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1、第7章,7.1 薄板零件液压成形 7.1.1 原理及特点 7.1.2 液压胀形 7.1.3 反向液压成形 7.1.4 橡胶薄膜液压成形 7.1.5 液压成形工艺及模具的主要参数 7.1.6 液压成形设备及方法的应用 7.1.7 充液拉深新工艺,7.2 管料的内高压成形 7.2.1 成形原理 7.2.2 成形装置 7.2.3 成形优点 7.2.4 适用领域 7.3 无模液压胀球 7.3.1 技术原理 7.3.2 技术特点,7.1 薄板零件液压成形,充液拉深最早应用于冲压生产中，是1951年美国Cincinnati Milling Machine 公司通过橡胶介质将液压作用于板料上的 Hydro
2、Form方法。日本1957年、瑞典1963年也相继开发出同样的设备。此方法由于不需要凹模，可大大降低模具成本，缩短模具制造周期。同时，由于凸模与板料之间的摩擦保持作用，使零件侧壁抗破裂能力加强，成形极限得到提高。然而，此方法由于橡胶膜容易损坏，需要经常更换，并且为消除法兰部位起皱需要很大的液压等原因，在实际冲压生产中并未得到广泛应用。,7.1.1 原理及特点,特点： 1)在拉深成形过程中，液体介质以很大而均匀的压力使板料紧贴凹模模壁或包覆于凸模上，不仅可以提高零件的成形准确性，而且危险断面不断转移，使传力区抗拉强度提高，并因避免了板料与凸模或凹模的相对滑动，从而避免了板料的局部过分变薄，使得所
3、成形的制件壁厚均匀且表面光滑。 2)以液体代替刚性凹模拉深成形时，凹模容框内的液体压力反向作用于板料的下表面，这样不仅增加了板料同刚性凸模间的有利摩擦力，而且凹模有侧向推动凸缘边缘向内流动的作用，使板料的变形处于压应力值较高的应力状态，因而，有效地提高了板料的成形性能。,3)以液体代替刚性凹模拉深成形时，凹模圆角半径rd不像刚性凹模那样固定不变，而是在拉深过程中由大变小，在变形初始阶段产生压力峰值时，具有大的rd是有利的，它可以降低材料通过凹模圆角半径时的弯曲变形阻力，也有利于提高了拉深成形性能。 4)可使刚性拉深模具的数量减少2/31/2，使模具制造费用减少1/2甚至更多。,7.1.2 液压
4、胀形,1.液压胀形,图7-1 扬声器音膜的液压凸模拉深 1凹模 2压板 3、9螺钉 4工件 5凸模体 6端盖 7活塞杆 8橡胶,图7-2 液压胀形装置与胀形原理,图7-3 液压胀形与刚性模具复合成形,2.复合成形,7.1.3 反向液压成形,1.带法兰筒形件的拉深,图7-4 简单液压拉深模,图7-5 反向压力成形原理,图7-6 第二道液压拉深模,2.筒形件充液拉深工艺与模具设计,图7-7 充液拉深成形过程,图7-8 无密封与有密封情况对比,图7-9 油底壳的充液拉深,7.1.4 橡胶薄膜液压成形,图7-10 橡胶薄膜液压成形,图7-11 带橡胶垫的液压成形原理,7.1.5 液压成形工艺及模具的主
5、要参数,1.压边力FQ,图7-12 充液拉深压边力,2.溢流阀设定的压力p,图7-13 溢流阀调定压力的影响,3.凹模圆角半径rD,图7-14 凹模圆角对液压的影响,图7-15 凹模圆角对成形极限的影响,4.凸模圆角半径rp,图7-16 凸模圆角半径对成形极限的影响,7.1.6 液压成形设备及方法的应用,1.灯罩,灯罩的生产采用充液拉深方法的理由主要为以下两点：因保证聚光性要求很高的内表面精度；多品种小批量生产方式。以往该产品采用旋压的方法，只能加工抛物面、锥形等轴对称的零件。采用充液拉深方法可一次成形图7-17所示的灯罩，满足各种设计的要求。 对于此类非轴对称复杂形状零件的成形，主要问题是由
6、于不均匀反向胀形所引起的局部材料多余和板厚减少。特别是屋外照明用的大型灯罩，一般使用相对板厚较薄(t/d=1/4001/600)的铝板，成形比较难，必须控制成形过程中的压边力、对向液压，同时在模具结构及拉深筋的布置上，要充分考虑板料的流动和变形特点。,图7-17 充液拉深方法成形的灯罩,2.飞机零件,图7-18 充液拉深方法成形的飞机零件,3.汽车零部件,图7-19 充液拉深方法成形的汽车中小零件,图7-20 充液拉深方法成形的汽车覆盖件,7.1.7 充液拉深新工艺,1.带径向液压的充液拉深方法,此方法只需将充液拉深的工装略加改动，密封住板料外周的敞口，并开通液孔，使液压室的液体液压加到板周边
