5 其他冲压成形工艺

液体和压缩空气等。
图5-13 刚体分瓣凸模胀形
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
胀形
2、圆柱形空心毛坯胀形（续）
图5-14 橡胶凸模胀形 1-凸模 2-凹模 3-毛坯 4-橡胶 5-外套
图5-15 PVC塑料凸模胀形波 纹管 1-外模块 2-毛坯 3-螺母 4内模块 5-PVC塑料 6-拉杆
§5.1
§5.1
三、Hale Waihona Puke Baidu形工艺方法（续）
1、起伏成形（续） 1）压加强筋
胀形
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
1、起伏成形（续） 1）压加强筋（续）
胀形
加强筋能否一次冲压成形，与筋的几何形状和材料性质
有关，若不能一次成形，则应采用多道工序（图5-9）。
A）
图5-9 两道工序成形的加强筋 a）预成形 b）最终成形
d max d 0 p K p 1 d 0
5 6
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
胀形
2、圆柱形空心毛坯胀形（续） 圆柱形空心毛坯胀形时，若两端不固定，毛坯的原始长 度L0（图5-8）可按下式近似计算：
L0 L1 0.3 ~ 0.4 h
5 7
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
1、起伏成形（续） 1）压加强筋（续）
胀形
能够一次成形加强筋的条件为：
l l0 p 0.70 ~ 0.75 l0
5 1
式中 p－断面变形程度； l0 变形区断面的原始长度； l 成形后加强筋断面的曲线轮廓长度；
材料延伸率。
图4 用于汽车排气系统的Y 形三通管件(SPS)
图5是汽车上采用的一种接触反应转换器，由一对圆锥体形 成。利用管材液压柔性技术成形后，再从中间剖开，从而形
成两个零件。利用管材液压柔性成形技术可以获得100%的膨胀
量。
图5 一次成形的双锥体零件（SPS）
在汽车排气系统中，还有一类零件，就是符合气体动力学 原理和具有消音功能的复杂的空间构件。传统的生产工艺一 般是先冲压后焊接再一起，这就影响了零件的总体装配精度， 零件的功能也将受到影响。而利用管材液压柔性成形就消除 了这种缺陷的产生，一次生产出合格的零件，如图6所示，为 管材液压柔性成形生产的一种典型的零件。
冲压包凸时，凸包高度受材料塑性限制，不能太大。 凸包成形高度还与凸模形状及润滑有关。例如，采用球形 凸模时，凸包高度可达球径的1/3，而换用平底凸模时，高 度就会较小，原因是平底凸模的底部圆角半径rp对凸模下 面的材料变形有约束作用。一般情况下，润滑条件较好时， 有利于增大球形凸包的成形高度。
§5.1
§5.1
二、胀形成形极限（续）
胀形
图5-6胀形时的厚度应变分布情况 图5-7零件断面形状对胀形高度的影响
§5.1
二、胀形成形极限（续）
胀形
影响胀形极限的材料因素：延伸率、应变硬化指数n。一 般来讲，延伸率大，破裂前允许的变形程度大，成形极限也 大；n值大，应变硬化能力强，可促使应变分布趋于均匀化， 同时还能提高材料的局部应变能力，故成形极限也大。 润滑条件和变形速度（主要针对刚性凸模胀形）以及材 料厚度对胀形极限也有影响。例如，用球头凸模胀形时，若 在毛坯和凸模之间施加良好的润滑（如加衬一定厚度的聚乙 烯薄膜），其应变分布要比干摩擦时均匀，能使胀形高度增 大。变形速度的影响，主要通过改变摩擦系数来实现的。对
式中 L 零件的母线长度；
零件切向的最大延伸率， d max d 0 ； d 0
h 修边余量，约取 ～20 mm。 图5-18 圆柱形空心毛 10 坯胀形
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
胀形
2、圆柱形空心毛坯胀形（续） 软模胀形圆柱形空心毛坯时，所需的单位压力p分下面 两种情况。 两端不固定，允许毛坯轴向自由收缩时，
§5.1
三、胀形工艺方法
1、起伏成形
胀形
板料在模具作用下，通过局部胀形而产生凸起或凹下 的冲压加工方法叫做起伏成形。起伏成形主要用来增强零 件的刚度和强度。常见的起伏成形有压加强筋、压凸包、 压字和压花等。起伏成形大多采用金属冲模，对厚度较小 的板料、薄料和膜片等可采用橡皮模或液压胀形装置成形。
起伏成形
式中 d 0 毛坯原始直径； d max 胀形后零件的最大直径。
