5.1-2脹形成形工藝和模具(模具設計與制造)本章要點脹形成形工藝和模具；翻邊成形工藝和模具；縮口成形工藝和模具。拉深模的結構。11/27/2023本章難點翻邊成形工藝。11/27/20235．1 概述

在沖壓生產中，除沖裁、彎曲和拉深工序以外，還有一些是通過板料的局部變形來改變毛坯的形狀和尺寸的沖壓成形工序，如脹形、翻邊、縮口、旋壓和校形等，這類沖壓工序統稱為其他沖壓成形工序。應用這些工序可以加工許多復雜零件，如圖5.1所示的自行車多通接頭，就是通過切管、脹形、制孔、圓孔翻邊等工序加工的。11/27/2023這些成形工序的共同特點是通過材料的局部變形來改變坯料或工序件的形狀；但變形特點差異較大，脹形和圓內孔翻孔屬于伸長類成形，成形極限主要受變形區過大拉應力而破裂的限制；縮口和外緣翻凸邊屬于壓縮類成形，成形極限主要受變形區過大壓應力而失穩起皺的限制；校形時，由于變形量一般不大，不易產生開裂或起皺，但需解決彈性恢復影響校形精確度等問題；至于旋壓這種特殊的成形方法，可能起皺，也可能破裂。所以在制定成形工藝和設計模具時，一定要根據不同的成形特點，合理設計。5．1 概述11/27/20235．2 脹形成形工藝和模具

在模具的作用下，迫使毛坯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。脹形成形工藝包括：平板脹形、起伏成形、圓柱空心毛坯的脹形等。11/27/20235．2．1脹形的變形特點圖5.2所示為平板毛坯局部脹形（壓窩坑）時坯料的變形情況，圖中涂黑部分表示坯料的變形區。脹形采用的脹形模，在結構上可與首次拉深模完全相同，但變形特點卻完全不同。當坯料外徑與成形直徑的比值D／d>3時，d與D之間環形部分金屬發生切向收縮所必需的徑向拉應力很大，屬于變形的強區，以至于環形部分金屬根本不可能向凹模內流動。其成形完全依賴于直徑為d的圓周以內金屬厚度的變薄實現表面積的增大而成形。很顯然，脹形變形區內金屬處于切向和徑向兩向受拉的應力狀態，其成形極限將受到拉裂的限制。材料的塑性愈好，硬化指數n值愈大，可能達到的極限變形程度就愈大。11/27/20235．2．1脹形的變形特點脹形時變形區的應力狀態為雙向受拉應力，即徑向應力σ1

和切向應力σ2

均為拉應力，而板厚方向應力可視為零。變形區的應變狀態為雙向受拉伸、一向受壓縮，即徑向應變ε1

和切向應變ε2

均為拉應變，而板厚方向應變εt為壓應變。徑向和切向的伸長變形引起板厚的變薄，因此脹形屬于伸長類成形。脹形過程中不會產生失穩起皺現象，而且在脹形充分時工件表面很光滑，這是由于材料硬化作用的結果。11/27/20235．2．1脹形的變形特點脹形的這些變形特點在一些板料的成形加工中很有用途，例如對于一個經多次拉深成形的工件，如果最后成形或整形時能帶有一定的脹形變形，不僅可使工件表面光滑，而且可提高工件的尺寸精度。又如在復雜曲面件的拉深成形時，必須附加脹形變形，而且脹形要充分，才能防止起皺。11/27/20235．2．2 平板脹形在平板毛坯上進行脹形加工的通俗名稱很多，例如壓窩、壓加強筋、打包、凸起、起伏成形等，但它們的變形力學特點是相同的，同屬于脹形。11/27/20235．2．3平板坯料的起伏成形起伏成形俗稱局部脹形，可以壓制加強筋、凸包、凹坑、花紋圖案及標記等。圖5.4是起伏成形的一些例子。經過起伏成形后的沖壓件，由于零件慣性矩的改變和材料加工硬化，能夠有效地提高零件的剛度和強度。加強筋的形式和尺寸可參考表5.2當在坯料邊緣局部脹形時（圖5.2.2b、圖5.2.2d），由于邊緣材料要收縮，因此應預先留出切邊余量，成形再切除。11/27/20235．2．3平板坯料的起伏成形11/27/20235．2．3平板坯料的起伏成形11/27/20235．2．3平板坯料的起伏成形該成形方法的極限變形程度通常有兩種確定方法，即試驗法和計算法。起伏成形的極限變形程度，主要受到材料的性能、零件的幾何形狀、模具結構、脹形的方法以及潤滑等因素的影響。特別是復雜形狀的零件，應力應變的分布比較復雜，其危險部位和極限變形程度，一般通過試驗的方法確定。對于比較簡單的起伏成形零件，則可以按下式近似地確定其極限變形程度：

（5－4）11/27/2023式中：l0、l——起伏成形前、后材料的長度（圖5.5）；[δ]——材料的延伸率。系數0.7~0.75視加強筋的形狀而定，球形筋取大值，梯形筋取小值。5．2．3平板坯料的起伏成形11/27/20235．2．3平板坯料的起伏成形11/27/2023如果零件要求的加強筋超過極限變形程度時，可以采用圖5.6所示的方法，第一道工序用大直徑的球形凸模脹形，達到在較大范圍內聚料和均勻變形的目的，用第二道工序成形得到零件所要求的尺寸。壓制加強筋所需的沖壓力，可用下式近似計算：

