冲模设计制作案例案例精解-项目五.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目五,气瓶的成形模设计,任务引入,冲压的成形工艺方法有很多，除弯曲、拉深成形工艺外，还有胀形、翻边、缩口、校形等成形工艺方法。下面将通过气瓶的成形模设计来逐步讲解胀形、翻边、缩口、校形的变形特点。,相关知识,一、胀形,胀形是利用模具迫使板料厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法。,冲压生产中的起伏成形、圆柱形空心毛坯的凸胀成形、波纹管的成形等均属于胀形成形方式。,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,汽车覆盖件等形状复杂的零件成形也常常包含胀形成分。,(,一,),平板的胀形,在平板毛坯上进行胀形加工的通俗名称很多，如压窝、压加强筋、打包、凸起以及起伏成形等，但其变形力学特点是相同的，同属于胀形。,1.,胀形的变形特点,如,图,5-1,所示为在平板毛坯的局部压窝坑的胀形模，在结构上可与首次拉深模完全相同，但变形特点却完全不同，当毛坯直径,D,超过工件直径,d3,倍以上时，成形时凹模口部以外的凸缘区材料已无法流入凹模内，即拉深变形已不可能，塑性变形只局限于凹模口部以内的部分材料范围之内，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,这就是胀形。,胀形变形是依靠变形区部分板料厚度变簿、表面积增大来实现的。胀形时变形区内的材料不可能向变形区外转移，通常变形区外的材料也不向变形区内补充。,胀形时变形区的应力状态为双向受拉应力，即径向应力,r,和切向应力,均为拉应力，而板厚方向应力可视为零。变形区的应变状态为双向受拉伸、一向受压缩，即径向应变,r,和切向应变,。均为拉应变，而板厚方向应变,1,为压应变。,径向和切向的伸长变形引起板厚的变薄，因此胀形属于伸长类变形。,胀形过程中不会产生失稳起皱现象，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,而且由于材料加工硬化作用，在胀形充分时工件表面很光滑。胀形的这些变形特点在一些板料的成形加工中很有用途，例如对于一个经多次拉深成形的工件，如果最后成形或整形时能带有一定的胀形变形，不仅可使工件表面光滑，而且可提高工件的尺寸精度。又如在复杂曲面件的拉深成形时，必须附加胀形变形，而且胀形要充分，才能防止起皱。,2.,平板毛坯胀形的变形程度,胀形的破坏形式是胀裂或胀破。对于某些产品的胀形件，即使不胀破，板厚过分变薄也是不允许的。因此平板毛坯局部胀形的极限变形程度可按断面最大相对伸长变形,t,不超过工件材料许用伸长率,的,70%-75%,来控制。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,式中,L,0,、,L,胀形前、后变形区断面长度,;,工件材料的许用伸长率。,系数,0.7,一,0.75,可视胀形变形的均匀程度来选取，例如压加强筋时，断面为圆弧形时可取较大值，断面为梯形时应取较小值。,在生产中按式,(5-1),计算胀形的变形程度并不方便，按胀形深度控制变形程度则更加直观。而且胀形深度与毛坯直径或毛坯宽度无关，因为胀形时变形区外的材料不向变形区内流动，这给计算变形程度带来了方便。但胀形深度除了受材料塑性影响以外，还要受到凸模形状、,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,板料硬化指数,n,值及润滑情况等因素的影响。,(1),凸模形状。当用平头凸模胀形时，变形过分集中于凸模圆角区，能达到的胀形深度是很有限的。随着凸模圆角半径,r,的增大，变形得到缓和，胀形深度能有所增加。当用球头凸模胀形时，变形趋于均匀，胀形深度要比用平头凸模大些,(2),硬化指数。硬化指数,n,值大的材料胀形时可避免变形过分集中，提高均匀变形程度，避免局部板厚过分变薄而过早破裂。因此硬化指数,n,值大的材料可以获得较大的胀形深度。,(3),润滑情况。胀形时进行良好的润滑，可使变形趋于均匀化，使胀形深度增加。但润滑的部位应与拉深不同，在凹模圆角区进行润滑是没有意义的，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,润滑面应选在凸模与板料的接触部分，这是由胀形的变形特点所决定的。,采用平头凸模对塑性较好的低碳钢板、软铝板进行胀形所能达到的深度,h,见,表,5-1,。采用球头凸模胀形能达到的深度,hd/3,，其中,d,为胀形件的直径。在平板上压加强筋时，如果断面形状为圆弧形，可能达到的压筋深度,h,为压筋宽度,b,的,30%,左右，即,h0.3b,若如,图,5-2,(h),所示的平底胀形件的深度,h2,超过了表,5-1,给出的极限值，可先用较大直径的球头凸模胀形，得到一个如图,5-2(a),所示的工序件，最后用整形法达到工件所要求的形状和尺寸。