鈑金脹形壓縮翻邊

1、鈑金脹形壓縮翻邊第1頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三5.1 脹形第2頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 利用脹形模具，使板平面或圓柱面內(nèi)局部區(qū)域坯料在雙向拉應(yīng)力作用下，產(chǎn)生兩向伸長變形，厚度減薄，表面積增大，以獲得所需要幾何形狀和尺寸制件的沖壓工序。生產(chǎn)中起伏成形、圓柱形空心毛坯的鼓肚成形，波紋管及平板毛坯張拉成形均屬脹形成形。第3頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三脹形常與其它方式的成形同時(shí)發(fā)生。某些汽車、拖拉機(jī)覆蓋件和一些復(fù)雜形狀零件成形，常常包含一定程度脹形成分。脹形加工中，金屬流動(dòng)量小，因此，使坯料變形均勻以及控制

2、整個(gè)成形工序中脹形變形量是決定成敗及制件質(zhì)量的關(guān)鍵。第4頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三a）彎曲、局部脹形 b）脹形擴(kuò)展至變形結(jié)束圖5-1 脹形變形過程第5頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三(1)平板毛坯脹形變形特點(diǎn) 1)變形過程 凸模下降與毛坯接觸時(shí)，在彎矩和拉應(yīng)力作用下，凹模圓角處坯料發(fā)生彎曲變形。與此同時(shí)，凸模底部少量毛坯承受了全部脹形變形力，應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，便產(chǎn)生了變形。與凸模底部接觸坯料屈服后產(chǎn)生硬化，變形向外擴(kuò)展，貼模坯料逐漸增加，表面積增大,厚度減薄，直至坯料全部包敷凸模，完成加工。脹形變形是彎曲，局部脹形及由于加工硬化，貼模面

3、積增加，脹形向外擴(kuò)展的過程。 第6頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三2)脹形變形區(qū)及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 如圖5-1所示，脹形變形過程中，毛坯被帶凸筋的壓邊圈壓緊，外部材料無法流入，變形被限制在凸筋或凹模圓角以內(nèi)的局部區(qū)域。 第7頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 圖5-2顯示了平板毛坯局部脹形成形時(shí)，變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。在變形區(qū)內(nèi)，坯料在雙向拉應(yīng)力作用下，沿切向和徑向產(chǎn)生伸長變形，厚度變薄，表面積增大。a）應(yīng)力狀態(tài) b）應(yīng)變狀態(tài)圖5-2 變形區(qū)應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)第8頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 3)變形力行程曲線 與拉深不

4、同，脹形時(shí)變形區(qū)是在不斷擴(kuò)大的。由于加工硬化，脹形變形力行程曲線是單調(diào)增曲線，產(chǎn)生破裂時(shí)脹形力達(dá)到最大值。第9頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 a）徑向和厚度方向應(yīng)變分布 b）切向和徑向應(yīng)變分布圖5-3 脹形件的應(yīng)變分布和應(yīng)變狀態(tài)圖 4)應(yīng)變和板厚的分布 圖5-3是平板毛坯局部脹形時(shí)的應(yīng)變分布圖。由圖中可見，變形區(qū)內(nèi)徑向應(yīng)變r(jià)和切向應(yīng)變?nèi)看笥诹?，而厚度方向的?yīng)變小于零，坯料變薄。第10頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 5)脹形變形服從材料的變形規(guī)律 當(dāng)存在多種變形可能性時(shí)，實(shí)際的變形方式使得載荷最小。毛坯的外徑足夠大，內(nèi)孔較小時(shí)，拉深變形阻

