第5章    成       形   

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。

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。

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{zd0}相对伸长变形 不超过工件材料许用伸长率[δ]的70％～

75％来控制：                                      图5-1    平板毛坯局部胀形

≤(0.7~0.75)[δ]                     　　　　　  　(5-1)

式中  、 ——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。

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 

如果如图5-2b所示的平底胀形件的深度 ₂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，{zh1}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。

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（ｍｍ）；

t ——板料厚度（ｍｍ）；

——板料抗拉强度(MPa)；

K——考虑变形程度大小的系数，一般取K=0.7～1。

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：

             　　　　　　　  　　　  (5-３)

式中     ——成形区的面积（ｍｍ²）；

t ——板料厚度（ｍｍ）；

K ——系数，对于钢为200~300 ，对于铜、铝为150~200 。

5.1.2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{zd0}拉应变 不超过材料的许用伸长率[δ]：              ≤[δ]

＝ 　  (5-４)

令比值 为胀形系数 ：   图5-3   对空心毛坯的胀形    　　　  　  　　　　(5-５)

按式(5-4)胀形系数 与材料的许用伸长率[δ]有如下关系：

        ≤1+[δ] 　　　　　　　　　　   　 　　(5-６)

式中    ——胀形前工序件的初始直径；

——胀形后工件的{zd0}直径。

由式(5-6)可见，胀形系数 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[δ]和极限胀形系数 的实验值，可供设计时参考。

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

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        ——胀形区母线展开长度；

——切边余量，一般取5~15mm；

 ——材料切向{zd0}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。

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

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{zd0}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xx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。

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。

1.上凹模  2.凸模  3.下凹模  4.顶柱                   1.上压柱  2.凹模  3.锥套  4.下压柱

图5- 7  聚氨酯橡胶胀形模                        图5-8   自行车中接头胀形模

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

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。

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  ——波纹管的波纹数；

——波峰中线圆弧半径；

——波谷中线圆弧半径；

——波峰圆弧中心直径；

——波谷圆弧中心直径；

——工艺余量，一般取20~30 。

管坯的直径 就是波纹管的最小直径，即波谷直径 ，但为了便于装入管坯，可使 比 小1~2 。

模片有两个工作直径，即最小工作直径 和{zd0}工作直径 ， 形成波纹管的波谷直径 ， 形成波峰直径 。考虑到波纹管胀形后将产生较大的回弹，可将模片的{zd0}工作直径 比波峰直径 增大约2 。

定位梳片的厚度 按对应波纹段的展开长度计算： ， 为单波的展开长度； 为相邻波纹的中心距。