其他沖壓成形工藝-課件

第五章其他沖壓成形工藝§5.1脹形§5.2圓孔翻邊§5.3縮口§5.4旋壓§5.1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工方法叫做脹形。

沖壓生產(chǎn)中的起伏成形、圓柱形空心毛坯的凸脹成形、波紋管的成形及飛機(jī)蒙皮張拉成形等均屬于脹形成形。汽車覆蓋件等形狀比較復(fù)雜的零件成形也常常包含脹形成分。脹形的方法有：

1、鋼模脹形法

2、軟模脹形法

3、液壓脹形法軟模脹形法液壓脹形法起伏成形自行車多通接頭

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1、管件液壓柔性成形技術(shù)原理及其分類

液壓柔性成形原理是通過(guò)內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管坯壓入到模具型腔使其成形，如圖1所示。其基本工藝過(guò)程為：首先將管坯1放在下模2內(nèi)，然后閉合上模3，將管的兩端用水平?jīng)_頭4和5密封，并使管坯內(nèi)充滿液體。在加壓脹形的過(guò)程中，兩端的沖頭同時(shí)向內(nèi)推進(jìn)補(bǔ)料，這樣在內(nèi)壓和軸力的聯(lián)合作用下使管坯貼靠模具而成形為所需的工件。圖4用于汽車排氣系統(tǒng)的Y形三通管件(SPS)

圖5是汽車上采用的一種接觸反應(yīng)轉(zhuǎn)換器，由一對(duì)圓錐體形成。利用管材液壓柔性技術(shù)成形后，再?gòu)闹虚g剖開，從而形成兩個(gè)零件。利用管材液壓柔性成形技術(shù)可以獲得100%的膨脹量。圖5一次成形的雙錐體零件（SPS）

在汽車排氣系統(tǒng)中，還有一類零件，就是符合氣體動(dòng)力學(xué)原理和具有消音功能的復(fù)雜的空間構(gòu)件。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝一般是先沖壓后焊接再一起，這就影響了零件的總體裝配精度，零件的功能也將受到影響。而利用管材液壓柔性成形就消除了這種缺陷的產(chǎn)生，一次生產(chǎn)出合格的零件，如圖6所示，為管材液壓柔性成形生產(chǎn)的一種典型的零件。圖6具有復(fù)雜空間尺寸的汽車排氣管件(SPS)§5.1脹形一、脹形成形特點(diǎn)脹形的特點(diǎn)是：

1、脹形時(shí)，板料的塑性變形區(qū)僅局限于一個(gè)固定的變形范圍內(nèi)，板料不向變形區(qū)外轉(zhuǎn)移，也不從變形區(qū)外進(jìn)入變形區(qū)。

2、脹形時(shí)板料在板面方向處于雙向受拉的應(yīng)力狀態(tài)，所以脹形時(shí)工件一般都是要變薄。因此在考慮脹形工藝時(shí)，主要應(yīng)防止材料受拉而脹裂。

3、脹形的極限變形程度，主要取決于材料的塑性。材料塑性越好，延伸率越大，則脹形的極限變形程度越大。

4、脹形時(shí)，材料處于雙向拉應(yīng)力狀態(tài)，在一般情況下，變形區(qū)的工件不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象。脹形成形的工件表面光滑、回彈小，質(zhì)量好。§5.1脹形一、脹形成形特點(diǎn)（續(xù)）圖5-1純脹形成形

圖5-2脹形時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變

§5.1脹形一、脹形成形特點(diǎn)（續(xù)）圖5-3脹形時(shí)的應(yīng)變分布與應(yīng)變狀態(tài)圖a）應(yīng)變分布圖b）應(yīng)變狀態(tài)圖a）b）§5.1脹形一、脹形成形特點(diǎn)（續(xù)）