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,如果采用上述两道工序仍不能达到工件所要求的深度，就必须适当降低工件的深度。,3.,平板毛坯胀形力的计算,采用刚性凸模对平板毛坯进行胀形时所需的胀形力,F,按下式估算。,式中,L,胀形区周边长度，,mm;,t,板料厚度，,mm;,b,板料抗拉强度，,MPa,;,K,一变形程度大小的系数，一般取,0.71.,在曲柄压力机上对板厚小于,1.5mm,、成形面积小于,200mm2,的小件压加强筋时，如在成形后进行校形，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,所需冲压力,F,按下式计算。,式中,A,成形区的面积，,mm,2,t,板料厚度，,mm,；,K,一系数，对于钢为,200,一,300N/mm,4,，对于铜、铝为,150200N/mm,4,。,(,二,),空心毛坯的胀形,空心毛坯的胀形是将空心工序件或管状毛坯沿径向往外扩张的冲压工序，如壶嘴、皮带轮、波纹管、各种接头等。,1.,空心毛坯胀形的变形程度,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,对空心毛坯的胀形具有与平板毛坯胀形相同的变形特点，应力一应变状态也相同。但对空心毛坯的胀形，如,图,5-3,所示对一段管子的凸肚胀形，如果管子的长度不是很长，胀形时管子的长度就会缩短。这表明胀形区以外的材料向胀形区内补充，使胀形区的径向拉伸变形得到缓和，而使切向的拉伸变形成为最主要的变形，胀破就是由于切向拉应变过大引起的。,为了不胀破，需限制切向最大拉应变,max,不超过材料的许用伸长率,。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,按式,(5-5),计算的胀形系数,K,与材料的许用伸长率,有如下关系。,式中,d,0,胀形前工序件的初始直径,;,D,max,胀形后工件的最大直径。,由式,(5-6),可见，胀形系数,K,可以表示胀形的变形程度。但材料的许用伸长率不能套用材料单向拉伸试验所得的伸长率，因为胀形时的应力状态与单向拉伸不同。,表,5-2,给出了一些材料的许用伸长率,别和极限胀形系数,K,的实验值，可供设计时参考。,2.,空心毛坯胀形工序件的计算,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,当胀形件留有不变形段时，工序件的直径就等于不变形段的直径。当胀形件全长都参与胀形时，如,图,5-4,(a),所示的凸肚形件，则胀形前工序件的直径,d,0,应稍小于工件小端直径,d,min,并可利用式,(5-5),，按,表,5-2,选用允许的胀形系数,K,值，求得工序件直径,d,0,。如果选用一段管材为胀形前的工序件，应将所计算的,d,0,值化为最靠近的标准管材的直径。两者相差较大时，应重新核算变形程度。,对于一个具体的胀形件，其高度往往是有限的，胀形时两端一般不加固定，任其自由收缩，可以减小胀形区板厚的变薄程度。因此胀形工序件的高度或长度应比工件高度增加一收缩量，需切边时还需增加一切边余量。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,例如如图,5-4(b),所示的凸肚胀形件，工序件高度,H0,可按下式计算。,式中,L,胀形区母线展开长度,;,H,切边余量，一般取,5-15mm;,材料切向最大伸长率，见,表,5-2,。,其前面的系数,0.3,一,0.4,决定了收缩量的大小。,3.,空心毛坯胀形方法,对空心毛坯的胀形需通过传力介质将压力传至工序件的内壁，产生较大的切向变形，使直径尺寸增大。按传力介质的不同，空心毛坯的胀形可分为刚性凸模胀形和软模胀形两大类,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,(1),刚性凸模胀形。刚性凸模胀形采用普通金属凸模进行胀形。如,图,5-5,所示为双动压力机用的整体凸模胀形模。工序件为直母线锥形筒，由板料弯曲成形并焊接制成。为了防止胀形时工序件下滑，造成工件大端缺料，胀形前先由压力机外滑块带动锥面压边圈,2,进行扩口压边，将工序件大端的一段压紧到凹模,3,上口的锥面上，工序件要相应留出工艺余量。然后压力机内滑块带动凸模,1,下行完成胀形。由于工件的曲母线比较平缓，成形后凸模能顺利从工件大端抽出，因此凸模可以采取整体式的结构。,采用整体式凸模对空心毛坯进行胀形加工的机会并不多，在多数情况下，凸模必须采取纵向分体式结构，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,胀形后才能顺利与胀形体分离。