5、力和擴(kuò)孔、翻邊變形阻力大于脹形變形阻力時(shí)，變形性質(zhì)由脹形決定。第11頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三圖4-6 毛坯尺寸和工序類型的關(guān)系第12頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 a） b）a）加強(qiáng)筋和凸包壓制 b）汽車前圍壓字圖5-4 起伏成形的例子(2)平板毛坯脹形成形極限1)起伏成形 是一種使材料變薄，表面積增大，形成局部凹進(jìn)或凸起來改變毛坯形狀的方法。如圖5-4所示，起伏成形主要用于壓制凸包、加強(qiáng)筋和藝術(shù)裝飾品浮雕。 第13頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 在寬法蘭件的成形中，法蘭寬度大于某值后，法蘭部分不再產(chǎn)生塑

6、性流動(dòng)，法蘭尺寸保持不變。成形靠凹模圓角以內(nèi)材料的變薄，極限成形高度與毛坯直徑無關(guān)，這一階段就是脹形變形階段。它與拉深的分界點(diǎn)取決于毛坯尺寸，材料性能，模具幾何參數(shù)和壓邊力大小，如圖5-5所示，d/D0約在0.380.35之間。曲線以上為破裂區(qū)，以下為安全區(qū)，線上為臨界狀態(tài)。第14頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三圖5-5 拉深與起伏成形的分界第15頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三2)平板毛坯脹形變形程度及成形極限壓凸包:脹形深度h；最大脹形深度hmax壓筋:(圖5-6)伸長率最大伸長率(0.70.75)第16頁，共55頁，2022年，5月20

7、日，23點(diǎn)21分，星期三圖5-6 沖制加強(qiáng)筋時(shí)的伸長率 第17頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 如圖5-7所示,如果凸包深度大于最大脹形深度，則應(yīng)增加工序。與拉深加工不同,由于脹形時(shí)材料變薄嚴(yán)重,工序數(shù)不會(huì)太多。前道工序主要目的是使變形均勻, 為后道工序準(zhǔn)備材料。圖5-7 兩道工序完成的凸形第18頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三(2)圓柱形空心毛坯的脹形1)脹形方式a橡皮（或聚氨酯）凸模脹形 該脹形方式如圖5-8所示。由于聚氨酯橡膠優(yōu)良的物理機(jī)械性能，用它作工作介質(zhì)的脹形得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。 圖5-8 橡皮凸模脹形 第19頁，共55頁，20

8、22年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三b.分塊式凸模脹形 如圖5-9所示，采用剛性凸模，凸模必須作成分塊式，以便出模時(shí)由楔狀心塊將其分開。圖5-9 分塊式凸模脹形第20頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三c.液壓脹形 如圖5-10所示，用液體作為凸模的脹形方式稱做液壓脹形。d.石蠟脹形 除采用橡皮和液體等軟模來成形外,還可采用石蠟作為傳力介質(zhì)進(jìn)行脹形。 a）直接傾注液體法 b）充液橡皮囊法圖5-10 液壓脹形第21頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三2)圓柱形空心毛坯脹形的成形極限 生產(chǎn)中用脹形系數(shù)K表示圓柱形空心毛坯脹形的變形程度。用最大脹形系數(shù)

9、Kmax表示其破裂成形極限。 脹形系數(shù): K=dmax/d 在脹形時(shí)對毛坯軸向加壓的話，脹形成形極限可以增大。對毛坯變形區(qū)局部加熱會(huì)顯著增大脹形變形程度。第22頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三(3)影響脹形成形極限的因素1)材料性能 加工硬化指數(shù)n值對脹形成形極限影響極大。 n值大，加工硬化能力強(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強(qiáng)度，故成形極限也大。2)變形均勻程度 脹形破裂發(fā)生在板料厚度減薄最大部位。變形均勻，板料厚度減薄均勻能獲得較大的脹形變形程度。第23頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三3)制件形狀和尺寸 就球形凸模和平

