冲压工艺及模具－设计与实践第7章 冲压成形的其他工艺.ppt

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1、第7章 冲压成形的其他工艺,7.1精密冲裁 7.1.1光洁冲裁 光洁冲裁又称小间隙小圆角凸（或凹）模冲裁。与普通冲裁相比，其特点是采用了小圆角刃口和很小的冲模间隙。落料时，凹模刃口带为小圆角、倒角或椭圆角，凸模仍为普通形式；冲孔时，凸模刃口带为小圆角、倒角或椭圆角，而凹模为普通形式。凸、凹模间隙小于0.010.02 mm，它不需要特殊的压力机，能比较简便地得到平滑的冲裁断面。 冲裁时，由于刃口带有圆角，加强了变形区的静水压力，提高了金属塑性，把裂纹容易发生的刃口侧面变成了压应力区，且刃口圆角有利于材料从模具端面向模具侧面流动，与模具侧面接触的材料的拉应力得到缓和，从而防止或推迟了裂纹的发生，通

2、过塑性剪切使断面成为光亮带。 当如图7.1所示为两种凹模结构形式。图7.1（a）是带椭圆角凹模，其圆弧,与直线连接处应光滑且均匀一致，不得出现菱角。为了制造方便，也可采用图7.1（b）所示的圆角凹模。 图7.1两种凹模结构形式若刃口圆角半径过小，则起不到作用；若过大，则产生毛刺或使工件的精度下降。因此，一般要进行试冲逐渐加大圆角半径，使之达到需要的最小极限值。如表7.1所示给出了圆角半径R1的数值。若采用倒角的形式，则所取最佳倒角大小可与圆角半径R相同。 图7.1两种凹模结构形式,小间隙圆角凸（凹）模冲裁只适用于塑性好的材料，如软铝、紫铜、低碳钢等。所冲工件的形状轮廓必须比较简单，若制件有直角

3、或尖角，要改成圆角过渡，以防产生撕裂。落料时，需要有较大的搭边来对材料进行约束，以达到减弱拉伸力的效果。 用此方法使断面出现光亮带主要是靠刃口圆角的挤光，故对刃口圆角的表面,粗糙度要求很高。刃口上如有熔附，或由于磨损发生伤痕，都会使断面的粗糙度值变大。为此，模具工作面要求具有较高的硬度。冲裁过程中要加强润滑，以防出现黏膜现象。 由于刃口带有圆角，切断时所需的力则有所增大，冲裁力约为普通冲裁的1.5倍。 图7.2负间隙冲裁 7.1.2负间隙冲裁 负间隙冲裁属于半精冲（见图7.2），其特点是凸模直径大于凹模型腔的尺寸，产生负的冲裁间隙，冲裁过程中出现的裂纹方向与普通冲裁相反，形成,一个倒锥形毛坯。

4、凸模继续下压时，将倒锥毛坯压入凹模内，相当于整修过程，所以，负间隙冲裁实质上为冲裁整修复合工序。 由于凸模尺寸大于凹模，故冲裁时凸模刃口在即将到达凹模口时，就不能再继续下行，而应与凹模表面保持0.10.2 mm的距离。此时毛坯尚未全部进入凹模，等下一个零件冲裁时，再将它全部压入。零件从凹模孔推出时，会有0.020.05 mm的回弹量，在设计确定凹模尺寸时，应予以考虑。 负间隙冲裁的凸、凹模间单边负间隙值的分布很重要。对于圆形工件是均匀分布的，可取（0.10.2）t；对于形状复杂的工件，单边负间隙值的分布是不均匀的（见图7.3），在凸出的尖角部分比平直部分大1倍，凹入部分则比平直部分减少一半。

5、此方法只适用于铜、铝、低碳钢等低强度高伸长率、流动性好的软材料，一般尺寸精度可达IT9IT11，断面粗糙度Ra值可达0.80.4 m。模具结构,简单，可在普通压力机上进行。但对于料厚小于1.5 mm的大尺寸薄板精冲件，容易产生明显的拱弯。负间隙冲裁时的力很大，可按下式计算为 式中F普通冲裁时所需最大压力,N； C系数，按不同材料选取,铝：C=1.31.6;黄铜：C=2.252.8;软铜：C=2.32.5。 图7.3非圆形凸模尺寸的分布情况 图7.4精冲模具结构简图,7.1.3精冲 精冲可由原材料直接获得精度高，平面度、垂直度好，剪切面光洁的高质量冲压件，并可和其他冲压工序复合，进行如沉孔、半冲

6、孔、压印、弯曲、内孔翻边等精密冲压成形。 （1）精冲工艺特点 精冲模具结构的简图如图7.4所示。与普通冲裁模相比，模具结构上多了一个齿圈压板和一个背压顶出器，且凸凹模间隙极小，凹模刃口带有圆角。冲裁过程中，凸模接触材料前，通过力使齿圈压板将材料压紧在凹模上，从而在V形齿的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和金属的横向流动。在冲裁凸模压入材料的同时，利用顶出器的反压力，将材料压紧，加之利用极小间隙与带圆角的凹模刃口消除了应力集中，从而使剪切区内的金属处于三向压应力状态，消除了该区内的拉应力，提高了材料的塑性，从根,本上防止了普通冲裁中出现的弯曲拉伸撕裂现象，使材料沿着凹模的刃边形状，呈