應(yīng)變分布圖是沖壓成形時(shí)零件上各點(diǎn)或局部各點(diǎn)的應(yīng)變分布情況圖，應(yīng)變狀態(tài)圖是零件上各點(diǎn)或局部各點(diǎn)的應(yīng)變?cè)诙S主應(yīng)變平面上的分布狀況圖。成形方式、工藝條件和材料性能的改變，都會(huì)引起應(yīng)變分布圖和應(yīng)變狀態(tài)圖發(fā)生變化。利用應(yīng)變分布圖和應(yīng)變狀態(tài)圖可以分析沖壓變形區(qū)的應(yīng)變情況，尋求改善板料塑性流動(dòng)的措施，以解決沖壓成形時(shí)的各種失穩(wěn)問(wèn)題。將脹形時(shí)的應(yīng)變狀態(tài)圖與板料的成形極限圖（FLD）對(duì)比，若零件上某點(diǎn)的應(yīng)變量超出成形極限圖的應(yīng)變范圍，該點(diǎn)就是發(fā)生破裂的危險(xiǎn)點(diǎn)，必須采取措施（如改變毛坯或模具的幾何條件、調(diào)整壓邊力、修磨圓角、改變潤(rùn)滑或更換原材料等）降低該點(diǎn)應(yīng)變量，以保證不發(fā)生破裂。圖5-4脹形成形極限圖5-5脹形破裂§5.1脹形一、脹形成形特點(diǎn)（續(xù)）變形區(qū)各點(diǎn)厚度減?。é舤<0），強(qiáng)度下降，一旦變形區(qū)某點(diǎn)的拉應(yīng)力超過(guò)該點(diǎn)強(qiáng)度，發(fā)生破裂。因強(qiáng)度不足而引起的破裂叫做α破裂。§5.1脹形二、脹形成形極限

脹形成形極限以零件是否發(fā)生破裂來(lái)判別，由于脹形方法不同，成形極限的表示方法也不同。純脹形時(shí)，常用脹形高度來(lái)表示成形極限；采用其它脹形方法時(shí)，成形極限可分別用許用斷面變形程度εp（壓筋）、許用凸包高度hp（壓凸包）、極限脹形系數(shù)kp（圓柱形空心毛坯脹形）和極限拉形系數(shù)klmax（張拉成形）等表示成形極限。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)，所以影響因素基本相似?！?.1脹形二、脹形成形極限（續(xù)）

一般來(lái)講，脹形破裂總是發(fā)生在材料厚度減薄最大的部位，所以變形區(qū)的應(yīng)變分布是影響脹形極限的重要因素。若零件形狀和尺寸不同，脹形時(shí)的應(yīng)變分布也不相同。圖5-6為用球頭凸模和平底凸模脹形時(shí)的厚度分布情況。由圖可知，球頭凸模脹形時(shí)，應(yīng)變分布比較均勻，各點(diǎn)的應(yīng)變量都比較大，能獲得較大的脹形高度，故成形極限大。圖5-7為零件斷面形狀對(duì)脹形高度的影響?！?.1脹形二、脹形成形極限（續(xù)）圖5-6脹形時(shí)的厚度應(yīng)變分布情況圖5-7零件斷面形狀對(duì)脹形高度的影響§5.1脹形二、脹形成形極限（續(xù)）

影響脹形極限的材料因素：延伸率、應(yīng)變硬化指數(shù)n。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；n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，故成形極限也大。

潤(rùn)滑條件和變形速度（主要針對(duì)剛性凸模脹形）以及材料厚度對(duì)脹形極限也有影響。例如，用球頭凸模脹形時(shí)，若在毛坯和凸模之間施加良好的潤(rùn)滑（如加襯一定厚度的聚乙烯薄膜），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，主要通過(guò)改變摩擦系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)球頭凸模來(lái)講，速度大，摩擦系數(shù)減小，由于應(yīng)變分布均勻化，脹形高度有所增大?！?.1脹形二、脹形成形極限（續(xù)）

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，但料厚與零件尺寸比值較小時(shí)，其影響不太顯著?！?.1脹形三、脹形工藝方法1、起伏成形

板料在模具作用下，通過(guò)局部脹形而產(chǎn)生凸起或凹下的沖壓加工方法叫做起伏成形。起伏成形主要用來(lái)增強(qiáng)零件的剛度和強(qiáng)度。常見的起伏成形有壓加強(qiáng)筋、壓凸包、壓字和壓花等。起伏成形大多采用金屬?zèng)_模，對(duì)厚度較小的板料、薄料和膜片等可采用橡皮?；蛞簤好浶窝b置成形。起伏成形§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）1）壓加強(qiáng)筋§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）1）壓加強(qiáng)筋（續(xù)）

