《模具胀形设计》PPT课件.ppt

5.1 胀 形,在模具的作用下，迫使毛坯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。5.1.1 平板的胀形 在平板毛坯上进行胀形加工的通俗名称很多，例如压窝、压加强筋、打包、凸起、起伏成形等，但它们的变形力学特点是相同的，同属于胀形。,5.1 胀 形,一、胀形的变形特点 图5-1所示为在平板毛坯的局部压窝坑的胀形模。胀形是依靠变形区部分板料厚度变簿、表面积增大来实现的。胀形时变形区内的材料不可能向变形区外转移，通常变形区外的材料也不向变形区内补充，这种胀形也可称为纯胀形。平板毛坯局部胀形时，一般都属于这种情况。胀形属于伸长类成形。胀形过程中不会产生失稳起皱现象，而且在胀形充分时工件表面很光滑。,图5-1 平板毛坯局部胀形,5.1 胀 形,二、平板毛坯胀形的变形程度 胀形属于伸长类成形，其破坏形式是胀裂或胀破。对于某些产品的胀形件，即使不胀破，板厚过分变薄也是不允许的。因此平板毛坯局部胀形的极限变形程度可按截面最大相对伸长变形不超过工件材料许用伸长率的7075来控制：(0.70.75)(5-1)式中 L0、L胀形前、后变形区截面长度；工件材料的许用伸长率。系数0.70.75可视胀形变形的均匀程度来选取，例如压加强筋时，截面为圆弧形时可取较大值，截面为梯形时应取较小值。在生产中按式(5-1)核算胀形的变形程度并不方便，按胀形深度控制变形程度则更加直观。,5.1 胀 形,采用平头凸模对塑性较好的低碳钢板、软铝板进行胀形所能达到的深度见表5-1。采用球头凸模胀形能达到的深度为：，为胀形件的直径。在平板上压加强筋时，如果截面形状为圆弧形，可能达到的压筋深度为压筋宽度的30左右，即0.3。,a)先胀形 b)后整形,图5-2 深度较大工件的胀形法,5.1 胀 形,如果如图5-2b所示的平底胀形件的深度超过了表5-1给出的极限值，可先用较大直径的球头凸模胀形，得到一个如图5-2a所示的工序件，最后用整形法达到工件所要求的形状和尺寸。如果采用上述两道工序仍不能达到工件所要求的深度，采用胀形法成形就必须适当降低工件的深度。,5.1 胀 形,三、平板毛坯胀形力的计算 采用刚性凸模对平板毛坯进行胀形时所需的胀形力按下式估算：,(N)(5-2),式中 L 胀形区周边长度（）；t 板料厚度（）；板料抗拉强度(MPa)；K考虑变形程度大小的系数，一般取K=0.71。,5.1 胀 形,在曲柄压力机上对板厚小于1.5、成形面积小于2002的小件压加强筋时，如在成形后进行校形，所需冲压力按下式计算：(5-)式中 A 成形区的面积（2）；t 板料厚度（）；K 系数，对于钢为200300，对于铜、铝为150200。,5.1 胀 形,空心毛坯的胀形 空心毛坯的胀形用的工序件可以是一段无底的管子，也可以是带底的拉深件。作工序件用的管子一般都尽可能选用标准规格的管材，当标准管材不能满足要求时，可采用板料弯曲成形后焊接的方法来制备。一、空心毛坯胀形的变形程度 对空心毛坯的胀形具有与平板毛坯胀形相同的变形特点，应力应变状态也相同。但对空心毛坯的胀形，如图5-3所示对一段管子的凸肚胀形，为了不胀破，需限制切向最大拉应变 不超过材料的许用伸长率：,5.1 胀 形,图5-3 对空心毛坯的胀形,图5-3 对空心毛坯的胀形,令比值dmax/d0为胀形系数K:K=dmax/d0(5-5)按式(5-4)胀形系数与材料的许用伸长率有如下关系：,5.1 胀 形,K1+(5-6)式中 d0 胀形前工序件的初始直径；dmax胀形后工件的最大直径。由式(5-6)可见，胀形系数K可以表示胀形的变形程度。但材料的许用伸长率不能套用材料单向拉伸试验所得的伸长率，因为胀形时的应力状态与单向拉伸不同。表5-2给出了一些材料的许用伸长率和极限胀形系数K的实验值，可供设计时参考。