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钣金与成型第5章 胀形与翻边

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胀形+翻边+复合成形

胀形+翻边+复合成形

6.1.4 胀形在两向拉应力作用下实现的变形，可以成形各种空间曲面的形状。

1）胀形变形特点 (1)胀形变形过程如图6-16，凸模与毛坯接触，凹模圆角处坯料发生弯曲。

同时，凸模底部毛坯产生胀形变形。

坯料屈服后硬化，变形向外扩展。

随后，材料全部进入塑性变形。

胀形变形是弯曲、局部胀形以及由于加工硬化，贴模面积增加，胀形向外扩展的过程。

（2）主要变形区如图6-16所示，在胀形变形过程中，毛坯被带有凸筋的压边圈压紧，变形区被限制在凸筋以内的局部区域内。

与拉深不同，胀形时，变形区是在不断扩大的。

（3）变形区应力、应变状态 如图6-17所示，在变形区内，坯料在双向拉应力作用下，沿切向和径向产生伸长变形，厚度变薄，表面积增大。

生产中的起伏成形、压凸包、压筋、圆柱形空心毛坯的鼓肚成形、波纹管及平板毛坯的张拉成形等都属于胀形成形。

(4)胀形力－行程曲线 与拉深不同，胀形时变形区是在不断扩大的。

因此，胀形变形的力－行程曲线是单调增曲线，产生破裂时，胀形力达到最大值。

胀形破裂也属于强度破裂。

(5)胀形变形规律如图6-15所示，在无凸筋强制压边的条件下，坯料也会产生胀形变形。

此时，胀形变形的性质和胀形在整个工序中所占的比例与毛坯尺寸有关。

当毛坯的外径足够大、内径较小时，拉深与内孔翻边变形阻力大于胀形变形阻力，变形的性质由胀形来决定。

如图6-18所示，当相对法兰直径比d f /d 大于等于2.5时，法兰处进行拉深变形的阻力大于底部胀形变形所需的力，工序性质属于胀形。

与拉深加工相同，除了毛坯几何尺寸外，压边力大小、润滑和摩擦条件、模具的形状与几何尺寸等因素也会在不同程度上影响到工序的变形性质。

2)主要工艺参数胀形工序种类繁多，表示胀形变形程度的参数也不相同。

在生产中，常用工程应变: ε=（l-l 0）*100%/ l 0 (压筋：l 0—原始长度，l —变形后弧长)、 胀形深度:h(压凸包)胀形系数:K=d max /d(圆柱空心件胀形，d max —胀形后最大直径，d —圆筒毛坯直径)等参数来表图6-16 胀形变形过程 图6-17 胀形变形区应力、应变状态 图6-15 拉深变形规律示胀形变形程度。

第5章胀形翻边缩口成型及工艺

第5章胀形翻边缩口成型及工艺

胀形工艺与模具设计
底部起伏 成形计算
侧壁胀形 计算
总胀形力
5.1
5.1.4 胀形模设计实例
胀形工艺与模具设计
1—下模座； 2、11—螺钉； 3—压凹坑凸模； 4—压凹坑凹模； 5—胀形下模； 6—胀形上模； 7—聚氨酯橡胶； 8—拉杆； 9—上固定板； 10—上模； 12—模柄； 13—弹簧； 14—拉杆螺栓； 15—导柱； 16—导套 胀形模模具装配图
不同材料和厚度的平均缩口系数
m0
5.3
缩口成形工艺与模具设计
5.3.1 缩口成形特点与变形程度
不同模具结构的极限缩口系数
mmin
5.3
5.3.2 缩口工艺计算
缩口成形工艺与模具设计
缩口次数的计算公式：
m为缩口系数 m0为平均缩口系数
5.3
5.3.2 缩口工艺计算
缩口成形工艺与模具设计
斜口形式毛坯高度 ：
胀形工艺与模具设计
d max k d0
极限胀形系数 Kmax 与工件切向伸长率 A 的关系为：
或
5.1
5.1.3 空心毛坯胀形
胀形工艺与模具设计
2）软模胀形力
1）刚性凸模胀形力
3）胀形毛坯尺寸
毛坯长度 L0：
5.1
5.1.4 胀形模设计实例
胀形工艺与模具设计
胀形零件
5.1
5.1.4 胀形模设计实例
修边余量
拉深的工艺性
基
本
概
念
变薄拉深
变薄拉深主要是在拉深过程中改变拉深件筒壁厚度，而毛坯的直 径变化很小的拉深方法 。
5.1
5.1.1 胀形的变形特点
胀形工艺与模具设计
5.1
5.1.2 平板毛坯的起伏成形