加強(qiáng)筋能否一次沖壓成形，與筋的幾何形狀和材料性質(zhì)有關(guān)，若不能一次成形，則應(yīng)采用多道工序（圖5-9）。圖5-9兩道工序成形的加強(qiáng)筋a）預(yù)成形b）最終成形A）§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）1）壓加強(qiáng)筋（續(xù)）

能夠一次成形加強(qiáng)筋的條件為：§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）1）壓加強(qiáng)筋（續(xù)）

圖5-10是斷面變形程度ε與壓筋成形相對(duì)高度的關(guān)系。由圖示和式（5－1）可知，壓筋高度與斷面變形程度關(guān)系，受材料延伸率影響。材料延伸率越大，一次壓筋許用的斷面變形程度越大，壓筋高度也就越大。圖5-10加強(qiáng)筋成形時(shí)斷面變形程度與相對(duì)高度的關(guān)系

1-計(jì)算值2-實(shí)測(cè)值§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）1）壓加強(qiáng)筋（續(xù)）

沖壓加強(qiáng)筋的變形力按下式計(jì)算：§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）2）壓凸包圖5-11壓凸包§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）2）壓凸包（續(xù)）

沖壓包凸時(shí)，凸包高度受材料塑性限制，不能太大。凸包成形高度還與凸模形狀及潤(rùn)滑有關(guān)。例如，采用球形凸模時(shí)，凸包高度可達(dá)球徑的1/3，而換用平底凸模時(shí)，高度就會(huì)較小，原因是平底凸模的底部圓角半徑rp對(duì)凸模下面的材料變形有約束作用。一般情況下，潤(rùn)滑條件較好時(shí)，有利于增大球形凸包的成形高度。§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）2）壓凸包（續(xù)）壓凸包時(shí)，變形力按按下式計(jì)算：§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）1、起伏成形（續(xù)）2）壓凸包（續(xù)）

如果零件要求的凸包高度超出表5-2所列數(shù)值，則可采用類似于多道工序壓筋的方法沖壓凸包?！?.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）2、圓柱形空心毛坯脹形

將圓柱形空心毛坯（管狀或桶狀）向外擴(kuò)張成曲面空心零件的加工方法叫做圓柱形空心毛坯脹形，用這種方法可以制造許多形狀復(fù)雜的零件（圖5-12）。圖5-12圓柱形空心毛坯脹形a）波紋管b）凸肚件§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）2、圓柱形空心毛坯脹形（續(xù)）

對(duì)平板毛坯脹形時(shí)，采用剛性沖模較為實(shí)用，效率也較高。對(duì)圓柱形空心毛坯脹形時(shí)，雖然也可采用剛性沖模，但沖模需要分瓣，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜（圖5-13），所以生產(chǎn)中常用軟模對(duì)這類毛坯進(jìn)行脹形。脹形使用的軟模介質(zhì)有橡膠、PVC塑料、石臘、高壓液體和壓縮空氣等。圖5-13剛體分瓣凸模脹形§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）2、圓柱形空心毛坯脹形（續(xù)）圖5-14橡膠凸模脹形1-凸模2-凹模3-毛坯4-橡膠5-外套圖5-15PVC塑料凸模脹形波紋管1-外模塊2-毛坯3-螺母4-內(nèi)模塊5-PVC塑料6-拉桿§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）2、圓柱形空心毛坯脹形（續(xù)）圖5-16石蠟脹形1-調(diào)節(jié)螺栓2-毛坯3-石蠟4-凹模5-節(jié)流孔6-凸模圖5-17液體凸模脹形A）傾注液體法b）充液橡皮蘘法§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）2、圓柱形空心毛坯脹形（續(xù)）圓柱形空心毛坯的變形程度用脹形系數(shù)K表示：圖5-18圓柱形空心毛坯脹形極限脹形系數(shù)Kp：§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）2、圓柱形空心毛坯脹形（續(xù)）極限脹形系數(shù)Kp與毛坯切向的許用延伸率δθp有關(guān)，即：§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）2、圓柱形空心毛坯脹形（續(xù)）

