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翻边孔工艺与设计规范


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长 副总经理

ENGINEERING REPORT
分类code 检查model(chassis) EVENT 名 制作者附属 考试种类 1) 关联 code 1)

2)
检查期间 2)

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4)

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不良现象 制作日

1)

2)

3)

LGENP MECH. R&D 翻边知识简介

制作者

杨勇富

2008.02.28

题目 概要

相关部门

指 示 事 项

签 名

一.内孔翻边

二.外缘翻边
三.变薄翻边 四.翻边模结构 五.翻边不良模式与分析

QA

制造

资材
LGENP R&D 005(REV:0)

0/13

一.内孔翻边
?1.翻边的概念
翻边是在模具的作用下,将坯料的孔边缘或外边缘冲制成竖立边的成形方法,根据坯料的边缘状态和应 力、应变状态的不同,翻边可以分为内孔翻边和外缘翻边,也可分为伸长类翻边和压缩类翻边。

?2.圆孔翻边
?1)圆孔翻边的变形特点与变形程度
将画有距离相等的坐标网格(图1.1.1a)的坯料,放入翻边模内进行翻边(图1.1.1c)。翻边后从图 1.1.1b所示的冲件坐标网格的变化可以看出:坐标网格由扇形变为矩形,说明金属沿切向伸长,愈靠近 口伸长越大。同心圆之间的距离变化不明显,即金属在径向变形很小。竖边的壁厚有所减薄,尤其在孔

口处减薄较为明显。由此不难分析,翻孔时坯料的变形区是d和D1之间的环形部分。变形区受两向拉应
力—切向拉应力σ 1和σ 3的作用( 图1.1.1c );其中切向拉应力是最大主应力。在坯料孔口处,切向拉应 力达到最大值。因此,圆孔翻边的成型障碍在于孔口边缘被拉裂。破裂的条件取决于变形程度的大小。

变形程度以翻边前径d与翻边后孔径D的比值K来表示,即:

K=d/D
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一.内孔翻边

图1.1.1圆孔翻边时的应力与变形情况
K称为翻边系数,K值愈小,则变形程度愈大。翻边时孔边不破裂所能达到的最小K值,称为极限翻边 系数。表1.1.2所列的是低碳钢圆孔翻边的极限翻边系数。对于其它材料,按其塑性情况,可参考表列数值 适当增减。从表中的数值可以看出,影响极限翻边系数的因素很多,除材料塑性外,还有翻边凸模的形式 孔的加工方法及预制的孔径与板料厚度的比值(体现工序件相对厚度的影响)。

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一.内孔翻边
表1.1.2 低碳钢圆孔的极限翻边系数Kmin
材料相对厚度d/t 翻边凸模 形状
底孔加 工方法 100 50 35 20 15 10 8 6.5 5 3 1

钻孔去 毛刺

0.70

0.60

0.52

0.45

0.40

0.36

0.33

0.31

0.30

0.25

0.20

球头凸模
冲孔模 冲孔 钻孔去 毛刺 0.75 0.65 0.57 0.52 0.48 0.45 0.44 0.43 0.42 0.42 -

0.80

0.70

0.60

0.50

0.45

0.42

0.40

0.37

0.35

0.30

0.25

平头凸模
冲孔模 冲孔

0.85

0.75

0.65

0.60

0.55

0.52

0.50

0.50

0.48

0.47

-

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一.内孔翻边
?2)翻边的工艺计算
(1)平板坯料翻边的工艺计算

图1.2.1平板坯料翻边尺寸计算
在进行翻边之前,需要在坯料上加工出待翻边的孔,其孔径d按弯曲展开的原则求出,即 d=D-2(H-0.43r-0.72t) (1.2.2) 式中符号均表示图1.2.1中 竖边高度则为 H=(D-d/2)+0.43r+0.72t 或 H=D/2(1-K)+0.43r+0.72t 如以极限翻边系数K min 代入,便求出一次翻边可达到的极限高度为 H Max=D/2(1-KMin)+0.43r+0.72t (1.2.3)

?

