《特种塑性成型》课件-10.薄板零件液压成形

原理及特点1液压胀形2目录1.1薄板零件液压成形的原理、方法及应用原理及特点1液压胀形2目录充液拉深最早应用于冲压生产中，是1951年美国公司通过橡胶介质将液压作用于板料上的HydroForm（水力成型）方法。1957年1963年不需要凹模，可大大降低模具成本，缩短模具制造周期导入案例凸模零件侧壁抗破裂能力加强由于橡胶膜容易损坏，需要经常更换，并且为消除法兰部位起皱需要很大的液压等原因，在实际冲压生产中并未得到广泛应用。板料摩擦保持作用成形极限得到提高将液体直接作用于板料上的充液拉深方法。导入案例（1）在拉深成形过程中，液体介质以很大而均匀的压力使板料紧贴凹模模壁或包覆于凸模上提高零件的成形准确性利用油、水(乳化液)等介质代替刚性凸模或刚性凹模，在液体压力的作用下使板料紧贴刚性凹模或刚性凸模而成形所需的制件。充液拉深特点避免板料的局部过分变薄使成形的制件壁厚均匀且表面光滑一、原理及特点（2）以液体代替刚性凹模拉深成形时液体压力板料的下表面反向作用增加有利摩擦力凹模有侧向推动凸缘边缘向内流动的作用板料处于较高的应力状态有效提高板料的成形性能相对于刚性凸凹模拉深，可将多道拉深工序减为一道。一、原理及特点（3）以液体代替刚性凹模拉深成形时，凹模圆角不像刚性凹模那样固定不变，降低材料弯曲变形阻力，提高拉深成形性能。需要采用严密的密封技术还需配备液压系统生产效率较低（4）使刚性拉深模具的数量减少2/3～1/2，模具制造费用减少1/2甚至更多。缺点这种成形工艺非常适用于大尺寸或大型形状极为复杂的拉深成形零件的中小批量生产。一、原理及特点扬声器音膜的液压凸模拉深液体充当拉深凸模，凹模仍采用普通凹模。毛坯置于凹模1的型腔上用橡胶8密封压制零件的过程将凸模体5通过螺钉3和压板2与凹模1紧固将液体注入凸模体与毛坯构成的容腔将活塞杆7及端盖6用螺钉9紧固于凸模体5上凹模压板螺钉螺钉工件凸模体端盖活塞杆橡胶（一）液压胀形一、原理及特点手动或机动将活塞杆向下推活塞杆端部的活塞压缩液体而产生压力液体压力将平板毛坯压制变形而紧贴在凹模型腔上零件液压凸模拉深用于拉深锥形件、半球形件和抛物线形件等。压力比较均匀优点不存在压力集中现象缺点在拉深过程中，定位比较困难，零件容易拉偏由于轴向拉伸变形厉害，零件底部变薄比较严重（一）液压胀形一、原理及特点液压胀形装置与胀形原理平板下模上模(凹模)型腔的形状与尺寸按所成形的零件的要求来设计与制造上开有进油与排油通道普通油压机上、下模分别固定在油压机的滑块与工作台上一、原理及特点高压油通入板坯与下模之间迫使板坯产生塑性变形（a）装载零件（b）充液和轴向进给（d）卸载和脱模（c）中间冲头反推毛坯置于下模的上表面滑块带动上模下行将平板毛坯压紧在下模上板坯变形至紧贴上模型腔表面时卸掉压力油，滑块带动上模回程，获得所需制件一、原理及特点单位胀形力的大小主要取决于以下因素板坯金属的屈服点σs形状的复杂程度、厚度板坯的σs越大，形状越复杂，厚度越大单位胀形力也越大。胀形前对板坯进行软化处理可降低单位胀形压力。液压胀形的特点：变形均匀且不会产生机械损伤，制件内在与表面质量好；液压胀形适合于形状比较复杂的、多品种中小批量的薄板零件的生产。平面凸模与液压系统具有通用性，仅需要换凹模便可生产不同的零件；简化了模具制造，降低模具成本；但其生产率比刚性模具低。