7、纯剪切的形式被冲裁成零件，从而获得高质量的光洁、平整的剪切面。精冲时，压紧力、冲裁间隙及凹模刃口圆角三者相辅相成，是缺一不可的。它们的影响是互相联系的，当间隙均匀、圆角半径适当时，就可用不大的压力获得光洁的断面。 如图7.5所示，精冲工艺过程如下： 材料送进模具（见图7.5（a）。 模具闭合，材料被齿圈、凸模、凹模、顶出器压紧（见图7.5（b）。 材料在受压状态下被冲裁（见图7.5（c）。 冲裁结束，模具开启（见图7.5（d）。 齿圈压板卸下废料，并向前送料（见图7.5（e）。 顶出器顶出零件，并排走零件（见图7.5（f）。,图7.5精冲过程 （2）精冲材料 精冲材料直接影响精冲件的剪切表面质

8、量、尺寸精度和模具寿命。因此，精冲材料必须具有良好的力学性能、较大的变形能力和良好的组织结构，一般以含碳量0.35%及b=650 MPa以下的钢材应用较广，但含碳量高的碳钢及,铬、镍、钼含量低的合金钢，经过球化退火处理后能有扩散良好的球状渗碳体组织，也可获得良好的精冲效果。有色金属中纯铜、黄铜（含铜量高于63%）、铝青铜（含铝量低于10%）、纯铝及软状态的铝合金均能精冲。而铅黄铜塑性差，不适于精冲。 （3）精冲零件的结构工艺性 精冲件的工艺性是指该零件在精冲时的难易程度。其中，零件几何形状是主要影响因素，它对工艺性的影响称为精冲件的结构工艺性。精冲件的几何形状，在满足技术要求的前提下，应力求简

9、单，尽可能是规则的几何形状。精冲件的尺寸极限，如最小孔径、最小槽宽等都比普通冲裁要小。 1）最小圆角半径 精冲件应力求避免凸出的尖角，交角处必须为圆角，否则会使冲裁面上产生撕裂，而且凸模尖角处会由于应力集中而崩裂或产生严重磨损。最小圆角半,径的大小与零件交角、材料力学性能、材料厚度等有关。从提高模具寿命，减少塌角和改善冲裁面质量出发，圆角半径应尽可能取较大数值。工件轮廓上凹进部分的圆角半径与凸起部分所需圆角半径之比为0.6。 2）最小孔径 精冲最小孔径与材料厚度及其力学性能有关，从冲孔凸模上允许承受的最大压应力考虑，应使凸模直径与料厚之比d/t4/p。其中，为材料抗剪强度，p为凸模许用压应力。

10、 3）槽宽 图7.6壁厚不同的精冲零件由于冲槽凸模上应力分布较冲圆孔凸模更为不利，当冲窄长槽时，凸模的抗纵向弯曲的能力变差，所能承受的压力将比同样断面的圆孔凸模小，可按料厚t、强度极限p和槽长L查出最小槽宽bmin。 4）最小壁厚,壁厚是指精冲零件上相邻孔之间、槽之间、孔和槽之间、孔或槽与内外形轮廓之间的距离，即所谓间距或边距（见图7.6）。其中，W1为两圆孔间的壁厚，凸凹模的危险截面部分很短，允许其壁厚可小一些；W2是一直边孔与圆孔形成的壁厚，其凸凹模薄弱部分较W1的承载能力要差一些，但与W3，W4相比还是较有利的；W3及W4的凸凹模薄弱部分较长，冲裁最为不利，其允许值要较W2大得多。 图7

11、.6,5)冲齿模数与齿宽 精冲齿轮时，凸模齿上承受着压应力和弯曲应力，在极限情况下，可能造成齿根的折断，因此必须限制其最小模数m和齿宽b。影响m和b的主要因素是齿形、料厚、材料强度极限和模具制造质量等。 6)悬臂和凸耳 悬臂是指精冲零件上细长的窄条（见图7.7）。悬臂使精冲时凸模在宽度方向的抗纵向弯曲能力降低，故要特别注意凸模结构的稳定性。相对宽度b/t越小，允许的悬臂长度越小。 凸耳是指精冲件上短而宽的凸出部分，其突出长度L不超过平均宽度b的3倍，故与冲齿形相似，最小凸起的宽度b可按节圆齿宽考虑。 7）形状的过渡 在精冲过程中，工件的两个相邻部位若使凸（凹）模所受应力相差很大是非,图7.7精

