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冲压工艺与模具设计实施方案其他冲压成形方法

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第5章

其他冲压成形方法

从表 1.2 可见,除弯曲和拉深外,成形工序中还有很多方法,其中比较常用地有胀形、翻边、扩口、 缩口等.这些工序地基本特征为局部变形,因此,也常统称为(狭义)成形工序.成形工序一般安排在冲裁、弯 曲、拉深之后.

5.1





板料/空心工序件/空心半成品在双向拉应力作用下,产生扩张(鼓凸)变形,获得表面积增大(厚度变薄) 地制件地冲压成形方法称为胀形.常见地胀形件有板料地压花(筋)件、肚形搪瓷制品、自行车管接头、波纹 管等,以及汽车车身地某些覆盖件.b5E2RGbCAP 胀形地种类可从坯料形状、坯料所处状态、所用模具、所用能源、成形方式等角度作出区分,其中最 基本地是按变形区所占比例划分为局部胀形和整体胀形,最常用地是平板坯料局部胀形和空心坯料胀 形.p1EanqFDPw

5.1.1 胀形变形特点
图 5.1 所示为圆形板料局部胀形,坯料地外环部分在足够大地压力下不发生流动,仅在直径为 d 地区 域内坯料产生变形,变形地结果是板料变薄、表面积增大.从第 4 章中拉深系数地概念还可得知,当坯料地 外径与成形圆筒直径地比值 D/d>3 时,外环形部分地材料产生切向收缩所需地径向拉应力很大,成为相对 于中心部分地强区,以至于环形部分材料不可能向凹模内流动.显然,胀形变形区内材料承受大小不等地双 向拉应力, 并产生伸长类变形.正是由于这种应力状态,变形区不会产生起皱现象, 成形后制件地表面光滑、 规整.同时,由于变形区材料截面上拉应力沿厚度方向分布比较均匀,所以卸件后地弹复很小,容易得到精 度较高地制件.因此,可以用胀形地方法来整形,提高冲压件地精度和表面质量.DXDiTa9E3d

图 5.1 胀形变形区

5.1.2 平板坯料局部胀形
平板坯料局部胀形又叫起伏成形,它是依靠平板材料地局部拉伸,使坯料或制件局部表面积增大,形 成局部地下凹或凸起.生产中常见地有压花、压包、压字、压筋等(如图 5.2 所示).RTCrpUDGiT 经过起伏成形后地制件,由于形状改变引起惯性矩发生变化,再加上材料地冷作硬化作用,所以能够 有效地提高制件地刚度和强度.5PCzVD7HxA 在起伏成形中,由于摩擦力地关系,变形区材料地变薄、伸长并不均匀.在某个位置上最为严重,该部 位地伸长应变最先达到最大值.若进一步增大变形程度,即会发生迸裂.jLBHrnAILg 173 / 18

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图 5.2 起伏成形

起伏成形地极限变形程度由许可地拉伸变薄量决定,主要受材料性能、制件几何形状、模具结构、胀 形方法及润滑条件等因素影响,很难用某种计算方法来准确表示.特别是复杂形状地制件,成形部分各处地 应力应变分布比较复杂,计算地结论误差比较大.所以,其危险部位和极限变形程度一般通过试验方法确定. 但对于比较简单地筋条类起伏成形件(如图 5.3 所示),则可按下式近似地确定其极限变形程度 xHAQX74J0X ? n=(l-l0)/l0<(0.70~0.75) ? 式中: ? n——极限变形程度; l0——起伏成形前材料地长度; l——起伏成形后制件轮廓地长度;

图 5.3 起伏成形前后材料地长度

? ——材料单向拉伸地伸长率. 系数(0.70~0.75)视局部胀形地形状而定,球形筋取大值,梯形筋取小值. 如果制件要求地局部胀形量超过极限变形程度, 可以采用分步方法解决(如图 5.4 所示).第 1 道工序胀成 大直径地球形(或锥形),以求在较大范围内聚料和尽可能地均匀变形.第 2 道工序再得到所要求地尺寸.第 1 道成形地表面积应略小于最后成形地表面积,以便通过第 2 次成形使表面积再略微增大,起到整形作用, 避免制件起皱.LDAYtRyKfE 压筋、 压凸地形式和尺寸可参考表 5.1.当起伏成形地筋(或包)与制件外边缘地距离小于 3 倍板料厚度时, 成形过程中边缘材料会向内收缩(如图 5.5 所示).对于要求较高地制件应预先留出切边余量, 成形后修切整齐. 也可以增大压边力,阻止材料向内滑动,保持边缘规整.Zzz6ZB2Ltk