一、原理及特点形状复杂而材料的屈服点σs又比较高的制件为了降低其单位胀形压力液压胀形与刚性凸凹模的复合成形（二）复合成形又便于解决板坯周边同平板凸模间的密封问题液压胀形与刚性模具复合成形复合成形将液压胀形刚性模具成形优点结合一道工序可以完成采用刚性模具二道甚至二道以上的工序才能完成的变形过程（二）复合成形减少模具数量提高生产率一、原理及特点当成形力F去掉时，弹簧将凹模座及凹模顶起，凹模座的分模面高于液面，取走已拉深成形的制件。下一个板坯置于凹模座上，将凹模放在板坯上（二）复合成形简单液压拉深模作用力F的作用下而压缩弹簧凹模与凹模座一起向下移动，封闭在板坯下的液体产生压力使板坯变形而紧贴凹模内壁一、原理及特点复合成形模具结构简单适合拉深成形深度不大的带法兰的筒形零件（二）复合成形操作方便小结薄板零件液压成形原理及特点1液压胀形2原理及特点1液压胀形2目录1.2薄板零件液压成形的原理、方法及应用反向液压成形1橡胶薄膜液压成形2目录液压成形工艺及模具的主要参数3反向压力成形原理（一）带法兰筒形件的拉深当凸模压迫板料毛坯下移时，被封闭在板坯与凹模间的液体便产生了压力，这个压力以与凸模作用力相反的方向作用在板坯的下表面。使板坯紧贴在凸模上而成形为所需零件，故称为反向压力成形。三、反向液压成形（一）带法兰筒形件的拉深提高板料的成形极限，简化成形工艺；反向压力成形的优点板坯不会发生自由流动而变薄，不易破裂；当压力超过设定压力时，液体就会从边缘溢出，起到润滑作用，降低摩擦阻力，有利于流动成形。综合效益提高表面质量和尺寸精度减少模具数量且简化模具结构降低模具成本三、反向液压成形铝镁钛合金高强度钢板坯料的复杂薄板件的小批量生产运动轿车覆盖件车门底板航空航天飞行器薄板零件（二）筒形件充液拉深工艺与模具设计充液拉深成形过程开启油泵将液体(或油水)一直充至凹模面后停泵，在凹模面上放好板料（图a）施加压边力（图b）凸模开始压入凹模，使液压室的液体建立起压力，并将板料紧紧压贴在凸模上（图c）随着成形的进行直至成形结束（图d）三、反向液压成形（二）筒形件充液拉深工艺与模具设计液压室的液体强行从凹模面与板料间流出，大大减少了法兰与凹模间的摩擦。无密封完全靠凸模进入凹模的自然增压方式往往使初期液压不足液体无法流出，也就不能形成流体润滑有密封可采用强制增压（二）筒形件充液拉深工艺与模具设计可用溢流阀在成形初期自由地调节液压室液压压边之后，启动高压泵向液压室注油增压，然后再使凸模压入凹模，实现拉深。三、反向液压成形设备复杂、昂贵充液拉深（二）筒形件充液拉深工艺与模具设计使用与维修保养较困难生产效率较低充液拉深适用于生产批量不大、质量要求较高的深筒(盒)形件、锥形及抛物线形等复杂曲面的零件收到了制模周期短、制造成本低等综合经济效益。“江淮50”拖拉机的油底壳零件（二）筒形件充液拉深工艺与模具设计油底壳的充液拉深三、反向液压成形橡胶薄膜液压成形橡胶薄膜c内的液体a压力由阀b控制。橡胶薄膜与凸模f之间有耐磨橡胶垫d。凸模f通过压边圈e进入容框时，将液压提高，由阀b控制成形过程中的液压变化。四、橡胶薄膜液压成形带橡胶垫的液压成形原理成形原理凸模g通过压边圈h将板料压向耐磨橡胶垫e和起密封作用的橡胶b,被环c和d压在容框a内，用嵌入块f防止凹模k等扭转。四、橡胶薄膜液压成形反之，过高的压边力会引起的液压过大而导致软材料的反向胀裂。