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沖壓工藝及沖模設計,譚險峰（tanxf_niat@13870849106),南昌航空大學塑性工程系,2019/12/17,第五章脹形工藝與模具設計,利用脹形(Bulging)模具，使板平面或圓柱面內局部區(qū)域坯料在雙向拉應力作用下，產(chǎn)生兩向伸長變形，厚度減薄，表面積增大，以獲得所需要幾何形狀和尺寸制件的沖壓工序。,脹形常與其它方式的成形同時發(fā)生。某些汽車、拖拉機覆蓋件和一些復雜形狀零件成形，常常包含一定程度脹形成分。脹形加工中，金屬流動量小，因此，使坯料變形均勻以及控制整個成形工序中脹形變形量是決定成敗及制件質量的關鍵。,2019/12/17,起伏成形圓柱形空心毛坯的凸肚成形波紋管及平板毛坯張拉成形,脹形,,一、脹形變形特點,當坯料外徑與成形直徑的比值D/d＞3時，其成形完全依賴于直徑為d的圓周以內金屬厚度的變薄實現(xiàn)表面積的增大而成形。,脹形的變形區(qū)及其應力應變示意圖:,2019/12/17,脹形變形過程中，毛坯被帶凸筋的壓邊圈壓緊，外部材料無法流入，變形被限制在凸筋或凹模圓角以內的局部區(qū)域。,脹形變形服從材料的變形規(guī)律——當存在多種變形可能性時，實際的變形方式使得載荷最小。毛坯的外徑足夠大，內孔較小時，拉深變形阻力和擴孔、翻邊變形阻力大于脹形變形阻力時，變形性質由脹形決定。,脹形的主要工藝問題是破裂問題。,影響脹形成形極限的主要力學參數(shù)：硬化指數(shù)n和均勻延伸率。,2019/12/17,二、平板毛坯的起伏成形,起伏成形俗稱局部脹形，可以壓制加強筋、凸包、凹坑、花紋圖案及標記等。,2019/12/17,壓加強筋,,,,,半圓筋,梯形筋,壓制加強筋所需的沖壓力：,若零件的加強筋超過極限變形程度時，可以采用多次成形的方法。,,預成形,最終成形,前道工序主要目的是使變形均勻,為后道工序準備材料（聚料）。,,,0.7~1，窄而深取大，寬而淺取小,2019/12/17,壓凸包成形力：,壓凸包（凹坑）,壓凸包時，成形極限常用極限脹形高度表示，如果是純脹形，凸包高度因受材料塑性限制不能太大。用球頭凸模對低碳鋼、軟鋁等脹形時，可達到的極限脹形高度h約等于球頭直徑d的1/3。用平頭凸模脹形可能達到的極限高度取決于凸模的圓角半徑，其取值范圍見表5-2。,2019/12/17,三、圓柱空心毛坯的脹形,俗稱凸肚，它是使材料沿徑向拉伸，將空心工序件或管狀坯料向外擴張，脹出所需的凸起曲面，如高壓氣瓶、球形容器、波紋管、自行車三通接頭、壺嘴、皮帶輪等。,(a)自然脹形(b)軸向壓縮脹形,2019/12/17,1、成形方法,剛性分瓣凸模脹形(bulgingwitharigidsectionalpunch),軟凸模脹形(bulgingwitharubberpunch),2019/12/17,液壓脹形(Hydro-bulging),加軸向壓縮的液體脹形(Liquidbulginginjectingaxialcompression),2019/12/17,2、脹形的變形程度,常用脹形系數(shù)Ｋp表示,Ｋp和坯料切向伸長率δθ的關系：,3、脹形的坯料尺寸計算,坯料直徑d0：,坯料長度Ｌ0:,,,,,變形區(qū)母線長度,修邊余量，可取10~20mm,2019/12/17,4、脹形力的計算（液壓或橡膠脹形時）,脹形單位壓力p（估算）:,管狀零件,兩端不固定，允許軸向自由收縮時,兩端固定，不產(chǎn)生軸向收縮時,半球形零件,2019/12/17,四、張拉成形(Stretchforming),飛機蒙皮件,底部曲率半徑很大的零件成形,貼模不良，定形性不佳，破裂不是主要問題,張拉成形,,,,增加材料的變形程度,減小或消除彎曲時材料內部的壓應力，減小回彈,增加零件剛度,2019/12/17,五、脹形件的工藝性,脹形件的形狀應盡可能簡單、對稱。,脹形部分要避免過大的高徑比h/d或高寬比h/b，否則需增加預成形工序，通過預先聚料來防止破裂發(fā)生。,脹形區(qū)過渡部分的圓角不能太小，否則因嚴重減薄而破裂。,對脹形件壁厚均勻性不能要求過高。,2019/12/17,六、脹形模設計舉例,1、工藝分析,該罩蓋工件（軟鋼）側壁屬空心毛坯脹形，底部屬起伏成形，具有代表性。,2、工藝計算,底部壓凹坑的計算查表5-2得極限脹形深度[hmax/d]=0.15~0.2而實際相對深度hmax/d=2/15=0.13，可以一次成形。,壓凹坑所需成形力計算：,2019/12/17,側壁脹形計算,側壁成形力近似按兩端不固定形式計算：,脹形前毛坯的原始長度L0：,總成形力的計算,2019/12/17,3、模具結構,罩蓋脹形模,