1、5 成形及其新技術(shù) 5.1 脹 形 概念：對(duì)板料或管狀毛坯的局部施加壓 力，使其變形區(qū)內(nèi)的材料，在雙向拉應(yīng)力 的作用下，厚度變薄而表面積增大，以獲 得需要的幾何形狀。 平板毛坯脹形和管狀毛坯脹形兩種情況。,圖5.1 脹形件示例 (a)平板毛坯脹形；(b)管狀毛坯脹形,5.1.1 平板毛坯脹形,特點(diǎn)：當(dāng)Dd3，發(fā)生脹形變形。脹形變形時(shí)，塑性變形僅局限于d區(qū)域材料。,脹形時(shí)，材料一般不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象。若變形量過(guò)大，嚴(yán)重變薄，會(huì)導(dǎo)致脹裂。,極限變形程度： p平板脹形時(shí)許用變形程度，； 毛坯材料單向拉伸時(shí)的延伸率，； L0，Ll變形區(qū)材料前后線尺寸長(zhǎng)度，mm。,圖5.2 壓凸包成形 (a)預(yù)成形；

2、 (b)最后成形,表5.1 加強(qiáng)筋的形式和尺寸,平板脹形用剛性模具脹加強(qiáng)筋時(shí)，近似壓 力公式： P=KLtb P變形力，N； K因數(shù)，取0.71.0，視筋的寬度和深度 而定，窄而深時(shí)取大值，寬而淺時(shí)取小 值； L一加強(qiáng)筋周長(zhǎng)，mm； t板料厚度，mm； b材料抗拉強(qiáng)度，MPa。,5.1.2 管狀毛坯脹形 概念：將空心工件或管狀毛坯局部部位的直徑向 外擴(kuò)張，使其成為曲面零件的工藝。 機(jī)械脹形,模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于脹形形狀復(fù)雜的零件。同時(shí)分塊凸模之間的滑動(dòng)摩擦或間隙，使其很難得到正確的回轉(zhuǎn)體和精度較高的零件。,軟模脹形 ：用橡膠、PVC塑料、石蠟、液 體或氣體等作傳壓介質(zhì) 。 特點(diǎn)：毛坯的變形比較

3、均勻，容易保證零 件的正確幾何形狀，也便于加工形狀復(fù)雜 的空心零件。,自然脹形 ：零件的成形主要靠管坯壁厚變薄和軸 向自然收縮來(lái)完成。,變形區(qū)材料主要承受徑向(母線方向)拉應(yīng)力r和切向(圓周方向)拉應(yīng)力的雙向拉應(yīng)力作用，發(fā)生切向拉應(yīng)變，徑向拉應(yīng)變r(jià)和厚向壓應(yīng)變t。,軸向壓縮脹形 ：在自然脹形的同時(shí)，又在管坯的 軸向進(jìn)行壓縮 。,軸向壓力達(dá)到一定程度后，可以改變徑向拉應(yīng)力為徑向壓應(yīng)力r，徑向拉應(yīng)變也改變?yōu)閺较驂簯?yīng)變r(jià) ，有利于塑性變形的變化，延緩變形區(qū)材料的變薄，提高脹形極限變形程度。,復(fù)合脹形 ：在軸向壓縮脹形的同時(shí)，再對(duì)脹形區(qū) 施加徑向反壓力，實(shí)現(xiàn)內(nèi)壓一軸壓一徑向反壓 。,圖5.5三通管脹形

4、工藝 (a)自然脹形； (b)軸向壓縮脹形； (c)復(fù)合脹形,脹形時(shí)，凸肚最大處材料切向拉伸最嚴(yán)重，極限 變形程度受此處材料許用延伸率的限制。 以脹形因數(shù)K表示脹形變形程度： dmax-脹形后最大處的直徑； d0-毛坯原來(lái)的直徑。 一般脹形的脹形因數(shù)K和毛坯材料許用延伸率 的關(guān)系為,圖5.6 脹形件前后尺寸關(guān)系,管坯直徑 脹形變形區(qū)管坯長(zhǎng)度 L脹形變形區(qū)母線長(zhǎng)度，mm； c考慮切向伸長(zhǎng)而引起高度縮小的影響因數(shù)， 一般取c0.30.4； 脹形變形區(qū)材料圓周方向最大延伸率； b切邊余量。,5.2 翻 邊 作用：將工件的孔邊緣或外邊緣在模具的作用下 翻成豎立的直邊 。,圖5.7 內(nèi)緣和外緣翻邊 (a