12、冲零件的窄悬臂、凸耳形状 常不利的，为了避免在小面积内有大的应力变动，而使模具断裂，形状的过渡应尽可能的平缓（见图7.8）。 图7.8精冲零件上的过渡阶段,（4）精冲模设计 1）凸、凹模间隙 间隙的大小及其沿刃口周边的均匀性是影响工件剪切面质量的主要因素。合理的间隙值不仅能提高工件质量，而且能提高模具的寿命。间隙过大，工件断面会产生撕裂；间隙过小，会缩短模具寿命。精冲间隙主要取决于材料厚度，同时也与工件形状、材质有关，软材料选略大的值，硬材料选略小的值，具体数值如表7.2所示。此表提供的数据是具有最佳精冲组织的碳钢，在剪切面表面完好率为级、模具寿命高的基础上制订的。具体使用时，对于不易精冲的材

13、料，间隙应该更小一些；若工件允许剪切面有一定缺陷，间隙可取大些。,2)凸、凹模刃口尺寸 精冲模刃口尺寸的计算与普通冲裁刃口的尺寸计算基本相同。落料件以凹模为基准，冲孔件以凸模为基准，采用修配法加工。不同的是精冲后工件外形和内孔一般有0.0050.01 mm的收缩量。因此，落料凹模和冲孔凸模在理想,情况下，应比工件要求尺寸大0.0050.01 mm。计算公式如下： 凸模按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙值Z。 凹模按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙值Z。 式中Dd，dp凹、凸模尺寸,mm； Cd凹模孔中心距尺寸,mm； Dmin工件最小极限尺寸,mm； dmax工件最大极限孔径,mm； Cmin工件

14、孔中心距最小极限尺寸,mm； 工件公差,mm。,3）齿圈压板设计 齿圈是精冲的重要组成部分，常用的形式为尖状齿形圈（或称V形圈）。根据加工方法的不同，可分为对称角度齿形和非对称角度齿形两种，如图7.9所示。其尺寸如表7.3所示。当材料厚度超过4 mm，或材料韧性较好时，通常使用两个齿圈，一个装在压边圈上，另一个装在凹模上。 图7.9齿圈的齿形,齿圈的分布可根据加工零件的形状来考虑，形状简单的工件，齿圈可做成和工件的外形相同；形状复杂的工件，可在有特殊要求的部位做出与工件外形类似的齿圈，其他部分则可简化或做成近似形状，如图7.10所示。 4)排样与搭边 精冲排样的原则基本上和普通冲裁相同，若工件

15、外形两侧形状、剪切面质量要求有差异，排样时应将形状复杂及要求高的一侧放在进料方向，使这部分断面从没有精冲过的材料中剪切下来，以保证有较好的断面质量（见图7.11,图7.10齿圈的分布 图7.11精冲排样图 因为精冲时齿圈压板要压紧材料，故精冲的搭边值比普通冲裁时要大些，具体数值如表7.4所示。,（5）精冲力的计算 由于精冲是在三向受压状态下进行冲裁的，所以必须对各个压力分别进行计算，再求出精冲时所需的总压力，从而选用合适的精冲机。 精冲冲裁力F1（N）可按经验公式计算为 式中L内外剪切线的总长,mm； t料厚,mm； b材料强度极限,MPa； f1系数，其值为0.60.9，常取0.9。 齿圈压

16、板压力的大小对于保证工件剪切面质量，降低动力消耗和提高模具使用寿命都有密切关系。压边力F压（N）的计算公式为,式中h齿圈齿高,mm； f压系数，常取4； 其余符号意义同前。 顶出器的反压力过小会影响工件的尺寸精度、平面度、剪切面质量，加大工件塌角；反压力过大会增加凸模的负载，降低凸模的使用寿命。一般反推压力F顶可按经验公式计算为 齿圈压力与反推压力的取值主要靠试冲时的调整。 精冲时的总压力为 选用压机吨位时，若为专用精冲压力机，应以主冲力F1为依据；若为普通压力机，则以总压力F为依据。,（6）精冲模具结构及其特点 精冲模与普通冲裁模相比，具有以下特点： 刚性和精度要求较高。 要有精确而稳定的导

17、向装置，保证凸、凹模同心，间隙均匀。 严格控制凸模进入凹模的深度，以免损坏模具工作部分。 模具工作部分应选择耐磨、淬透性好、热处理变形小的材料。 要考虑模具工作部分的排气问题，以免影响顶出器的移动距离。 模具结构类型分为活动凸模式与固定凸模式两类。活动凸模式结构是凹模与齿圈压板均固定在模板内，而凸模活动，并靠下模座上的内孔及齿圈压板的型腔导向，凸模移动量稍大于料厚，此种结构适用于冲裁力不大的中、小零件的精冲裁（见图7.12）。,图7.12活动凸模式结构 图7.13固定凸模式结构 固定凸模式结构是凸模与凹模固定在模板内，而齿圈压板活动。此种模具刚性较好，受力平稳，适用于冲裁大的形状复杂的或材料厚

18、的工件以及内孔很多的工件（见图7.13）。 由于精冲模具要求有3个运动部分，且滑块导向精度要求高，故一般应采用,专用精冲压力机，但如在模具或压机上采取措施，也可将普通压力机用于精冲。 7.1.4整修 整修是将普通冲裁后的毛坯放在整修模中，进行一次或多次加工，除去粗糙不平的冲裁剪切面和锥度，从而得到光滑平整的断面。整修后，零件尺寸精度可达IT6IT7级，表面粗糙度Ra值可达0.80.4 m。常用的整修方法主要有外缘整修、内孔整修、叠料整修及振动整修。 （1）外缘整修 如图7.14所示，外缘整修过程相当于用压力机切削加工过程。将预先留有整修余量的工件置于整修凹模上，由凸模将毛坯压入凹模，毛坯外缘金