7、上。这样，在板材外周就多了一层径向压力，改变了变形区受力状态，降低了传力区的负荷，从而增大了允许的变形程度。另外，前述的充液拉深中，液体仅从法兰下方一侧流出，法兰上面没有形成理想的润滑状态，而径向液压的充液拉深法兰部位的板料都有很好的润滑状态，进一步提高了成形极限。,2.外周带液压的充液反拉深,图7-21 外周带液压 的充液反拉深,3.充液变薄拉深,充液变薄拉深也是充液拉深的新发展。它是把充液有效地应用于变薄拉深。按充液方式不同，可分为反向充液变薄拉深、正向充液变薄拉深和双向充液变薄拉深(图7-22)。根据实验表明：三种方式均有效地提高了变薄拉深的变形程度，其中尤其以正向和双向更佳。另外，充液
8、变薄拉深对于传统变薄拉深中常出现的热粘着现象有显著的抑制效果。,4.充液内孔翻边,图7-22 充液变薄拉深,7.2 管料的内高压成形,在航空、航天和汽车工业等领域，减轻结构质量以节约运行中的能量是人们长期追求的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。结构轻量化有两条主要途径：一是材料途径，采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料；二是结构途径，对于承受弯扭载荷为主的结构，采用空心变截面构件，可以减轻质量又可以充分利用材料的强度和刚度。内高压成形(又称管材液压成形、管材水压成形)正是适应这种需求开发出来的一种成形空心变截面轻体构件的先进制造技术。,7.2.1 成形原理,图7-23 三通管液压
9、胀形原理,7.2.2 成形装置,1.同侧双支管内高压胀形系统,图7-24 同侧双支管液压压缩胀形系统 a)初始状态 b)开始压缩阶段 c)压缩胀形结束阶段 1管坯 2、3镶块,2.异侧双支管内高压胀形系统,图7-25 异侧四通液压压缩胀形 a)初始状态 b)结束状态,图7-26 模具、液压、空气增压器系统 1过滤器 2压力调节阀 3喷雾器 4分配器 5反向阀 6活塞杆 7凸轮 8阀 9增压缸 10、14冲头 11油箱 12凹模型腔 13上凹模 15中断器 16碟形弹簧 17开关,7.2.3 成形优点,1)减轻质量,节约材料。 2)减少零件和模具数量,降低模具费用。 3)可减少后续机械加工和组装
10、焊接量。 4)提高强度与刚度，尤其是疲劳强度。 5)降低生产成本。,7.2.4 适用领域,管料的内高压成形适用于汽车等行业的沿构件轴线变化的圆形、矩形或异型截面空心构件,如汽车的排气系统异型管件、非圆截面空心框架如副车架、仪表盘支架、车身框架(约占汽车总重量的11%15%)、空心轴类件和复杂管件等。 适用材料包括碳钢、不锈钢、铝合金、铜合金及镍合金等，原则上适用于冷成形的材料均适用于内高压成形工艺。,7.3 无模液压胀球,球形容器的主要优点：外形美；受力均匀承压高，对同直径同厚度的容器，球形比圆柱形高一倍；重量轻，原因之一是由于承压力高，另一个原因是对同一体积而言球形表面积最小。 由于以上原因
11、，球形结构广泛用于建筑业，如深圳西丽湖、青岛信号山、美国迪斯尼乐园中的未来世界、布鲁塞尔的球形游乐厅等处都有球形建筑。 球形水塔在国外很流行，美国高速公路旁的水塔就是球形或椭球形的。球形水箱在日本及韩国等国是标准化的产品，房顶上几乎见不到长方形水箱。哈尔滨工业大学与中国建筑标准研究所制定了30m3以下的球形水箱系列标准，并已制成一些规格的球体。西安已安装这类水箱。,7.3.1 技术原理,特点： 1)不用压力机和模具，因而投资少成本低； 2)生产周期短，原因是流程短，不需制造模具，因而变更产品尺寸容易； 3)可以免去水压实验，因为胀球过程本质上就是超压试验； 4)通过胀形可使焊缝附近残余应力下降
12、50%60； 5)抗疲劳性能增强。,7.3.2 技术特点,传统建球技术是将模压球瓣进行组装焊接，其工序为：初下料模压瓣片多次校形检查修边预组装组装焊接外观检查校正无损探伤。其工序决定了该建球技术存在如下问题：工序繁多，成形精度低，模压过程起皱难以避免，双曲率壳体组焊困难，制造周期长；先成形，后焊接，焊接变形残留在最终产品上，无法消除；组装精度难以保证，现场强制装配组焊，影响焊接质量和最终形状；需要大型压力机和大型模具，制造成本高，不适于产品变更的需要。 由于传统制造技术的局限性，其技术经济指标为：最小厚度与直径的比值(t/D)仅为8/1000，无法制造小于等于1/1000的超薄球形壳体；很难制造椭球等曲率有变化的容器，因为不同曲率的分瓣将需要不同的模具进行模压，成本急剧提高。,