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图 5.4 深度较大地局部胀形法

图 5.5 起伏成形距边缘地最小尺寸 表 5.1 压筋压凸地形式和尺寸

名 称





R

h

D或B

r

a(°)

压 筋

(3~4)t

(2~3)t

(7~10)t

(1~2)t



压 凸 图 例



(1.5~2)t

≥3h L/mm 10 13 15 18 22 26 34 44 51 60 68 78

(0.5~1.5)t

15~30

D/mm 6.5 8.5 10.5 13 15 18 24 31 36 43 48 55

t/mm 6 7.5 9 11 13 16 20 26 30 35 40 45

在曲柄压力机上对薄板(t<1.5mm)、小制件(面积 A<2000mm2)进行局部胀形时(加强筋除外)其冲压力可 按下式近似计算:dvzfvkwMI1 P = AKt2 式中:P——冲压力(N); A——胀形面积(mm2); t——板料厚度(mm); K——系数,钢 K=(200~300)N/mm4,黄铜 K=(50~200)N/mm4. 加强筋所需冲压力可按下式近似计算: P = Lt ? b K 式中:P——冲压力(N); L——胀形区地周边长度(mm); t——板料厚度(mm); ? b ——材料抗拉强度(MPa); K——系数.一般 K=0.7~1.0,筋窄而深取大值,反之取小值.

5.1.3 空心坯料胀形
1. 极限胀形系数 空心坯料地胀形俗称凸肚成形,成形时材料沿径向拉伸,将空心坯料(空心工序件或管坯)向外扩张,胀 出所需凸起形状.胀形过程中材料变形部位地切向和母线方向均受拉应力,因此,胀形地变形程度受材料地 极限伸长率限制,超过材料地极限伸长率制件将胀裂.变形程度以胀形系数 K 表示,即 rqyn14ZNXI K=dmax/d0 式中:dmax——胀形后地最大直径(中径); d0——坯料/工序件/半成品直径(中径). 175 / 18

个人收集整理 仅供参考学习 胀形系数 K 与坯料伸长率 ? 地关系为: ? =(dmax-d0)/d0=K-1 胀形件每个横截面地大小很可能不一致,危险截面在变形最大处(dmax),设计时应特别注意.有些制件有 强度要求,胀形件不可避免地会出现材料变薄而影响强度.因此,胀形系数不宜取极限值.表 5.2 是一些材料 地极限胀形系数(极限变形程度)地实验值.EmxvxOtOco
表 5.2 极限胀形系数 材 料 厚度/mm 0.5 1.0 纯铝 1.2 2.0 0.5 1.0 0.5 1.0 材料许用伸长率 ? (%) 25 28 32 32 20 24 26~32 28~34 极限胀形系数 K 1.25 1.28 1.32 1.32 1.20 1.24 1.26~1.32 1.28~1.34

高塑性铝合金

低碳钢 耐热不锈钢

2. 胀形工序件计算(参见图 5.6)

图 5.6 胀形前后尺寸地变化

工序件直径(中径) d0=dmax/K 工序件长度 L0=L[1+(0.3~0.4) δ ]+b 式中:L——制件地母线长度; ? ——制件切向最大伸长率; b——切边余量,一般取 5~15mm. 切边余量与材料地塑性应变比(r 值)及模具地粗糙度有关,各向异性小者,b 取小值.这点与拉深相同. 系数(0.3~0.4)为切向伸长而产生高度缩小地因素.SixE2yXPq5 由于材料地不均匀变薄,工序件地计算很难准确,需多次试验才能确定. 3. 胀形地几种方法 胀形地方法一般有机械胀形、橡皮胀形、液压胀形. (1) 机械胀形(刚模胀形) 典型机械胀形如图 5.7 所示.它是利用锥形芯块 4 将分瓣凸模 2 顶开,使坯料胀成所需形状.这种方法模 具结构较为复杂.由于凸模分开后存在间隙且周向位移难以一致,因此只能应用于胀形量小且精度不高地制 件.图 5.8 是机械胀形地另一种方法,它采用机械式无凸模胀形法.凹模分上下 2 块,杯形工序件/半成品放置 于下凹模 6 中,成形时芯轴 2 先进入工序件/半成品内将其定位,保证杯壁不失稳,继而对其进行镦压.由于 凹模及芯轴地约束作用,工序件/半成品只有在中间空腔处变形,达到胀形地目地.这种方法只适用于较小地 局部变形.6ewMyirQFL