,如,图,5-6,所示为凸模纵向分体的胀形模。拉深制备的工序件由下凹模,7,定位，当上凹模,1,下行时，将迫使分体凸模,2,沿锥面导向轴,3,下滑，随着直径的增大而产生径向压力，在下止点处完成对工件底部两侧的胀形。在回程时，弹顶装置,(,图中未画出,),的压力通过顶杆,6,和顶板,5,将分体凸模连同工件一起顶起。分体凸模在弹性卡圈,4,箍紧力的作用下，将始终紧贴着导向轴上升。同时直径不断减小，至上止点能保证胀形完的工件顺利从分体凸模上抽出。,刚性凸模胀形的优点是加工费用较低，但存在着严重的缺点,由于凸模是分体的，在下止点处完成最大胀形变形时，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,在分型面处将会出现较大的缝隙，使胀形件的质量变坏。,受模具制造与装配精度的影响较大，很难获得尺寸精确的胀形件，工件表面很容易出现压痕。,当工件形状复杂时，给模具制造带来较大的困难，工件质量更难以保证，因而使刚性凸模胀形的应用受到很大的限制,(2),软模胀形。软模胀形是以气体、液体、橡胶及石蜡等作为传力介质，代替金属凸模进行胀形。,软模胀形具有板料的变形比较均匀，容易保证工件的几何形状和尺寸精度要求，而且对于不对称的形状复杂的空心件也很容易实现胀形加工等优点。因此软模胀形的应用比较广泛，并具有广阔的发展前途。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,聚氨酯橡胶胀形。对于如,图,5-6,所示的凸肚形工件，采用如,图,5-7,所示的聚氨酯橡胶胀形模，模具结构将十分简单。该模具以浇注型聚氨酯橡胶棒,2,为凸模，其直径可比工序件内径小一点，以便能顺利放入工序件内。工序件在下凹模,3,与顶柱,4,之间的间隙处进行定位，并对工件不成形段起内、外支撑作用。当上凹模,1,下行时，在其压力作用下聚氨酯橡胶棒将产生变形，完成胀形加工。比工序件内径小一点，以便能顺利放入工序件内。工序件在下凹模,3,与顶柱,4,之间的间隙处进行定位，并对工件不成形段起内、外支撑作用。当上凹模,1,下行时，在其压力作用下聚氨酯橡胶棒将产生变形，完成胀形加工。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,聚氨酯橡胶棒为弹性体，在压缩量不超过,30%,的条件下不会产生永久变形，在回程卸载后仍能恢复原状。因此成形后的工件能与聚氨酯橡胶棒顺利分离，以便进行下一个工件的加工。,如,图,5-7,所示的模具为倒装式结构，当管壁较薄时，如果外侧无支撑段较长，成形时有可能出现失稳起皱。因此聚氨酯橡胶胀形模常采取顺装式结构，可避免管壁失稳起皱。如,图,5-8,所示的自行车中接头聚氨酯橡胶胀形模属于顺装式结构，管壁内、外均有支撑，成形时不会发生失稳起皱现象。,由于管坯长度有限，成形时沿长度方向有较大的收缩，因此这种胀形加工不是纯胀形，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,管坯长度需留出较大的工艺余量。上压柱,1,和下压柱,4,的端头均制成台阶形，开始胀形时小端直径先压缩聚氨酯橡胶棒，当大端直径接触管坯端头后，随胀形的进行将推动管坯产生轴向收缩变形，有助于材料的流动，使变形均匀些。,凹模,2,需制成分体式的，以管坯轴线与胀形孔轴线相交组成的平面为分型面，以便成形后能够取出工件。自行车中接头胀形模的凹模需分成,3,块，为了防止胀形时在分型面出现缝隙，用锥套,3,将凹模箍紧，凹模外形也制成相配合的锥形，半锥角一般不超过,60,，以便能自锁。有的采用,3,个液压动作完成分体凹模的拼合与打开，可以提高生产效率，延长凹模的使用寿命。但整副模具的尺寸将增大许多，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,需使用台面尺寸较大的压力机，可能造成设备功率的浪费。,聚氨酯橡胶棒的尺寸和硬度不仅影响胀形件的质量，而且影响其使用寿命。胶棒的直径需小于管坯的直径，但直径偏小时将增大橡胶的总压缩量，降低其使用寿命。聚氨酯橡胶的硬度偏小时，产生的单位压力较小，使其使用寿命降低。硬度偏大时，对压力机的冲击破坏作用将增大。聚氨酯橡胶硬度可选取邵氏,70,一,80A,。胶棒的尺寸和硬度选取合适时，一个胶棒可加工,1000,件以上，选取不合适时，一个胶棒胀形几十件就可能需要更换。因此在生产中应通过试验最后确定胶棒的尺寸和硬度，以求获得最佳的技术经济效果。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,液压胀形。采用如,图,5-9,所示的液压胀形模也可以加工管接头类工件。工作时先将管坯置于下凹模,3,之上，然后将上凹模,1,压下，拼合成完整的凹模。