第五章胀形工艺及模具设计

第五章胀形工艺及模具设计

2019/2/12
二、平板毛坯的起伏成形
起伏成形俗称局部胀形，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花纹图 案及标记等。
2019/2/12
压加强筋
l l0 100% (0.7 ~ 0.75) l0
l
半圆筋
梯形筋 0.7~1，窄而深取大，宽而浅取小
压制加强筋所需的冲压力： F KLt b 若零件的加强筋超过极 限变形程度时，可以采 用多次成形的方法。
2t 0 b R
半球形零件
p
2019/2/12
四、张拉成形(Stretch forming)
底部曲率半径很大的零件成形
贴模不良，定形性不佳， 破裂不是主要问题
张拉成形
增加材 料的变 形程度 减小或消除弯曲 时材料内部的压 应力，减小回弹 增加 零件 刚度
飞机蒙皮件
2019/2/12
五、胀形件的工艺性
前道工序主要目的是使变形均匀, 为后道工序准备材料（聚料）。
2019/2/12
预成形
最终成形
压凸包（凹坑）
压凸包时，成形极限常用极限胀形高度表示，如果是纯胀形，凸包高度 因受材料塑性限制不能太大。
用球头凸模对低碳钢、软铝等胀形时，可达到的极限胀形高度 h 约等于 球头直径d 的1/3。用平头凸模胀形可能达到的极限高度取决于凸模的圆角半 径，其取值范围见表5-2。
胀形常与其它方式的成形同时发生。 某些汽车、拖拉机覆盖件和一些复杂形状 零件成形，常常包含一定程度胀形成分。 胀形加工中，金属流动量小，因此，使坯 料变形均匀以及控制整个成形工序中胀形 变形量是决定成败及制件质量的关键。
2019/2/12
胀形
起伏成形 圆柱形空心毛坯的凸肚成形 波纹管及平板毛坯张拉成形

胀形胀形课件

胀形胀形课件
三、空心坯料的胀形
4.胀形力的计算 胀形时，所需的胀形力Ｆ可按下式计算：
胀形单位面积压力ｐ可用下式计算：
式中
――胀形变形区实际应力，近似估算时取 ≈ （材料的抗拉强度6）/19/2019
学习单元4：其它冲压成形模具设计
其它成形件
6/19/2019
学习单元4：其它冲压成形模具设计
胀形变形区
6/19/2019
Ｋ和坯料伸长率 的关系为
6/19/2019
学习单元4：其它冲压成形模具设计
第一节 胀形
三、空心坯料的胀形
3.胀形的坯料尺寸计算 坯料直径Ｄ
坯料长度Ｌ
式中 ――变形区母线长度； ――坯料切向拉伸的伸长率；
ｂ――切边余量，一般取ｂ＝10～20ｍｍ。
6/19/2019
学习单元4：其它冲压成形模具设计
第一节 胀 形
用刚性凸模的胀6/形 19/2019
学习单元4：其它冲压成形模具设计
用软凸模的胀形 1－凸模 2－分块凹模 3－橡胶 46－/1侧9/楔20195－液体
学习单元4：其它冲压成形模具设计
加轴向压缩的液体胀形 1－上模 2－轴头 3－下模 4－管坯
6/19/2019
第一节 胀 形
二、平板坯料的起伏成形
1. 用途 2. 成形极限受到什么因素影响？
材料的性能、零件的几何形状、模具结构、胀形方法以及润 滑。复杂形状的零件，其危险部位和极限变形程度，一般通过试 验的方法确定；对于简单的起伏成形，可通过计算确定。 3. 局部胀形时，超过极限变形程度怎么办？ 4. 在边缘胀形，材料收缩怎么办？ 1 加大坯料尺寸； 2 胀形；
重点： 胀形、翻边工序的变形特点、工艺计算和模具结构特点。
难点： 翻边工序的变形特点、工艺计算。