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图 5.7 滑块式机械胀形
1—凹模;2—分瓣凸模;3—拉簧;4—锥形芯块

图 5.8 无凸模机械胀形
1—上凹模;2—芯轴;3—顶杆;4—推件块;5—顶件块;6—下凹模

(2) 橡皮胀形 橡皮胀形如图 5.9 所示.在压力作用下橡皮变形,使制件沿凹模胀出所需形状.所用橡皮应具有弹性好、 强度高和耐油等特点,以聚氨酯橡胶为好.kavU42VRUs (3) 液压胀形 液压胀形如图 5.10 所示.压力机滑块下行时,先将灌注有定量液体地工序件/半成品口部密封(可采用橡 胶垫),滑块继续下行,通过液体将高压传递给工序件/半成品内腔,使其变形.这种方法靠液体传力,在无 摩擦状态下成形,受力均匀且流动性很好,因此可以制作很复杂地胀形件(如皮带轮等).这种方法工艺较复 杂,成本较高.y6v3ALoS89

图 5.9 橡皮胀形
1—凸模;2—凹模(2 块);3—橡皮

图 5.10 液压胀形
1—凸模;2—凹模;3—油

橡皮胀形和液压胀形又称软凸模胀形. 4. 胀形力 软凸模胀形所需地单位压力 p,可由变形区内单元体地平衡条件求得. 当坯料两端固定,且不产生轴向收缩时 骣t t ÷? s p= ? + ÷ ? ? ÷ ? rmax R ÷ 桫 177 / 18

个人收集整理 仅供参考学习 当坯料两端不固定,允许轴向自由收缩时,可近似按下式计算: p=(t/rmax) ? s 式中:p——软凸模胀形所需地单位压力(MPa); ? s ——材料屈服点,胀形地变形程度大时,其值应由材料硬化曲线确定(MPa); t——板料厚度(mm); rmax,R——胀形制件纬向和经向曲率半径(mm). 刚模胀形所需压力地近似计算可参考有关手册.

5.2





翻边主要用于制出与其他零件装配地部位(如螺纹底孔等), 或者为了提高制件地刚度而加工出地特定形 状,在大型板金成形时,也可作为控制破裂或褶皱地手段.M2ub6vSTnP 按工艺特点,翻边可分为内孔(圆孔/非圆孔)翻边、外缘翻边(含内曲翻边和外曲翻边)等;按变形性质可 分为伸长类翻边、压缩类翻边以及属于体积成形地变薄翻边等.伸长类翻边地变形区为二向拉应力状态,沿 切向作用地拉应力是最大主应力,在该方向发生伸长变形,而厚度变薄,在边缘易发生破裂.压缩类翻边地 变形区为切向受压、径向受拉地应力状态,沿切向作用地压应力为绝对值最大主应力,在该方向发生压缩 变形,而厚度增厚,在边缘易发生起皱.0YujCfmUCw 按坯料地状况,翻边还可分为平面翻边和曲面翻边.本书只讨论平面翻边.

5.2.1 圆孔翻边
1. 圆孔翻边地变形情况及极限翻边系数 圆孔翻边是在制件或板料上将制好地孔直接冲制出竖立边缘地成形方法(如图 5.11 所示).翻边地变形区 为凹模圆角区之内地环形区,其变形情况是,把板料内孔边缘向凹模洞口弯曲地同时,将内孔沿圆周方向 拉长而形成竖边.从坐标网格地变化看出,不同直径地同心圆平面,变成了直径相同地柱面,厚度变薄,而 同心圆之间地距离变化则不显著.因此,在通过翻边后得到地柱面轴心线地平面内,可以将翻边变形近似 看作弯曲(但厚度变化规律不同).eUts8ZQVRd

图 5.11 圆孔翻边时地应力与变形情况

翻边变形区受二向拉应力即切向拉应力 ? θ 和径向拉应力 ? r 地作用.切向拉应力 ? θ 是最大主应力,在孔 口处达到最大值,此值若超过材料地允许值,翻边即会破裂.因此孔口边缘地许用变形程度决定了翻边能否 顺利进行.变形程度以翻边系数 K 表示,即 sQsAEJkW5T K=d/D 式中:d——翻边前预制孔直径; D——翻边后直径(中径). K 值愈小变形程度愈大.翻边时孔口不破裂可能达到地最小值称为极限翻边系数 Kmin.影响 Kmin 地因素有 178 / 18

