5 成形及其新技术 5.1 胀 形 概念：对板料或管状毛坯的局部施加压 力，使其变形区内的材料，在双向拉应力 的作用下，厚度变薄而表面积增大，以获 得需要的几何形状。 平板毛坯胀形和管状毛坯胀形两种情况。,图5.1 胀形件示例 (a)平板毛坯胀形；(b)管状毛坯胀形,5.1.1 平板毛坯胀形,特点：当Dd3，发生胀形变形。胀形变形时，塑性变形仅局限于d区域材料。,胀形时，材料一般不会发生失稳起皱现象。若变形量过大，严重变薄，会导致胀裂。,极限变形程度： p平板胀形时许用变形程度，； 毛坯材料单向拉伸时的延伸率，； L0，Ll变形区材料前后线尺寸长度，mm。,图5.2 压凸包成形 (a)预成形； (b)最后成形,表5.1 加强筋的形式和尺寸,平板胀形用刚性模具胀加强筋时，近似压 力公式： P=KLtb P变形力，N； K因数，取0.71.0，视筋的宽度和深度 而定，窄而深时取大值，宽而浅时取小 值； L一加强筋周长，mm； t板料厚度，mm； b材料抗拉强度，MPa。,5.1.2 管状毛坯胀形 概念：将空心工件或管状毛坯局部部位的直径向 外扩张，使其成为曲面零件的工艺。 机械胀形,模具结构复杂，不便于胀形形状复杂的零件。同时分块凸模之间的滑动摩擦或间隙，使其很难得到正确的回转体和精度较高的零件。,软模胀形 ：用橡胶、PVC塑料、石蜡、液 体或气体等作传压介质 。 特点：毛坯的变形比较均匀，容易保证零 件的正确几何形状，也便于加工形状复杂 的空心零件。,自然胀形 ：零件的成形主要靠管坯壁厚变薄和轴 向自然收缩来完成。,变形区材料主要承受径向(母线方向)拉应力r和切向(圆周方向)拉应力的双向拉应力作用，发生切向拉应变，径向拉应变r和厚向压应变t。,轴向压缩胀形 ：在自然胀形的同时，又在管坯的 轴向进行压缩 。,轴向压力达到一定程度后，可以改变径向拉应力为径向压应力r，径向拉应变也改变为径向压应变r ，有利于塑性变形的变化，延缓变形区材料的变薄，提高胀形极限变形程度。,复合胀形 ：在轴向压缩胀形的同时，再对胀形区 施加径向反压力，实现内压一轴压一径向反压 。,图5.5三通管胀形工艺 (a)自然胀形； (b)轴向压缩胀形； (c)复合胀形,胀形时，凸肚最大处材料切向拉伸最严重，极限 变形程度受此处材料许用延伸率的限制。 以胀形因数K表示胀形变形程度： dmax-胀形后最大处的直径； d0-毛坯原来的直径。 一般胀形的胀形因数K和毛坯材料许用延伸率 的关系为,图5.6 胀形件前后尺寸关系,管坯直径 胀形变形区管坯长度 L胀形变形区母线长度，mm； c考虑切向伸长而引起高度缩小的影响因数， 一般取c0.30.4； 胀形变形区材料圆周方向最大延伸率； b切边余量。,5.2 翻 边 作用：将工件的孔边缘或外边缘在模具的作用下 翻成竖立的直边 。,图5.7 内缘和外缘翻边 (a)内缘翻边；(b)外缘翻边,5.2.1 内缘翻边 1内缘翻边的变形特点 翻边前毛坯孔径为d0，翻边 变形区是内径为d0而外径为 D的环形部分。 变形程度：,极限翻边因数：,影响极限翻边因数的因素： (1)材料的塑性 (2)孔的边缘状况 (3)材料的相对厚度 (4)凸模的形状,式中 m非圆孔翻边时极限翻边因数； m圆孔极限翻边因数； 曲率部分中心角。 上式适用于180。当180时：,非圆孔的翻边：,2. 内孔翻边的工艺计算,因为,代入式上式，化简后便可得到翻边高度H的表达式，则有,翻边高度h： 若以极限翻边因数mmin代入上式，可求得翻边 的极限高度hmax为 于是，拉深高度h1为,3翻边力的计算 翻边力一般不大。用普通圆柱形凸模翻边时所需压力，可按下面近似公式计算，即 P=1.1(D-d0)ts 式中 D翻边后直径(按厚度中心线直径计算)，mm； d0翻边预冲孔直径，mm； t板料厚度，mm； s板料屈服极限，MPa。,翻边凸模的圆角半径和凸凹模间隙对翻边 过程和翻边力的大小的影响： （1）增大凸模圆角半径，可大幅度地降低 翻边力。（2）采用球形凸模时，比用小圆 角半径凸模的翻边力可降低50左右。 （3）适当增大凸凹模之间的间隙，也可以 降低翻边力。,4.翻边模设计,凸、凹模间隙大，对翻边变形有利。当孔边垂直度无要求时，间隙值可以尽量取大些，孔边垂直度要求较高，间隙值可略小于材料原始厚度t。其单边间隙z一般取为z=0.85t。,翻边后竖边材料自然变薄情况： 式中 翻边后竖边端部厚度； t板料厚度； d0预冲孔孔径； D翻边后直径； m翻边因数。,5变薄翻边 概念：采用减小模具凸、凹模之间的间隙，强迫 材料变薄的方法。 变形程度可以用变薄因数K表示： 式中 t1变薄翻边后工件竖边的厚度，mm； t变薄翻边前材料的原始厚度，mm。 一次变薄翻边的变薄因数可取K0.40.5。