胀形工艺与模具设计--要点_.doc

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山东建筑大学备课纸

第五章胀形工艺与模具设计

v胀形:

在模具的作用下，迫使毛坯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。

v胀形方法主要用于:

1.平板毛坯的局部成形（如压凸起、加强肋、花纹图案及标记）

2.圆柱形空心毛坯的扩径

3.整体张拉成形

1、平板毛坯的局部胀形

D>3dd/D<0.333

§用刚性凸模冲压平板毛坯，当毛坯外形尺寸D大于3d时，凸缘部分不能产生切向收缩，变形只发生在与凸模接触的区域内，此时即为平板毛坯的局部胀形。

局部胀形可以压制加强筋、凸包、花纹图案及标记等。

在坯料边缘局部胀形时（图ｂ、ｄ）由于边缘材料要收缩，因此应预先留出切边余量，成形再切除。

经过起伏成形后的冲压件，由于零件惯性矩的改变和材料加工硬化，

能够有效地提高零件的刚度和强度

2、圆柱空心毛坯的胀形

§可获得形状复杂的空心曲面零件。

§常采用刚模胀形、固体软模胀形或液（气）压胀形。

刚模胀形:

为获得零件所要求的形状，可采用分瓣式凸模结构，生产中常采用8~12模瓣。

半锥角一般选用8º、10º、12º或15º。

模瓣与毛坯间存在较大的摩擦力，材料的切向应力和应变分布很不均匀，很难得到高精度的零件，模具结构也复杂。

1－凹模２－分瓣凸模3－拉簧4－锥形芯块

固体软模胀形:

§凸模可采用橡胶、聚氨脂或PVC等材料，

§软凸模的压缩量一般控制在10％~35％之间。

§钢质凹模可做成整体式或可分式两种形式。

液压胀形:

在无摩擦状态下成形，极少出现不均匀变形

§直接加液压的胀形方法（图a）

§图b是橡皮囊充液胀形，其优点是密封较易解决，且生产率高。

加轴向压缩的液体胀形

1－上模　2－轴头　3－下模　4－管坯

液压胀形适用于表面质量和精度要求较高的复杂形状零件。

3、张拉成形

（一）特点及模具形式

§汽车覆盖件和飞机蒙皮等一些底部曲率半径很大的零件，冲压时底部材料的胀形变形程度不大，成形的主要问题已不是破裂，而是贴模不良或形状冻结性不好，工件出模后出现较大的形状误差。

为解决此类问题，可采用张拉成形（拉形）。

如图，毛还两端被夹入钳口中，凸模向上移动，使毛坯与模具逐渐贴合，终了时再对毛坯作少量补拉。

采用拉形，一方面可以增大材料变形程度，另一方面能够减小甚至消除弯曲时材料内部的压应力成分，从而达到减小零件回弹、增强零件刚度的目的。

第一节胀形变形分析

一、变形特点

§图是球头凸模胀形平板毛坯示意图，称为局部胀形、局部成形或起伏。

§变形区局限于毛坯的固定部位。

§在凸模力作用下，变形区材料受双向拉应力作用，沿切向和径向产生伸长变形，材料在变形区内、外部之间不发生流动，成形面积的扩大主要靠厚度变薄获得，胀形时毛坯厚度变薄。