个人收集整理 仅供参考学习 材料塑性、孔地边缘状况、翻边凸模地形式、d/t(相对厚度)等.翻边工艺设计时可针对这些因素采用工艺措 施以利于翻边进行.GMsIasNXkA 表 5.3 是低碳钢圆孔翻边地极限翻边系数.
表 5.3 低碳钢地圆孔极限翻边系数 Kmin 凸模型式 球 形 孔地加工 方法 钻孔去毛刺 冲 冲 孔 孔 钻孔去毛刺 比 100 0.70 0.75 0.80 0.85 50 0.60 0.65 0.70 0.75 35 0.52 0.57 0.60 0.65 20 0.45 0.52 0.50 0.60 15 0.40 0.48 0.45 0.55 值 d /t 10 0.36 0.45 0.42 0.52 8 0.33 0.44 0.40 0.50 6.5 0.31 0.43 0.37 0.50 5 0.30 0.42 0.35 0.48 3 0.25 0.42 0.30 0.47 1 0.20 - 0.25 -

圆柱形 平底

翻边后竖边边缘地厚度小于坯料厚度,其值可按下式估算:
t′= t

d = t K D

式中:t′——翻边后竖边边缘厚度; t——板料或坯料地原始厚度; K——翻边系数. 2. 圆孔翻边地工艺计算 平板坯料圆孔翻边地尺寸计算参见图 5.11.翻边前需在坯料上加工预制孔,按弯曲成形展开料地原则可 求出预制孔直径 TIrRGchYzg d=D-2(H-0.43r-0.72t) 式中符号表示参见图 5.11. 翻边高度 H =(D-d)/2+0.43r+0.72t 将 K=d/D 代入可得 H=D(1-K)/2+0.43r+0.72t 若以极限翻边系数 Kmin 代入,即可求出一次翻边可达到地极限翻边高度 Hmax Hmax=D(1-Kmin)/2 + 0.43r+0.72t 当制件高度大于 Hmax 时,说明不可能在一次翻边中直接成形,需增加其他工序,如加热翻边、多次翻 边或先拉深、冲孔再翻边等方法.7EqZcWLZNX 多次翻边地制件应在 2 次工序之间进行退火,以消除前次翻边地冷作硬化.后续翻边地极限翻边系数 ? = (1.15~1.20)Kmin K min 先拉深,再在底部冲孔再翻边地方法如图 5.12 所示.

图 5.12 拉深后再翻边

在拉深件底部冲孔翻边时,应先决定翻边所能达到地最大高度 h,根据翻边高度 h 及制件高度 H 来确 定拉深高度 h ?.按中性层长度不变原则计算翻边高度 lzq7IGf02E 179 / 18

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t t D- d 骣 π骣 D ? r+ ÷ -? + ÷ ÷≈ ? ?r + ÷ ÷ ? 桫 2 桫 2÷ 2 2 2? 骣 d÷ ? 1÷+ 0.57r ? ? 桫 D÷

h= 极限翻边高度

hmax=D(1-Kmin)/2+0.57r 预制孔直径 d = D-2h + 1.14r 拉深高度 h′= H-h + r + t 上述各式中符号表示如图 5.12 所示. 由于圆孔翻边地变形区材料在切向拉应力及径向压应力地作用下会产生变薄及伸长,按上述板料中性 层长度不变原则推导出地关系式有不同程度地误差.还有一种按体积不变原则推导出地计算关系式,但也不 十分精确.同时,需要指出地是,影响圆孔翻边高度地因素还有很多,如不同地板料、不同地凸模都可能产 生不同地影响.若预制孔在拉深之前加工好,拉深过程中,该孔地尺寸可能产生变化,也会影响计算地翻边 高度.因此,在生产实际中往往通过现场试验来检验和校正上述关系式地计算值.zvpgeqJ1hk 3. 无预制孔翻边 无预制孔翻边多应用于薄板小孔翻边件.翻边前不预先加工孔, 翻边时, 凸模地尖锥形头部先刺破板料, 继而进行翻边.这种翻边形式得到地翻边件口部不易规整,但生产效率较高,在电器产品地零件中常有应 用.NrpoJac3v1 4. 翻边凸模翻边力与压边力 翻边凸模地形状(如图 5.13 所示)对翻边力地影响很大,理论分析与实践证明,抛物线形凸模地翻边力 最小,依次增大地为球形凸模、锥形凸模、柱形凸模.抛物线形凸模地加工难度最大.如设备吨位足够大,应 尽量采用形状简单地凸模.1nowfTG4KI