19、属纤维被凹模切断，形成环形切屑n1，n2，。随着凸模下降，外缘金属纤维逐步被切去，切屑逐步外移断裂，直至最后阶段，切屑成长减弱，又相当于普通,剪切变形，产生裂纹，完全切断分离。整修后得到的工件断面光洁垂直，只是在最后断裂时有很小的粗糙面（约0.1 mm）。外缘整修的质量与整修次数、整修余量及整修模结构等因素有关。 图7.14整修过程 整修次数与工件的材料厚度、形状有关。厚度在3 mm以下，外形简单、圆滑的工件一般只需一次整修；厚度大于3 mm或工件有尖角时，需进行多次整修，否则会产生撕裂现象。 毛坯上所留整修余量必须适当，才能保证整修后得到光滑平直的断面。由图,7.15可知，总的双边切除余量为

20、 式中s总的双边被切除金属量； Z落料模双边间隙,mm； D双边整修余量,mm，如表7.5所示。 图7.15整修毛坯,整修时，应将毛坯的大端放在整修凹模的刃口上，否则会使粗糙面增大且有毛刺。 （2）内孔整修 如图7.16所示，切除余量的内孔整修，其工作原理与外缘整修相似，不同的,是它是利用凸模切除余量。整修目的是校正孔的坐标位置，降低表面粗糙度和提高孔的尺寸精度，一般可达IT5IT6级，表面粗糙度Ra值达0.2 m。 图7.16内孔整修 图7.17修孔余量 这种整修方法除要求凸模刃口锋利外，还需有合理的余量。余量过大不仅会降低凸模寿命，影响光洁程度与精度，其切断面还会被拉裂。余量过小则不能达到

21、整修的目的。修孔余量与材料种类、厚度、预先制孔的方式（冲孔或钻孔）等因素有关。如图7.17所示，修孔余量可用下式计算为,式中D双边修孔余量，mm； s修正前孔具有的最大偏心距，mm； x修正前孔的中心坐标对于标称位置的最大错位，mm，如表7.6所示； c补偿定位误差，如表7.7所示； x，y修正前孔可能具有的最高坐标误差。,内孔整修时，凸模应从孔的小端进入。孔在整修后由于材料的弹性变形，使孔径稍有缩小，其缩小值近似为铝0.0050.010 mm，黄铜0.0070.012 mm，软钢0.0080.015 mm。 内孔整修还有一种是用心棒精压。它是利用硬度很高的心棒或钢珠，强行通过尺寸稍小一些的毛

22、坯孔，将孔表面压平。此法用于d/t34及t3 mm的情况。它不但可利用钢珠加工圆形孔，而且还可利用心棒加工带有缺口的非圆形孔。,（3）叠料整修 用一般的整修方法，要得到小的间隙必须有相当高精度的模具，而且还有一个最佳整修余量的选择问题，通过一次整修不一定能得到光滑的表面。解决这些问题，可采用如图7.18所示的叠料整修方法，即把两件毛坯重叠在一起，并使用凸模直径比凹模直径大的模具，凸模下隔着一件毛坯对正在进行整修的毛坯加压，当整修进行到毛坯料厚的2334时，再送入第二件毛坯，进行下一次整修行程。由于整修时凸模不进入凹模内，因此模具制造容易，而且也不存在凸模的磨损问题。与一般整修方法相比，适用材料

23、的范围和允许加工余量的范围都宽。其缺点是在下一行程的毛坯进入之后，就必须除去切屑，所以需要有相应的措施。为提高切削性能和使切屑容易排出，可以采用在凹模端面上加工出1015的前角或断屑槽，以及用高压的压缩空气吹掉切屑。此外，由于下一次行程的毛坯起了凸模作用，而毛坯比凸模材料软,得多，相当于在凸模刃口加上圆角，因而产生的毛刺相当大。 图7.18叠料整修 （4）振动整修 振动整修是借助于专门压力机在凸模上附加一个轴向振动，断续地进行切削的工艺。这样使原来比较难于整修的材料变得容易整修，还能降低整修表面的粗糙度。,7.2胀形 胀形是指利用模具迫使材料厚度减薄和表面积增大，得到所需几何形状和尺寸制件的冷

24、冲压工艺方法。根据工件的形状，胀形分为平板毛坯的局部胀形（起伏成形）和圆柱形空心毛坯的胀形；根据胀形模具，胀形分为刚模胀形和借助液体、气体及橡胶成形的软模胀形。 7.2.1胀形成形的原理与成形极限 （1）胀形成形的原理 如图7.19所示为平板毛坯胀形的原理图。当用球形凸模胀形平板毛坯时，毛坯被带有拉深筋的压边圈压死，变形区限制在凹模口以内。在凸模的作用下，变形区大部分材料受到双向拉应力作用（忽略板厚方向的应力），沿切向和径向产生伸长变形，使材料厚度变薄、表面积增大，形成一个凸起。如图7.20所示为圆柱形空心件胀形的原理图，中间介质向四周胀开，使空心件或,管状坯料沿径向向外扩张，胀出所需凸起曲面