圓柱形空心毛坯脹形時(shí)，若兩端不固定，毛坯的原始長(zhǎng)度L0（圖5-8）可按下式近似計(jì)算：圖5-18圓柱形空心毛坯脹形§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）2、圓柱形空心毛坯脹形（續(xù)）

軟模脹形圓柱形空心毛坯時(shí)，所需的單位壓力p分下面兩種情況。

兩端不固定，允許毛坯軸向自由收縮時(shí)，

兩端固定，毛坯軸向不能收縮時(shí)，§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）3、張拉成形

生產(chǎn)中常有一些底部曲率半徑很大的零件，如汽車上的某些覆蓋件和飛機(jī)蒙皮等。沖壓這些零件時(shí)，底部曲面的變形性質(zhì)屬于脹形，或脹形是主要變形方式，但曲面部分變形量很小，通常把這些曲面變形叫做大曲率半徑脹形。

大曲率半徑脹形，曲面變形量很小，破裂不是生產(chǎn)中的主要問(wèn)題，重要的是零件脫模后的曲面回彈常使曲面變平，造成零件出現(xiàn)較大的形狀誤差，為了保證零件質(zhì)量，必須想辦法解決這類回彈問(wèn)題?！?.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）3、張拉成形（續(xù)）

含有大曲率半徑脹形的汽車覆蓋件生產(chǎn)批量大，通常都在壓力機(jī)上用沖模沖壓成形。為了解決這類零件的曲面回彈，除采用增大進(jìn)料阻力的工藝措施（如調(diào)整壓邊力，使用拉深筋和增大毛坯尺寸等）提高曲面變形程度外，也可采用屈強(qiáng)比σs/σb較小的板料成形零件。

對(duì)于飛機(jī)蒙皮等一些單曲面或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的復(fù)合曲面零件，由于品種多，生產(chǎn)批量小，使用沖模加工不經(jīng)濟(jì)，為了解決這類零件的回彈問(wèn)題，常采用張拉成形，或簡(jiǎn)稱拉形?！?.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）3、張拉成形（續(xù)）張拉成形的優(yōu)點(diǎn)：零件回彈小模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可以防止因曲面變形量不大而在零件表面產(chǎn)生滑移線痕跡同時(shí)還能提高零件剛度缺點(diǎn)：生產(chǎn)率低原材料消耗大需要專用設(shè)備§5.1脹形三、脹形工藝方法（續(xù)）3、張拉成形（續(xù)）

張拉成形原理與拉彎成形相似，即在毛坯貼靠凸模曲面成形時(shí)，對(duì)毛坯附加張拉力F，張拉力一方面增大材料變形程度，另一方面減小貼模時(shí)毛坯斷面上的應(yīng)力分布梯度，從而達(dá)到減少零件回彈量的目的。圖5-19張拉成形a）開始階段b）中間階段c）終了階段§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）

張拉成形時(shí)，毛坯分為成形區(qū)Ⅰ和懸空部分的傳力區(qū)Ⅱ（圖5-19）。成形區(qū)貼靠凸模曲面時(shí)，材料常處于雙向受拉的應(yīng)力狀態(tài)（厚向應(yīng)力很小，忽略不計(jì)）和一拉一壓的應(yīng)變狀態(tài)，導(dǎo)致厚度減薄（圖5－20），因此張拉成形屬于脹形成形方式。三、脹形工藝方法（續(xù)）§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）

張拉成形時(shí)，傳力區(qū)不與模具接觸，沒(méi)有模具表面的摩擦作用，所以傳力區(qū)的拉應(yīng)力σ1大于成形區(qū)的拉應(yīng)力σ1。另外，傳力區(qū)在夾頭附近還有應(yīng)力集中問(wèn)題，因此成形時(shí)容易在此區(qū)域發(fā)生拉破現(xiàn)象?！?.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）

張拉成形時(shí)，常常設(shè)想毛坯和零件可以劃分成許多寬度為ab（圖5-19和圖5-20）的狹窄條帶，并以拉形系數(shù)Kl表示變形程度。圖5-21雙曲零件示例a）凸雙曲零件b）凹雙曲零件§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）