图 5.13 圆孔翻边凸模地形状和尺寸

不同形状凸模翻边力地计算式为: 柱形凸模 P = 1.1 π t(D-d) ? b 球形凸模 式中:P——翻边力(N); t ——板料厚度(mm); D——翻孔中径(mm); 180 / 18 P = 1.2 π Dtm ? b

个人收集整理 仅供参考学习 d——预制孔直径(mm); ? b ——材料地抗拉强度(MPa); m——系数(见表 5.4).
表 5.4 翻边力计算地 m 值 翻边系数 系数 m 0.5 0.2~0.25 0.6 0.14~0.18 0.7 0.08~0.12 0.8 0.05~0.07

翻边时一般要采用压边圈施加压边力.压边力地作用是保证非翻边区不产生流动和变形,所以压边力要 较大.特别是外法兰部分面积较小地翻边件压力要更大.压边力地计算可参照拉深压边力计算并取偏大值.外 法兰部分面积比翻边孔大得愈多,压边力愈小,甚至可不需压边力.fjnFLDa5Zo

5.2.2 外缘翻边
外缘翻边有外曲翻边和内曲翻边两种情况(如图 5.14 所示).

图 5.14 外缘翻边

外曲翻边地变形状况近似于浅拉深,变形区主要为切向受压,属于压缩类变形,压应力从中间部位向 两侧递减,因此变形后翻边高度从中间部位向两侧递减.内曲翻边地变形状况近似于圆孔翻边,变形区主要 为切向受拉,属于伸长类变形,拉应力从中间部位向两侧递减,因此变形后翻边高度从中间部位向两侧递 增 . 可见,对于精度要求较高地外缘翻边制件,变形区坯料要给一定地修正量 ( 可查手册或由试验确 定).tfnNhnE6e5 外曲翻边变形程度 ? 压 ,可以表述为

? 压 =b/(R+b)
内曲翻边变形程度 ? 伸 ,可以表述为

? 伸 =b/(R-b)
表 5.5 给出了几种常用材料在外缘翻边时地允许变形程度.
表 5.5 外缘翻边允许地变形程度

? 伸 ×100
材料名称及牌号 铝 合 L4 软 L4 硬 LF21 软 LF21 硬 橡皮 成形 25 5 23 5 模具 成形 30 8 30 8

? 压 ×100
橡皮 成形 6 3 6 3 模具 成形 40 12 40 12 黄 铜 材料名称及牌号 H62 软 H62 半硬 H68 软 H68 半硬

? 伸 ×100
橡皮 成形 30 10 35 10 模具 成形 40 14 45 14

? 压 ×100
橡皮 成形 8 4 8 4 模具 成形 45 16 55 16

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金 LF2 软 LF2 硬 LY12 软 LY12 硬 LY11 软 LY11 硬 20 5 14 6 14 5 25 8 20 8 20 6 6 3 6 0.5 4 0 35 12 30 9 30 0 钢 10 20 1Cr18Ni9 软 1Cr18Ni9 硬 2Cr18Ni9 软 — — — — — 38 22 15 40 40 — — — — — 10 10 10 10 10

5.2.3 非圆孔翻边
图 5.15 为非圆孔翻边.从变形情况看,可以沿孔边分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型 3 种性质不同地变形区,其中Ⅰ型 区属于圆孔翻边变形,Ⅱ型区为直边,可看作弯曲变形,而Ⅲ型区属于压缩类变形.因此,非圆孔翻边通常 是由伸长类变形、压缩类变形、弯曲组合起来地复合成形.由于Ⅱ和Ⅲ型区两部分地变形性质可以减轻 I 型 部分地变形程度,因此非圆孔翻边系数 Kf(一般指小圆弧部分地翻边系数)可小于圆孔翻边系数 K,两者地 关系大致是:HbmVN777sL Kf=(0.85~0.95)K

图 5.15 非圆孔翻边

低碳钢非圆孔地极限翻边系数,可根据各圆弧段地圆心角 a 大小,查表 5.6.
表 5.6 低碳钢非圆孔地极限翻边系数 Kfmin
a /(°)

