冲压工艺学-5

四、毛坯计算 一般情况下毛坯两端不固定，以减轻材料变薄
H = L(1+ cδ ) + b
式中
L－工件母线长
δ －工件切向最大延伸率
b－切边余量，一般取 10~20mm
c－系数，一般取 0.3~0.4。
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本章小结： 1. 掌握胀形的概念和特点 2. 掌握平板毛坯局部胀形的应力特点
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πR2 p = 2πRtσ s
p = 2t / Rσ s
2. 长度很大的条形筋（如图 6-7b）
2Rp = 2tσ s
p = t / Rσ s
§5-3 圆柱形空心毛坯的胀形
一、变形过程
刚模胀形（分瓣模）：如图 6-10，模具结构复杂，零件精度差，表面质量不好
软模胀形：如图 6-11，变形较均匀，零件精度高，可加工复杂形状零件。
二、变形程度
胀形系数：K
=
r − r0 r0
≤
0.8δ
，见图 6-12，δ
为材料总延伸率，零件表面要求高时取为 δu 。
壁厚：胀形后的零件壁厚变化可按塑性变形体积不变原理计算。
三、变形力
刚模胀形时，由平衡条件得：
P
=
2πHt0σ b
1−
μ + tgβ μ 2 − 2μtgβ
，H-圆柱空心毛坯高度； μ
εx
=
ln
Rx R0
εy
=
ln
Ry R0
四、成形极限图（FLD）或成形极限线（FLC） 胀形是伸长类成形方法，所以它的成形极限一定和板材的塑性有直接的关系。但是在各种
胀形工艺中，胀形变形区内各个部位上金属所受的两向拉应力的比值可能在 0～1 之间变化（即
σ x / σ y = 0 ~ 1），其应力状态和简单拉伸试验时有很大的差别，所以胀形变形的极限和在单向
—摩擦系数，一般为 0.15-0.20，
β —中轴锥角，一般为 8°、10°、12°、15°。
软模胀形单位压力由平衡条件求得
1. 毛坯两端不固定，允许轴向收缩，母线方向的曲率及拉应力影响不大，由平衡条件近似
取为 2rp = 2tσ s p = t / rσ s
2. 毛坯两端固定，不产生轴向收缩，图 6-11，此时 p = (t / r + t / R)σ s
1. 塑性变形局限于一个固定的变形区范围之内，毛坯外径不变，板料既不能向毛坯变形区 外转移、由不能从外部转入变形区。变形区内板料变形主要靠表面局部增大实现，因此，厚度 变薄是不可避免的。
2. 变形区金属处于两向受拉的应力状态，属伸长类，破坏主要是拉裂，成形极限与材料的
塑性及塑性变形稳定性有关，成形极限受 δu ，n 限制。
常用的网目的形式有方格网目和圆网目两种。圆网目的特点：在变形后变成椭圆，其长轴
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方向和短轴方向与应力主轴方向重合，计算上比较方便，应用也比较普遍。常用的圆网目形式 如图 6-3 所示。圆网目的直径越小，越能细致地反映出在板平面上变形的变化。但是，由于制 造和测量时产生的误差随网目直径的减小而相对地增大，所以在大型冲压件的变形分析时，应 采用较大尺寸的网目。常用的网目直径介于 5～20mm 之间。可用刻画、电解腐蚀等方法在板 料表面制成网目，并用工具显微镜测量变形前后尺寸的变化。（在北航有一套网格变形测量系统， 通过摄像头两次不同角度记录变形图，可以与计算机联机测量，准确度高）
在应用图 6-4 的胀形成形极限时，应注意变形区内各部位的应变值在变形过程中的变化，图中的成形极限 仅适用于胀形时各个方向上的应变值随同一个变量按同一个函数关系增长的单调变形过程。
OA—双等拉， ε x = ε y ，σ x = σ y > 0 ；
横坐标轴 O ε x 上， ε x = −εt ， ε y = 0 ，平面变形；
OB—单向拉伸， ε y = −ε x / 2 ，如果板厚方向系数 r>1( r = ε b / ε t )，OB 线变成 OB’，此
时线上的变形是：* ε y
=
−r 1+