压边力太小，不能建立起很大的液压，使“摩擦保持效果”不足所致。充液拉深压边力过小时，除了产生起皱失效，也会产生断裂失效（一）压边力FQ充液拉深压边力充液拉深压边力对成形的影响比较复杂。原因一般取刚性压边和凹模面之间的间隙为1.1倍的料厚，可以取得较好的效果。五、液压成形工艺及模具的主要参数当液压力下降时，对于任何凸模圆角半径rD,均使成形极限减小；（二）溢流阀设定的压力p溢流阀调定压力的影响液压力调高，成形极限增大。（二）溢流阀设定的压力p溢流阀调定压力的影响液压力过高会产生反向胀裂而引起破裂等。一般采用分段实时控制方式。凹模圆角半径rD凹模圆角对液压的影响（三）凹模圆角半径rD考虑弯曲抗力、角部摩擦抗力的影响考虑液压力的影响rD越小板材越容易与凹模圆角形成密封，使液压升高。rD≤3mm时液压达到溢流阀设定,产生溢流；rD较大时不溢流。五、液压成形工艺及模具的主要参数普通拉深钢板随着凹模圆角半径rD的增加，有同样趋势，即成形极限提高，并逐渐达到最大值。（三）凹模圆角半径rD凹模圆角对成形极限的影响rD超过6倍料厚以后影响就不大了。充液拉深钢板材rD大于13倍料厚以上，成形极限才达到最大值。五、液压成形工艺及模具的主要参数采用自然增压方式，凸模圆角半径rP对成形极限的影响。随着rP的增加，成形极限也提高。凸模圆角半径对成形极限的影响（四）凸模圆角半径rPrP=3mm以前由于支配成形极限的已不再是凸模圆角处的破裂，而是凹模圆角处的破裂，所以继续加大凸模圆角已不起作用。超过3mm以后五、液压成形工艺及模具的主要参数反向液压成形1橡胶薄膜液压成形2小结液压成形工艺及模具的主要参数3原理及特点1液压胀形2目录1.3薄板零件液压成形的原理、方法及应用目录液压成形设备及方法的应用1充液拉深新工艺2薄板零件液压成形一般采用双动液压机，作为特殊规格有时采用单动液压机也可实现充液拉深功能。液压成形设备增加了液压室及调节、控制液压室内液体压力的液压控制系统；双动液压成形机普通拉深成形装置大部分设备采用电磁比例溢流阀和计算机对成形过程中的液压室液体压力、压边力等进行连续或分段控制。六、液压成形设备及方法的应用液压室内藏式单动液压成形机通用模架式充液拉深方法照明灯具汽车航空家用电器厨房器具容器六、液压成形设备及方法的应用保证聚光性要求很高的内表面精度；灯罩的生产采用充液拉深方法的理由（一）灯罩多品种小批量生产方式。以往该产品采用旋压的方法，只能加工抛物面、锥形等轴对称的零件。（一）灯罩充液拉深方法成形的灯罩非轴对称复杂形状零件的成形由于不均匀反向胀形所引起的局部材料多余和板厚减少，要充分考虑板料的流动和变形特点。主要问题六、液压成形设备及方法的应用航空领域的生产属于典型的多品种小批量的生产方式。大部分使用成形性能差的高强度铝合金飞机部件（二）飞机零件必须严格限制局部板厚减薄和表面划伤（二）飞机零件充液拉深方法成形的飞机零件形状复杂、尺寸精度要求和模具成本较高，比较适合于采用充液拉深方法。（三）汽车零部件特点充液拉深方法成形的汽车中小零件六、液压成形设备及方法的应用大型覆盖件模具成本所占整车费用的比例随着批量的减小越来越大。不但消除了普通拉深方法难以解决的面畸变等质量问题；（三）汽车零部件充液拉深方法成形的汽车覆盖件由于工序的简化和凹模的省略，模具成本降低大约60%，取得了巨大的经济效益。