,5.1 胀 形,二、空心毛坯胀形工序件的计算 当胀形件留有不变形段时，工序件的直径就等于不变形段的直径。当胀形件全长都参与胀形时，如图5-4a所示的凸肚形件，则胀形前工序件的直径应稍小于工件小端直径并可利用式(5-5)，按表5-2允许的胀形系数值 求得工序件直径。,a)b)图5-4 胀形工序件的尺寸计算,5.1 胀 形,三、空心毛坯胀形方法 按传力介质的不同，空心毛坯的胀形可分为刚性凸模胀形和软模胀形两大类。(一)刚性凸模胀形 图5-5所示为双动压力机用的整体凸模胀形模。,1.凸模 2.锥面压边圈 3.凹模图5-5 整体凸模胀形模,1上凹模 2.分体凸模 3.锥面导向轴 4.弹性卡圈 5.顶板 6.顶杆 7.下凹模图5-6 分体凸模胀形模,5.1 胀 形,如果选用一段管材为胀形前的工序件，应将所计算的值化为最靠近的标准管材直径。两者相差较大时，应重新核算变形程度。对于一个具体的胀形件，其高度往往是有限的，胀形时两端一般不加固定，任其自由收缩，可以减小胀形区板厚的变薄程度。因此胀形工序件的高度或长度应比工件高度增加一收缩量，需切边时还需增加一切边余量。例如对于图5-4b所示的凸肚胀形件，工序件高度Ho可按下式计算：(5-7),式中L胀形区母线展开长度；H切边余量，一般取515mm；材料切向最大伸长率，见表5-2。其前面的系数0.3 0.4决定了收缩量的大小.,5.1 胀 形,刚性凸模胀形的优点是加工费用较低，但存在着严重的缺点。由于凸模是分体的，在下止点处完成最大胀形变形时，在分型面处将会出现较大的缝隙，使胀形件的质量变坏。同时受模具制造与装配精度的影响较大，很难获得尺寸精确的胀形件，工件表面很容易出现压痕。当工件形状复杂时，给模具制造带来较大的困难，工件质量更难以保证，因而使刚性凸模胀形的应用受到很大的限制。(二)软模胀形 软模胀形是以气体、液体、橡胶及石蜡等作为传力介质，代替金属凸模进行胀形。,5.1 胀 形,软模胀形时板料的变形比较均匀，容易保证工件的几何形状和尺寸精度要求，而且对于不对称的形状复杂的空心件也很容易实现胀形加工。因此软模胀形的应用比较广泛，并具有广阔的发展前途。1.聚氨酯橡胶胀形 图5-4所示的凸肚形工件，采用图5-7所示的聚氨酯橡胶胀形模。图5-7所示模具为倒装式结构，当管壁较薄时，如果外侧无支撑段较长，成形时有可能出现失稳起皱。因此聚氨酯橡胶胀形模常采取顺装式结构，可避免管壁失稳起皱。图5-8所示自行车中接头聚氨酯橡胶胀形模属于顺装式结构，管壁内、外均有支撑，成形时不会发生失稳起皱现象。,5.1 胀 形,2.液压胀形 采用图5-9所示的液压胀形模也可以加工管接头类工件。,1.上凹模 2.顶轴 3.下凹模 a)胀形前 b)胀形时图5-9 轴向加压液压胀形,5.1 胀 形,1.模片 2.定位梳 3.管坯 4.铰链 5.弹性夹头 6.左模片 7.右模片 8.锁片图5-10 卧式波纹管胀形模,图5-10b表示了波纹管卧式液压胀形模的工作情形。图5-10c表示了模片和定位梳的平面形状。,5.1 胀 形,波纹管的管坯一般由薄板卷圆后焊接制备，也可由变薄拉深制备，管坯的长度可按母线展开进行计算,(5-8),式中 n波纹管的波纹数；r1波峰中线圆弧半径；r2 波谷中线圆弧半;D4波峰圆弧中心直径；D3 波谷圆弧中心直径；l工艺余量，一般取2030。管坯的直径D0就是波纹管的最小直径，即波谷直径D1，但为了便于装入管坯，可使D0比D1小12mm。,5.1 胀 形,模片有两个工作直径，即最小工作直径dd和最大工作直径Dd，dd形成波纹管的波谷直径D1，Dd形成波峰直径D2。考虑到波纹管胀形后将产生较大的回弹，可将模片的最大工作直径Dd比波峰直径D2增大约2。定位梳片的厚度b按对应波纹段的展开长度计算：b=l-s，l为单波的展开长度；s为相邻波纹的中心距。,