25、。 图7.19平板毛坯胀形原理图 图7.20圆柱形空心件胀形原理图 胀形工艺与拉深工艺不同，毛坯的塑性变形区局限于变形区范围，材料不向变形区外转移，也不从外部进入变形区内，毛坯的塑性变形是靠毛坯的局部变薄来实现的。 一般情况下，胀形变形区内金属表面光滑，不会产生失稳起皱。由于拉应力在毛坯的内外表面分布较均匀，因此弹复较小，工件形状容易冻结，尺寸精,度容易保证。 （2）成形极限 胀形的成形极限是指制件在胀形时不产生破裂所能达到的最大变形。由于胀形方法、变形在毛坯变形区内的分布、模具结构、工件形状、润滑条件及材料性能的不同，各种胀形的成形极限表示方法也不相同。纯膨胀时常用胀形深度表示；管状毛坯胀形

26、时常用胀形系数表示；其他胀形方法成形时分别用断面变形程度（压筋）、许用凸包高度和极限胀形系数等表示成形极限。 影响胀形成形极限的因素主要是材料的伸长率和材料的硬化指数。材料的伸长率大，则材料的塑性大，所允许的变形程度大，其成形极限大，对胀形有利；材料的硬化指数大，则变形后材料硬化能力强，扩展了变形区，使胀形应力分布趋于均匀，使材料局部应变能力提高，因此成形极限大，有利于胀形变形。,工件的形状和尺寸影响胀形时的应变分布。当用球头凸模胀形时，其应变分布均匀，各点应变量较大，能获得较大的胀形高度，其成形极限较大。 良好的润滑可使凸模与毛坯间摩擦力减小，从而分散变形，应变分布均匀，增加胀形高度；材料厚

27、度增加，胀形成形极限也有所增加。 7.2.2平面胀形 平面胀形是指平板毛坯在模具的作用下，产生局部凸起（或凹下）的冲压方法，常称为起伏成形，如图7.21所示。起伏成形主要用于增加工件的刚度和强度，如加强筋、凸包等。起伏成形常采用金属冲模。 图7.21起伏成形,（1）加强筋 常见的加强筋形式和尺寸如表7.8所示。 起伏成形的极限变形程度，主要受材料的塑性、凸模的几何形状和润滑等因素影响。能够一次成形加强筋的条件为,式中许用断面变形程度； l0变形区横断面的原始长度，mm； l成形后加强筋断面的曲线轮廓长度，mm； 材料伸长率； 0.70.75视加强筋形状而定，半球形筋取上限值，梯形筋取下限值。

28、若加强筋不能一次成形，则应先压制成半球形过渡形状，然后再压出工件所需形状（见图7.22）。 图7.22两道工序成形的加强筋,当加强筋与边缘距离小于（33.5）t时，由于成形过程中边缘材料向内收缩，为不影响外形尺寸和美观，需加大制件外形尺寸，压筋后增加切边工序。 冲压加强筋的变形力F可计算为 式中F变形力，N； K系数，等于0.71（加强筋形状窄而深时取较大值，宽而浅时取较小值）； L加强筋的周长，mm； t料厚，mm； b材料的抗拉强度，MPa。 若在曲柄压力机上用薄料（t1.5 mm）对小制件（面积小于2 000 mm2）进,行压筋或压筋间校正工序时，变形力可计算为 式中K系数，钢件取200

29、300，铜件和铝件取150200。 如果工件凸包高度超出表7.9中所列数值，则需采用多道工序的方法冲压凸包。,7.2.3圆柱形空心毛坯胀形 圆柱形空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料沿径向向外扩张，胀出所需凸起曲面的一种冲压加工方法。用这种方法可制造出如高压气瓶、波纹管、自行车三通接头以及火箭发动机上的一些异形空心件等。 根据所用模具的不同可将圆柱形空心毛坯胀形分成两类：一类是刚性凸模胀形（见图7.20）；另一类是软凸模胀形（见图7.23）。 图7.23软凸模胀形,（1）刚性凸模胀形 如图7.20所示为刚性分辧凸模胀形结构示意图。锥形铁心块将分块凸模向四周胀开，使空心件或管状坯料沿径向向外扩张，胀

30、出所需凸起曲面。分块凸模数目越多，所得到的工件精度越高，但也很难得到很高精度的制件；且由于模具结构复杂，制造成本高，胀形变形不均匀，不易胀出形状复杂的空心件。因此，在生产中常用软凸模进行胀形。 （2）软凸模胀形 如图7.23所示为软凸模胀形的结构示意图。胀形时，毛坯放在凹槽内，利用介质传递压力，使毛坯直径胀大，最后贴靠凹模成形。 软凸模胀形的优点是传力均匀，工艺过程简单，生产成本低，制件质量好，可加工大型零件。软凸模胀形使用的介质有橡胶、PVC塑胶、石蜡、高压液体和压缩空气等。,（3）胀形变形程度的计算 图7.24胀形后制件最大直径胀形的变形程度用胀形系数K表示为 式中d0毛坯原始直径； dm

