的破裂叫做破裂。破裂。1.1551.155(1)ssr在孔緣處，r= ，故： 2、圓孔翻邊的變形程度 用翻邊系數(shù)表示： K值越小，豎邊孔緣厚度減薄愈大，容易發(fā)生破裂，故圓孔翻邊成形極限受K值限制。0mdDK 3 3、影響圓孔翻邊成形極限的因素有：、影響圓孔翻邊成形極限的因素有：）材料延伸率和應(yīng)變硬化指數(shù)越大，成形極限越大；）材料延伸率和應(yīng)變硬化指數(shù)越大，成形極限越大；）孔緣無(wú)毛刺和硬化時(shí)，成形極限較大；）孔緣無(wú)毛刺和硬化時(shí)，成形極限較大；）用球形、錐形和拋物形凸模翻邊時(shí)，孔緣會(huì)圓）用球形、錐形和拋物形凸模翻邊時(shí)，孔緣會(huì)圓滑地脹開(kāi)，變形條件比平底凸模

14、優(yōu)越，故成形滑地脹開(kāi)，變形條件比平底凸模優(yōu)越，故成形極限較大；極限較大；）板料相對(duì)厚度越大，成形極限愈大。）板料相對(duì)厚度越大，成形極限愈大。 4 4、翻邊力的計(jì)算、翻邊力的計(jì)算采用平底凸模翻邊：采用平底凸模翻邊： （N N） 采用球頭凸模翻邊：采用球頭凸模翻邊： （N N）stdDF)(1 . 10bDtKF02 . 1 5 5、翻邊模設(shè)計(jì)、翻邊模設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)類(lèi)型（、結(jié)構(gòu)類(lèi)型（圖圖7-87-8、圖圖7-97-9） 、翻邊凸模和凹模設(shè)計(jì)（、翻邊凸模和凹模設(shè)計(jì)（圖圖7-10 7-10 ）二、變薄翻邊二、變薄翻邊 若零件的翻邊高度較大難于一次成形時(shí)，可在不影響使若零件的翻邊高度較大難于一次成形時(shí)，可在

15、不影響使用要求的條件下采用變薄翻邊，以提高生產(chǎn)效率并節(jié)約材料。用要求的條件下采用變薄翻邊，以提高生產(chǎn)效率并節(jié)約材料。 變薄翻邊屬于體積成形。變薄翻邊時(shí)，凸模和凹模之間變薄翻邊屬于體積成形。變薄翻邊時(shí)，凸模和凹模之間采用小間隙，凸模下方的材料變形與圓孔翻邊相似，但它們成采用小間隙，凸模下方的材料變形與圓孔翻邊相似，但它們成形為豎邊后，將會(huì)在凸模和凹模之間的小間隙內(nèi)受到擠壓，進(jìn)形為豎邊后，將會(huì)在凸模和凹模之間的小間隙內(nèi)受到擠壓，進(jìn)一步發(fā)生較大的塑性變形，使厚度顯著減薄，從而提高翻邊高一步發(fā)生較大的塑性變形，使厚度顯著減薄，從而提高翻邊高度。由于變薄翻邊屬于體積成形，所以變薄翻邊的變形程度只度。由于

16、變薄翻邊屬于體積成形，所以變薄翻邊的變形程度只取決于豎邊的變薄系數(shù)：取決于豎邊的變薄系數(shù)：10tkt三、外緣翻邊三、外緣翻邊1 1、內(nèi)曲翻邊、內(nèi)曲翻邊 用模具把坯料上內(nèi)凹的外邊緣翻成豎邊的沖壓用模具把坯料上內(nèi)凹的外邊緣翻成豎邊的沖壓加工方法叫做內(nèi)曲翻邊，也叫內(nèi)凹外緣翻邊。加工方法叫做內(nèi)曲翻邊，也叫內(nèi)凹外緣翻邊。 內(nèi)曲翻邊的應(yīng)力和應(yīng)變情況與圓孔翻邊相似，內(nèi)曲翻邊的應(yīng)力和應(yīng)變情況與圓孔翻邊相似，所以也屬于伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊。所以也屬于伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊。 內(nèi)曲翻邊的變形程度表示為：內(nèi)曲翻邊的變形程度表示為： sbERb2 2、外曲翻邊、外曲翻邊 用模具把坯料上外凸的外邊緣翻成豎邊的沖壓用模具把坯料上外凸的外邊緣翻

17、成豎邊的沖壓加工方法叫做外曲翻邊，也叫外凸外緣翻邊。加工方法叫做外曲翻邊，也叫外凸外緣翻邊。 外曲翻邊的應(yīng)力和應(yīng)變情況與淺拉深相似，豎邊外曲翻邊的應(yīng)力和應(yīng)變情況與淺拉深相似，豎邊根部附近的根部附近的 圓角部位產(chǎn)生彎曲變形，而豎邊的其他部圓角部位產(chǎn)生彎曲變形，而豎邊的其他部位均受切向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生較大的壓縮變形，導(dǎo)致位均受切向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生較大的壓縮變形，導(dǎo)致材料厚度有所增大，故稱(chēng)為壓縮類(lèi)翻邊。材料厚度有所增大，故稱(chēng)為壓縮類(lèi)翻邊。所以也屬于伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊。所以也屬于伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊。 外曲翻邊的變形程度表示為：外曲翻邊的變形程度表示為：cbERb四、非圓孔翻邊四、非圓孔翻邊非圓孔翻邊時(shí)，視孔緣上曲線(xiàn)性質(zhì)不同，各部分變形非圓孔翻邊時(shí)，視孔緣上曲線(xiàn)性質(zhì)不同，各部分變形性質(zhì)也不同；通常屬于復(fù)合翻邊成形。性質(zhì)也不同；通常屬于復(fù)合翻邊成形。（教材（教材P148P148圖）圖）由于應(yīng)變分散效應(yīng)的影響