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1、冲压工艺及冲模设计冲压工艺及冲模设计谭险峰谭险峰（ ) )南昌航空大学塑性工程系8/17/2024第五章第五章 胀形工艺与模具设计胀形工艺与模具设计 利用胀形利用胀形( (Bulging) )模具，使板平面或圆柱面内局部区模具，使板平面或圆柱面内局部区域坯料在双向拉应力作用下，产生两向伸长变形，厚度减域坯料在双向拉应力作用下，产生两向伸长变形，厚度减薄，表面积增大，以获得所需要几何形状和尺寸制件的冲薄，表面积增大，以获得所需要几何形状和尺寸制件的冲压工序。压工序。 胀形常与其它方式的成形同时发生。胀形常与其它方式的成形同时发生。某些汽车、拖拉机覆盖件和一些复杂形状某些汽车、拖拉机覆盖件和一些复
2、杂形状零件成形，常常包含一定程度胀形成分。零件成形，常常包含一定程度胀形成分。胀形加工中，金属流动量小，因此，使坯胀形加工中，金属流动量小，因此，使坯料变形均匀以及控制整个成形工序中胀形料变形均匀以及控制整个成形工序中胀形变形量是决定成败及制件质量的关键。变形量是决定成败及制件质量的关键。8/17/2024起伏成形起伏成形圆柱形空心毛坯的圆柱形空心毛坯的凸肚成形凸肚成形波纹管及平板毛坯波纹管及平板毛坯张拉成形张拉成形胀形胀形一、胀形变形特点一、胀形变形特点 当坯料外径与成形直径的比值当坯料外径与成形直径的比值 D/d3 时，其成形完全依赖于直时，其成形完全依赖于直径为径为d 的圆周以内金属厚度
3、的的圆周以内金属厚度的变薄变薄实现实现表面积的增大表面积的增大而成形。而成形。胀形的变形区胀形的变形区及其应力应变示意图及其应力应变示意图: : 8/17/2024 胀形变形过程中，毛坯被带凸筋的压边圈压紧，外部材料无法流入，胀形变形过程中，毛坯被带凸筋的压边圈压紧，外部材料无法流入，变形被限制在凸筋或凹模圆角以内的局部区域。变形被限制在凸筋或凹模圆角以内的局部区域。 胀形变形服从材料的变形规律胀形变形服从材料的变形规律当存在多种变形可能性时，实际的变形方式使得载荷最小。毛当存在多种变形可能性时，实际的变形方式使得载荷最小。毛坯的外径足够大，内孔较小时，拉深变形阻力和扩孔、翻边变形阻坯的外径足
4、够大，内孔较小时，拉深变形阻力和扩孔、翻边变形阻力大于胀形变形阻力时，变形性质由胀形决定。力大于胀形变形阻力时，变形性质由胀形决定。 胀形的主要工艺问题是破裂问题。胀形的主要工艺问题是破裂问题。 影响胀形成形极限的主要力学参数：硬化指数影响胀形成形极限的主要力学参数：硬化指数n 和均匀延伸率和均匀延伸率 。8/17/2024二、平板毛坯的起伏成形二、平板毛坯的起伏成形 起伏成形俗称起伏成形俗称局部胀形局部胀形，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图案及标记等。案及标记等。 8/17/2024p 压加强筋压加强筋半圆筋半圆筋梯形筋梯形筋v 压制加强筋所需的冲压力压
5、制加强筋所需的冲压力：若零件的加强筋超过极若零件的加强筋超过极限变形程度时，可以采限变形程度时，可以采用用多次成形多次成形的方法。的方法。预成形预成形最终成形最终成形前道工序主要目的是使变形均匀前道工序主要目的是使变形均匀, , 为后道工序准备材料（为后道工序准备材料（聚料聚料）。）。0.71，窄而深取大，宽而浅取小，窄而深取大，宽而浅取小8/17/2024v 压凸包成形力压凸包成形力：p 压凸包（凹坑）压凸包（凹坑） 压压凸凸包包时时，成成形形极极限限常常用用极极限限胀胀形形高高度度表表示示，如如果果是是纯纯胀胀形形，凸凸包包高高度度因受材料塑性限制不能太大。因受材料塑性限制不能太大。 用球