5、)內(nèi)緣翻邊；(b)外緣翻邊,5.2.1 內(nèi)緣翻邊 1內(nèi)緣翻邊的變形特點(diǎn) 翻邊前毛坯孔徑為d0，翻邊 變形區(qū)是內(nèi)徑為d0而外徑為 D的環(huán)形部分。 變形程度：,極限翻邊因數(shù)：,影響極限翻邊因數(shù)的因素： (1)材料的塑性 (2)孔的邊緣狀況 (3)材料的相對(duì)厚度 (4)凸模的形狀,式中 m非圓孔翻邊時(shí)極限翻邊因數(shù)； m圓孔極限翻邊因數(shù)； 曲率部分中心角。 上式適用于180。當(dāng)180時(shí)：,非圓孔的翻邊：,2. 內(nèi)孔翻邊的工藝計(jì)算,因?yàn)?代入式上式，化簡(jiǎn)后便可得到翻邊高度H的表達(dá)式，則有,翻邊高度h： 若以極限翻邊因數(shù)mmin代入上式，可求得翻邊 的極限高度hmax為 于是，拉深高度h1為,3翻邊力的計(jì)

6、算 翻邊力一般不大。用普通圓柱形凸模翻邊時(shí)所需壓力，可按下面近似公式計(jì)算，即 P=1.1(D-d0)ts 式中 D翻邊后直徑(按厚度中心線直徑計(jì)算)，mm； d0翻邊預(yù)沖孔直徑，mm； t板料厚度，mm； s板料屈服極限，MPa。,翻邊凸模的圓角半徑和凸凹模間隙對(duì)翻邊 過(guò)程和翻邊力的大小的影響： （1）增大凸模圓角半徑，可大幅度地降低 翻邊力。（2）采用球形凸模時(shí)，比用小圓 角半徑凸模的翻邊力可降低50左右。 （3）適當(dāng)增大凸凹模之間的間隙，也可以 降低翻邊力。,4.翻邊模設(shè)計(jì),凸、凹模間隙大，對(duì)翻邊變形有利。當(dāng)孔邊垂直度無(wú)要求時(shí)，間隙值可以盡量取大些，孔邊垂直度要求較高，間隙值可略小于材料原

7、始厚度t。其單邊間隙z一般取為z=0.85t。,翻邊后豎邊材料自然變薄情況： 式中 翻邊后豎邊端部厚度； t板料厚度； d0預(yù)沖孔孔徑； D翻邊后直徑； m翻邊因數(shù)。,5變薄翻邊 概念：采用減小模具凸、凹模之間的間隙，強(qiáng)迫 材料變薄的方法。 變形程度可以用變薄因數(shù)K表示： 式中 t1變薄翻邊后工件豎邊的厚度，mm； t變薄翻邊前材料的原始厚度，mm。 一次變薄翻邊的變薄因數(shù)可取K0.40.5。,圖5.14 變薄翻邊示例 (a)變薄翻邊零件；(b)變薄翻邊凸模,5.2.2 外緣翻邊 外曲翻邊的變形程度E外 內(nèi)曲翻邊的變形程度E內(nèi),5.2.3 翻管工藝,主要工藝參數(shù)：翻管力P，模具半錐角，管材的相

8、對(duì)厚度t/D和管材的塑性及強(qiáng)度。,5.3 縮 口 概念：空心件或管形毛坯的開口端直徑加以縮小 的成形方法。,變形區(qū)內(nèi)金屬受切向（主要作用）和軸向壓應(yīng)力，使直徑縮小，壁厚和高度增加。切向壓應(yīng)力也使變形區(qū)材料易于失穩(wěn)起皺；同時(shí)在非變形區(qū)的筒壁，由于承受全部縮口壓力P，也可能引起失穩(wěn)變形。,縮口變形程度用縮口因數(shù)m表示： m=d/D d縮口后的直徑，mm； D 縮口前的直徑，mm。 m與材料種類、材料厚度、模具形式和毛 坯表面質(zhì)量有關(guān)。,圖5.19 縮口模的支承形式 (a)無(wú)支承； (b)外支承； (c)內(nèi)外支承,多次縮口計(jì)算方法： 求出總的縮口因數(shù) dn第n次縮口后直徑(即零件要求直徑)，mm；