第五章、翻边与胀形

第五章、翻边与胀形

二是对于品种多， 二是对于品种多， 对于品种多 数量少的单曲面 单曲面或 数量少的单曲面或简单 复合曲面， 复合曲面，利用冲模加 不经济， 工不经济，可用张拉成 形。 方法： 方法：对毛坯附加张 拉力F 拉力F，张拉力一方面增 大材料变形程度 变形程度， 大材料变形程度，另一 方面减小贴模时毛坯断 面上应力分布梯度 应力分布梯度， 面上应力分布梯度，从 而达到较少零件回弹量 的目的。 的目的。 优点：零件回弹小，模具结构简单。 优点：零件回弹小，模具结构简单。
2.胀形成形极限 2.胀形成形极限
（1）胀形成形极限是以零件是否发生破裂来判断。 胀形成形极限是以零件是否发生破裂来判断。 成形极限是以零件是否发生破裂来判断 （2）成形极限参数是以变形毛坯在胀形过程中所发生的总体尺寸变化结果 成形极限参数是以变形毛坯在胀形过程中所发生的总体尺寸变化结果 参数是以变形毛坯在胀形过程中所发生的 来确定和计算的。 来确定和计算的。 如许用成形高度等； 如许用成形高度等；
δ p = K p −1 θ
得出K 由 δ θp得出Kp 表5-3
5.张拉成形 5.张拉成形
有些大型零件，底部曲率半径很大，曲面部分变 有些大型零件，底部曲率半径很大，曲面部分变 大型零件 形量小，回弹大。 形量小，回弹大。 需胀形的方式增大塑性变形量。 需胀形的方式增大塑性变形量。 增大塑性变形量 两种方法： 两种方法： 采用增大进料阻力工艺措施（ 一是采用增大进料阻力工艺措施 调整压边力， 一是采用增大进料阻力工艺措施（调整压边力， 使用拉深筋，增大毛坯尺寸）提高毛坯变形程度。 使用拉深筋，增大毛坯尺寸）提高毛坯变形程度。 可采用δ 较小的板料成形。 可采用δs/δb较小的板料成形。
缺点：生产率低，原材料消耗大，需专用设备。 缺点：生产率低，原材料消耗大，需专用设备。

第五章 胀形与翻边

第五章 胀形与翻边

第5章 其他冲压成形工艺
5.1.4 圆柱空心毛坯的胀形
将圆柱形空心毛坯（管状或桶状）向外扩张成曲面 空心零件的冲压加工方法称为圆柱形空心毛坯胀形。高
压气瓶、球形容器、波纹管、自行车三通接头。
1）刚模胀形(如图5.1.4)：模具结构复杂，模具与毛 坯间有较大摩擦力，零件精度低 2）软模胀形(如图5.1.5)：利用弹性体或流体作为凸 模或凹模。 圆柱形空心毛坯胀形时的应力状态。(如图5.1.6) １.胀形系数
lmax Kl l0
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
影响极限翻边系数的主要因素： 1) 材料机械性能：应变硬化指数和材料延伸率越
大，Kl越小，成形极限越大。
2) 材料相对厚度t0/d1：材料相对厚度越大，成
形极限越大。
3) 孔边缘状态：孔缘无毛刺和硬化时， Kl小，
成形极限大。
4) 凸模形状（如图５.２.６） ：球形、锥形和抛
1、内曲翻边
用模具把毛坯上内凹的边缘，翻成竖边的冲压加工 方法 内曲翻边属于伸长类翻边 内曲外缘翻边的变形程度用翻边系数Es表示：
b ES R b
《冲压工艺学》
第5章 其他冲压成形工艺
2、外曲外缘翻边
用模具把毛坯上外凸的边缘，翻成竖边的冲压方法叫 做外曲翻边
外曲翻边应力应变状况类似于浅拉深，属压缩类翻边。 外曲外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示：