6、头凸模对低碳钢、软铝等胀形时，可达到的极限胀形高度用球头凸模对低碳钢、软铝等胀形时，可达到的极限胀形高度 h 约等于约等于球头直径球头直径d 的的1/3。用平头凸模胀形可能达到的极限高度取决于凸模的圆角半。用平头凸模胀形可能达到的极限高度取决于凸模的圆角半径，其取值范围见表径，其取值范围见表5-2。8/17/2024三、圆柱空心毛坯的胀形三、圆柱空心毛坯的胀形 俗称俗称凸肚凸肚，它是使材料沿径向拉伸，将空它是使材料沿径向拉伸，将空心工序件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸心工序件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸起曲面，如起曲面，如高压气瓶、球形容器、波纹管、自高压气瓶、球形容器、波纹管、自行车三
7、通接头、行车三通接头、壶嘴、皮带轮等。壶嘴、皮带轮等。 ( (a) ) 自然胀形自然胀形 ( (b) ) 轴向压缩胀形轴向压缩胀形 8/17/20241、成形方法、成形方法p 刚性分瓣凸模胀形刚性分瓣凸模胀形( (bulging with a rigid sectional punch) )p 软凸模胀形软凸模胀形( (bulging with a rubber punch) )8/17/2024p 液压胀形液压胀形( (Hydro-bulging) )p 加轴向压缩的液体胀形加轴向压缩的液体胀形( (Liquid bulging injecting axial compression) )8
8、/17/20242、胀形的变形程度、胀形的变形程度常用常用胀形系数胀形系数p表示表示p和坯料和坯料切向伸长率切向伸长率的关系：的关系：3、胀形的坯料尺寸计算、胀形的坯料尺寸计算 坯料直径坯料直径 d0 ：坯料长度坯料长度0: :变形区母变形区母线长度线长度修边余量，可取修边余量，可取1020 mm8/17/20244、胀形力的计算、胀形力的计算（液压或橡胶胀形时）（液压或橡胶胀形时）胀形单位压力胀形单位压力p（估算估算）: 管状零件管状零件两端不固定，允许轴向自由收缩时两端不固定，允许轴向自由收缩时两端固定，不产生轴向收缩时两端固定，不产生轴向收缩时 半球形零件半球形零件8/17/2024四、
9、张拉成形四、张拉成形( (Stretch forming) )飞机蒙皮件飞机蒙皮件底部曲率半径很大的零件成形底部曲率半径很大的零件成形贴模不良，定形性不佳，贴模不良，定形性不佳，破裂不是主要问题破裂不是主要问题张拉成形张拉成形增加材增加材料的变料的变形程度形程度减小或消除弯曲减小或消除弯曲时材料内部的压时材料内部的压应力，减小回弹应力，减小回弹增加增加零件零件刚度刚度8/17/2024五、胀形件的工艺性五、胀形件的工艺性 胀形件的形状应尽可能简单、对称。胀形件的形状应尽可能简单、对称。 胀形部分要避免过大的高径比胀形部分要避免过大的高径比 h/d 或高宽比或高宽比 h/b，否则需增加，否则需增
10、加预成形工序，通过预先聚料来防止破裂发生。预成形工序，通过预先聚料来防止破裂发生。 胀形区过渡部分的圆角不能太小，否则因严重减薄而破裂。胀形区过渡部分的圆角不能太小，否则因严重减薄而破裂。 对胀形件壁厚均匀性不能要求过高。对胀形件壁厚均匀性不能要求过高。8/17/2024六、胀形模设计举例六、胀形模设计举例1、工艺分析、工艺分析 该罩盖工件（软钢）侧壁属空心毛坯该罩盖工件（软钢）侧壁属空心毛坯胀形，底部属起伏成形，具有代表性。胀形，底部属起伏成形，具有代表性。2、工艺计算、工艺计算l 底部压凹坑的计算底部压凹坑的计算 查表查表5-2 得极限胀形深度得极限胀形深度 hmax/d = 0.150.2 而实际相对深度而实际相对深度 hmax/d=2/15 =0.13，可以一次成形。，可以一次成形。压凹坑所需成形力计算：压凹坑所需成形力计算：8/17/2024l 侧壁胀形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：侧壁成形力近似按两端不固定形式计算：胀形前毛坯的原始长度胀形前毛坯的原始长度L0：l 总成形力的计算总成形力的计算8/17/20243、模具结构、模具结构罩盖胀形模罩盖胀形模8/17/2024
