局部成形工藝及模具設(shè)計(jì)

本章學(xué)習(xí)要求５.１脹形５.２翻邊５.３縮口

本章學(xué)習(xí)要求：

1.掌握脹形模、翻邊模、縮口模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法；2.熟悉脹形、翻邊、縮口等成形工序的變形特點(diǎn)。

5.1脹形

常用的脹形方法有剛模脹形和以液體、氣體、橡膠等為施力介質(zhì)的軟模脹形。5.1.1脹形的變形特點(diǎn)與脹形極限變形程度1.脹形的變形特點(diǎn)(如圖5.1.1)球頭凸模脹形平板毛坯時(shí)的脹形變形區(qū)及其主應(yīng)力和主應(yīng)變圖。圖中涂黑部分表示脹形變形區(qū)。

2.脹形的極限變形程度脹形極限變形程度主要取決于材料的塑性和變形的均勻性。

5.1.2平板毛坯的起伏成形（圖5.1.2）

起伏成形的極限的變形程度多用脹形深度表示，也可以近似地按單向拉伸變形處理，即：

欲提高脹形的極限變形程度,可采用(如圖5.1.4)所示兩次脹形法。1.壓加強(qiáng)筋(1)用剛性凸模壓制加強(qiáng)筋的變形力按式計(jì)算:(2)對在曲柄壓力機(jī)上用薄料（t<1.5mm）對小工件（面積<2000）壓筋或壓筋兼有校形工序時(shí)的變形力按式計(jì)算;(3)軟模脹形的單位壓力可按式近似計(jì)算（不考慮材料厚度變?。?。2.壓凹坑壓凹坑時(shí)，成形極限常用極限脹形深度表示，如果是純脹形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大。圖5.1.4兩次脹形示意圖

5.1.3空心毛坯的脹形空心毛坯脹形是將空心件或管狀坯料脹出所需曲面的一種加工方法。用這種方法可以成形高壓氣瓶、球形容器、波紋管、自行車三通接頭（如圖5.1.5）等產(chǎn)品或零件。剛模脹形(如圖5.1.6)。軟模脹形(如圖5.1.7)。