10、底凸模而言,球形凸模脹形時(shí)，應(yīng)變分布比較均勻，能獲得較大的脹形變形程度。4)潤滑條件、變形速度及材料厚度 第24頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三(4)脹形力的計(jì)算1)平板毛坯脹形成形力的計(jì)算 壓制加強(qiáng)筋時(shí),近似按下式計(jì)算。 在曲柄壓機(jī)上對薄料(t1.5mm)、小零件(面積2000mm2 )脹形時(shí),其脹形力可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。第25頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三2)圓柱形空心毛坯脹形力的計(jì)算 可按下式計(jì)算。 脹形單位壓力p可按下式計(jì)算。 第26頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三5.2 翻邊第27頁，共55頁，2022年，

11、5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 利用模具把板料孔緣或外緣翻成豎邊,或?qū)A柱形空心毛坯口部翻出法蘭的沖壓工序。翻邊總是與彎曲變形同時(shí)發(fā)生。如圖5-11所示，根據(jù)翻邊件形狀及變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的不同，翻邊可分為直線翻邊、伸長類翻邊、壓縮類翻邊和復(fù)合翻邊四種形式。直線翻邊即彎曲，壓縮類翻邊的本質(zhì)與拉深相同。此外，按翻邊材料厚度變化情況，翻邊還可分為普通翻邊與變薄翻邊兩類。第28頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 a） b）c） d） a）直線翻邊 b）伸長類翻邊 c）壓縮類翻邊 d）復(fù)合翻邊圖5-11 四種基本翻邊形式第29頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分

12、，星期三拉伸翻邊與收縮翻邊 第30頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三第31頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三(1)內(nèi)孔翻邊的變形特點(diǎn) 1)變形過程 圖5-12是內(nèi)孔翻邊變形過程示意圖。翻邊加工時(shí)，帶有圓孔的環(huán)形毛坯被壓邊圈壓緊，當(dāng)壓力機(jī)滑塊下行時(shí)，板料在凸模作用下產(chǎn)生彎曲的同時(shí)，毛坯中心孔不斷擴(kuò)大，凸模下面的材料向側(cè)面轉(zhuǎn)移，直到完全貼靠凹模側(cè)壁形成直立的豎邊。因此，內(nèi)孔翻邊的變形過程實(shí)質(zhì)上是彎曲、擴(kuò)孔和翻邊的復(fù)合變形過程。第32頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三a）翻邊過程 b）變形區(qū)應(yīng)力,應(yīng)變狀態(tài)圖5-12 內(nèi)孔翻邊第3

13、3頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三2)翻邊變形區(qū)及變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 內(nèi)孔翻邊時(shí)，變形區(qū)被限制在凹模圓角以內(nèi)的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)。與拉深成形通過將板料沿圓周方向壓縮來形成側(cè)壁相反，內(nèi)孔翻邊是在板料向凹模圓角彎曲的同時(shí)，通過將板料沿圓周方向拉長形成側(cè)壁的過程。第34頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三如圖5-12b所示，變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)為雙向拉應(yīng)力狀態(tài)，即0、r0?？走吘壧?，由于徑向材料可以自由變形， r為零而達(dá)到最大值。由孔邊緣向凹模圓角處過渡，徑向應(yīng)力逐漸增大而切向應(yīng)力逐漸減小。與脹形變形時(shí)板平面的雙向伸長變形不同，內(nèi)孔翻邊成形時(shí)，在雙向拉應(yīng)力作用下，

14、板料沿圓周方向伸長，0，徑向收縮，r0。 第35頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三3)翻邊變形力行程曲線 翻邊變形力主要由凹模圓角處坯料的彎曲力和擴(kuò)孔、翻邊變形阻力兩部分組成。如圖5-13所示，在變形過程中，由于變形區(qū)域的減小和加工硬化對擴(kuò)孔、翻邊力影響的相反效果，力-行程曲線也呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。此外，由圖中可見，翻邊力還受到凸模底部形狀的很大影響，平底凸模成形力較大，球底凸模的成形力較小。 第36頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三圖5-13 內(nèi)孔翻邊的力-行程曲線第37頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三4) 應(yīng)變和板

