成形工艺与成形模.doc

模块五成形工艺与成形模
在冲压生产中，除冲裁、弯曲、拉深等工序外，还有一些工序，包括胀形、翻边、缩口、矫形、旋压等，通常称为成形工序。成形工序是指用各种局部变形的方法来改变坯料或工序件形状的加工方法，他们常和其他冲压工序组合在一起，加工某些复杂形状的零件。如图1所示的自行车中接头，其主要加工工序有切管、胀形、制孔、圆孔翻边等，而胀形和圆孔翻边是成形该零件的关键工序。本章主要介绍几种典型成形工序的特点、应用、工艺计算及模具结构。

学习项目一胀形
冲压生产中，一般将空心件或管状件沿径向向外扩张的成形工序称为胀形，这种成形工序和平板坯料的局部凸起变形，在变形性质上基本相同，因此，可以把在坯料的平面或曲面上使之凸起或凹进的成形统称为胀形，如图2所示为各种胀形件。
图1自行车接头图2各种胀形件
一、变形特点
用图3所示的球形凸模对平板坯料进行胀形可说明胀形的基本特点。由于坯料被有压料筋的压边圈压住，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双向拉应力作用而变形，其厚度变薄、表面积增大，形成一个凸起。在一般情况下，胀形变形区内金属不会产生失稳起皱，表面光滑、质量好。由于坯料的厚度相对于坯料的外形尺寸极小，胀形时双向拉应力在板厚方向上的变化很小，从坯料的内表面到外表面分布较均匀，因此当胀形力去除后，零件内、外回弹方向一致，这样回弹就小，零件形状容易保持，精度也容易保证。
由于胀形属于伸长类变形，其成形极限受到拉裂的限制。材料的塑性越好，硬化指数n值越大，可能达到的极限变形程度越大。此外，模具结构、零件形状、润滑条件及材料厚度等均影响胀形区金属的变形。因此凡是能使变形均匀、降低危险部位拉应变值的各种因素，均有利于提高极限变形程度。
图3胀形变形特点
1-凸模2-压料筋3-压边圈
4-坯料5-凹模
二、起伏成形
平板坯料在模具的作用下，产生局部凸起的冲压方法称为起伏成形。起伏成形主要用于增加零件的刚度和强度，如压加强筋、压加强窝，也可按零件要求压凸包、压字、压花纹等。图4所示是起伏成形的一些例子，起伏成形常采用金属冲模。
图4起伏成形举例
1.压加强筋
由于压筋后零件惯性矩的改变和材料加工后的硬化，能够有效地提高零件的刚度和强度，压加强筋的工艺在生产中应用广泛。
在平板坯料上压加强筋，变形区材料主要承受拉应力，对塑性差的材料或变形过大时，则可能产生裂纹。
对于形状较复杂的加强筋，成形时的应力应变情况比较复杂，其危险部位和极限变形程度，一般可通过试验的方法确定。
对于一般的压有形状比较简单的加强筋的零件（如图5所示），按下式近似地确定其极限变形程度
图5起伏成形前后材料的长度

式中—分别为起伏成形前后的材料长度。
—材料的伸长率。
系数0.7~0.75视筋的形状而定，弧形筋取大值，梯形筋取小值。
如果计算结果符合上述条件，则可一次成形。否则，应先压制弧形过渡形状，然后再压出零件所需形状。
当加强筋与边缘距离小于(3~3.5)时，由于在成形过程中，边缘材料要向内收缩，成形后需增加切边工序，因此预先应留切边余量。
冲压加强筋的变形力按下式计算

式中F—变形力（N）；
K—系数，K=0.7~1（加强筋形状窄而深时取大值，宽而浅时取小值）；
L—加强筋的周长（mm）；
—材料厚度（mm）；
—材料的抗拉强度（MPa）。
2.压凸包
压凸包时，有效坯料直径与凸模直径的比值应大于4。此时坯料外区是相对的强区，不会向里收缩。变形也属于局部胀形，否则便成为拉深。
冲压凸包的高度因受材料塑性的限制不能太大，平板坯料压凸包时的许用成形高度可由书中表查得。凸包成形高度还与凸模形状与润滑有关，球形凸模较平底凸模成形高度大，润滑条件挤好时成形高度较大，
如果零件凸包高度超出表所列极限值，则可采用图6所示的方法，第一道工序用大直径的球形凸模胀形，达到在较大范围内聚料和均匀变形的目的，用第二道工序最后成形得到所要求的尺寸。
三、空心坯料的胀形
空心坯料胀形是迫使材料沿径向伸展，胀出所需的凸起曲面，可用于制造许多形状较为复杂的零件，如壶嘴、带轮、波纹管、各种接头等。图7是自行车中接头胀形的示意图。
图6深度较大的局部胀形法图7自行车中接头的胀形
a)预成型b)最后成形
1.胀形方法
图9软模胀形
1-凹模2-零件3-橡胶凸模
4-下凹模5-软垫块
图8用刚性凸模的胀形
1-凹模2-分瓣凸模3-拉簧
4-锥形芯块5-零件
空心坯料胀形根据模具的不同分成两类：一类是刚性凸模胀形，如图8所示，利用锥形芯块将分块凸模向四周顶开，使坯料形成所需的形状，分块凸模数多有助于提高零件精度。但模具结构复杂，成本较高，且难以得到精度较高的旋转体零件；另一类是软模胀形，其原理是利用橡胶、液体、气体或钢丸等代替刚性凸模。橡胶胀形如图9所示，以橡胶作为凸模，在压力作用下使橡胶变形，