比值 r/(2t) 50 0.80 0.73 0.67 0.60 0.53 0.47 0.40 0.33 0.27 0.20 0.14 0.07 33 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 20 0.52 0.48 0.43 0.39 0.35 0.30 0.26 0.22 0.17 0.13 0.09 0.04 弯 12.5~8.3 0.50 0.46 0.42 0.38 0.33 0.29 0.25 0.21 0.17 0.13 0.08 0.04 曲 变 形 6.6 0.48 0.44 0.40 0.36 0.32 0.28 0.24 0.20 0.16 0.12 0.08 0.04 5 0.46 0.42 0.38 0.35 0.31 0.27 0.23 0.19 0.15 0.12 0.08 0.04 3.3 0.45 0.41 0.375 0.34 0.30 0.26 0.225 0.185 0.15 0.11 0.08 0.04

180~360 165 150 135 120 105 90 75 60 45 30 15 0

非圆孔翻边坯料地预制孔,可以按圆孔翻边、外缘翻边和弯曲各型区分别展开,然后用作图法把各展 开线交接处光滑连接起来.V7l4jRB8Hs

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5.3





扩口也称扩径,它是将管状坯料或空心坯料地口部通过扩口模加以扩大地一种成形方法.一些较长制件 中很难采用缩口或阶梯拉深地方法实现变径,采用扩口方法可以比较方便有效地解决.对于两端直径相差较 大地管件也可采用直径介于两端之间地坯料,一端缩口,另一端扩口地方法达到成形目地.对于一些内孔尺 寸精度要求较高地管料还可采用这种方法整形,以提高内孔地精度和降低粗糙度 .几种扩口制件实例如图 5.16 所示.83lcPA59W9

图 5.16 扩口制件实例

扩口模较为简单,一般没有凹模,如图 5.17 所示.为了工作稳定和定位准确,一般在传力区设有支承装 置或夹紧装置,对于长度较短、壁较厚地制件也可不用支承固定,但应设有可靠地定位装置.mZkklkzaaP

图 5.17 扩口变形示意及变形区地应力应变状态
A—已变形区;B—变形区;C—传力区

5.3.1 扩口变形特点与扩口系数
扩口变形区地应力应变状态如图 5.17 所示.在凸模施加力地作用下,坯料口部直径扩大而长度变短.扩 口变形区受切向拉应力和轴向压应力地双重作用,其中切向拉应力较大,轴向压应力较小,带来地应变为, 切向拉伸应变最大, 孔径扩大, 板厚方向是压应变, 厚度变薄.这种应力应变状态地最本质特征与内曲翻边、 胀形是相同地.因此,扩口也属于伸长类成形.AVktR43bpw 扩口变形程度一般用扩口系数表示,即 K=d/d0 式中:d——扩口后地直径(中径); d0——扩口前坯料/工序件/半成品地直径(中径). 极限扩口系数是在传力区不失稳、变形区不开裂地条件下,所能达到地最大扩口系数.用 Kmax 来表示. 此系数也是衡量扩口能否顺利进行地重要参数.图 5.18 给出了 15 钢地极限扩口系数值.极限扩口系数地大小 取决于坯料材料地种类、坯料地厚度、坯料口部规整程度、扩口角度 ? 及扩口时采用地设备等因素.常用地 183 / 18

个人收集整理 仅供参考学习 扩口角 ? 一般取 20° ~30° .在一般情况下,软料、厚料地系数会大一些.ORjBnOwcEd

图 5.18 极限扩口系数(15 钢,扩口角 a =20°)

5.3.2 扩口坯料尺寸和制件精度
文献中记载地几种计算扩口坯料尺寸地理论公式实用性不强.依据体积不变条件和几何关系,推导并提 出地扩口件坯料长度地计算实验公式,经生产实践验证有一定地指导意义,但由于影响扩口变形地因素较 复杂,在具体应用时还需作相应地调整.下面介绍几种计算实验公式.2MiJTy0dTT (1) 锥口形扩口件(如图 5.19 所示) ù é d 2 - d 02 骣 d0 ÷ ? ú ÷ ? H0=(0.97~1.00) ê h1 + 1+ ÷ ú ? ê 8d 0 sin α ? d÷ 桫 ú ? ? (2) 带圆筒形扩口件(如图 5.20 所示) é d 2 - d 02 骣 d0 ÷ d0 ù ? ú ÷ ? H0=(0.97~1.0) ê h1 + 1 + + h ÷ ú ? ê ÷ ? 8 d sin α d d 桫 0 ú ? ?

图 5.19 锥口形扩口件地坯料计算

图 5.20 带圆筒形扩口件地坯料计算

(3) 平口形扩口件(如图 5.21 所示)
é d 2 - d02 H0=(0.97~1.0) ê h1 + ê 8d0 ?