r
ε x （此时
x
方向的变形大，其值等于另外两个方向应变的绝对
值之和，根据体积不变 ε x + ε y + εt = 0 ， ε t = ε y / r ，可以计算出*式）。
授课内容 授课重点
第五章 胀 形
§5-1 胀形的特点 §5-2 平板毛坯的局部胀形 §5-3 圆柱形空心毛坯的胀形 1. 胀形的特点；2. 平板毛坯局部胀形的应力特点、成形极限
§5-1 概述 一、胀形的概念
利用模具迫使板料在处于双向受拉的应力状态下发生厚度减薄和表面积增大，以获取零件 几何形状的冲压方法。
不同的胀形成形极限图并不相同，一般说来，材料的塑性好、硬化指数 n 值大时，胀形成 形的极限值也高。
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§5-2 平板毛坯的局部胀形
一、平板毛坯的局部胀形形式 当毛坯的外径较大，超过凹模孔直径的三倍以上时，冲头下面的毛坯成为弱区，此时的成
形为胀形。形式有压加强筋、压凹坑、突起及花纹等，加强结构的强度和刚度。 二、平板毛坯局部胀形的变形程度
极限变形量的标准。 (t − t0 ) / t0 < 0.75δ 。
三、平板毛坯的胀形力
刚模：
压筋 Pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ= KLtσ b ，L—胀形区周边长度；K—考虑胀形程度大小的系数，K=0.7～1，宽面、
浅取偏小值；窄面、深取偏大值。
软模：
1. 局部成形（如图 6-6），单位压力 p 可由胀形区内板料的平衡条件近似求得
本节讲的“胀形”指的是刚性凸模的胀形。塑性加工中其它胀形举例：超塑性成形—气胀、 内高压成形—液体介质胀形、VPF—粘性介质成形、磁脉冲胀形—脉冲磁场力胀形。可见胀性 介质多种多样，可以接触或者非接触。但是，变形区的受力特点和变形规律都是相近的，均可 通过刚性凸模胀形规律进行解释说明。
胀形工艺的主要应用形式，见 P99 图 6-7、6-8。 二、胀形的特点
用胀形深度表示。主要与材料机械性能、凸模几何形状及润滑条件等有关。对于刚体冲头， 变形程度由冲头的圆角半径决定，圆角半径大，变形均匀，胀形深度也增加。
深度决定于板料的机械性能（n 值，δ ），凸模的几何形状（圆角半径）及润滑（均匀）等。
实例： 1. 压凹坑
用球形冲头（r=d/2）对低碳钢及软铝局部胀形，极限深度约为 h ≈ d / 3 ，用平端面冲头可
能达到的胀形深度见表 6-1。平底凸模局部胀形深度超过极限值时可分二步成形，如图 6-9：先 用大直径球形冲头胀形，均匀变形；然后成形得到所要求的尺寸。
2. 压加强筋
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决定于材料的塑性和加强筋的几何形状。对于软钢板，当加强筋具有圆滑过渡形状时，压
筋深度 h 为其宽度 b 的 30%左右，即 h ≤ 0.3b 。生产中常用变形区材料的平均延伸率作为估计
3. 由于有双向拉应力，而且沿厚度分布均匀，因此不易失稳起皱，弹复小，尺寸精度高， 表面质量好。
三、应变值的计算 实际操作中，常用网目法（网格法）来研究变形区内变形的分布和确定危险部位上的变形
的大小，并进一步用它和胀形成形的变形极限（第一章讲过的板材成形性能试验中，可确定胀 形性能的：爱利克辛试验—爱利克辛值是表示板材破裂时，冲头的压入深度，并不能表示板材 各处的变形情况）相比较得出的结果，作为工艺和模具设计的基础。
拉伸试验中所得的塑性指标（如延伸率、断面收缩率等）之间并不存在一个简单的对应关系， 当然也不能用延伸率去确定胀形的成形极限。因此胀形必须利用图 6-4 所示的双向拉应力作用 下的成形极限图确定各种胀形的成形极限。图 6-4 所示的低碳钢两向拉应力作用下的成形极限 分为破坏极限和表面粗糙极限。当胀形程度达到破坏极限时板材发生断裂；当胀形变形程度达 到表面粗糙极限时，板料出现拉应力作用下的塑性变形失稳现象，产生局部变形，板料的光滑 表面开始变得粗糙。一般情况下，应把胀形变形程度限制在表面粗糙极限以内。