15、厚的分布 由圖中可見，內(nèi)孔翻邊時(shí),切向應(yīng)變基本上都大于零，厚向應(yīng)變均小于零，屬伸長類變形,孔邊緣厚度減薄最為嚴(yán)重，變形區(qū)應(yīng)變分布極不均勻。內(nèi)孔翻邊的孔緣在單向拉應(yīng)力作用下，切向伸長變形引起的厚度變薄最嚴(yán)重，一旦變形超過了材料伸長率，該處就會(huì)產(chǎn)生破裂。通常把這種因材料局部塑性變形量過大引起的破裂叫做塑性破裂，它決定了伸長類翻邊的成形極限?？走吘墧嗝尜|(zhì)量狀況對這類翻邊的成形極限影響很大。 第38頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三a）應(yīng)變分布圖 b）應(yīng)變狀態(tài)圖圖5-14 內(nèi)孔翻邊的應(yīng)變分布與應(yīng)變狀態(tài)圖第39頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三5)內(nèi)孔翻邊

16、的變形規(guī)律 如圖5-15所示,變形性質(zhì)與毛坯尺寸、凸凹模圓角半徑及形狀、模具間隙等因素有關(guān)。變形服從材料的變形規(guī)律,毛坯外徑足夠大，預(yù)制孔直徑較大或壓邊力大時(shí)，拉深變形和脹形變形阻力大于擴(kuò)孔翻邊變形阻力。在這種情況下，變形的性質(zhì)由內(nèi)孔翻邊或擴(kuò)孔變形來決定。 第40頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三圖5-15 取決于D0/d和d0/d1組合的各種翻邊情況第41頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三(2)內(nèi)孔翻邊的成形極限及其影響因素1)翻邊系數(shù)Kf 和最小翻邊系數(shù)Kfmin的概念 生產(chǎn)中用翻邊系數(shù)Kf來表示圖5-16圓孔翻邊的變形程度。 翻邊時(shí)孔邊不破

17、裂達(dá)到最大變形程度時(shí)的值稱為最小翻邊系數(shù)，用Kfmin表示，它表示了圓孔翻邊的成形極限。第42頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三圖5-16 內(nèi)孔翻邊第43頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三2)影響最小翻邊系數(shù)Kfmin的因素a.材料性能 材料的伸長率值、硬化指數(shù)n值與塑性應(yīng)變比值愈大，則Kfmin愈小，即翻邊的極限變形程度越大。b.預(yù)制孔的狀況(鉆孔或沖孔，有無毛刺)c.毛坯的相對厚度(以t/D或d/t表示)e.凸模工作部分形狀 例如,采用球（拋物線或錐）形凸?？傻玫奖绕降淄鼓Ｐ〉姆呄禂?shù)。f.翻邊孔的形狀第44頁，共55頁，2022年，5月20

18、日，23點(diǎn)21分，星期三圖5-17 非圓形孔翻邊 第45頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三圖5-18 非圓形孔翻邊的實(shí)例第46頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三(3) 內(nèi)孔翻邊的工藝計(jì)算1)圓孔翻邊的毛坯計(jì)算a.預(yù)制孔徑計(jì)算 翻邊時(shí)材料主要是切向伸長，厚度變薄，徑向變形不大,可根據(jù)彎曲件中性層長度不變原則來求預(yù)制孔徑。 第47頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三b.翻邊高度計(jì)算在翻邊系數(shù)達(dá)到Kfmin時(shí)的最大翻邊高度hmax:第48頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期三 制件要求高度hhmax時(shí)，不能一次翻邊成形。如果是單個(gè)毛坯的小孔翻邊，可采用變薄翻邊方法。對于大孔的翻邊或在帶料上連續(xù)拉深的翻邊則可采用圖5-19所示的先拉深、沖底孔、再翻邊的辦法。第49頁，共55頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星