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一.内孔翻边
当零件要求的高度H> H MaX 时,就不能一次翻边达到制件高度中,这时可以采用加热翻边,多次翻 边或先拉深后冲底孔再翻边的方法。 采用多次翻边时,应在每次工序间进行退伙。第一次以后的极限翻边系数K ’min 可取为: K ’min =(1.15~1.20)K min (1.2.4)
螺孔 规格 预冲孔 (d)实际值 预冲孔 (d)计算值 r 翻边后直径 (D) 翻边高度 (H) Remark

M4

【 1.34 】

(1.30)

0.5

4.0

2.4

?3)翻边力的计算
翻边力F一般不大,用圆柱形平底凸模翻边时,可按下式计算:

F=1.1Л (D-d)tσ
式中 D--翻边后直径(按中线算); d--坯料预制孔直径; t--材料厚度; σ s--材料屈服点

s

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一.内孔翻边
?4)翻边模工作部分的设计
翻边凹模圆角半径一般对翻边成形影响不大,可取该值等于零件的圆角半径。翻边凸模圆角半径应 尽量取大些,以便有利于翻边变形。图2.2.5 是几种常用的圆孔翻边凸模的形状和主要尺寸: 图2.2.5a ~图2.2.5c 所示为较大孔的翻边凸模,从利于翻边变形看,以抛物线形凸模(图c)最好,球形凸模(图b) 次之,平底凸模再次之;而从凸模的加工难易看则相反。图2.2.5d~图2.2.5e所示的凸模端部带有较长的 引导部分,图2.2.5d用于圆孔直径为10mm以上的翻边,图2.2.5e用于圆孔直径为10mm以下的翻边;图2. 2.5f用于无预孔的不精确翻边。

由于翻边后材料要变薄,为了保 证竖边的尺寸和精度,凸,凹模间隙 可小于材料原始厚度t,一般可取单 边间隙Z/2为:

Z/2=(0.75~0.85)t
式中系数0.75用于拉深后孔的翻边 系数0.85用于平坯料孔的翻边

图2.2.5

圆孔翻边凸模的形状和尺寸
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一.内孔翻边
? 3.非圆孔翻边
图3.1.1为非圆孔翻边,从变形情况看,可以沿孔分成Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三种不同的变形区,其中只有Ⅰ区 属于圆孔翻边变形, Ⅱ区为直边,属于弯曲变形,而Ⅲ区和拉深变形情况相似。由于Ⅱ和Ⅲ区两部分 的变形性质可以减轻Ⅰ部分的变形程度,因此非圆孔翻边系数Kf(一般指小圆部分的翻边系数)可小于圆 孔翻边系数,两者的关系大致是:

Kf =(0.85~0.95)K
非圆孔翻边坯料的预孔形状和尺寸,可以按圆孔翻边、弯曲和拉深各区分别展开,然后用作图法把 各展开线交接处光滑连接起来。

图1.3.1 非圆孔翻孔
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二.外缘翻边
?1.伸长类翻边
伸长类外缘翻边时,其变形类似于内孔翻边,但由于是沿不封闭曲线翻边,坯料变形区内切向的拉应力和 切向的伸长变形沿翻边线的分布是不均匀的,在中部最大,而两端为零。假如采用宽度b一致的坯料形状,则 翻边后零件的高度就不是平齐的,而是两端高度大,中间高度小的竖边。另外,竖边的端线也不垂直,而是向 成一定的角度。为了得到平齐一致的翻边高度,应在坯料的两端对坯料的轮廓线做必要的修正,内倾斜采用如 图2.1.1a中虚边所示的形状,其修正值根据变形程度和 的大小而不同。如果翻边的高度不大,而且翻边沿线的 的曲率半径很大时,则可以不做修正。 伸长类曲面翻边时,为防止坯料底部在中间部位上出现起 皱现象,应采用较强的压料装置;为创造有利于翻边变形的 条件,防止在坯料的中间部位上过早地进行翻边,而引起径 向和切向方向上过大的伸长变形,甚至开裂,应使凹模和顶 料板的曲面形状与工件的曲面形状相同,而凸模的曲面形状 应修正成为图2.1.2 所示的形状;另外,冲压方向的选取,也 就是坯料在翻边模的位置,应对翻边变形提供尽可能有利的 条件,应保证翻边作用力在水平方向上的平衡,通常取冲压 方向与坯料两端切线构成的角度相同

a)伸长类平面翻边 b)伸长类曲面翻边 图2.1.1 伸长类翻边 1-凹模 2-顶料板 3-凸模 图2.1.2 伸长类曲面翻边凸模形成的修正 图2.1.3曲面翻边时的冲压方向

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二.外缘翻边
?2.压缩类翻边
如图2.2.1a为沿不封闭外凸曲线进行的平面翻边,图2.2.1b为压缩曲面翻边。它们的共同点是变形 主要在切向压力的作用下产生切向压缩,在变形过程中才捞容易起皱。其变形程度ε 压=b/R+b 压缩类平面翻边其变形类似于拉深,所以当翻边高度较大时,模具上也要带有防止起皱的压料装置; 由于是沿不封闭曲线翻边,翻边线上切向压应力和径向拉应力的分布是不均匀的――中部最大,而在两 端最小。为了得到翻边后竖边的高度平齐而两端线垂直的零件,必须修正坯料的展开形状,修正的方向 恰好和伸长类平面翻边相反,如图2.2.1a虚线所示。 压缩类曲面翻边时,坯料变形区在切向压应力作用下产生的失稳起皱是限制变形程度的主要因素, 如果把凹模的形状做成图2.2.2所示的形状,可以使中间部分的切向压缩变形向两侧扩展,使局部的集中 变形趋向均匀,减少起皱的可能性,同时对坯料两侧在偏斜方向上进行冲压的情况也有一定的改善;冲 压方向的选择原则与伸长类曲面翻边时相同.