第5章胀形与翻边

第5章胀形与翻边

a)翻边过程 ) b)变形区应力 应变状态 )变形区应力,应变状态 图5-12 内孔翻边
2)翻边变形区及变形区的应力应变状态 2)翻边变形区及变形区的应力应变状态 内 孔翻边时, 孔翻边时,变形区被限制在凹模圆角以内的 环状区域内. 环状区域内.与拉深成形通过将板料沿圆周 方向压缩来形成侧壁相反, 方向压缩来形成侧壁相反,内孔翻边是在板 料向凹模圆角弯曲的同时, 料向凹模圆角弯曲的同时,通过将板料沿圆 周方向拉长形成侧壁的过程. 周方向拉长形成侧壁的过程.
如图5 12b所示, 如图5-12b所示,变形区应力状态为双向拉应力 所示 状态, ≥0.孔边缘处, 状态,即σθ>0,σr≥0.孔边缘处,由于径 向材料可以自由变形, 为零而σ 向材料可以自由变形, σr为零而σθ达到最大 由孔边缘向凹模圆角处过渡, 值.由孔边缘向凹模圆角处过渡,径向应力逐 渐增大而切向应力逐渐减小. 渐增大而切向应力逐渐减小.与胀形变形时板 平面的双向伸长变形不同,内孔翻边成形时, 平面的双向伸长变形不同,内孔翻边成形时, 在双向拉应力作用下,板料沿圆周方向伸长, 在双向拉应力作用下,板料沿圆周方向伸长, 径向收缩, εθ>0,径向收缩,εr<0.
3)制件形状和尺寸 3)制件形状和尺寸 就球形凸模和平底凸模而 球形凸模胀形时,应变分布比较均匀, 言,球形凸模胀形时,应变分布比较均匀,能 获得较大的胀形变形程度. 获得较大的胀形变形程度. 4)润滑条件, 4)润滑条件,变形速度及材料厚度 润滑条件
(4)胀形力的计算 (4)胀形力的计算 1)平板毛坯胀形成形力的计算 压制加强筋时, 1)平板毛坯胀形成形力的计算 压制加强筋时,近 似按下式计算. 似按下式计算.
3)翻边变形力 行程曲线 翻边变形力主要由凹 3)翻边变形力—行程曲线 翻边变形力 模圆角处坯料的弯曲力和扩孔, 模圆角处坯料的弯曲力和扩孔,翻边变形阻力 两部分组成.如图5 13所示 在变形过程中, 所示, 两部分组成.如图5-13所示,在变形过程中, 由于变形区域的减小和加工硬化对扩孔, 由于变形区域的减小和加工硬化对扩孔,翻边 力影响的相反效果, 力影响的相反效果,力-行程曲线也呈现出先升 后降的趋势.此外,由图中可见, 后降的趋势.此外,由图中可见,翻边力还受 到凸模底部形状的很大影响, 到凸模底部形状的很大影响,平底凸模成形力 较大,球底凸模的成形力较小. 较大,球底凸模的成形力较小.

《胀形》教学课件

《胀形》教学课件

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

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：
F KLt b
(N) (5-2)
式中 L ——胀形区周边长度（ｍｍ）； t ——板料厚度（ｍｍ）； ——板料抗拉强度(MPa)； b K——考虑变形程度大小的系数，一般取 K=0.7～1。
5.1 胀 形
在曲柄压力机上对板厚小于1.5ｍｍ、成形面 积小于200ｍｍ2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：
L L0 (%) L0
≤(0.7~0.75)[δ]
(5-1)
式中 L0 、L——胀形前、后变形区截面长度； [δ]——工件材料的许用伸长率。 系数0.7~0.75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 图5-2

b) 后整形
深度较大工件的胀形法
5.1 胀 形

冲压工艺学6-胀形与翻边

冲压工艺学6-胀形与翻边
第5章 胀形与翻边
5.1 胀形
利用胀形模具，使板平面或圆柱面内局部 区域坯料在双向拉应力作用下，产生两向伸长 变形，厚度减薄，表面积增大，以获得所需要 几何形状和尺寸制件的冲压工序。生产中起伏 成形、圆柱形空心毛坯的鼓肚成形，波纹管及 平板毛坯张拉成形均属胀形成形。
胀形常与其它方式的成形同时发生。某些汽 车、拖拉机覆盖件和一些复杂形状零件成形 ，常常包含一定程度胀形成分。胀形加工中 ，金属流动量小，因此，使坯料变形均匀以 及控制整个成形工序中胀形变形量是决定成 败及制件质量的关键。
2)胀形变形区及应力应变状态 如图5-1所示， 胀形变形过程中，毛坯被带凸筋的压边圈压 紧，外部材料无法流入，变形被限制在凸筋 或凹模圆角以内的局部区域。
图5-2显示了平板毛坯局部胀形成形时， 变形区内的应力－应变状态。在变形区内，坯 料在双向拉应力作用下，沿切向和径向产生伸 长变形，厚度变薄，表面积增大。
(3)影响胀形成形极限的因素 1)材料性能 加工硬化指数n值对胀形成形极限 影响极大。 n值大，加工硬化能力强，可促使 应变分布趋于均匀化，同时还能提高材料的局 部强度，故成形极限也大。 2)变形均匀程度 胀形破裂发生在板料厚度减薄 最大部位。变形均匀，板料厚度减薄均匀能获 得较大的胀形变形程度。
h1 h h2 max r t
2)翻边力计算 用圆柱形凸模进行翻边，翻边
力按下式计算。
F 1.1t s (d1 d 0 )
凸模形状和凸凹模间隙对翻边力有很大影 响，如用球形凸模或锥形凸模，所需的力略小 于用上式计算的数值。
3)翻边凸、凹模间隙 平头凸模翻边时，侧壁 可能成为曲面，故翻边凸凹模之间的单边间隙 c可控制在0.75t ～0.85t之间，使直壁稍有变 薄，以保证竖边成为直壁。小的圆角半径和高 竖边的翻边，仅仅应用在螺纹底孔或与轴配合 小孔的翻边。此时单边间隙c=0.65t 。 4)翻边凸模的形状及尺寸 图5-20为几种常用 的圆孔翻边凸模形状及主要尺寸。