极限胀形系数Kp： d max Kp d0
5 5
图5-18 圆柱形空心毛 坯胀形
式中 d max 零件胀破前允许的 最大胀形直径。
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
胀形
2、圆柱形空心毛坯胀形（续） 极限胀形系数Kp与毛坯切向的许用延伸率δθp有关，即：
§5.1
二、胀形成形极限（续）
胀形
一般来讲，胀形破裂总是发生在材料厚度减薄最大的部
位，所以变形区的应变分布是影响胀形极限的重要因素。若 零件形状和尺寸不同，胀形时的应变分布也不相同。图5-6 为用球头凸模和平底凸模胀形时的厚度分布情况。由图可知， 球头凸模胀形时，应变分布比较均匀，各点的应变量都比较 大，能获得较大的胀形高度，故成形极限大。图5-7为零件 断面形状对胀形高度的影响。
§5.1
一、胀形成形特点（续）
胀形
变形区各点厚度减薄（εt<0），强
度下降，一旦变形区某点的拉应力 超过该点强度，发生破裂。因强度 不足而引起的破裂叫做α破裂。
图5-4 胀形成形极限
图5-5 胀形破裂
§5.1
二、胀形成形极限
胀形
胀形成形极限以零件是否发生破裂来判别，由于胀形方
法不同，成形极限的表示方法也不同。纯胀形时，常用胀形 高度来表示成形极限；采用其它胀形方法时，成形极限可分 别用许用断面变形程度εp（压筋）、许用凸包高度hp（压凸 包）、极限胀形系数kp（圆柱形空心毛坯胀形）和极限拉形 系数klmax（张拉成形）等表示成形极限。虽然胀形成形极限 表示方法不同，但由于胀形区应变性质相同，且破裂只与变 形区应变情况有关，所以影响因素基本相似。
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
1、起伏成形（续） 1）压加强筋（续） 图5-10是断面变形程度ε
胀形
与压筋成形相对高度的关系。
由图示和式（5－1）可知，压 筋高度与断面变形程度关系，
受材料延伸率影响。材料延伸
率越大，一次压筋许用的断面 变形程度越大，压筋高度也就 越大。 图5-10 加强筋成形时断面变 形程度与相对高度的关系 1-计算值 2-实测值
三、胀形工艺方法（续）
1、起伏成形（续）
胀形
2）压凸包（续） 压凸包时，变形力按按下式计算：
F k At
式中 F－变形力， ]为N； [F
2
5 3
K 系数，钢件约取200 ~ 300， 铜件和铝件约取 ～200； 150 A 成形面积， ]为mm 2； [A t 料厚，]为mm。 [t
改善板料塑性流动的措施，以解决冲压成形时的各种失稳问题。
将胀形时的应变状态图与板料的成形极限图（FLD）对比，若 零件上某点的应变量超出成形极限图的应变范围，该点就是发
生破裂的危险点，必须采取措施（如改变毛坯或模具的几何条
件、调整压边力、修磨圆角、改变润滑或更换原材料等）降低 该点应变量，以保证不发生破裂。
b 材料强度极限， b ]为MPa。 [
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
1、起伏成形（续） 2）压凸包
若
胀形
D 4，毛坯凸缘会收缩，属于拉深成形； dp D 4，属于胀形性质的起伏成形。 dp
若
图5-11 压凸包
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
1、起伏成形（续） 2）压凸包（续）
胀形
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
胀形
2、圆柱形空心毛坯胀形（续） 对平板毛坯胀形时，采用刚 性冲模较为实用，效率也较高。
对圆柱形空心毛坯胀形时，虽然
也可采用刚性冲模，但冲模需要 分瓣，结构比较复杂（图5-13），
所以生产中常用软模对这类毛坯
进行胀形。胀形使用的软模介质 有橡胶、PVC塑料、石腊、高压
球头凸模来讲，速度大，摩擦系数减小，由于应变分布均匀
化，胀形高度有所增大。
§5.1
二、胀形成形极限（续）
胀形
必须指出，用平底凸模胀形时，应尽量增大凸模底部板
料的变形，避免板料圆角处变形过于集中，否则，胀形高度 就比较小。 一般来讲，材料厚度增大，胀形成形极限有所增大，但 料厚与零件尺寸比值较小时，其影响不太显著。
图6 具有复杂空间尺寸的汽车排气管件(SPS)
§5.1
一、胀形成形特点
胀形
