5.第五章 胀形与翻边
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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。
第五章 成形工序
当变形区与边缘少于三倍板料厚度时，可能会发生拉深现象， 当变形区与边缘少于三倍板料厚度时，可能会发生拉深现象， 这时对于精度要求较高的材料应该留出切边余量， 这时对于精度要求较高的材料应该留出切边余量，也可以通过增大压 边力的方法防止材料滑动。 边力的方法防止材料滑动。
空心坯料胀形
空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料胀出所需曲面的一种加工 方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、 方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、自行车 三通接头等产品或零件. 三通接头等产品或零件 空心件坯料胀形变形程度受材料极限变形程度限制， 空心件坯料胀形变形程度受材料极限变形程度限制，变形程度 以胀形系数K表示 表示。 以胀形系数 表示。
缩口力 只有外支承的缩口压力，可按下式估算：
d 1 F = k(1.1πDt 0σ b(1− )(1+ µ cot α ) ] D cosα
式中： F—缩口力（N) K—速度系数，用曲柄压力机时 k=1.15
σb —材料的抗拉强度（MPa)
µ —工件与凹模接触的摩擦系
数
其它圆孔翻边方法： 1 拉深后翻边 2 无预制孔翻边
外缘翻边： 外缘翻边： 可以分为内曲翻边和外缘翻边，外曲翻边近似于浅拉深， 可以分为内曲翻边和外缘翻边，外曲翻边近似于浅拉深，变形 区切向受压，属于压缩变形，内区翻边变形区近似于圆孔翻边， 区切向受压，属于压缩变形，内区翻边变形区近似于圆孔翻边，切向 受拉，属于伸长类变形。 受拉，属于伸长类变形。
常见的缩口形式如下：
变形程度 缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：
d ms = D
式中 d—缩口后的直径 D—为缩口前的直径
缩口的工艺计算 缩口次数及缩口系数的确定 缩口次数由下式确定：
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
钣金与成型第5章 胀形与翻边
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。
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。
模具设计-冲压工艺与模具设计第五章 精品
l0,l1 胀形变形区变形前后截面的长度; K 形状系数，加强筋k 0.7 ~ 0.7（5 半圆筋取最大值，梯形筋 取最小值）。
欲提高胀形的极限变形程度,可采用(如图5.1.4)所示两次胀
形法。
1.压加强筋
(1)用刚性凸模压制加强筋的变形力按式 F KLt 计算 :
(2)对在曲柄压力机上用薄料（ t<1.5mm）对小工件（面积
(4)翻边力与压边力 在所有凸模中，圆柱形平底凸模的翻边力最大。 其公式为：
F 1.1 (D d 0) b
(2)侧壁胀形计算： K dmax 46.8 1.2
d0 39
侧壁成形力近似按两端不固定形式计算：
F侧胀
Ap
dmax
L
2t d max
b
46.8 40
2 0.5 430N 46.8
54105.89N
胀形前毛坯的原始长度L0由式计算： 可以计算：L0 L[1 (0.3 ~ 0.4) ] Δh
表性。
2.工艺计算 (1)底部压凹坑的计算 查教材表5.1.2得极限胀形深度h=0.15,d=2.25mm,此值大于
工件工件底部凹坑的实际高度，可以一次成形。
压凹所需成形力计算：
F压凹
KAt 2
250
4
152
052
11044.69N
图 5.1.9 罩盖胀形
1—下模板 2—螺栓 3—压凹坑凸模 4—压凹坑凹模 5—胀形下模 6—胀形上模 7—聚氨脂 橡胶 8—拉杆 9—上固定板 10—上模板 11—螺栓 12—模柄 13—弹簧 14—螺母 15—拉杆螺 栓 16—导柱 17—导套
a. 一次翻边成形 (如图5.2.4)所示是在平板毛坯上一次翻孔的图。
d0与H 按下式计算:
欲提高胀形的极限变形程度,可采用(如图5.1.4)所示两次胀
形法。
1.压加强筋
(1)用刚性凸模压制加强筋的变形力按式 F KLt 计算 :
(2)对在曲柄压力机上用薄料（ t<1.5mm）对小工件（面积
(4)翻边力与压边力 在所有凸模中，圆柱形平底凸模的翻边力最大。 其公式为：
F 1.1 (D d 0) b
(2)侧壁胀形计算： K dmax 46.8 1.2
d0 39
侧壁成形力近似按两端不固定形式计算：
F侧胀
Ap
dmax
L
2t d max
b
46.8 40
2 0.5 430N 46.8
54105.89N
胀形前毛坯的原始长度L0由式计算： 可以计算：L0 L[1 (0.3 ~ 0.4) ] Δh
表性。
2.工艺计算 (1)底部压凹坑的计算 查教材表5.1.2得极限胀形深度h=0.15,d=2.25mm,此值大于
工件工件底部凹坑的实际高度，可以一次成形。
压凹所需成形力计算：
F压凹
KAt 2
250
4
152
052
11044.69N
图 5.1.9 罩盖胀形
1—下模板 2—螺栓 3—压凹坑凸模 4—压凹坑凹模 5—胀形下模 6—胀形上模 7—聚氨脂 橡胶 8—拉杆 9—上固定板 10—上模板 11—螺栓 12—模柄 13—弹簧 14—螺母 15—拉杆螺 栓 16—导柱 17—导套