第五章胀形与翻边

第五章胀形与翻边

• 在圆孔翻边的中间阶 段，即凸模下面的材 料尚未完全转移到侧 面之前，如果停止变 形，就会得到右图所 示的成形方式，这种 成形方式叫做扩孔， 生产应用也很普遍。
第五章 胀形与翻边概述
• 弯曲、拉深、胀形和翻边是四种最常用， 最典型的冲压成形方式。 一、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。 • 胀形可用不同方法实现，如刚模胀形、橡 皮胀形和液压胀形等均属于胀形成形方式。
• 右图是用球头凸模胀形平 板毛坯的示意图，这种胀 形方法可视为纯胀形。纯 胀形时，毛坯被带有拉深 筋的压边圈压死，变形区 限制在拉深筋以内的毛坯 中部，在凸模力作用下， 变形区大部分材料受双向 拉应力作用（忽略板厚方 向的应力），沿切向和径 向产生拉伸应变，使材料 厚度减薄，表面积增大， 并在凹模内形成一个凸包。
二.圆孔翻边
• 利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成 竖边的冲压加工方法叫做翻边。 • 右图是圆孔翻边示意图。翻边时带有 圆孔的环形毛坯被压边圈压死，变形 区基本上限制在凹模圆角以内，并在 凸模轮廓的约束下受单向或毛坯中心的圆孔不断胀 大，凸模下面的材料向侧面转移，直 到完全贴靠凹模侧壁，形成直立的竖 边。
• 胀形成形极限以零件是否发生破裂来判别。 • 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 是影响胀形成形极限的重要因素。 • 影响胀形成形极限的材料因素主要是延伸 率和应变硬化指数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。

第5章_局部成形工艺与模具设计

第5章_局部成形工艺与模具设计
（2)由于胀形时坯料处于双向受拉的应力状态，厚度方向处于 收缩的应变状态。整个变形属于拉深变形。 （3) 变形区的材料不会产生失稳起皱现象，因此成形后零件的 表面光滑，质量好。不易发生形状回弹。
σ
σ
θ
ε
ε
θ
图6-1 胀形变形区
二、胀形的种类 1.平板坯料的起伏成形
起伏成形俗称局部胀形，可以压制加强筋、凸包、凹坑、花 纹图案及标记等。
校平和整形工序的共同特点： （1）只在工序件局部位置使其产生不大的塑性变形； （2）模具的精度比较高；
（3）所用设备最好为精压机。若用机械压力机时，机床应有 较好的刚度，并需要装有过载保护装置。 二、校平 1. 校平变形特点与校平力 校平力 F 用下式 估算：
F AP
平板零件校平 空间零件的校平
Dmin ——胀形最小直径，mm； t ——材料原始厚度，mm。
5.3
翻边：
翻
边
在模具的作用下，将坯料的孔边缘或外边缘冲制成竖立边 的成形方法。 内孔翻边 不变薄翻边 变薄翻边 伸长类翻边 压缩类翻边
外缘翻边
外曲翻边
内曲翻边
内孔与外缘翻边零件
一、内孔翻边 1. 圆孔翻边：是把预先加工在平面上的圆孔周边翻起扩大， 成为 具有一定高度的直壁孔部，是一种拉延类平面翻边。
图6-4
压凸包
表6-2
平板局部冲压凸包的成形极限
2.空心坯料的胀形
空心坯料的胀形:
俗称凸肚，它是使材料沿径向拉伸，将空心工序件或管状坯 料向外扩张，胀出所需的凸起曲面，如壶嘴、皮带轮、波纹管等。 1）几种主要胀形方法 刚性模具胀形 软模胀形 轴向压缩和高压液体联合作用的胀形
图6-5 用刚性凸模的胀形
D P ( D0 0 p )