再将两顶轴,2,引入凹模内并顶住管坯的两端，如图,5-9(a),所示。图,5-9(b),表示由顶轴中心孔注入高压液体进行胀形的情况。胀形时管坯沿轴向有较大的收缩，两顶轴必须始终压紧管坯。因此这种胀形方法属于轴向加压的液压胀形，在胀形过程中管坯除内壁受压力作用外，两端还受较大的压力作用，与纯胀形相比较，可以提高胀形的变形程度，减小胀形件壁厚的变薄量。,如,图,5-10,(a),所示为一种常见的波纹管，是一种薄壁金属软管，在管路连接中能起到很好的缓冲作用，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,因此广泛用于飞机、火箭、化工设备等管路系统中。,正规加工波纹管通常是在专用的卧式成形机上进行，采取轴向加压的液压胀,形方法。因为波纹管的径向胀形量较大，随胀形的进行轴向必须产生较大的收缩变形，才能避免胀破或局部壁厚过分变薄。,图,5-10,（,b,）表示了波纹管卧式液压胀形模的工作情形。模具的成形部分由若干片可移动的模片,1,串接组成，相互由铰链,4,连接起来。模片的数量按波纹数确定。串接模片的一侧为固定夹头，另一侧为可移动夹头，两模片间的距离与波纹尺寸有关，在两模片之间插入定位梳,2,进行轴向定距，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,可保证模片间的距离均匀一致。,图,5-10,(c),表示了模片和定位梳的平面形状，模片由左模片,6,、右模片,7,及锁片,8,组成。左、右模片合在一起时，可由锁片锁住，抬起锁片，可使左、右模片分开。,在开模状态装入管坯,3,，两端由弹性夹头,5,夹紧。合上左、右模片并锁住后，由进油口注入高压油，使处在模片间的管壁产生胀形变形，形成大圆弧的初波。然后抽出定位梳，再一边注入高压油胀形，一边移动可移动夹头，使模片合拢。待全部模片都贴合时，就完成了波纹管的胀形。这时，为了减小回弹，提高波纹管的尺寸精度，可适当增加油压。卸压后，分开左、右模片，松开弹性夹头，移动可移动夹头，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,便可取出工件。,波纹管的管坯一般由薄板卷圆后焊接制备，也可由变薄拉深制备，管坯的长度,L,0,可按母线展开进行计算。,式中,n,波纹管的波纹数,;,r,1,波峰中线圆弧半径,;,r,2,波谷中线圆弧半径,;,D,3,波谷圆弧中心直径,;,D,4,波峰圆弧中心直径,;,l,工艺余量，一般取,20,一,30mm,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,管坯的直径,D,。就是波纹管的最小直径，即波谷直径,D,1,，但为了便于装入管坯，可使,D,0,比,D,1,小,1,一,2mm.,模片有,2,个工作直径，即最小工作直径,dd,和最大工作直径,D,d,d,d,形成波纹管的波谷直径,D,1,D,d,形成波峰直径,D,2,。考虑到波纹管胀形后将产生较大的回弹，可将模片的最大工作直径,D,d,比波峰直径,D,2,增大约,2mm.,定位梳片的厚度,b,按对应波纹段的展开长度计算。,式中,l,单波的展开长度,;,s,相邻波纹的中心距。,胀形初期，定位梳要承受一定的压力，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,因此定位梳应具有一定的硬度和耐磨性。模片的材料可根据波纹管的材料来选择，波纹管材料为铝或铜时，可选用优质结构钢或中碳钢并经调质处理,;,波纹管材料为不锈钢时，应选用工具钢并淬硬。,二、翻边,翻边是利用模具将工序件的孔边缘或外边缘翻成竖直的直边的成形方法。,内缘翻边,(,或翻孔,),，即对工件的孔进行翻边，如,图,5-11,(a),所示。,外缘翻边，即对工件的外缘进行翻边，如图,5-11(b),所示。,翻边与弯曲区别,:,弯曲的拆弯线为直线，切向没有变形，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,而翻边的拆弯线为曲线，切向有变形，并且常常是主要的变形,(,一,),内缘翻边,1.,圆孔翻边,(1),圆孔翻边的变形特点。如,图,5-12,所示，在平板毛坯上制出直径为,D,0,的底孔，随着凸模的下压，孔径将被逐渐扩大。变形区为,(D+2r,d,)-d,0,的环形部分，靠近凹模口的板料贴紧,r,d,区后就不再变形了，而进入凸模圆角区的板料被反复拆弯，最后转为直壁。当全部转为直壁时，翻边也就结束了。翻边变形区一切向受拉应力,，径向受拉应力,p,。，而板厚方向应力可忽略不计，因此应力状态可视为双向受拉的平面应力状态。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,圆孔翻边时，应力和切向应变的分布情况如,图,5-13,所示。