骣 ? ? 1+ ? ? 桫

ù d0 ÷ ú ÷ ÷ ú d÷ ú ?

(4) 整体扩径件(如图 5.22 所示) H0=H
d d0

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图 5.21 平口形扩口件地坯料计算

图 5.22 整体扩径件地坯料计算

有分析和试验证明,对于带圆筒形扩口件和整体扩径件地尺寸会比扩口冲头直径稍有增大.这种稍微增 大地变化量称之为附加扩径量.附加扩径量地规律性数值目前尚未提出.gIiSpiue7A 整体扩径件地尺寸变化规律是两端口部直径较小,其余部分都产生附加扩径量.究其原因,可能是扩径 凸模运动过程地不平稳所致.uEh0U1Yfmh

5.3.3 扩口力地计算
采用锥形刚性凸模扩口时(参见图 5.17),单位扩口力 p 可用下式计算 骣 t 1 ÷ ? ÷ (MPa) ? p = 1.15? ln K + 0 sin ? ÷ ? ÷ ? 3 - μ - cos α 桫 d 式中: ? ——单位变形抗力(MPa); μ ——摩擦系数;

? ——凸模半锥角(°); K——扩口系数.

5.4





缩口是将管状坯料或圆筒形工序件/半成品通过缩口模具使其口部直径缩小地一种成形工序,也可称为 缩径(如图 5.23 所示).IAg9qLsgBX

图 5.23 缩口成形示意图
A—变形区;B—待变形区(传力区);C—已变形区

缩口工艺应用地例子有子弹壳、圆珠笔芯头部、异径管接头等.无缝钢管地拔制工序也可视为缩口,不 过它较为特殊,其变形区不仅是局部而是整支钢管.WwghWvVhPE 185 / 18

个人收集整理 仅供参考学习 缩口工序在某些地方可以代替拉深.如图 5.24 所示,该制件可以采用板料落料、拉深(多道次)、冲孔、 切边等工序完成;如果改用管坯料,那么可采用管料切断、缩口(2 次)等工序完成,工序可大大缩短,材料 利用率也可提高,经济效益明显,特别是对细长地管状制件,缩口工艺可以起到不可替代地作用.asfpsfpi4k

图 5.24 缩口代替拉深地实例

5.4.1 缩口变形特点及缩口系数
缩口变形时坯料切向受压应力,在此应力作用下坯料直径减小而厚度与高度略有增加,其应力应变状 态如图 5.23 所示.缩口变形特点与拉深变形相同,也属于压缩类变形.正因为如此,缩口工艺中坯料变形区 容易产生失稳起皱.而在非变形区(筒壁)由于承受全部缩口时地压力,也易产生失稳变形.因此,防止这两种 失稳变形是缩口工艺能否顺利进行地主要问题.缩口地极限变形程度主要受失稳条件地限制,选择缩口系数 m 至关重要.ooeyYZTjj1 缩口变形程度用缩口系数 m 表示,即 m=d/D 式中:d——缩口后地直径; D——缩口前坯料/工序件/半成品地直径. 极限缩口系数主要与材料种类、厚度、硬度、模具形式、润滑条件和表面质量有关,与使用地设备也 有一定地关系,如用油压机与机械压力机有一些差别.BkeGuInkxI 表 5.7 是不同材料、不同厚度地平均缩口系数.表 5.8 是不同材料、不同支承方式地允许缩口系数参考 值.从两表给出地数值可以看出,板料厚度大,塑性较好,模具结构中对筒壁有支承作用时,许可缩口系数 便较小.这些因素在设计缩口工艺、设计模具时应综合考虑.如不锈钢拉深件,冷作硬化现象较严重,可以在 缩口前加一道热处理软化工序以减小制件地缩口系数.但也会由于筒身地软化,导致筒身支承强度减弱,不 利于缩口.PgdO0sRlMo
表 5.7 平均缩口系数 m 0 材 料 材料厚度 t/mm ~0.5 0.85 0.80 >0.5~1.0 0.80~0.70 0.75 >1.0 0.70~0.65 0.70~0.65

黄铜 钢

表 5.8 允许缩口系数 m 0/n 材 料 支 无 支 承 外 0.70~0.75 0.65~0.70 0.68~0.72 0.73~0.80 0.75~0.80 承 支 方 承 式 内 外 支 承 0.3~0.35 0.3~0.32 0.27~0.32 0.35~0.40 0.40~0.43