圓柱形空心毛坯脹形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)(如圖5.1.8)。

圖5.1.5自行車多通接頭圖5.1.6鋼模脹形1-凹模；2-分瓣凸模；3-錐形芯軸4-拉簧；5-毛坯；6-頂桿；7-下凹模圖5.1.7自行車多通接頭軟模脹形1、4-凸模壓柱；2-分塊凹模；3-模套圖5.1.8圓圓柱形形空心心毛坯坯脹形形時(shí)的的應(yīng)力力1.脹脹形系系數(shù)空心毛毛坯脹脹形的的變形形程度度用下下式表表示：：2.脹脹形形力剛模脹脹形所所需壓壓力的的計(jì)算算公式式,可可根據(jù)據(jù)力的的平衡衡方程程式推推導(dǎo)得得到,其表表達(dá)式式為:3.脹脹形毛毛坯尺尺寸的的計(jì)算算毛坯長長度可可按下下式近近似計(jì)計(jì)算:5.1.4脹脹形模模設(shè)計(jì)計(jì)舉例例(圖5.1.9)1.工工藝分分析該工件件側(cè)壁壁屬空空心毛毛坯脹脹形，，底部部屬起起伏成成形，，具有有代表表性。。2.工工藝計(jì)計(jì)算(1)底部部壓凹凹坑的的計(jì)算算查教材材表5.1.2得極極限脹脹形深深度h=0.15,d=2.25mm,此值值大于于工件件工件件底部部凹坑坑的實(shí)實(shí)際高高度，，可以以一次次成形形。壓凹所所需成成形力力計(jì)算算：圖5.1.9罩罩蓋蓋脹形形1—下下模板板2—螺螺栓3——壓凹凹坑凸凸模4——壓凹凹坑凹凹模5——脹形形下模模6—脹脹形上上模7——聚氨氨脂橡橡膠8——拉桿桿9—上上固定定板10—上上模板板11——螺栓栓12——模柄柄13——彈簧簧14——螺母母15——拉桿桿螺栓栓16——導(dǎo)柱柱17——導(dǎo)套套(2)側(cè)壁壁脹形形計(jì)算算：側(cè)壁成成形力力近似似按兩兩端不不固定定形式式計(jì)算算：(3)總成成形力力的計(jì)計(jì)算3.模模具結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)5.2翻邊邊（如圖5.2.1）按變形形的性性質(zhì)，，翻邊邊分為為伸長長類翻翻邊和和壓縮縮類翻翻邊。。5.2.1內(nèi)孔孔翻邊邊1.內(nèi)內(nèi)孔翻翻邊的的變形形特點(diǎn)點(diǎn)圓孔翻翻邊及及其應(yīng)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變分分布（（如圖5.2.2）。對非圓圓孔的的內(nèi)孔孔翻邊邊（如圖5.2.3）。2.圓圓孔翻翻邊的的極限限變形形程度度影響極極限翻翻邊系系數(shù)的的因素素：(1)材料料的塑塑性;(2)孔孔的的加加工工方方法法;(3)預(yù)預(yù)制制孔孔的的相相對對直直徑徑;(4)凸凸模模的的形形狀狀。。圖5.2.1內(nèi)內(nèi)孔孔與與外外緣緣翻翻邊邊零零件件３.內(nèi)內(nèi)孔孔翻翻邊邊的的工工藝藝設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)(1)預(yù)預(yù)制制孔孔直直徑徑d0和翻翻邊邊高高度度Ha.一一次次翻翻邊邊成成形形(如圖圖5.2.4)所所示示是是在在平平板板毛毛坯坯上上一一次次翻翻孔孔的的圖圖。。d0與H按下下式式計(jì)計(jì)算算:b.拉拉深深后后再再翻翻邊邊（（如圖圖5.2.5）應(yīng)先確確定翻翻邊高高度h,再根根據(jù)翻翻邊高高度確確定預(yù)預(yù)制孔孔直徑徑d0和高度度h1。由計(jì)算算公式式：圖5.2.5拉拉深件件底部部沖孔孔后翻翻邊(2)凸、、凹模模的形形狀及及尺寸寸翻邊凸凸模的的形狀狀有平平底形形、曲曲面形形（球球形、、拋物物線形形等））和錐錐形，，幾種種常見見的翻翻邊凸凸模的的結(jié)構(gòu)構(gòu)形狀狀（如圖5.2.6）。(3)凸、、凹模模的間間隙(4)翻邊邊力與與壓邊邊力在所有有凸模模中，，圓柱柱形平平底凸凸模的的翻邊邊力最最大。。其公式式為：：5.2.2平平面面外緣緣翻邊邊1.平平面外外緣翻翻邊的的變形形特點(diǎn)點(diǎn)平面外外緣翻翻邊可可分為為內(nèi)凹凹外緣緣翻邊邊和外外凸外外緣翻翻邊（（如圖5.2.7）。2.極極限變變形程程度內(nèi)凹外外緣翻翻邊的的變形形程度度用翻翻邊系系數(shù)Es表示：：外凸外外緣翻翻邊的的變形形程度度用翻翻邊系系數(shù)Ec表示：：3.