a)压缩类平面翻边 图2.2.1

b)压缩类曲面翻边 压缩类翻边

1-凹模 2-压料板 3-凸模 图2.2.2 压缩类曲面翻边凹模形状的修正

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三.变薄翻边
在不变薄翻边时,对于竖边较高的零件,需要先拉深再进行翻边。如果零件壁部允许变薄,这时可应用变薄 翻边,既可提高生产率,又能节约材料。图3.1是用阶梯形凸模变薄翻边的例子。由于凸模采用阶梯形,经 过不同阶梯使工序件竖壁部分逐步变薄,而高度增加。凸模各阶梯之间的距离大于零件高度,以便前一个阶 梯的变形结束后再进行后一阶梯的变形。用阶梯形凸模进行变薄翻边时,应有强力的压料装置和良好的润滑。 从变薄翻边的过程可以看出,变形程度不仅决定于翻边系数,还决定于壁部的变薄系数。变薄系数用Kb表示: Kb=ti/ ti-1 式中 ti--变薄翻边后竖边材料厚度 ti-1 --变薄翻边前竖边材料厚度 在一次翻边中的变比系数可达Kb=0.4~0.5,甚至更小。竖边的高度应按体积不变定律进行计算。

变薄翻边经常用于平板坯料或工序工件上冲制M5以下的小螺孔,翻边参数见图3.2。

a)零件

b)凸模

图3.1 用阶梯形凸模变薄翻边 10/13

图3.2 小螺孔的翻边

四.翻边模结构
图4.1所示为内孔翻边模,其结构与拉深模基本相似。图4.2所示为内、外缘同时翻边的模具。

图4.1 内孔翻边模

图4.2 内、外缘翻边模

图4.3所示为落料、拉深、冲孔、翻边复合模。凸凹模8与落料凹模4均固定在固定板7上,以保证同轴度。 冲孔凸模2压入凸凹模1内,并以垫片10调整它们的高度差,以此控制冲孔前的拉深高度,确保翻出合格的 零件高度。该模的工作顺序是:上模下行,首先在凸模1和凹模4的作用下落料。上模继续下行,在凸凹模1 和凸凹模8相互作用下将坯料拉深,冲床缓冲器的力通过顶杆6传递给顶件块5并对坯料施加压料力。当拉深 到一定深度后由凸模2和凸凹模8进行冲孔并翻边。当上模回升时,在顶件块5和推件块3的作用下将工件顶出 条料由卸料板9卸下。 11/13

四.翻边模结构

1、8-凸凹模 2-冲孔凸模 3-推件块 4-落料凹模 5-顶件块 6-顶杆 7-固定板 9-卸料板 10-垫片

图4.3 落料、拉深、冲孔、翻孔复合模

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五. 翻边之不良模式与分析
制程名称 及功能 预估失 败模式
模具结构问题

预估失败原因
1)冲头R角太小 2)冲头表面粗糙

建议控制措施
增大冲头R角 提高冲头表面光洁度

1)预冲孔毛刺大
制程安排问题

预冲孔后增加去毛刺或提高模具间隙
更换预冲冲头 调整材料翻边系数大于许用翻边系数 增强润滑剂 及时清净冲头上废料 降低速控比 提高弧面加工精度 提高冲头光洁度 减小凸凹模的间隙 及时更换冲头 提高模具加工精度 提高预冲孔精度/调整定位 提高预冲孔精度 加大凸模进入凹模的深度 确保送料到位与送料稳定

翻边破裂
材料问题

2)预冲孔太小 1)材料翻边系数小于许用翻边系数 2)润滑不良 操作问题 1)冲头上废料未清净 2)速控比太大 1)冲头弧面大小不均

冲件翻边

模具结构问题

2)冲头光洁度差 3)凸凹模间隙太大 4)冲头断掉

翻边不良一 边高一边低
工艺安排及制程设 计问题

1)冲头与原底孔是否同心 2)预冲孔偏位 3)预冲孔偏大 4)模具未下到位 5)送料是否到位

1)磨损后间隙太大

修凹模
更换预冲孔冲头 修凸模

翻边高 度不均

2)预冲孔尺寸偏大 3)翻边冲头直径太小或磨损

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