F=KLtσb

（5－5）式中：K——系數，一般K=0.7~1，筋窄而深時取大值，筋寬而淺時取小值；L——加強筋截面長度；T——材料厚度；σb——材料抗拉強度。5．2．3平板坯料的起伏成形11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形空心坯料的脹形俗稱凸肚，它是使材料沿徑向拉伸，將空心工序件或管狀坯料向外擴張，脹出所需的凸起曲面，如壺嘴、皮帶輪、波紋管等。空心毛坯的脹形用的工序件可以是一段無底的管子，也可以是帶底的拉深件。作工序件用的管子一般都盡可能選用標準規格的管材，當標準管材不能滿足要求時，可采用板料彎曲成形后焊接的方法來制備。11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形1．脹形方法與模具結構對空心毛坯的脹形需通過傳力介質將壓力傳至工序件的內壁，產生較大的切向變形，使直徑尺寸增大。按傳力介質的不同，脹形方法一般分為剛性模具脹形和軟模脹形兩種。（1）剛性凸模脹形剛性凸模脹形就是采用普通金屬凸模進行脹形。1）圖5.7所示為雙動壓力機用的整體凸模脹形模。工件形狀為曲母線錐形筒，材料為不銹鋼。工序件為直母線錐形筒，由板料彎曲成形并焊接制成。11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形為了防止脹形時工序件下滑，造成工件大端缺料，脹形前先由壓力機外滑塊帶動錐面壓邊圈2進行擴口壓邊，將工序件大端的一段壓緊到凹模3上口的錐面上，工序件要相應留出工藝余量。然后壓力機內滑塊帶動凸模1下行完成脹形。由于工件的曲母線比較平緩，成形后凸模能順利從工件大端抽出，因此凸模可以采取整體式的結構。

采用整體式凸模對空心毛坯進行脹形加工的機會并不多，在多數情況下，凸模必須采取縱向分體式結構，脹形后才能順利與脹形體分離。11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形2）圖5.8所示為凸模縱向分體的脹形模。拉深制備的工序件由下凹模7定位，當上凹模1下行時，將迫使分體凸模2沿錐面導向軸3下滑，隨著直徑的增大而產生徑向壓力，在下止點處完成對工件底部兩側的脹形。在回程，彈頂裝置（圖中未畫出）的壓力通過頂桿6和頂板5將分體凸模連同工件一起頂起。分體凸模在彈性卡圈4箍緊力的作用下，將始終緊貼著導向軸上升．同時直徑不斷減小，至上止點能保證脹形完的工件順利從分體凸模上抽出。分瓣凸模的數目越多，工件的精度越好。11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形剛性凸模脹形的優點是加工費用較低，但存在著嚴重的缺點。由于凸模是分體的，在下止點處完成最大脹形變形時，在分型面處將會出現較大的縫隙，使脹形件的質量變壞。同時受模具制造與裝配精度的影響較大，很難獲得尺寸精確的脹形件，工件表面很容易出現壓痕。當工件形狀復雜時，給模具制造帶來較大的困難，工件質量更難以保證，因而使剛性凸模脹形的應用受到很大的限制。11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形（2）軟模脹形軟模脹形是以氣體、液體、橡膠（或聚氨酯）及石蠟等作為傳力介質，代替金屬凸模進行脹形。軟模脹形時板料的變形比較均勻，容易保證工件的幾何形狀和尺寸精度要求，而且對于不對稱的形狀復雜的空心件也很容易實現脹形加工。因此軟模脹形的應用比較廣泛，并具有廣闊的發展前途。11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形1）聚氨酯橡膠脹形對于圖5.9a所示的凸肚形工件，采用聚氨酯橡膠脹形模，模具結構將十分簡單。該模具以澆注型聚氨酯橡膠棒3為凸模，其直徑可比工序件內徑小一點，以便能順利放入工序件內。工序件在分塊凹模2與聚氨酯橡膠棒3之間的間隙處進行定位，并對工件不成形段起內、外支撐作用。當柱塞1下行時，在其壓力作用下聚氨酯橡膠棒3將產生變形，完成脹形加工。聚氨酯橡膠棒為彈性體，在壓縮量不超過30％的條件下不會產生永久變形，在回程卸載后仍能恢復原狀。因此成形后的工件能與聚氨酯橡膠棒順利分離，以便進行下一個工件的加工。11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形聚氨酯橡膠棒的尺寸和硬度不僅影響脹形件的質量，而且影響其使用壽命。膠棒的直徑需小于管坯的直徑，但直徑偏小時將增大橡膠的總壓縮量，降低其使用壽命。聚氨酯橡膠的硬度偏小時，產生的單位壓力較小，使其壽命降低。硬度偏大時，對壓力機的沖擊破壞作用將增大。聚氨酯橡膠硬度可選取邵氏70~80。膠棒的尺寸和硬度選取合適時，一個膠棒可加工1000件以上，選取不合適時，一個膠棒脹形幾十件就可能需要更換。因此在生產中應通過試驗最后確定膠棒的尺寸和硬度，以求獲得最佳的技術經濟效果。11/27/20235．2．4空心毛坯的脹形2）液壓脹形圖5.9b是液壓脹形模的一種，脹形前要先在預先拉深成的工序件內灌注液體，上模下行時側楔4使分塊凹模2合攏，然后在柱塞1的壓力下將工序件脹形成所需的零件。由于工序件經過多次拉深工序，伴隨有冷作硬化現象，故在脹形前應該進行退火，以恢復金屬的塑性。11/27/2023采用圖5.10所示的液壓脹形模也可以加工管接頭類工件。工作時先將