通常，零件脊背最低處的曲線輪廓長(zhǎng)度最短，張拉成形時(shí)變形量最小，為了防止回彈，一般要使該處的伸長(zhǎng)變形超過(guò)1％，即有：從而

lmax與lmin的位置與零件形狀有關(guān)，在凸雙曲零件中，lmax位于零件中間，lmin位于零件一端邊緣；在凹雙曲零件中，lmax位于零件一端邊緣，lmin位于零件中間（圖5-21）。lmax和lmin可從拉形模或樣板以及表面標(biāo)準(zhǔn)樣件上量取?！?.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）

傳力區(qū)的拉應(yīng)力比變形區(qū)大，所以兩個(gè)區(qū)域的伸長(zhǎng)變形不等，通?？烧J(rèn)為兩者有以下近似關(guān)系：§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）

為了保證傳力區(qū)不被拉斷，常常規(guī)定：所以，張拉成形極限可用極限拉形系數(shù)Klmax表示：§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）

計(jì)算張拉成形的毛坯尺寸時(shí)，應(yīng)本著節(jié)約原則在零件四周只留合理的最小余量，根據(jù)圖5-22，毛坯長(zhǎng)度L按下式計(jì)算：§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）圖5-22張拉工藝示意圖圖5-23張拉零件切割線§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）毛坯寬度b按下式計(jì)算：§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）為了保證夾頭附近材料不被拉破，一般取張拉力F為：根據(jù)圖5-22，凸模力F1為§5.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）

張拉成形模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，原則上只用凸模，并且受力也小，所以凸模除用鋼材制作之外，也可用鋅基合金、環(huán)氧樹脂、混凝土和木材制作。張拉成形模具設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，主要注意成形時(shí)零件的脊背線應(yīng)盡量接近水平，使材料能均勻變形。凸模寬度應(yīng)比零件最大寬度大15mm以上，其曲面長(zhǎng)度lp（圖5-23）按下式計(jì)算：

凸模高度與零件尺寸、形狀及凸模材料有關(guān)，一般不應(yīng)小于300mm?！?.1脹形3、張拉成形（續(xù)）三、脹形工藝方法（續(xù)）翻邊

利用模具把板料上的孔緣或外緣翻成豎邊的沖壓加工方法叫翻邊。利用翻邊不僅可以加工具有特殊空間形狀和良好剛度的立體零件，還能在沖壓件上制取與其他零件裝配的部位（如鉚釘孔、螺紋底孔和軸承座等）。沖壓大型零件時(shí)，還能利用翻邊改善材料塑性流動(dòng)，以免發(fā)生破裂或起皺。按工藝特點(diǎn)劃分有內(nèi)孔（圓孔或非圓孔）翻邊、外緣翻邊和變薄翻邊等方法。由于零件外緣的凸凹性質(zhì)不同，外緣翻邊又可分為內(nèi)曲翻邊和外曲翻邊。按變形性質(zhì)劃分時(shí)，有伸長(zhǎng)類翻邊、壓縮類翻邊以及屬于體積成形的變薄翻邊等。翻邊

伸長(zhǎng)類翻邊的特點(diǎn)是：變形區(qū)材料受拉應(yīng)力，切向產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，導(dǎo)致厚度簡(jiǎn)薄，容易發(fā)生破裂，如圓孔翻邊、外緣的內(nèi)曲翻邊等；

壓縮類翻邊的特點(diǎn)是：變形區(qū)材料切向受壓縮應(yīng)力，產(chǎn)生壓縮變形，厚度增大，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)類翻邊、壓縮類翻邊和彎曲組合起來(lái)的復(fù)合成形。圖內(nèi)孔與外緣翻邊零件翻邊§5.2圓孔翻邊一、圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變