平平面外外緣翻翻邊的的毛坯坯尺寸寸5.2.3變變薄翻翻邊變薄翻翻邊的的變形形程度度用變變薄系系數(shù)表表示，，其表表達(dá)式式為：：式中k為變薄薄系數(shù)數(shù)，k＝０.４～～０.５；；t1—為為工件件翻邊邊后豎豎邊的的厚度度；t0—為為毛坯坯厚度度。5.2.4翻邊邊模的的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)及舉舉例內(nèi)孔翻翻邊模模如圖5.2.8。落料、、拉深深、沖沖孔、、翻邊邊復(fù)合合模如如圖5.2.9。內(nèi)外緣緣翻邊邊復(fù)合合模如如圖5.2.10。圖5.2.8內(nèi)內(nèi)孔翻翻邊模模圖5.2.9落落料料、拉拉深、、沖孔孔、翻翻邊復(fù)復(fù)合模模1、、8-凸凹凹模；；2-沖孔孔凸模模；3-推推件塊塊；4-落料料凹模模；5-頂頂件塊塊；6-頂頂桿；；7-固定定板；；9-卸卸料板板；10墊墊片圖5.2.10內(nèi)內(nèi)外外緣翻翻邊復(fù)復(fù)合模模1-外外緣翻翻邊凸凸模；；2-凸凸模固固定板板；3-外外緣翻翻邊凹凹模；；4-內(nèi)緣緣翻邊邊凸模模；5-壓壓料板板；6-頂頂件塊塊；7-內(nèi)內(nèi)緣翻翻邊凹凹模；；8-推件件板5.3縮縮口口縮口是是將預(yù)預(yù)先成成形好好的圓圓筒件件或管管件坯坯料,通過過縮口口模具具將其其口部部縮小小的一一種成成形工工序。?？s口口與拉拉深工工序的的比較較（如圖5.3.1）。5.3.1縮縮口成成形的的特點(diǎn)點(diǎn)與變變形程程度1.縮縮口口成形形的變變形特特點(diǎn)（（如圖5.3.2）常見的的縮口口形式式有斜斜口式式、直直口式式和球球面式式(如圖5.3.3)。。變形區(qū)區(qū)由于于受到到較大大切向向壓應(yīng)應(yīng)力的的作用用易產(chǎn)產(chǎn)生切切向失失穩(wěn)而而起皺皺，起起傳力力作用用的筒筒壁區(qū)區(qū)由于于受到到軸向向壓應(yīng)應(yīng)力的的作用用易產(chǎn)產(chǎn)生軸軸向失失穩(wěn)而而起皺皺，所所以失失穩(wěn)起起皺是是縮口口工序序的主主要障障礙。。圖5.3.1縮縮口與與拉深深工序序的比比較圖5.3.2縮縮口成成形的的變形形特點(diǎn)點(diǎn)圖5.3.3縮縮口形形式)斜口口形式式)直口口形式式)球面面形式式2.縮縮口變變形程程度縮口變變形程程度用用縮口口系數(shù)數(shù)ms來表示示，其其表達(dá)達(dá)式：：式中d—縮口口后的的直徑徑；D—為縮縮口前前的直直徑。。5.3.2縮口口的工工藝計(jì)計(jì)算1.縮縮口次次數(shù)及及縮口口系數(shù)數(shù)的確確定縮口次次數(shù)由由下式式確定定：式中：：—總縮縮口系系數(shù)，，；；—平均均縮口口系數(shù)數(shù)，可可先取取。。n的計(jì)算算值一一般是是小數(shù)數(shù)，應(yīng)應(yīng)進(jìn)位位成整整數(shù)。。2.毛毛坯坯尺寸寸的計(jì)計(jì)算斜口形形式：：直口形形式：：球面形形式：：３.縮縮口力力只有外外支承承的縮縮口壓壓力，，可按按下式式估算算：式中：：F—縮口口力（N)；k—速度度系數(shù)數(shù)，用用曲柄柄壓力力機(jī)時(shí)時(shí)k=1.15；—材料的的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度（MPa)；—工件與與凹模接接觸的摩摩擦系數(shù)數(shù)。5.3.3縮口口模具結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)及舉例例縮口模具具結(jié)構(gòu)根根據(jù)支承承情況分分為：無支承外支承內(nèi)外支承承如圖5.3.4剛制氣瓶瓶縮口模模（如圖5.3.5）。擋環(huán)縮口口擴(kuò)口復(fù)復(fù)合模（（如圖5.3.6）。圖5.3.4不不同同支承方方法的模模具結(jié)構(gòu)構(gòu)形式a)無支支承b)外支支承c)內(nèi)外外支承圖5.3.5氣氣瓶縮縮口模1-頂桿桿；2-下模板板；3、、14-螺栓；；4、、11-銷釘；；5-