31、ax胀形后制件的最大直径，如图7.24所示。 如表7.10、表7.11所示为一些材料的极限胀形系数和极限变形程度的试验值，可供参考使用。,（4）胀形毛坯的计算 胀形时为了增加材料在圆周方向的变形程度，减小材料的变薄，毛坯两端一般不固定，使其自由收缩，因此毛坯长度L0应比制件长度增加一定的收缩量，可计算为 式中L制件母线长度； 制件切向最大伸长率 ； h修边余量，为1020 mm。 （5）胀形力的计算 软凸模胀形圆柱形空心件时，所需的单位压力p分下面两种情况计算: 两端不固定，允许毛坯轴向自由收缩时,两端固定，毛坯不能收缩时 7.2.4胀形模设计典型案例 （1）罩盖的工艺性分析 罩盖胀形的工件简

32、图如图7.25所示，其材料为10钢，料厚0.5 mm，中批量生产。由图可知，罩盖侧壁是由空心毛坯胀形而成，底部由起伏成形而成。 （2）罩盖底部起伏成形计算 由表7.9查得许用成形高度为 此值大于工件底部起伏成形的实际高度，故可一次起伏成形。 起伏成形力的计算为,图7.25罩盖胀形工件简图 图7.26胀形毛坯图 （3）罩盖侧壁胀形计算 胀形系数的计算为 由表7.10查得极限胀形系数为1.24，因此，该工件可一次胀形成形。 计算胀形前工件的原始长度L0： 其中L为R60一段圆弧的长，L=40.8 mm，则 h取3 mm，则得,L0=L（1+0.35）+h =40.8（1+0.350.2）mm+3

33、mm =46.66 mm L0取整为47 mm，如图7.26所示。 侧壁胀形力计算： 由相关手册可查得：b=430 MPa，则： 胀形力为 总成形力为 （4）模具结构设计 胀形模采用聚氨酯橡胶进行软凸模胀形，为便于工件成形后取出，将凹模分,为上、下两部分，上、下模用止口定位，单边间隙取0.05 mm。 侧壁靠橡胶的胀开成形，底部靠压包凸、凹模成形，凹模上、下两部分在模具闭合时靠弹簧压紧。胀形模装配图如图7.27所示。 图7.27罩盖胀形模装配图 模具闭合高度为202 mm，所需压力约67 kN，因此选用设备时以模具尺寸为依据，选用250 kN开式可倾压力机。,7.3翻孔与翻边 翻边是指利用模具

34、将工件上的孔边缘或外缘边缘翻成竖立的直边的冲压工序 根据工件边缘形状的应变状态，翻边可分为内孔翻边和外缘翻边，如图7.28所示；根据竖边壁厚的变化情况，翻边可分为不变薄翻边和变薄翻边。此外，外缘翻边又可分为外凸外缘翻边和内凹外缘翻边。 图7.28翻边形式,7.3.1内孔翻边 （1）内孔翻边的变形特点及翻边系数 内孔翻边的变形主要是坯料受切向和径向拉伸，越接近预孔边缘变形越大。因此，内孔翻边的失败往往是边缘拉裂，而拉裂与否主要取决于拉伸变形的大小。 内孔翻边的变形程度用翻边系数K0表示为 即翻边前预孔的直径d0与翻边后平均直径D的比值。K0值越小，则变形程度越大。圆孔翻边时孔边不破裂所能达到的最

35、小翻边系数称为极限翻边系数。K0可从表7.12中查得。 影响极限翻边系数因素如下： 材料的塑性。塑性好的材料，极限翻边系数小。,孔的边缘状况。翻边前孔边缘断面质量好、无撕裂、无毛刺，则有利于翻边成形，极限翻边系数就小。,材料的相对厚度。翻边前预孔的孔径d0与材料厚度t的比值d0/t越小，则断裂前材料的绝对伸长可大些，故极限翻边系数相应较小。 凸模的形状。球形、抛物面形和锥形的凸模较平底凸模有利，故极限翻边系数相应小些。 （2）内孔翻边的工艺计算及翻边力计算 1）平板毛坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度 在内孔翻边工艺计算中有两方面内容：一是根据翻边零件的尺寸，计算毛坯预孔的直径d0；二是允许的极限

36、翻边系数，校核一次翻边可能达到的翻边高度H（见图7.29）。 图7.29内孔翻边尺寸计算,内孔的翻边预孔直径d0可近似地按弯曲展开计算为 孔的翻边高度为 内孔的翻边极限高度为 2）在拉深件的底部冲孔翻边 其工艺计算过程是先计算允许的翻边高度h，然后按零件的要求高度H及h确定拉深件高度h1及预孔直径d0。允许的翻边高度为 预孔直径d0为,拉深高度为 3）非圆孔翻边 非圆孔翻边的变形性质比较复杂，它包括圆孔翻边、弯曲、拉深等的变形性质。对于非圆孔翻边的预孔，可分别按翻边、弯曲、拉深展开，然后用作图法把各展开线光滑连接。 在非圆孔翻边中。由于变形性质不相同（应力应变状态不同）的各部分相互毗邻，对翻边