切向应力,为最大主应力，径向应力,D,是由凸模对板料的摩擦作用引起的，其值较小。,应力沿径向的分布是不均匀的，在底孔边缘处，一切向应力,达到其最大值，而径向应力,D,为零，因此该处可视为单向拉伸应力状态。切向应变,为拉应变，沿径向的分布也是不均匀的，在底孔边缘处其值最大，越远离中心，其值越小。可见，翻孔时底孔边缘受到强烈的拉伸作用。变形程度过大时，在底孔边缘很容易出现裂口。因此翻孔的破坏形式就是底孔边缘拉裂。为了防止出现裂纹，需限制翻孔的变形程度。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,(2),圆孔翻边的变形程度。圆孔翻边的变形程度用翻边系数,K,f,表示。,式中,d,0,翻边前底孔的直径,;,D,翻边后孔的中径。,显然，,K,f,值越小，表示变形程度越大。各种材料的首次翻边系数,K,f0,和极限翻边系数,K,fmin,见,表,5-3,。采用,K,fmin,值时，翻孔后的边缘可能有不大的裂口。,(3),影响翻边系数的因素。,材料的塑性。由于翻孔时的主要变形是切向的伸长变形，因此影响翻边系数的主要因素是材料的塑性。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,最大切向伸长变形在底孔边缘处，其值不应超过材料的许用伸长率。,由上式可得翻边系数,K,f,与材料许用伸长率,或许用断面收缩率必之间的近似关系，即,K,f,=1/(1+),或,K,f,=1-,。这表明,:,材料的塑性越好，其极限翻边系数可以更小些。,由于翻孔时的一切向应变,。沿径向分布是不均匀的，越远离底孔边缘，,值越小，就拉伸破坏而言，邻近材料层对底孔边缘能起到缓和作用，因而使得底孔边缘处的实际最大拉伸应变,max,可比材料单向拉伸试验所得的均匀伸长率,值大得多。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,底孔的断面质量。由于翻孔的破坏形式是底孔边缘因拉伸变形过大而开裂，因此可采用钻孔代替冲孔，冲孔后再用整修方法去掉毛刺和表面硬化层，或冲孔后采取软化热处理措施，都能提高翻孔的极限变形程度，允许采用较小的翻边系数。但采取上述措施会增加工序和工时。对于一般要求的中小型件，即使适当降低翻孔的变形程度，也应尽可能用冲孔的方法制备底孔。而对于贵重的大型件，例如在直径超过,3000mm,的火箭封头上翻小孔，为了防止翻裂出废品，不仅采用钻孔方法制备底孔，而且钻孔后还需将底孔边缘打磨光滑。,板料的相对厚度。底孔直径,d,。与板料厚度,t,的比值,d,0,/t,较小时，表明板料较厚，断裂前材料的绝对伸长量可以大些,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,故翻边系数可相应减小些。,翻边凸模的形状。,图,5-12,所示为用平头凸模翻边，当凸模圆角半径,r,p,较小时，变形过分集中于底孔边缘，容易引起开裂。随着,r,p,值的增大，直至采用球形、抛物面形或锥形凸模，变形将得到分散，可减小底孔边缘开裂的可能性，因而允许采用较小的翻边系数。,表,5-4,给出了低碳钢的极限翻边系数，从中可以看出上述因素对其值的影响程度。,(4),翻边后板厚的变化。在翻边过程中，变形区的宽度基本保持不变，即径向应变,p,为零，根据体积不变条件，由于变形区切向应变,为拉应变，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,所以翻边后直壁部分板厚将变薄，而且由于切向应变沿径向分布是不均匀的，则板厚变薄也是不均匀的。在切向伸长变形最大的底孔边缘翻边后变薄最严重，翻边系数较小时，最小板厚,t,min,可能小于,0.75t.,翻边后壁部最小板厚,t,min,可按下式估算。,式中,t,初始板厚,;,K,f,实际翻边系数。,(5),圆孔翻边的工艺计算。,平板冲底孔后翻边。在平板或立体成形件的平面上冲底孔后进行翻边，工艺计算有两方面内容，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,确定底孔直径,d0,和核算翻边高度,H.,由于变形区的宽度在翻边时可认为不变，则翻边后直壁高度可按弯曲进行计算。通常，翻边件图给出的尺寸有翻边直径,D,翻边高度,H,及圆角半径,rd(,即翻边凹模圆角半径,),。按上述条件，从如,图,5-14,所示的几何关系可得翻孔底孔直径,d0,的计算公式为,:,变换上式，可得翻边高度,H,的计算公式,将上式中的翻边系数,K,f,以极限翻边系数,K,fmin,代替，可得最大翻边高度,H,max,的计算公式,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,如果翻边件直壁的高度,H,超过了按式,(5-13),计算的一次翻边极限高度,H,max,则该件不能一次完成翻边。