成形工艺与模具设计修订版 鄂大辛第八章 其他板料成形工艺及模具设计

第二篇 冲压工艺与模具设计,第四章 冲压工艺基础 第五章 冲裁工艺与模具设计 第六章 弯曲成形工艺与模具设计 第七章 拉深工艺及模具设计 第八章 其他板料成形工艺及模具设计,第八章 其他板料成形工艺及模具设计,第一节 膨胀工艺及模具 第二节 翻边工艺及模具 第三节 缩、扩口成形工艺及模具 第四节 旋压成形 第五节 其他成形方法简介,第一节 膨胀工艺及模具,胀形是利用刚性凸模或高压气、液体等柔性介质使板坯产生双向拉伸变形,加工旋转体空心零件的成形方法,如图8-1所示。所用毛坯可以是平板、空心或管状坯料,后者主要是使薄壁件向外扩张形成所需曲面零件的胀形加工。,图8-1 胀形,第一节 膨胀工艺及模具,一、胀形的变形特点及成形极限 1.变形特点 用球形凸模局部胀形平板毛坯时,如图8-2所示,变形区几乎被限制在凹模口内,压料面上板坯被压料筋限制,只能向凹模口内产生少量的流入变形。,图8-2 平板毛坯胀形成形,第一节 膨胀工艺及模具,一、胀形的变形特点及成形极限 1.变形特点 胀形的特点是板坯所受平均应力较大,材料流动量较少。如图8-3所示应变分布状态可以看出,凹模口内板料双向拉变形r,球头凸模下部板面内拉伸和板厚减薄变形较大,|t|max产生在离开凸模中心一段距离的地方。,图8-3 平板毛坯胀形中的应变分布状态,第一节 膨胀工艺及模具,一、胀形的变形特点及成形极限 2.胀形极限 板厚过度变薄产生破裂是胀形的失效形式。通常将制件的最大局部减薄量和发生破裂作为成形极限。对于不同的胀形工艺,成形极限的表示方法也不同。局部胀形时,常用最大胀形高度hmax表示成形极限;压筋时采用许用断面变形程度p;圆柱形空心毛坯胀形时采用极限胀形系数Kp或极限拉胀系数Kmax等表示。,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 根据胀形板坯的变形特点,在制订冲压工艺时需要考虑胀形制件的形状合理性。一般来说,胀形制件应为旋转体板壳件。对于非旋转体制件,应避免轮廓的急剧变化,在形状变化处尽可能采用大圆角圆滑过渡,以防壁厚过分减薄。胀形还应避免过分聚料和分料。比如局部胀形时不宜深度过深,需控制胀形形状的高径比或高宽比不能过大。与平头凸模相比,用球头凸模胀形时,应变分布均匀,可获得变形量较大的胀形高度。良好的润滑可减小板坯与凸模之间的摩擦力,使变形分散而增加胀形高度。 胀形的工艺方法较多,其中主要有局部胀形、空心件胀形成形及胀拉成形等。,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 1.局部胀形 局部胀形有时也称起伏成形。如图8-4所示,在平板毛坯或半成品毛坯的局部位置成形出凸起或凹入形状,与宽凸缘拉深的变形过程有些近似。但当拉深比D/d3时,凸缘周向收缩量过大,必须靠凹模口内板料减薄和压料面上板料局部径向拉伸来完成成形加工。,图8-4 局部胀形,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 1.局部胀形 局部胀形与拉深的区别由图8-5可以看出。当d/D过小时,法兰很难产生周向收缩而流入凹模口,变形只能集中在与凸模工作表面相接触的局部板坯上。,图8-5 局部胀形与拉深成形的区别,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 1.局部胀形 (1)压加强筋 常用胀形加强筋的形式和尺寸如表8-1所示。,表8-1 加强筋、凸包的形式和尺寸(单位:mm),第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 1.局部胀形 (1)压加强筋 压加强筋时,变形区横断面压筋前、后的线长度分别为l0、l,材料均匀伸长率时,可以一次成形的条件通常表示为 （8-1） 系数0.70.75根据加强筋形状而定,半球形取上限值,梯形取下限值。如果加强筋不能一次成形,可以先压制成半球形过渡形状,然后再压出工件所需形状。,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 1.局部胀形 (1)压加强筋 加强筋的周长为L、板厚为t时,成形力为 （8-2） 如果加强筋与边缘距离小于(33.5)t0,压料面上材料可能会向内收缩。因此,应考虑加大制件外形尺寸,成形后再修边。,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 1.局部胀形 (2)压凸包,表8-2 平板毛坯局部冲压凸包的许用成形高度及相关尺寸(单位:mm),第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 1.局部胀形 (2)压凸包 平板局部压凸包成形时,受材料性能、模具几何形状尺寸及润滑条件的影响,凸包高度不能太大。 局部胀形面积为A时,成形力可按下式计算 (8-3) 通常板坯直径与凸模直径之比应大于4,以保证凸缘部分材料不致流入凹模口内,否则将成为拉深成形。,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 2.空心件胀形成形 (1)成形方式及模具结构 1)刚性凸模胀形。 刚性凸模胀形必须考虑成形后凸模从制件内腔退出的方式,因此,通常需要成形结束后使凸模让行。图8-6所示为采用分瓣式刚性凸模的胀形模结构。,图8-6 分瓣凸模胀形,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 2.空心件胀形成形 (1)成形方式及模具结构 2)软凸模胀形。 固体软模胀形。如图8-7所示,利用固体软模胀形时,可将凹模做成可分式。,图8-7 固体软模胀形,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 2.空心件胀形成形 (1)成形方式及模具结构 2)软凸模胀形。 液体软模胀形。图8-8所示为两种液压胀形方法。,图8-8 液压胀形,第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 2.空心件胀形成形 (2)空心毛坯胀形工艺计算 1)胀形变形程度。圆柱空心件胀形时,局部板料直径增大切向伸长,板厚变薄。因此,通常根据径向尺寸变化来估算变形程度。空心毛坯原始直径及胀形后零件的最大直径分别为d0、dmax时,极限胀形系数为 (8-4) 空心毛坯件在圆周方向的极限伸长率与极限胀形系数有如下关系。即 (8-5),第一节 膨胀工艺及模具,二、胀形工艺与模具 表8-3给出了部分金属材料的切向许用伸长率和极限胀形系数,可供参考使用。,表8-3 极限胀形系数和切向许用伸长率(试验值),