37、和拉深均有利，因此非圆孔翻边系数可取圆孔翻边系数的85%90%。 4）翻边力 翻边力一般不大，可计算为,式中s材料的屈服点； 其余均与前面公式相同。 （3）内孔翻边模设计 如图7.30所示，内孔翻边模的结构与一般拉深模相似，不同的是翻边凸模圆角半径一般较大，经常做成球形或抛物面形，以利于变形。 图7.30翻边模结构,如图7.31所示为几种常见圆孔翻边模的凸模形状和尺寸，图7.31（a）可用于小孔翻边（竖边内径d4 mm）；图7.31（b）用于竖边内径d10 mm的翻边；图7.31（c）适用于d10 mm的翻边；图7.31（d）可对不用定位销的任意孔翻边。对于平底凸模一般取r凸4t。 图7.31

38、翻边凸模结构形式 7.3.2外缘翻边 外凸的外缘翻边，其变形性质、变形区应力状态与不用压边圈的浅拉深一样,，如图7.32（a）所示。变形区主要为切向压应力，变形过程中材料易于起皱。内凹的外缘翻边，其特点近似于内孔翻边（见图7.32（b），变形区主要为切向拉伸变形，变形过程中材料易于边缘开裂。从变形性质来看，复杂形状零件的外缘翻边是弯曲、拉深、内孔翻边等的组合。 图7.32外缘翻边 外凸的外缘翻边变形程度Ep的计算式为,内凹的外缘翻边变形程度Ed的计算式为 外缘翻边的极限变形程度如表7.13所示。,7.3.3变薄翻边 当零件的翻边高度较大，难于一次成形，而壁部又允许变薄时，往往采用变薄翻边，以提

39、高生产率并节约材料。 变薄翻边属于体积成形。变薄翻边时，凸凹模之间采用小间隙，凸模下方的材料变形与圆孔翻边相似，但它们成形为竖边后，将会在凸、凹模之间的小间隙内受到挤压，发生较大的塑性变形，从而使竖边厚度减薄，增加高度。 生产中，常采用变薄翻边来成形小螺纹底孔，其基本形式如图7.33所示。凸模的端头做成锥形或抛物面形，凸、凹模之间的间隙小于材料厚度，翻边时孔壁材料变薄而高度增加。 对于低碳钢、黄铜、纯铜及铝，翻边预孔直径为 翻边孔的外径为,翻边高度为 凹模圆角半径一般取r=（0.20.5）t，但不小于0.2 mm。 7.3.4翻边模设计典型案例 （1）固定套的工艺性分析 固定套的零件图如图7.

40、34所示，其材料为08钢，料厚1 mm，中批量生产。由图可知，40 mm处由内孔翻边成形，80 mm是圆筒形拉深件，可一次拉深成形。工序安排为落料拉深冲预孔翻边。 2）翻边预孔直径及翻边力的计算 1）计算预孔尺寸 翻边前为80 mm、高15 mm的无凸缘圆筒形工件，如图7.35所示。,图7.34固定套零件 图7.33小孔翻边模 图7.35翻边前工序件图,2）计算翻边系数 翻边系数为 由表7.12可查得低碳钢的极限翻边系数为0.65，小于所需的翻边系数，故该零件可一次翻边成形。 3）翻边力计算 由相关手册查得，s=200 MPa。 翻边力为 （3）翻边模设计 为便于坯件定位，固定套翻边模采用倒装

41、结构，使用大圆角圆柱形翻边凸模，坯件孔套在定位销上定位，靠标准弹顶器压边，采用打料杆打下工件，选,用后侧滑动导柱、导套模架。 根据模架尺寸和闭合高度，选用250 kN双柱可倾式压力机。翻边模如图7.36所示。 图7.36固定套翻边模装配图 7.4缩口 缩口是指将预先拉深成形的圆筒或管状坯料，通过缩口模将其口部缩小的一种成形工艺。,图7.37筒形件缩口成形 7.4.1缩口成形的特点和变形程度 （1）缩口成形的特点 如图7.37所示为筒形件缩口成形示意图。缩口时，缩口端的材料在凹模的压力下向凹模内滑动，直径减小，壁厚和高度增加。制件壁厚不大时，可以近似地认为变形区处于两向（切向和径向）受压的平面应

42、力状态，以切向压力,为主。应变以径向压缩应变为最大应变，而厚度和长度方向为伸长变形，且厚度方向的变形量大于长度方向的变形量。 由于切向压应力的作用，在缩口时坯料易于失稳起皱；同时非变形区的筒壁，由于承受全部缩口压力，也易失稳产生变形，所以防止失稳是缩口工艺的主要问题。 （2）缩口成形的变形程度 缩口的极限变形程度主要受失稳条件的限制，缩口变形程度用总缩口系数ms表示为 式中ms总缩口系数； d缩口后直径，mm； D缩口前直径，mm。 缩口系数的大小与材料的力学性能、料厚、模具形式与表面质量、制件缩口,端边缘情况及润滑条件等有关。如表7.14所示为各种材料的缩口系数。 当工件需要进行多次缩口时，