§在双向拉应力条件下卸载后回弹很小，毛坯贴模性与定形性较好，易得到尺寸精度较高的零件。

§变形区无压应力，不会起皱，零件表面光滑、质量好，所以曲率小的曲面零件通常采用胀形或带有胀形成分的拉深成形。

为提高零件形状刚度和精度，冲压后常用胀形方法进行校形。

二、成形极限

§胀形时变形区材料受双拉，平均应力数值较大，其主要工艺问题是破裂（材料拉伸失稳后因强度不足而引起的破裂），所以胀形的成形极限以零件是否发生破裂来判断。

§不同的胀形方法，成形极限的表示方法亦不相同。

§局部胀形时常用极限胀形高度表示成形极限；

§对于其他胀形方法，成形极限可分别用许用断面变形程度（压筋）、极限胀形系数（圆柱形空心毛坯胀形）以及极限张拉系数等表达。

第二节胀形工艺与模具

在设计产品和制订工艺时需考虑

§胀形件的形状应尽可能简单、对称。

§轴对称胀形件的工艺性最好，非轴对称胀形件应避免急剧的轮廓变化。

§胀形部分要避免过大的高径比h/d或高宽比h/b。

§当有过大的h/d或h/b时，需增加预成形工序，通过预先聚料来防止破裂。

深度较大的局部胀形法

ａ）　预成形　　ｂ）最后成形

§胀形区过渡部分圆角不能太小，否则该处容易严重减薄而引起破裂。

对胀形件壁厚均匀性不能要求过高。

胀形变形区各点应力应变状态不同，材料减薄也不一样。

如在极限变形情况下，空心管件胀形时最大减薄可达0.3t0以上

一、平板毛坯的局部胀形

（一）压加强肋

常用的加强肋形式和尺寸见表5-1。

q加强肋能够一次成形的条件

式中成形前的原始长度；

成形后加强肋的曲线轮廓长度；

材料伸长率。

如果计算结果不满足上述条件，则应增加工序。

深度较大的局部胀形法ａ）　预成形　　ｂ）最后成形

§压加强肋的变形力：

式中变形力；

系数；

加强助周长；

毛坯厚度；

材料强度极限。

压肋模的结构如图。

§凸模上部宽度

§凸模高度，

凸、凹模圆角半径

=零件标注尺寸；

§凹模深度

（二）压凸包

压凸包时，凸包高度受到材料性能参数、模具几何形状及润滑条件的影响，一般不能太大。

冲压力可按下列经验公式计算

式中系数,刚200~300N/mm2；

局部胀形面积；

板材厚度。

二、圆柱空心毛坯的胀形

1.胀形变形程度的计算

§圆柱空心毛坯胀形时，材料主要受切向伸长变形，因此胀形变形程度可用下式表示

式中圆柱空心毛坯原始直径；

胀形后零件的最大直径。

§极限胀形系数和材料切向许用伸长率的关系

§金属材料的极限胀形系数和切向许用伸长率如表5-3。

对毛坯施加径向压力的同时附加轴向压力，则极限胀形系数可大于表5-3中的数值，这时切向许用伸长率也可提高10%以上。

2.胀形毛坯的尺寸计算

§参考图5-15，胀形件的毛坯直径可取

§当两端不固定时，毛坯长度取

式中零件变形区母线长度；

变形区切向最大伸长率；

修边余量。

3.胀形力的计算

§如图5-16，刚模胀形的凸模由

§n个模瓣组成。

胀形力

§计算可参考有关经验公式。

§软凸模胀形（包括液压胀形）

§所需单位压力，可分下面两种情况计算。

–第一种情况，两端不固定，

–允许毛坯轴向自由收缩；

4.胀形模设计举例

1.工艺分析

　　该工件侧壁属空心毛坯胀形，

底部属起伏成形，具有代表性

2.工艺计算

1）底部压凹坑的计算

Hmax<=（0.15~0.2）d=（0.15~0.2）15=2.25~3

此值大于工件工件底部凹坑的实际高度，可以一次成形．

压凹所需成形力计算：

２）侧壁胀形计算：

侧壁成形力近似按两端不固定形式计算：

３）总成形力的计算

３.模具结构设计

三、张拉成形

§拉形原则上只用凸模，并且受力也小。

§设计时应注意使凸模宽度比零件最大宽度大15mm以上，凸模圆角半径rp≥8t0（t0为毛坏厚度），凸模高度与零件尺寸、形状及凸模材料有关，一般不应小于300mm。

（二）变形程度计算

§若在张拉成形件上取出ab一段狭条（图5-17），此条带在张拉时被伸长，用张拉系数表示其变形程度，则有

§式中材料的平均伸长率。

§越大，张拉变形程度也越大。

§生产中允许使用的极限张拉系数

摩擦系数

包角

伸长率

材料的硬化指数n

（表5-4中的数值适合退火状态下的铝合金LYl2和LC4。

当零件的张拉系数时，应增加过渡模，进行二次张拉成形。

（三）毛坯尺寸计算

§如图5-19所示，毛坯长度L按下式计算

零件的展开长度；

修边余量；

凸模与钳口间的过渡区长度；

夹持长度。

§毛坯宽度b按下式计算

式中零件的展开宽度；修边余量。

（四）张拉力的计算

由于张拉成形时应力分布不均，故准确计算张拉力比较困难。

一般可以用张拉力不能超过拉断毛坯所需力的观点，用下式作简单估算

式中A钳口夹紧材料的断面积。

凸模力为

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