软 钢 黄铜 H62、H68 铝 硬铝(退火) 硬铝(淬火)

0.55~0.60 0.50~0.55 0.53~0.57 0.60~0.63 0.68~0.72

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5.4.2 缩口模基本结构
典型地缩口模具形式如图 5.25 所示,缩口时工序件/半成品由夹紧装置夹紧,夹紧力通过上模套筒与下 模外圆紧配实现,也可通过斜楔装置实现.3cdXwckm15 缩口模具地支承形式有 3 种.无支承(如图 5.23 所示)地模具结构简单、造价低,但稳定性差,一般只在 厚壁坯料上采用;外支承形式(图 5.26(a))地模具较前者复杂一些,但缩口稳定性较好,许可缩口系数可取 小些,这种形式生产中采用较多;内外支承形式(图 5.26(b))地模具结构最复杂,但由于应力状态理想、稳 定性最好,一般在薄壁筒形件中使用.h8c52WOngM

图 5.25 缩口模原理图
1—压簧;2—芯座;3—活动夹紧环;4—套筒;5—缩口凹模; 6—推件器(兼内支承作用)

图 5.26 不同支承方法地缩口模

5.4.3 缩口工艺计算
1. 缩口次数 若制件地缩口系数 m 小于允许地缩口系数,可采用多次缩口工艺.先确定缩口次数 n. 缩口总次数 lg d [ n ] - lg D n= lg m0 式中:d[n]——缩口地最终直径(中径); D——坯料/工序件/半成品直径(中径); m0——平均缩口系数(表 5.7). d [1] d [2] d [3] d [n] m0 = = [1] = [2] =… = [ n- 1] D d d d [1] [2] [n] 式中:d ,d ,…,d ——分别为第 1,2,…,n 次缩口后制件地中径. 首次缩口系数 m[1]=0.9m0,再次缩口系数 m[2]=(1.05~1.10)m0 .需要注意地是,材料变形后地冷作硬化现 象会影响缩口系数.缩口次数愈多,缩口系数愈大.v4bdyGious 缩口后,制件端部壁厚略有增大,一般可忽略不计.若需要较准确地数据,可按下式估算: d [ n -1] [n] [ n -1] t =t d [n] 式中:t[n], t [ n- 1] ——缩口后与缩口前地厚度; d[n], d [ n- 1] ——缩口后与缩口前地中径. 2. 缩口坯料高度 缩口制件地基本类型有 3 种,如图 5.27 所示.缩口坯料高度 H 地计算如下.

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图 5.27 缩口制件地基本类型

图 5.27(a)所示形式
é D2 - d 2 H=1.05 ê h1 + ê 8 D sin α ?

骣 ? ? 1+ ? ? 桫

ù D÷ ú ÷ ÷ ú d÷ ú ?

图 5.27(b)所示形式
2 2 ù é D÷ d +D +d 骣 ? ú ÷ H=1.05 ê ? 1 + h + h ÷ ú 2 ? ÷ ê1 ? d 8 D sin α D 桫 ú ê ? ? 上述两个式子中 α 为缩口模地半锥角,一般小于 45° ,最好小于 30° .这点在冲压件结构设计时应尽量给予 考虑.J0bm4qMpJ9 图 5.27(c)所示形式 D÷ 1 骣 2 2 ÷ H=h1+ ? ? 1+ ÷ D - d ? ? d÷ 4 桫

缩口后由于回弹,制件要比模具尺寸增大 0.5%~0.8%.缩口制件精度要求较高时,模具难以一次设计制 造到位,最好通过多次试验修正确定.XVauA9grYP 3. 缩口力 缩口力地大小与缩口件地形状、 变形程度、 冲压设备及模具结构形式有关, 很难精确计算.对于图 5.26(a) 所示地锥形缩口件,在无芯轴内支承时其缩口力可按下式计算 bR9C6TJscw 轾 骣 d鼢 骣 1 1 P= k 犏 1.1πDt? s 珑 11+ μ 鼢 珑 鼢 珑 犏 桫 D 桫 tanα cos α 臌 式中:P——缩口力(N); t——缩口前板料厚度(mm); D——缩口前直径(中径,mm); d——制件缩口部位直径(mm); μ ——制件与凹模接触面摩擦系数; ? s ——材料屈服强度(MPa);

α ——凹模圆锥半锥角; k——速度系数,在曲柄轴压力机上工作时,k = 1.15. 注意对已冷作硬化地制件, ? s 取值应比该材料地屈服强度大.

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