第五章 胀形与翻边

第五章 胀形与翻边

图1 有轴向进给的管件内高压成形
图2 无轴向进给的管件液压柔性成形
2、管件液压柔性成形优点及应用范围 用管材液压柔性成形可以一次成形出沿着构件的轴线
截面不同的复杂零件，这是管材液压柔性成形的主要优点。 另外，与传统的冲压焊接工艺相比，管件液压柔性成形的 主要优点还有以下几个方面。 （1） 减轻重量节约材料。对于图3 空心轴类可以减轻 40~50%，节约材料可达75%。汽车上部分采用冲压工艺与 管材液压柔性成形的产品结构重量对比如表1。
图11 利用液压柔性成形胀接工艺生产的凸轮轴
8、结论及应用研究展望
减轻结构重量以节约材料和运行中的能量是现代先进制造 技术发展的趋势之一。液压柔性成形是适应这种趋势提出来的 一种制造空心轻体的新工艺。液压柔性成形件具有诸多的优点， 可以减少模具，降低生产成本，缩短加工周期。可以用于制造 汽车、航空、航天等行业中使用的各类轻体构件。根据美国钢 铁研究院汽车应用委员会的调查结果，在北美制造的典型轿车 中，采用空心轻体件在轿车总重量的比例已从15 年前的10%上 升到16%，而在中型面包车、大吉普和皮卡车的比例还要高。 因此美国有关大学，研究机构和公司十分重视液压柔性成形技 术，已于几年前开始着手研究开发，近年来加大研究开发的力 度。如美国三大汽车公司和十大钢铁公司成立“汽车与钢铁液 力成形工业资源组织 （Auto/SteelPartnershipHydroformingIndustryResourceGroup ）”。 据一项调查表明，估计到2010 年北美生产的典型车型中将有 50%零件采用液压柔性成形技术制造
图9 是现今世界汽车行业中应用的最大管材液压柔性成形件： 汽车纵梁，此件是在通用汽车公司开发的专用管材液压柔性成 形机上制造的。该件的原始管坯外径为152.4mm，壁厚为2.0mm， 长度为4876.8mm，而过去采用的方法是采用14个冲压件焊接或 铆接在一起而成的。现采用管材液压柔性成形件降低了造价和 减轻了重量，并且空间结构尺寸愈加紧凑。

冲压工艺学6-胀形与翻边讲解

冲压工艺学6-胀形与翻边讲解

F KAt
2
2)圆柱形空心毛坯胀形力的计算 可按下式 计算。
F p A
胀形单位压力p可按下式计算。
2t p 1.15 z d max
5.2 翻边
利用模具把板料孔缘或外缘翻成竖边,或将 圆柱形空心毛坯口部翻出法兰的冲压工序。 翻边总是与弯曲变形同时发生。如图5-11所示， 根据翻边件形状及变形区应力应变状态的不 同，翻边可分为直线翻边、伸长类翻边、压 缩类翻边和复合翻边四种形式。直线翻边即 弯曲，压缩类翻边的本质与拉深相同。此外， 按翻边材料厚度变化情况，翻边还可分为普 通翻边与变薄翻边两类。
a）径向和厚度方向应变分布 b）切向和径向应变分布 图5-3 胀形件的应变分布和应变状态图
5)胀形变形服从材料的变形规律 当存在多种变形可能性时，实际的变形方式 使得载荷最小。毛坯的外径足够大，内孔较小 时，拉深变形阻力和扩孔、翻边变形阻力大于 胀形变形阻力时，变形性质由胀形决定。
图4-6
毛坯尺寸和工序类型的关系
图5-7 两道工序完成的凸形
(2)圆柱形空心毛坯的胀形 1)胀形方式 a．橡皮（或聚氨酯）凸模 胀形 该胀形方式如图5-8 所示。由于聚氨酯橡胶优 良的物理机械性能，用它 作工作介质的胀形得到愈 来愈广泛的应用。
图5-8 橡皮凸模胀形
b.分块式凸模胀形 如图5-9所示，采用刚性凸模， 凸模必须作成分块式，以便出模时由楔状心块 将其分开。
a）应力状态 b）应变状态 图5-2 变形区应力和应变状态
3)变形力—行程曲线 与拉深不同，胀形时变 形区是在不断扩大的。由于加工硬化，胀形变 形力－行程曲线是单调增曲线，产生破裂时胀 形力达到最大值。
4)应变和板厚的分 布 图5-3是平板毛 坯局部胀形时的应 变分布图。由图中 可见，变形区内径 向应变εr和切向应 变εθ全部大于零， 而厚度方向的应变 小于零，坯料变薄。

