胀形工艺与模具设计--要点_.doc

1、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D3d d/D0.333 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 、)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，

2、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812模瓣。半锥角一般选用8、10、12或15。 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 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1035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

3、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

4、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。

5、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

6、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）预成形）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）预成形）最后成形 压加强肋的变形力： 式中 变形力； 系数； 加强助周长；

7、 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200300N/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

8、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=(0.150.2)d=(0

9、.150.2)15=2.253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：）侧壁胀形计算：侧壁成形力近似按两端不固定形式计算： ）总成形力的计算 .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rp8t0（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。凸模力为第 页