六、液压成形设备及方法的应用此方法只需将充液拉深的工装略加改动，密封住板料外周的敞口，并开通液孔，使液压室的液体液压加到板周边上。带径向液压的充液拉深方法（一）带径向液压的充液拉深方法板材外周多了一层径向压力改变变形区受力状态降低传力区的负荷增大允许的变形程度七、充液拉深新工艺（一）带径向液压的充液拉深方法液体仅从法兰下方一侧流出法兰上面没有形成理想的润滑状态径向液压的充液拉深法兰部位的板料都有很好的润滑状态，进一步提高了成形极限。同一套工装模具（一）带径向液压的充液拉深方法普通拉深充液拉深带径向液压的充液拉深2.36：2.61：3.06～3.31七、充液拉深新工艺（二）外周带液压的充液反拉深外周带液压的充液反拉深是带径向液压充液拉深向反拉深的延伸和扩展。多开了几个侧孔增加一处密封把液压室液体压力引到拉深件外周一次行程后得到的拉深件总拉深比高达4.92成为成形超深筒形件的有效手段七、充液拉深新工艺（三）充液变薄拉深充液变薄拉深也是充液拉深的新发展。反向充液变薄拉深充液方式正向充液变薄拉深双向充液变薄拉深（三）充液变薄拉深充液变薄拉深（三）充液变薄拉深充液变薄拉深实验表明三种方式均有效地提高了变薄拉深的变形程度，其中尤其以正向和双向更佳。热粘着现象有显著的抑制效果七、充液拉深新工艺减轻重量与传统的冲压工艺相比液压成形工艺减少零件数量模具数量提高刚度与强度降低生产成本技术和经济优势薄板零件液压成形与其他金属塑性成形加工工艺相比一项正处于上升态势且具有良好发展前景的先进制造技术。液压成形欧美国家进入正规的工业生产阶段十九世纪末二十世纪初目前，我国虽然已经形成了独立的液压元件制造工业体系。榆次轴承厂改由第一机械工业部直接管理,并更名为榆次液压元件厂。我国1964年榆次液压件厂建成投产,结束了中国液压产品全部依赖进口的历史。1966年薄板零件液压成形原理及特点1液压胀形2目录2.管料的内高压成形原理特点与应用成形原理1成形装置2目录成形优点3适用领域4正是适应这种需求开发出来的一种成形空心变截面轻体构件的先进制造技术。②结构途径，对于承受弯扭载荷为主的结构，采用空心变截面构件，可

以减轻质量又可以充分利用材料的强度和刚度。①材料途径，采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料；减轻结构质量以节约运行中的能量是人们长期追求的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。航空、航天和汽车工业结构轻量化内高压成形导入案例支管长径比大于1的多通管压缩胀形，宜采用液体做介质的内高压成形。最理想的介质材料，但因受变形量的限制，当支管长径比超过1以后已不能适应。聚氨酯橡胶支管长径比超过2时压缩胀形结束后芯棒无法从工件中退出。一、成形原理三通管液压胀形原理长度2L₀直径2R壁厚S₀三通管液压介质压缩胀形原理原始管坯置于可分凹模型腔中，压缩胀形时，管坯受内压q、轴向压缩力Q,和侧向支承力Q₂的作用。两个冲头以相同的速度彼此相对运动管坯中部金属向支管型腔内作径向流动一、成形原理材料硬化连续压缩使塑性变形区扩展到整个毛坯，导致毛坯沿全长管壁增厚。三通管液压胀形原理两个挤压冲头继续向前移动，支管的长度b不断增加，直到所需长度为止。支管端部的反向支承力Q₂的作用减少甚至抵消支管部分所产生的拉应力，尽可能造成三向压应力状态，以防止支管发生破裂。