这时，可采取多次翻边,(,两次之间可安排退火软化工序,),、对变形区进行加热翻边等工艺方法。当翻边件直壁高度较大时，比较好的工艺方法是先用平板毛坯拉深成带宽凸缘的圆筒形件，在底部冲底孔后再进行翻边，可制成带凸缘的无底筒形件。,拉深后冲底孔再翻边。在拉深件底部冲底孔后再翻边，如,图,5-15,所示，工艺计算程序是先确定翻边所能达到的最大高度，按图示几何关系，翻边高度,h,为,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,这时，底孔直径,d,0,可由下式求得,底孔直径,d,0,也可按下式计算,最大翻边高度,h,max,确定之后，便可按下式计算拉深工序件的高度,h1,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,2.,非圆孔翻边,(1),非圆孔翻边的变形特点。非圆孔翻边的底孔形状一般由圆弧段和直线段组成，常见的底孔形状有长圆形、圆弧连接的四边形等。,如,图,5-16,所示的翻边孔形状由两段圆弧段和两段相切的直线段组成，为卵形。翻边时，切向拉伸变形主要集中于圆弧段，而直线段主要是弯曲变形。但两者相互是有影响的，圆弧段在切向受强烈拉伸变形时必然挤压直线段，使直线段横向受压缩变形。反过来，直线段对圆弧段切向将产生反挤压作用，使圆弧段切向的拉伸变形得到降低。结果，圆弧段切向拉应力和拉应变沿翻边线的分布很不均匀，只有中间与相同半径的圆孔翻边时基本相同，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,而由中间向两端与直线段的连接处其值逐渐减小。这表明直线段承担了圆弧段一部分切向伸长变形，使圆弧段切向伸长变形得到一定程度的减轻。,(2),非圆孔翻边系数。非圆孔翻边与半径相同的圆孔翻边比较，允许采用较小的翻边系数,K,f,，可按下式估算,:,式中,K,f,圆孔极限翻边系数，见,表,5-4,;,圆弧段中心角,(),。,上式适用于,180,。当,180,时，直线段对圆弧段的缓解作用已不明显，工艺计算仍需采用圆孔翻边系数。当直线段很短时，也按圆孔翻边处理。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,低碳钢板的非圆孔极限翻边系数也可以按,表,5-5,查得。,(3),非圆孔翻边的工艺计算。非圆孔翻边时，工艺计算主要考虑两方面内容，核算变形程度和确定底孔的形状和尺寸。,当翻孔形状复杂时，应分段进行变形程度的核算。如,图,5-17,所示的,非圆孔翻边件，按变形特点可分为,3,种类型,:,凹弧段,a,具有翻孔的变形特点,;,凸弧段,b,具有拉深的变形特点,;,而直线段,c,则主要是弯曲。因此，为了判断该件能否一次成形，对于凹弧段,a,应按非圆孔翻边系数判断。而且，当翻边高度相等时，只需核算圆弧半径较小的,R4,段，因为,R,4,R,2,，则,R,4,段的变形程度比,R,2,段大得多。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,对于凸弧段,b,应按圆筒形件首次拉深系数判断，因为该段在翻边过程中切向产生压缩变形，而不是拉伸变形，成形过程中的主要问题是如何防止起皱，与拉深时的主要工艺问题是相同的。按拉深核算，假想拉深系数为,R,1,/R,2,，其值不能真实地反映凸弧段,h,的拉深变形程度，因为相邻凹弧段,a,产生伸长变形，将加剧凸弧段,b,的压缩变形。从实用出发，可限制比值,R,1,/R,2,不小于圆筒形件不压边的首次拉深系数。,对一般要求的非圆孔翻边件，可以不考虑底孔形状的修正问题。只有当翻边高度要求严格时，才考虑修正变形区宽度。这时，可先按弯曲展开计算直线段,c,的翻边宽度,Bc,，取凹弧段,a,的翻边宽度鱿为及的,1.O5-1.1,倍。凸弧段,b,的翻边宽度,B,可利用拉深圆筒形件的毛坯直径计算公式求得。最后，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,需考虑三者间的相互影响，将底孔形状修正光滑。,3.,翻边力的计算,用普通圆柱形凸模翻孔时的翻边力,F,，可按下式估算。,式中,F,翻边力，,N;,D,翻边后孔的中径，,mm;,d,o,翻边底孔直径，,mm;,t,为板料厚度，,mm;,s,板料屈服应力，,MPa,。,随凸模圆角半径的增大，翻边力将大幅度减小。当采用球头凸模翻孔时，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,翻边力可比采用小圆角平头凸模降低,50%,左右。采用球头凸模的翻边力,F,可按下式计算。,式中,K,0,翻边力系数，见,表,5-6,;,b,板料杭拉强度，,MPa,。,4.,翻孔模设计,(1),翻孔模结构类型。翻孔模的结构与拉深模相似，也有顺装与倒装、压边与不压边等区分。