43、其各次缩口系数的计算为 首次缩口系数为 以后各次缩口系数为 式中m均平均缩口系数，即,7.4.2缩口工艺计算 （1）毛坯高度计算 缩口后，工件高度发生变化，缩口毛坯高度按下式计算（式中符号如图7.38所示）： 图7.38缩口形式 图7.38(a)形式： 图7.38(b)形式：,图7.38(c)形式： （2）缩口凹模的半锥角 缩口凹模的半锥角在缩口成形中起着重要作用。一般使用45，最好使在30以内，当较为合理时，允许的极限缩口系数m可比平均缩口系数m均小10%15%。 （3）缩口力计算 在无内支承进行缩口时，缩口力F可计算为 式中t0缩口前料厚； D缩口前直径； d工件缩口部分直径；,工件与凹模

44、间的摩擦因数； b材料抗拉强度； 凹模圆锥半角； k速度系数，用普通压力机时，k=1.15。 （4）缩口模结构设计 常见的缩口模结构如图7.39所示。 图7.39缩口模结构,7.4.3缩口模设计典型案例 （1）气瓶的工艺性分析 气瓶的零件图如图7.40所示，其材料为08钢，料厚1 mm，中批量生产。由图可知，气瓶为带底的圆筒形缩口工件，可采用拉深工艺制成圆筒形件，再进行缩口成形。 （2）缩口系数的计算 由图7.40可知，d=35 mm，D=49 mm，则缩口系数为 因该工件为有底缩口件，故只能采用外支承方式的缩口模具，查表7.14得许用缩口系数为0.6，则该工件可一次缩口成形。 （3）毛坯高度

45、的计算 由图7.40可知，h=79 mm，又由图7.38可知，应选用图7.38(a)形式，则毛坯,图7.40气瓶零件图 图7.41缩口前毛坯 高度为 取H=113.3 mm，则缩口前毛坯如图7.41所示。,（4）缩口力的计算 根据图7.40，由相关手册可查得，b=430 MPa，凹模与工件的摩擦因数=0.1，则缩口力F为 （5）缩口模设计 缩口模采用外支承形式一次成形，缩口凹模工作表面的表面粗糙度为Ra=0.4 m，采用后侧导柱、导套模架，导柱、导套加长为210 mm。因模具闭合高度为275 mm，则选用400 kN开式可倾式压力机。缩口模结构如图7.42所示。,图7.42气瓶缩口模装配图 7

46、.5校平与整形 校平与整形是指利用模具使坯件局部或整体产生不大的塑性变形，以消除平面度误差，提高制件形状及尺寸精度的冲压成形方法。,7.5.1校平与整形的工艺特点 校平与整形允许的变形量很小，因此必须使坯件的形状和尺寸与制件非常接近。校平和整形后制件精度较高，因而对模具成形部分的精度要求也相应较高。 校平与整形时，应使坯件内的应力、应变状态有利于减少卸载后由于材料的弹性变形而引起制件形状和尺寸的弹性恢复。 由于校平与整形需要在曲柄压力机下死点进行，因此，对设备的精度、刚度要求高，通常在专用的精压机上进行。若采用普通压力机，则必须设有过载保护装置，以防止设备损坏。 7.5.2校平 校平多用于冲裁

47、件，以消除冲裁过程中拱弯造成的不平。对薄料、表面不允许有压痕的制件，一般采用光面校平模（见图7.43）。对较厚的制件，一般,采用齿形校平模（见图7.44）。 图7.43光面校平模 图7.44齿形校平模 7.5.3整形 整形一般用于弯曲、拉深成形工序之后。整形模与一般成形模具相似。只是工作部分的定形尺寸精度高，表面粗糙度值要求更小，圆角半径和间隙都较小。 整形时，必须根据制件形状的特点和精度要求，正确地选定产生塑性变形的部位、变形的大小和恰当的应力、应变状态。,弯曲件的镦校（见图7.45）所得到的制件尺寸精度高，是目前经常使用的一种校正方法。但是，对于带有孔的弯曲件或宽度不等的弯曲件，不宜采用，因为镦校时易使孔产生变形。 拉深件的整形采用负间隙拉深整形法（见图7.46），其间隙可取（0.90.95）t（t为料厚）。可将整形工序与最后一道拉深工序结合成一道工序完成。 图7.45弯曲件的镦校 图7.46负间隙拉深整形法,7.5.4校平、整形力的计算 影响校平与整形时压力的主要因素是材料的力学性能、板料厚度等。其校平、整形力F为 式中S校平、整形面积； p单位压力，如表7.15所示。,7.6冷挤压 7.6.1概述 （1）冷挤压的概念 冷挤压是机械制造工艺中的少、无切削加工新工艺之一。它是将冷挤压模具装在压力机上，利用压力机简单的往复运动，使金属在模腔内产生塑性变形，从而获得所需要