钣金培训_胀形

钣金培训_胀形
当模具采用压料圈时候钣金特征成型还要计算压料圈的摩擦力， 但是不管是哪一种情况，钣金这种加强筋类似的结构都以胀形筋的 技术要ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ设计，这样可以把钣金成型风险降到最低。
胀形与拉延的变化
钣金原始外形尺寸 为D
表现为胀形 钣金外形尺寸为D
表现为胀形与拉延、 表现为拉延
钣金外形尺寸为D* 小于原始尺寸D
当D/d ≤ 1.86时，表现为拉延；
当1.86≤ D/d ≤3.05时，表现为拉延-胀形；
当D/d≥3.05时，表现为胀形。
钣金成型主要受切向应力（沿着钣金毛坯表面相切的方向）和 拉应力（模具运动方向）的影响。钣金特征成型是否是胀形看切应 力与拉应力的比值关系，D为钣金原始毛坯尺寸，d为钣金成型尺寸， D/d的值如果小于1.86时候切应力小于拉应力，钣金特征成型表现 为拉延；如果D/d的值大于3.05则钣金特征成型表现为胀形；如果 D/d的值在两值之间则钣金特征成型表现为拉延和胀形同时存在。
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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。
影响胀形成形极限的材料因素主要是延伸率和应变硬化指
数。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；应变硬化指数值大，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。
l' l e 2 n l' 0.8

5、 2
翻边
翻边：利用模具将工件的孔边缘翻成竖直
的边。
（图7-1）
一、圆孔翻边 1、圆孔翻边的变形特点（图7-2 ） 变形区应力状态为双向（径向、切向） 受拉的平面应力状态。
变形区的双向应力分布为： 1.155 s
1.155 s (1
极限胀形系数与毛坯切向的许用延 ' 伸率有关，即： dmax d0 p K p 1 d0
（3）张拉成形
特点：曲面变形量很小，破裂不是生产中的主要问题，
零件脱模后的曲面回弹，造成零件出现较大的形 状误差。
措施：工艺上：１）调整压边力；
２）使用拉深筋； ３）增大毛料尺寸等。 选材上：选用屈强比较小的板料成形零件。 张拉成形变形特点及应力应变状态图。
平板张拉成形
……
利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成竖边的冲压加工方 法叫翻边。 按工艺特点，翻边分为： 内孔（圆孔或非圆孔）翻边 外缘翻边（内曲翻边、外曲翻边）
变薄翻边
……
按变形性质，翻边分为：
伸长类翻边
压缩类翻边
变薄翻边（属体积成形）
伸长类翻边的特点：
变形区材料切向受拉应力，切向产生伸长变形，导致厚度 减薄，容易发生破裂，如圆孔翻边、外缘的内曲翻边等。 压缩类翻边的特点： 变形区材料切向受压缩应力，切向产生压缩变形，导致厚 度增大，容易起皱，如外缘的外曲翻边。 非圆孔翻边经常是由伸长类翻边、压缩类翻边和弯曲组合 起来的复合成形。
４）板料相对厚度越大，成形极限愈大。
4、翻边力的计算 采用平底凸模翻边：
F 1.1 ( D d 0 )t s
采用球头凸模翻边：
（N）
F 1.2K 0Dt b
（N）
5、翻边模设计 ⑴、结构类型（图7-8、图7-9） ⑵、翻边凸模和凹模设计（图7-10 ）
二、变薄翻边 若零件的翻边高度较大难于一次成形时，可在不影响使 用要求的条件下采用变薄翻边，以提高生产效率并节约材料。 变薄翻边属于体积成形。变薄翻边时，凸模和凹模之间
第5章
胀形与翻边
航空航天工程学部
主讲：贺平
重点内容： 胀形、翻边工序的变形特点、工艺计算。 难点内容： 翻边工序的变形特点、工艺计算。
利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大，以获得零件
几何形状的冲压加工方法叫胀形。 胀形方法： 刚模胀形 橡皮胀形 液压胀形 …… 胀形包括： 起伏成形 圆柱形空心毛坯胀形
（教材P135图５－１９、５－２０）
张拉成形的变形变形程度用拉形系数表示；
张拉成形极限用极限拉形系数表示，即：
lmax lmax lmax Kl 1 l 1.01 l0 lmin lmin Kl max 1 0.8 e
2n
其中：
lmin 1.01l0
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钢模胀形
1-凹模；2-分瓣凸模；3-锥形芯轴; 4-拉簧；5-毛坯；6-顶杆；7-下凹模
b Es R b
2、外曲翻边
用模具把坯料上外凸的外边缘翻成竖边的冲压
加工方法叫做外曲翻边，也叫外凸外缘翻边。 外曲翻边的应力和应变情况与浅拉深相似，竖边 根部附近的 圆角部位产生弯曲变形，而竖边的其他部 位均受切向压应力作用，产生较大的压缩变形，导致
材料厚度有所增大，故称为压缩类翻边。
所以也属于伸长类翻边。 外曲翻边的变形程度表示为：
5、 1
胀形
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方法。 分为：平板毛坯的胀形
空心毛坯的胀形
1、胀形成形特点（图5-1）
应力状态为双向（径向、切向）均受拉应力作用， 略板厚方向的应力。应变状态为双向受拉伸、一向受压， 即径向、切向产生拉伸变形，板厚度减薄、表面积增大。 胀形过程中不会产生失稳起皱现象。 由于胀形成形是依靠局部材料的变薄成形，成形高度 较小。 教材P128图5-2，5-3，5-4，5-5。
r
圆孔翻边的特点是：