与拉深模一样，如果没有冲裁加工，翻孔模一般不需设置模架。,如,图,5-18,所示为倒装式翻孔模，凹模,2,在上模，为倒装结构形式，以便于使用通用弹顶装置。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,该模具适于在平板毛坯上进行小孔翻边加工。利用凸模,3,导引段的端头对工序件底孔进行定位，压料板,4,上不另设定位件。翻边后工件将随上模上升，由打板,1,将工件从凹模内推出。,如,图,5-19,所示为顺装式翻孔模。工序件,4,为带凸缘的拉深件，底部冲出翻边底孔，倒置于翻边凹模,5,上定位。翻边时工件由压料板,3,压住，可使工件较平整，在工作行程，由凸模,1,完成翻边。在回程，压料板使工件脱离凸模而留在凹模内。压料板的压力来自弹簧,2,。最后，由顶板,6,将工件从凹模内顶出。顶件力由冲床下面的弹顶装置提供，通过顶杆,7,传给顶板。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,(2),翻边凸模和凹模的设计。翻边时，板料相对凹模圆角没有滑动，因此对翻边凹模的圆角半径没有严格的限制，可直接取工件要求的圆角半径。,翻边凸模的结构形式很多，如,图,5-20,所示为几种常用圆孔翻边凸模的形状和尺寸。,如图,5-20(a),所示为平头凸模，圆角半径,r,不宜过小，适于翻边高度较小、直径较大的孔翻边。如图,5-20(b),所示为球头凸模，如图,5-20(e),所示为抛物面形凸模。就对翻边变形而言，图,5-20(b),优于图,5-20(a),，图,5-20(e),优于图,5-20(b),，因而允许采用较小的翻边系数，可比平头凸模减小,10%,一,20%,，但凸模的加工难度则正好相反。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,采用以上三种翻边凸模，工件需有预制底孔，而且翻边模上需设置定位装置，对工序件进行定位。,如,图,5-20,(d),和图,5-20(e),所示分别为带有球头和锥头导向段的台阶式凸模，用于倒装式翻孔模时，可利用导引段对工序件底孔进行定位，因此模具上不需设置定位装置。锥头凸模比球头凸模容易加工，锥角,a,可按板料厚度,t,选取，当,t1.5mm,时，取,a=60,。,如图,5-20(f),所示为尖锥形凸模，用于薄料、小孔的翻边，不需预先制备底孔。但翻边后直壁端头有裂口，对直壁要求严格时不能采用。,翻边件的直径尺寸一般都要求不严，只有用作轴套使用时，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,才对内径尺寸要求较严。这时，可参考拉深模尺寸计算方法，先确定翻边凸模的直径尺寸及公差，再由翻边间隙值确定翻边凹模的直径尺寸，也可以采用配作法，要求配作间隙。翻边间隙是指翻边凸模与凹模之间的单面间隙。由于翻边时板料产生变薄现象，如果取翻边间隙等于板料厚度，翻边后直壁将出现弧形。因此，为了获得直壁比较垂直的翻边件，在平板上冲底孔后翻边时，可取单面翻边间隙,Z,约为,0.85t,，在拉深工序件底部冲底孔后翻边时，可取,Z,约为,0.75t,t,为板料厚度。单面翻边间隙,Z,也可按,表,5-7,选取。,(,二,),外缘翻边,外缘翻边是在板料边缘进行的翻边，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,工件的结构形式和变形特点都与翻孔件有较大的不同。外缘翻边件的翻边线都是非封闭的轮廓。,当翻边线为内凹弧时，变形特点与翻孔是相同的，主要变形是切向受拉伸，因此称为伸长类翻边。而当翻边线为外凸孤时，变形特点与翻孔完全不同，与拉深是相同的，主要变形是切向受压缩，因此称为压缩类翻边。外缘翻边前的工序件可以是平面件，也可以是曲面件。因此，外缘翻边按变形特点可分为两类，即伸长类和压缩类，按结构形式可分为,4,种，即平面伸长翻边、曲面伸长翻边、平面压缩翻边和曲面压缩翻边。,外缘翻边在形式上很像弯曲，当翻边线的曲率很小时，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,成形工艺及模具设计都可以按弯曲处理。因此，在冲压成形的分类中，也曾将外缘翻边归入弯曲。但两者的变形力学特点是完全不同的。,1.,平面伸长翻边,(1),平面伸长翻边的变形程度。如,图,5-21,所示，平面伸长翻边相当于翻孔的一部分，变形区的应力应变状态也与翻孔时相同。但圆孔翻边时应力应变的分布在同一半径处是均匀的，而外缘翻边时是很不均匀的，例如切向拉应力由中间的最大值向两端逐渐递减为零。,平面伸长翻边的变形程度用翻边系数,K,表示，其值见,表,5-8,，并按下式计算。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,式中,b,毛坯上需翻边的高度,;,R,翻边线的曲率半径。