胀形的特点是： 1 、胀形时，板料的塑性变形区仅局限于一个固定的变形 范围内，板料不向变形区外转移，也不从变形区外进入变形 区。 2 、胀形时板料在板面方向处于双向受拉的应力状态，所 以胀形时工件一般都是要变薄。因此在考虑胀形工艺时，主 要应防止材料受拉而胀裂。 3 、胀形的极限变形程度，主要取决于材料的塑性。材料 塑性越好，延伸率越大，则胀形的极限变形程度越大。 4 、胀形时，材料处于双向拉应力状态，在一般情况下， 变形区的工件不会产生失稳起皱现象。胀形成形的工件表面 光滑、回弹小，质量好。
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
1、起伏成形（续） 1）压加强筋（续）
胀形
冲压加强筋的变形力按下式计算：
F K L t b
式中 F－变形力， ]为N； [F
(5 2)
K 系数，等于0.7 ~ 1 ，加强筋形状窄而深时， 取较大值，宽而浅时，取较小值； L 加强筋周长， ]为mm； [L t 料厚，]为mm； [t
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
1、起伏成形（续） 2）压凸包（续）
胀形
如果零件要求的凸包高度超出表5-2所列数值，则可采 用类似于多道工序压筋的方法冲压凸包。
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
2、圆柱形空心毛坯胀形 将圆柱形空心毛坯（管状 或桶状）向外扩张成曲面空心
胀形
零件的加工方法叫做圆柱形空
心毛坯胀形，用这种方法可以 制造许多形状复杂的零件（图 5-12）。 图5-12 圆柱形空心毛坯胀形 a）波纹管 b）凸肚件
第五章 其他冲压成形工艺
§5.1 胀形 §5.2 圆孔翻边 §5.3 缩口 §5.4 旋压
§5.1
胀形
利用模具强迫板料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叫做胀形。
胀形的方法有： 1 、钢模胀形法
2 、软模胀形法
3 、液压胀形法 冲压生产中的起伏成形、圆柱形空心毛坯的凸胀成形、 波纹管的成形及飞机蒙皮张拉成形等均属于胀形成形。汽 车覆盖件等形状比较复杂的零件成形也常常包含胀形成分。
三、胀形工艺方法（续）
胀形
2、圆柱形空心毛坯胀形（续）
图5-16 石蜡胀形 1-调节螺栓 2-毛坯 3-石蜡
图5-17 液体凸模胀形 A）倾注液体法 b）充液橡
4-凹模 5-节流孔 6-凸模
皮蘘法
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
胀形
2、圆柱形空心毛坯胀形（续） 圆柱形空心毛坯的变形程度用胀形系数K表示： d max 5 4 K d0
2t p b d max
5 8
两端固定，毛坯轴向不能收缩时，
t t p 2 b d 2R max
5 8
b为材料的抗拉强度。
§5.1
三、胀形工艺方法（续）
3、张拉成形
胀形
生产中常有一些底部曲率半径很大的零件，如汽车上的 某些覆盖件和飞机蒙皮等。冲压这些零件时，底部曲面的变 形性质属于胀形，或胀形是主要变形方式，但曲面部分变形 量很小，通常把这些曲面变形叫做大曲率半径胀形。 大曲率半径胀形，曲面变形量很小，破裂不是生产中的 主要问题，重要的是零件脱模后的曲面回弹常使曲面变平，
软模胀形法
液压胀形法
起伏成形
自行车多通接头
自行车多通接头 软模胀形 1、4-凸模压柱； 2-分块凹模；3-模套
1、管件液压柔性成形技术原理及其分类 液压柔性成形原理是通过内部加压和轴向加力补料把管 坯压入到模具型腔使其成形，如图1 所示。其基本工艺过程 为：首先将管坯1放在下模2内，然后闭合上模3，将管的两端 用水平冲头4和5密封，并使管坯内充满液体。在加压胀形的 过程中，两端的冲头同时向内推进补料，这样在内压和轴力 的联合作用下使管坯贴靠模具而成形为所需的工件。
§5.1
一、胀形成形特点（续）
胀形
图5-1 纯胀形成形
图5-2 胀形时的应力和应变
§5.1
一、胀形成形特点（续）
胀形
a）
b）
图5-3 胀形时的应变分布与应变状态图 a）应变分布图 b）应变状态图
§5.1
一、胀形成形特点（续）
胀形
应变分布图是冲压成形时零件上各点或局部各点的应变分 布情况图，应变状态图是零件上各点或局部各点的应变在二维 主应变平面上的分布状况图。成形方式、工艺条件和材料性能 的改变，都会引起应变分布图和应变状态图发生变化。利用应 变分布图和应变状态图可以分析冲压变形区的应变情况，寻求