)
在孔缘处，r=，故： ＝０
变形区材料在单向或双向拉应力作用下，切向伸长变
形大于径向压缩变形，导致材料厚度减薄，属于伸长翻边。
通常圆孔翻边时，孔缘在单向拉应力作用下，切向伸长 变形引起的厚度减薄最大，最容易破裂。由于擦料性质不均 匀，孔缘各处允许的切向延伸率不同，一旦孔缘某处的伸长 变形超过了该处的延伸率，该处就会因厚度减薄过大而破裂。
2、胀形成形极限
p 胀形成形极限以零件是否发生破裂来判断，由于胀形
方法不同，成形极限的表示方法也不同。 纯胀形时，常用胀形高度表示成形极限；采用其他胀 形方法时，成形极限可分别用许用断面变形程度 （压 p 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
能够一次压出加强筋的条件： L L0 % 0.7 ~ 0.75 p L0 2）压凸包
许用凸包高度
hp
表示其极限变形程度。
起伏成形 a)加强筋；b) 局部凹坑
（2）空心毛坯的胀形(图5-3)
变形程度用胀形系数表示:
胀形极限用极限胀形系数表示:
d max K= d0
' d max Kp d0
采用小间隙，凸模下方的材料变形与圆孔翻边相似，但它们成
形为竖边后，将会在凸模和凹模之间的小间隙内受到挤压，进 一步发生较大的塑性变形，使厚度显著减薄，从而提高翻边高 度。由于变薄翻边属于体积成形，所以变薄翻边的变形程度只 取决于竖边的变薄系数：
t1 k t0
三、外缘翻边
1、内曲翻边 用模具把坯料上内凹的外边缘翻成竖边的冲压 加工方法叫做内曲翻边，也叫内凹外缘翻边。 内曲翻边的应力和应变情况与圆孔翻边相似， 所以也属于伸长类翻边。 内曲翻边的变形程度表示为：
b Ec Rb
四、非圆孔翻边 非圆孔翻边时，视孔缘上曲线性质不同，各部分变形 性质也不同；通常属于复合翻边成形。 （教材P148图５－４１）
由于应变分散效应的影响，非圆孔翻边时，伸长类翻
边区的变形可以扩展到与其相连的压缩翻边区，从而可减 轻伸长类翻边区的变形程度，故非圆孔翻边时，内凹弧线 段的极限翻边系数可以小于圆孔翻边时的极限翻边系数。
模胀形时，应尽量增大凸模底部板料的变形，避免板料在 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。
3、胀形工艺方法 （1）起伏成形 起伏成形主要用来增强零件的刚度和强度。 起伏成形有压加强筋、压凸包、压字和压花等。 1）压加强筋
将因材料局部延伸率不足引起的破裂叫做β 破裂。
2、圆孔翻边的变形程度
用翻边系数表示：
d0 K＝ Dm
K值越小，竖边孔缘厚度减薄愈大，容易发生破裂，故 圆孔翻边成形极限受K值限制。
3、影响圆孔翻边成形极限的因素有：
１）材料延伸率和应变硬化指数越大，成形极限越大；
２）孔缘无毛刺和硬化时，成形极限较大； ３）用球形、锥形和抛物形凸模翻边时，孔缘会圆 滑地胀开，变形条件比平底凸模优越，故成形 极限较大；
润滑条件和变形速度以及材料厚度对胀形成形极限也有 影响。如用球头凸模胀形时，若毛坯和凸模之间施加良好 的润滑，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，主要是通过改变摩擦系数来体现 的，对球头凸模来讲，速度大，摩擦系数减小，有利于应
变分布均匀化，胀形高度有所增大。必须指出，用平底凸