翻邊時(shí)，帶有圓孔的環(huán)形毛坯被壓邊圈壓死，變形區(qū)基本上限制在凹模圓角以內(nèi)，并在凸模輪廓的約束下受單向或雙向拉應(yīng)力作用（忽略板厚方向的應(yīng)力），隨著凸模下降，毛坯中心的圓孔不斷脹大，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。§5.2圓孔翻邊一、圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變（續(xù)）主應(yīng)力法：平衡微分方程：§5.2圓孔翻邊一、圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變（續(xù)）塑性條件：§5.2圓孔翻邊一、圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變（續(xù)）圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力變化曲線：圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力分布：a)硬化材料b)非硬化材料§5.2圓孔翻邊一、圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變（續(xù)）圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)變分布圖和應(yīng)變狀態(tài)圖：圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)變分布圖和應(yīng)變狀態(tài)圖§5.2圓孔翻邊一、圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變（續(xù)）圓孔翻邊的特點(diǎn)：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)類翻邊。

在圓孔翻邊的中間階段，即凸模下面的材料尚未完全轉(zhuǎn)移到側(cè)面之前，如果停止變形，就會(huì)得到圖示的成形方式，這種成形方式叫做擴(kuò)孔，生產(chǎn)應(yīng)用也很普遍；很顯然，擴(kuò)孔與圓孔翻邊的應(yīng)力和應(yīng)變性質(zhì)相同，常將其作為伸長(zhǎng)類翻邊的特例。擴(kuò)孔成形§5.2圓孔翻邊一、圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變（續(xù)）帶有擴(kuò)孔成形的零件§5.2圓孔翻邊一、圓孔翻邊時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變（續(xù)）

一般情況下，圓孔翻邊時(shí)的孔緣在單向拉應(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。由于材料性質(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)變形超過(guò)了該處材料允許的延伸率，該處就會(huì)因厚度減薄過(guò)大而破裂。通常，把這種因材料局部延伸率不足引起的破裂叫做β破裂。伸長(zhǎng)類翻邊破裂：a)擴(kuò)孔破裂b)翻邊破裂§5.2圓孔翻邊二、圓孔翻邊時(shí)的成形極限

圓孔翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)K表示：翻邊件的尺寸§5.2圓孔翻邊二、圓孔翻邊時(shí)的成形極限（續(xù)）翻邊件的尺寸§5.2圓孔翻邊二、圓孔翻邊時(shí)的成形極限（續(xù)）

圓孔翻邊的成形極限根據(jù)豎邊邊緣是否發(fā)生破裂來(lái)確定。翻邊系數(shù)K與豎邊邊緣厚度減薄量的關(guān)系推導(dǎo)如下。豎邊邊緣外側(cè)切向應(yīng)變豎邊邊緣內(nèi)側(cè)切向應(yīng)變豎邊邊緣平均切向應(yīng)變§5.2圓孔翻邊二、圓孔翻邊時(shí)的成形極限（續(xù)）由于邊緣只受切向拉應(yīng)力作用，故厚度應(yīng)變所以影響圓孔翻邊成形極限的因素如下：§5.2圓孔翻邊二、圓孔翻邊時(shí)的成形極限（續(xù)）（1）材料延伸率和應(yīng)變硬化指數(shù)n大，Kl

小，成形極限大；（2）孔的加工方法;（3）凸模的形狀；（4）板料相對(duì)厚度越大，Kl

越小，成形極限愈大?！?.2圓孔翻邊三、圓孔翻邊時(shí)的毛坯計(jì)算

圓孔翻邊的毛坯計(jì)算主要是利用板料中性層長(zhǎng)度不變的原則，用翻邊高度計(jì)算翻邊圓孔的初始直徑d0，或用d0和翻邊系數(shù)計(jì)算可以達(dá)到的翻邊高度。采用先拉深再翻邊的方法時(shí)，還要計(jì)算出翻邊前的拉深高度?！?.2圓孔翻邊三、圓孔翻邊時(shí)的毛坯計(jì)算（續(xù)）1、一次翻邊成形

翻邊高度不大時(shí)，可將平板毛坯一次翻邊成形。翻邊圓孔的初始d0、翻邊高度h和翻邊系數(shù)Kl

之間的關(guān)系如下。因?yàn)镈1=Dm+2r+t0，h1=h－r－t0，代入上式化簡(jiǎn)后，得：計(jì)算翻邊高度時(shí)，必須滿足K≥Kl，否則不能一次翻邊成形?！?.2圓孔翻邊三、圓孔翻邊時(shí)的毛坯計(jì)算（續(xù)）2、拉深后再翻邊拉深件底部沖孔后翻邊§5.2圓孔翻邊三、圓孔翻邊時(shí)的毛坯計(jì)算（續(xù)）2、拉深后再翻邊（續(xù)）