9、D毛坯直徑，mm。 確定第一工序平均縮口因數(shù)m，可以計(jì)算每一 工序縮口后與縮口前的直徑變化值： 于是縮口次數(shù),5.4 校 形 5.4.1 校平 校平：將毛坯或沖裁件的不平度和撓曲度壓平。 光面模校平 ：材料薄而軟、工件表面不允許有壓 痕。,齒形模校平 ：材料比較厚的工件 。 細(xì)齒模 ：表面允許留有齒痕的工件。,粗齒模料：厚較小的鋁、青銅、黃銅等表面不允 許有齒痕的工件。,5.4.2 整形 整形：將彎曲、拉深或其它成形件校整成最終的 正確形狀。 對(duì)彎曲件：,對(duì)直筒形拉深件：采用間隙z為(0.90.95)t的整 形模。整形也可以和最后一道拉深工序結(jié)合一起 進(jìn)行。 帶突緣拉深件：需整形的部位可能包括

10、突緣平 面、側(cè)壁、底平面和外凸與內(nèi)凹的圓角半徑。,5.5 旋 壓 旋壓又稱趕形，用以制造各種不同形狀的旋轉(zhuǎn)體 零件。 5.5.1 普通旋壓,特點(diǎn)：機(jī)動(dòng)性大，加工范圍廣，生產(chǎn)率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作技術(shù)要求較高，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，只適于單件試制及小批量生產(chǎn)。,旋壓的變形程度以旋壓因數(shù)m表示，即 m=d/D d工件直徑(若是錐形件指最小直徑)，mm； D毛坯直徑，mm。,5.5.2 變薄旋壓（強(qiáng)力旋壓 ） 特點(diǎn)： 1）沒(méi)有凸緣起皺問(wèn)題；不受毛坯相對(duì)厚度 的限制；可以一次旋壓出相對(duì)深度較大的 工件。 2）材料晶粒緊密細(xì)化， 強(qiáng)度、硬度和疲勞強(qiáng)度 均有所提高。 3）專門的旋壓機(jī)，要 求功率大，有足夠的

11、剛度。,錐形件的變薄旋壓，工件厚度的變化始終遵循正 弦規(guī)律。非錐形件，工件上任意一點(diǎn)的厚度可由 該點(diǎn)切線與軸線所成夾角計(jì)算出來(lái)。正弦規(guī)律的 表達(dá)式為： t=t0sin/2 變薄旋壓的變形程度用變薄率表示：,圖5.27 工件壁厚與毛坯厚度的關(guān)系 (a)等厚毛坯，不等厚工件；(b)不等厚平毛坯，等厚工件；(c)等厚預(yù)成形毛坯，等厚工件,5.6 成形新技術(shù) 5.6.1 軟模成形,圖5.28 軸向壓縮脹形模具結(jié)構(gòu)形式,圖5.29 聚氨酯橡膠模的各種翻邊方法 (a)直接用聚氨酯橡膠； (b)用側(cè)壓楔塊；(c)用鉸鏈壓板；(d)用側(cè)壓鋼棒； (e)用側(cè)壓活動(dòng)板；(f)用鋼環(huán),圖5.30 石蠟脹形 1-調(diào)節(jié)

12、螺栓；2-管料；3-石蠟；4-凹模；5-節(jié)流孔；6-凸模,5.6.2 超塑成形 特點(diǎn)： 1）材料塑性高，填充性好，可減少工序，也成形形狀很復(fù)雜的零件； 2）變形抗力??； 3）無(wú)加工硬化引起的殘余應(yīng)力。 4）生產(chǎn)效率不高，需要加熱裝置，對(duì)超塑變形 溫度較高的材料，要求模具材料的耐熱性能也隨之提高。,圖5.3l 超塑氣脹成形 (a)自由脹形； (b)初始成形； (c)校正成形,圖5.32 超塑氣脹成形模具 1-墊板；2-隔熱板；3-加熱棒；4-加熱板；5-上模；6-工件；7-下模,5.6.3 電液成形與電磁成形 屬高能高速成形。載荷以脈沖方式作用于坯料， 又稱脈沖加工成形。 特點(diǎn)：成形能量大、成形速度快、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，成形工件回彈小、精度高 。 1.電液成形 利用儲(chǔ)存在電容器中的電能作為能源，使其在液 體中瞬時(shí)放電，利用放電時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)加 工零件。,圖5.33 電液成形基本裝置 1一升壓變壓器；2一整流器；3一充電電阻；4一電容器；5輔助間隙；6一水；7一液體容腔；8一絕緣子；9一電極；10坯料；11一抽氣孔；12一凹模,2電磁成形 電流發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度也發(fā)生變 化，在變化磁場(chǎng)中若存在金屬毛坯導(dǎo)體，導(dǎo)體會(huì) 在阻礙磁場(chǎng)變化的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生磁 場(chǎng)力，迫使金屬毛坯發(fā)生循