,(2),毛坯形状的修正。在平面伸长翻边时，由于翻边线不是封闭的，翻边时变形区切向的拉应力和伸长变形沿翻边线的分布都是不均匀的，其值在变形区中间最大，向两端逐渐减小，而在两端边缘处降为零。如,图,5-21,所示，如果按圆孔翻边的一部分来确定平面伸长翻边的毛坯形状，则变形区将为等宽度,h,的圆环的一部分，即图中半径为,r,的实线部分。变形的不均匀性将使翻边后的直边高度不平齐，中间最低，向两端逐渐增高。同时，直边两端边缘与板平面也不,垂直，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,而向内倾斜成一定的角度。当翻边高度较高时，这种不规则变形较为明显。,当翻边的形状和尺寸精度要求较高时，应对毛坯形状进行修正，取图,5-21,中虚线所示的形状。毛坯两端的宽度由,b,减至,b,，两端头按斜角刀增加一个三角形部分，刀角可为,25,一,40,。比值,r/R,和中心角,小，,b,取小值，而,取大值。如果翻边高度较小，而翻边线的曲率半径较大，可不考虑对毛坯形状的修正，按部分圆孔翻边确定毛坯形状，以便使工艺计算和模具制造得以简化。,(3),平面伸长翻边模。平面伸长翻边模在结构上与,L,形弯曲模很相似，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,翻边过程中不变形的平面部分应压紧不产生横向移动，有时可利用工艺孔定位，而翻边的变形区应能自由变形。但一侧翻边可能引起较大的侧向力，可考虑采用,图,5-22,所示的模具，一次翻边对称成双加工成形，成形后再剖切为两个工件,该模具工作过程如下,:,在自由状态，顶件板,4,由气垫通过顶杆,5,顶起，与凹模,3,的端面平齐。将工序件置于凹模端面并由定位销,6,进行定位，上模下行，由凸模,1,完成翻边。在回程，工件由顶板顶出凹模，并由固定卸件板,2,使之脱离凸模。,2.,平面压缩翻边,如,图,5-23,所示为平面压缩翻边的示意图，毛坯具有外凸弧，半径,r=,R+b,R,为翻边线的曲率半径，,b,为翻边宽度。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,翻边后，外边缘的半径由较大的,r,变为较小的,R,，这表明切向受到了压缩。因此压缩翻边的变形特点不同于伸长翻边，而具有拉深的变形特点，主要变形是切向的压缩变形，而径向的伸长变形较小。实际上比值,R/r,就相当于拉探系数，其值可以小于圆筒形件的首次拉深系数，因为翻边线是非封闭的，切向压应力和压应变沿切向分布是不均匀的，中间最大，两端最小，两侧对中间的压缩变形能起缓解作用。,平面压缩翻边的变形程度可用翻边系数,K,，表示，其值见,表,5-8,，并按下式计算。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,式中,b,毛坯上需翻边的宽度,;,R,翻边线的曲率半径。,平面压缩翻边也有毛坯形状修正的问题。,图,5-24,中半径为,r,、以实线表示的扇形是按圆筒形拉深件的一部分确定的毛坯形状，变形区为等宽度,b,的环形的一部分。由于翻边线是非封闭的，应力与应变沿切向的分布都是不均匀的，切向压应变和径向拉应变只有在变形区中间与相应尺寸的圆筒形件拉深时基本相同，由中间向两端其值则逐渐减小。采用上述等宽变形区的毛坯，翻边后工件的形状将不够规则，直边两端将向外倾斜，直边上端也不平齐，中间高而两端低。对工件形状要求严格时，需修正毛坯的形状，,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,取如,图,5-24,中虚线所示的形状，修正方法正好与平面内凹翻边时相反。,压缩翻边的主要变形是切向的压缩变形，成形中的主要问题是容易出现失稳起皱。因此压缩翻边模可以像拉深模那样设置防皱压边装置，既可防止起皱，又能增加翻边高度。,三、缩口,缩口是将预先拉深好的圆筒或管件坯料，通过缩口模具将其口部缩小的成形工序。,如,图,5-25,所示工件，图,5-25(a),为采用拉伸工艺，需,5,道工序才能成只要,3,道工序即可完成,;,图,5-25(b),为采用管料缩口工艺为采用拉深工艺。,上一页,下一页,返回,项目五,气瓶的成形模设计,(,一,),缩口变形特点及缩口系数,缩口工序的变形如,图,5-26,所示，变形区的金属受到切向压应力,1,和轴向压应力,3,的作用，在轴向,3,厚度方向,2,产生伸长变形，切向,1,产生压缩变形。在缩口变形过程中，材料主要受切向压应力作用，使直径减少，壁厚和高度增加。由于切向压应力的作用，在缩口时坏料易失稳起皱，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。缩口的极限变形程度主要受失稳条件的限制。,缩口变形程度用缩口系数,m,表示，其表达式为,上一页,下一