若零件要求得翻邊高度較大，可采用先拉深再翻邊的方法。這時(shí)，先確定翻邊高度h1，再確定翻邊圓孔的初始直徑d0和拉深高度h2。拉深后翻邊高度為：所以§5.2圓孔翻邊三、圓孔翻邊時(shí)的毛坯計(jì)算（續(xù)）2、拉深后再翻邊（續(xù)）若取極限翻邊系數(shù)Kl，則有于是，翻邊前的拉深高度h2為或?qū)τ诜吀叨容^大的零件，多次翻邊方法成形＋中間退火?！?.2圓孔翻邊四、圓孔翻邊力計(jì)算1、采用圓柱型平底凸模時(shí)

平底凸模底部圓角半徑rp對(duì)翻邊力有影響，增大rp可降低翻邊力（圖5-32）?！?.2圓孔翻邊四、圓孔翻邊力計(jì)算（續(xù)）1、采用圓柱型平底凸模時(shí)（續(xù)）圖5-32凸模圓角半徑對(duì)翻邊力的影響§5.2圓孔翻邊四、圓孔翻邊力計(jì)算（續(xù)）2、采用球形凸模時(shí)表5-7KmKm0.50.2~0.250.70.08~0.120.60.14~0.180.80.05~0.07

5、翻邊模設(shè)計(jì)⑴、結(jié)構(gòu)類型（圖7-8、圖7-9）⑵、翻邊凸模和凹模設(shè)計(jì)（圖7-10）4.翻邊模設(shè)計(jì)

教圖6-8圖冊(cè)P67P69

變形區(qū)外的材料不向內(nèi)流動(dòng)，rd對(duì)成形影響不大，rp對(duì)成形影響大。

四種常用翻邊凸模形狀⑴用于沖孔翻邊，翻邊孔徑d<4，薄料(一般1.5以下)，軟材（黃銅、鋁板）；⑵用于翻邊內(nèi)徑小于10的翻邊；⑶用于d>10的翻邊，先定位，后翻邊；

⑷對(duì)任意孔翻邊。采用球形、拋物線型凸模最好；平底凸模rp應(yīng)盡量大，rp≥4t；翻邊垂直度要求高，單邊間隙：c=(0.75—0.85)to

翻邊凸、凹模間隙平頭凸模翻邊時(shí)，側(cè)壁可能成為曲面，故翻邊凸凹模之間的單邊間隙c可控制在0.75t～0.85t之間，使直壁稍有變薄，以保證豎邊成為直壁。小的圓角半徑和高豎邊的翻邊，僅僅應(yīng)用在螺紋底孔或與軸配合小孔的翻邊。此時(shí)單邊間隙c=0.65t。三、外緣翻邊1、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，所以也屬于伸長(zhǎng)類翻邊。內(nèi)曲翻邊的變形程度表示為：