一、成形原理直线零件成形内高压成形分为三种基本工艺类型带凸台或支叉零件成形曲线零件成形（一）同侧双支管内高压胀形系统在凹模上设计了可动镶块2和3同侧双支管液压压缩胀形系统管坯1置于凹模型腔中，可动镶块2和3分别被顶向两端（a）（一）同侧双支管内高压胀形系统初始状态管坯在两个冲头挤压力Q,和内部液体力q的作用下，在两个支管型腔处形成椭圆形鼓包，椭圆形长轴与主管轴线一致（b）开始压缩阶段二、成形装置（一）同侧双支管内高压胀形系统压缩胀形结束阶段两个冲头继续挤压镶块2、3一起向前移动镶块2和3沿椭圆形长轴方向压缩鼓包支管横向尺寸减少依靠金属体积的转移而使支管长度增加利用这种模具结构可使支管长度的极限值增大2～3倍。二、成形装置支管长度极限值可达到支管管径的1~2倍支管长度的进一步增加将受到管坯起皱等失稳的限制（一）同侧双支管内高压胀形系统镶块移动距离f影响到支管的最终高度，f越大，支管越长。（二）异侧双支管内高压胀形系统异侧四通液压压缩胀形a初始状态b结束状态二、成形装置模具、液压、空气增压器系统管坯置于凹模型腔12中，并由油箱11向管坯内注满油液（二）异侧双支管内高压胀形系统压力机滑块向下行程时上凹模13下凹模12闭合并压缩碟形弹簧16冲头1014密封油液二、成形装置模具、液压、空气增压器系统（二）异侧双支管内高压胀形系统开关17动作压缩空气过滤器1压力调节阀2喷雾器3空气分配器4增压缸9的右腔推动活塞向左移动，保证管坯内开始的液体压力，压力大小通过阀2调节二、成形装置①设计专用的模具装置与通用压力机配套使用；（二）异侧双支管内高压胀形系统液体压缩胀形模具及设备②设计专用压力机。内高压成形的特点可以一次整体成形沿构件轴线截面有变化的空心构件。空心变截面构件与冲压焊接工艺相比内高压成形主要优点：1.减轻质量，节约材料。汽车副车架散热器支架内高压成形件比冲压件减轻20%～40%。空心阶梯轴类减轻40%～50%。2.减少零件和模具数量，降低模具费用。内高压件仅需要一套模具冲压件大多需要多套模具三、成形优点与冲压焊接工艺相比内高压成形主要优点：3.可减少后续机械加工和组装焊接量。散热器支架4.提高强度与刚度，尤其是疲劳强度。散热面积增加43%,焊点由174个减少到20个，工序由13道减少到6道，生产率提高66%。散热器支架刚度垂直方向提高39%；水平方向提高50%。5.降低生产成本。内高压件比冲压件平均降低15%～20%，模具费用降低20%~30%。三、成形优点管料的内高压成形适用于汽车等行业的沿构件轴线变化的圆形、矩形或异型截面空心构件。碳钢不锈钢铝合金铜合金镍合金适用材料则上适用于冷成形的材料均适用于内高压成形工艺。四、适用领域通过合理的设计和参数控制，内高压成形技术可以实现一次成形，有效提高生产效率，并且零件内壁光滑，减重效果明显。排气管催化转化器压力管尾部导管原理及特点1液压胀形2目录3.无模液压胀球成型的原理及特点技术原理1技术特点2目录外形美；球形容器的主要优点：受力均匀承压高，对同直径同厚度的容器，球形比圆柱形高一倍；重量轻，原因之一是由于承压力高，另一个原因是对同一体积而言球形表面积最小。深圳西丽湖青岛信号山美国迪斯尼乐园中的未来世界布鲁塞尔的球形游乐厅导入案例球形水塔球形水箱哈尔滨工业大学中国建筑标准研究所制定了30m³以下的球形水箱系列标准，并已制成一些