,图5.14 变薄翻边示例 (a)变薄翻边零件；(b)变薄翻边凸模,5.2.2 外缘翻边 外曲翻边的变形程度E外 内曲翻边的变形程度E内,5.2.3 翻管工艺,主要工艺参数：翻管力P，模具半锥角，管材的相对厚度t/D和管材的塑性及强度。,5.3 缩 口 概念：空心件或管形毛坯的开口端直径加以缩小 的成形方法。,变形区内金属受切向（主要作用）和轴向压应力，使直径缩小，壁厚和高度增加。切向压应力也使变形区材料易于失稳起皱；同时在非变形区的筒壁，由于承受全部缩口压力P，也可能引起失稳变形。,缩口变形程度用缩口因数m表示： m=d/D d缩口后的直径，mm； D 缩口前的直径，mm。 m与材料种类、材料厚度、模具形式和毛 坯表面质量有关。,图5.19 缩口模的支承形式 (a)无支承； (b)外支承； (c)内外支承,多次缩口计算方法： 求出总的缩口因数 dn第n次缩口后直径(即零件要求直径)，mm； D毛坯直径，mm。 确定第一工序平均缩口因数m，可以计算每一 工序缩口后与缩口前的直径变化值： 于是缩口次数,5.4 校 形 5.4.1 校平 校平：将毛坯或冲裁件的不平度和挠曲度压平。 光面模校平 ：材料薄而软、工件表面不允许有压 痕。,齿形模校平 ：材料比较厚的工件 。 细齿模 ：表面允许留有齿痕的工件。,粗齿模料：厚较小的铝、青铜、黄铜等表面不允 许有齿痕的工件。,5.4.2 整形 整形：将弯曲、拉深或其它成形件校整成最终的 正确形状。 对弯曲件：,对直筒形拉深件：采用间隙z为(0.90.95)t的整 形模。整形也可以和最后一道拉深工序结合一起 进行。 带突缘拉深件：需整形的部位可能包括突缘平 面、侧壁、底平面和外凸与内凹的圆角半径。,5.5 旋 压 旋压又称赶形，用以制造各种不同形状的旋转体 零件。 5.5.1 普通旋压,特点：机动性大，加工范围广，生产率较低，劳动强度大，操作技术要求较高，产品质量不稳定，只适于单件试制及小批量生产。,旋压的变形程度以旋压因数m表示，即 m=d/D d工件直径(若是锥形件指最小直径)，mm； D毛坯直径，mm。,5.5.2 变薄旋压（强力旋压 ） 特点： 1）没有凸缘起皱问题；不受毛坯相对厚度 的限制；可以一次旋压出相对深度较大的 工件。 2）材料晶粒紧密细化， 强度、硬度和疲劳强度 均有所提高。 3）专门的旋压机，要 求功率大，有足够的 刚度。,锥形件的变薄旋压，工件厚度的变化始终遵循正 弦规律。非锥形件，工件上任意一点的厚度可由 该点切线与轴线所成夹角计算出来。正弦规律的 表达式为： t=t0sin/2 变薄旋压的变形程度用变薄率表示：,图5.27 工件壁厚与毛坯厚度的关系 (a)等厚毛坯，不等厚工件；(b)不等厚平毛坯，等厚工件；(c)等厚预成形毛坯，等厚工件,5.6 成形新技术 5.6.1 软模成形,图5.28 轴向压缩胀形模具结构形式,图5.29 聚氨酯橡胶模的各种翻边方法 (a)直接用聚氨酯橡胶； (b)用侧压楔块；(c)用铰链压板；(d)用侧压钢棒； (e)用侧压活动板；(f)用钢环,图5.30 石蜡胀形 1-调节螺栓；2-管料；3-石蜡；4-凹模；5-节流孔；6-凸模,5.6.2 超塑成形 特点： 1）材料塑性高，填充性好，可减少工序，也成形形状很复杂的零件； 2）变形抗力小； 3）无加工硬化引起的残余应力。 4）生产效率不高，需要加热装置，对超塑变形 温度较高的材料，要求模具材料的耐热性能也随之提高。,图5.3l 超塑气胀成形 (a)自由胀形； (b)初始成形； (c)校正成形,图5.32 超塑气胀成形模具 1-垫板；2-隔热板；3-加热棒；4-加热板；5-上模；6-工件；7-下模,5.6.3 电液成形与电磁成形 属高能高速成形。载荷以脉冲方式作用于坯料， 又称脉冲加工成形。 特点：成形能量大、成形速度快、模具结构简 单，成形工件回弹小、精度高 。 1.电液成形 利用储存在电容器中的电能作为能源，使其在液 体中瞬时放电，利用放电时所产生的冲击波来加 工零件。,图5.33 电液成形基本装置 1一升压变压器；2一整流器；3一充电电阻；4一电容器；5辅助间隙；6一水；7一液体容腔；8一绝缘子；9一电极；10坯料；11一抽气孔；12一凹模,2电磁成形 电流发生变化时，导体周围的磁场强度也发生变 化，在变化磁场中若存在金属毛坯导体，导体会 在阻碍磁场变化的方向上产生感应电流，产生磁 场力，迫使金属毛坯发生循模具形状的塑性变 形。,图5.34 电磁成形基本装置 1升压变压器；2整流器；3限流电阻；4一电容器；5开关；6成形线圈；7一坯料,图5.35 电磁成形典型加工工艺 (a)管坯胀形；(b)管坯缩径；(c)平板毛坯成形 1模具；2毛坯；3线圈；4集磁器,5.6.4 激光成形 1激光无模弯曲,2激光冲击成形,图5.37 激光冲击成形装置 1-透明层；2-涂覆层；3-压边圈；4-板料；5-凹模；6-出气孔,