2、外曲翻邊用模具把坯料上外凸的外邊緣翻成豎邊的沖壓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，豎邊根部附近的圓角部位產(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)致材料厚度有所增大，故稱為壓縮類翻邊。所以也屬于伸長(zhǎng)類翻邊。外曲翻邊的變形程度表示為：3、外緣翻邊的毛坯計(jì)算對(duì)內(nèi)曲翻邊，可參考圓孔翻邊的毛坯計(jì)算；對(duì)外曲翻邊，可參考拉深的毛坯計(jì)算。四、非圓孔翻邊非圓孔翻邊時(shí)，視孔緣上曲線性質(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。（教材P199圖6-13）由于應(yīng)變分散效應(yīng)的影響，非圓孔翻邊時(shí)，伸長(zhǎng)類翻邊區(qū)的變形可以擴(kuò)展到與其相連的壓縮翻邊區(qū)，從而可減輕伸長(zhǎng)類翻邊區(qū)的變形程度，故非圓孔翻邊時(shí)，內(nèi)凹弧線段的極限翻邊系數(shù)可以小于圓孔翻邊時(shí)的極限翻邊系數(shù)。五、非圓孔翻邊a——外曲翻邊，壓縮類翻邊。b——彎曲c——內(nèi)曲翻邊，壓縮類翻邊。伸長(zhǎng)、壓縮都有減緩作用翻邊系數(shù)Ｋ’小于相應(yīng)圓孔翻邊系數(shù)書表6-5非圓孔極限翻邊系數(shù)查處各線段、圓弧的翻邊系數(shù)，每段都應(yīng)滿足毛坯展開要圓滑過(guò)渡、修正。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)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取決于豎邊的變薄系數(shù)：用階梯形凸模變薄翻邊ａ）零件ｂ）凸模如凸緣太寬，拉深無(wú)法進(jìn)行，豎邊又允許變薄，可采用變薄翻邊。凹模尺寸不變，凸模做成階梯形，逐漸變薄。各階梯的間距應(yīng)大于零件高度，以便前一階梯擠壓后，后一階梯才擠壓。

5.3縮口

縮口是將預(yù)先成形好的圓筒件或管件坯料,通過(guò)縮口模具將其口部縮小的一種成形工序。縮口與拉深工序的比較（如圖5.3.1）。5.3.1縮口成形的特點(diǎn)與變形程度

1.縮口成形的變形特點(diǎn)（如圖5.3.2）

常見的縮口形式有斜口式、直口式和球面式(如圖5.3.3)。變形區(qū)由于受到較大切向壓應(yīng)力的作用易產(chǎn)生切向失穩(wěn)而起皺，起傳力作用的筒壁區(qū)由于受到軸向壓應(yīng)力的作用易產(chǎn)生軸向失穩(wěn)而起皺，所以失穩(wěn)起皺是縮口工序的主要障礙。

圖5.3.1縮口與拉深工序的比較圖5.3.2縮口成形的變形特點(diǎn)圖5.3.3縮口形式)斜口形式

)直口形式

)球面形式

2.縮口變形程度

縮口變形程度用縮口系數(shù)ms來(lái)表示，其表達(dá)式：

式中d—縮口后的直徑；

D—為縮口前的直徑。

5.3.2縮口的工藝計(jì)算1.縮口次數(shù)及縮口系數(shù)的確定

縮口次數(shù)由下式確定：

式中：

—總縮口系數(shù)，；

—平均縮口系數(shù)，可先取。

n的計(jì)算值一般是小數(shù)，應(yīng)進(jìn)位成整數(shù)。

2.毛坯尺寸的計(jì)算

斜口形式：

直口形式：球面形式：

３.縮口力

只有外支承的縮口壓力，可按下式估算：式中：

F—縮口力（N)；

k—速度系數(shù)，用曲柄壓力機(jī)時(shí)k=1.15；

—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa)

；

—工件與凹模接觸的摩擦系數(shù)

。

5.3.3縮口模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及舉例縮口模具結(jié)構(gòu)根據(jù)支承情況分為：無(wú)支承外支承內(nèi)外支承如圖5.3.4

剛制氣瓶縮口模（如圖5.3.5）。

擋環(huán)縮口擴(kuò)口復(fù)合模（如圖5.3.6）。圖5.3.4不同支承方法的模具結(jié)構(gòu)形式a)無(wú)支承b)外支承c)內(nèi)外支承圖5.3.5氣瓶縮口模1-頂桿；2-下模板；3、14-螺栓；4、11-銷釘；5-下固定板；6-墊板；7-外支承套；8-縮口凹模；9-頂出器；10-上模板；12-打料桿；13-模柄；15-導(dǎo)柱；16-導(dǎo)套圖5.3.6擋環(huán)縮口擴(kuò)口復(fù)合模5.3旋壓本節(jié)主要內(nèi)容：5.3.1旋壓的概念5.3.2普通旋壓5.3.3變薄旋壓5.3.1旋壓的概念旋壓：將平板或空心坯料固定在旋壓機(jī)模具上，在坯料隨機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，用旋輪或趕棒加壓于坯料，使之產(chǎn)生局部的塑性變形。特點(diǎn)