a. 一次翻边成形 (如图5.2.4)所示是在平板毛坯上一次翻孔的图。
d0与H 按下式计算:
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 成形工序
第五章 成形
成形：指用各种局部变形方法改变坯料或工序件形状的加 成形： 工方法，包括胀形、翻边、缩口、翻孔、校平、 工方法，包括胀形、翻边、缩口、翻孔、校平、整形等冲 压工序，其共同点均属于局部变形。 压工序，其共同点均属于局部变形。
5.1 胀形 胀形包括平板胀形和空心件胀形 变形特点： 胀形时变形区在材料在板方向呈双向拉应力状态，在 变形特点： 胀形时变形区在材料在板方向呈双向拉应力状态，
内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数Es表示：
b ES = R −b
外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示
b Ec = R +b
凸、凹模的形状及尺寸 翻边凸模的形状有平底形、曲面形（球形、抛物线形等）和锥形， 几种常见的翻边凸模的结构形状
摩托车油箱口翻边
5.3 缩口 缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料,通过缩口模具 将其口部缩小的一种成形工序 缩口属于压缩类成 形工序，变形区由 于受到较大切向压 应力的作用易产生 切向失稳而起皱， 起传力作用的筒壁 区由于受到轴向压 应力的作用易产生 轴向失稳而起皱， 所以失稳起皱是缩 口工序的主要障碍
常见的缩口形式如下：
变形程度 缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：
d ms = D
式中 d—缩口后的直径 D—为缩口前的直径
缩口的工艺计算 缩口次数及缩口系数的确定 缩口次数由下式确定：
lg msz n= lg msp
msz 为总缩口系数
msp
msz = d / D
msp ≈ ms min
L0 = L[1+ (0.3 ~ 0.4δ ] + ∆h 式中： L − −工件的母线长度（mm)
δ − −工件的切向延伸率（式5.1.6）
成形：指用各种局部变形方法改变坯料或工序件形状的加 成形： 工方法，包括胀形、翻边、缩口、翻孔、校平、 工方法，包括胀形、翻边、缩口、翻孔、校平、整形等冲 压工序，其共同点均属于局部变形。 压工序，其共同点均属于局部变形。
5.1 胀形 胀形包括平板胀形和空心件胀形 变形特点： 胀形时变形区在材料在板方向呈双向拉应力状态，在 变形特点： 胀形时变形区在材料在板方向呈双向拉应力状态，
内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数Es表示：
b ES = R −b
外凸外缘翻边的变形程度用翻边系数Ec表示
b Ec = R +b
凸、凹模的形状及尺寸 翻边凸模的形状有平底形、曲面形（球形、抛物线形等）和锥形， 几种常见的翻边凸模的结构形状
摩托车油箱口翻边
5.3 缩口 缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料,通过缩口模具 将其口部缩小的一种成形工序 缩口属于压缩类成 形工序，变形区由 于受到较大切向压 应力的作用易产生 切向失稳而起皱， 起传力作用的筒壁 区由于受到轴向压 应力的作用易产生 轴向失稳而起皱， 所以失稳起皱是缩 口工序的主要障碍
常见的缩口形式如下：
变形程度 缩口变形程度用缩口系数ms来表示，其表达式：
d ms = D
式中 d—缩口后的直径 D—为缩口前的直径
缩口的工艺计算 缩口次数及缩口系数的确定 缩口次数由下式确定：
lg msz n= lg msp
msz 为总缩口系数
msp
msz = d / D
msp ≈ ms min
L0 = L[1+ (0.3 ~ 0.4δ ] + ∆h 式中： L − −工件的母线长度（mm)
δ − −工件的切向延伸率（式5.1.6）
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.
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（5） 降低生产成本。根据德国某公司对已应用零件统计分析， 管材液压柔性件比冲压件平均降低15~20%，模具费用降低 20~30%。
（6） 成形零件的精度提高。成形零件的尺寸精度从原来的IT14 提高到IT10。管材液压柔性成形适用于制造航空、航天和汽车 领域的各种异形的空心构件，在汽车领域，德国处于世界研究 的最前沿。德国于70 年代末开始管材液压柔性成形基础研究， 并于90 年代初率先开始在工业生产中采用管材液压柔性成形技 术制造汽车轻体构件。德国奔驰汽车公司（DAIMLERBENZ） 于1993 年建立其管材液压柔性成形车间；宝马公司(BMW)已在 其几个车型上应用了管材液压柔性成形的零件。目前在汽车上 应用有：排气系统；底盘构件；车身框架、座椅框架及散热器 支架；凸轮轴等。
§5.1 胀形
一、胀形成形特点
胀形的特点是： 1 、胀形时，板料的塑性变形区仅局限于一个固定的变形
范围内，板料不向变形区外转移，也不从变形区外进入变形 区。
2 、胀形时板料在板面方向处于双向受拉的应力状态，所 以胀形时工件一般都是要变薄。因此在考虑胀形工艺时，主 要应防止材料受拉而胀裂。
3 、胀形的极限变形程度，主要取决于材料的塑性。材料 塑性越好，延伸率越大，则胀形的极限变形程度越大。
图7 汽车底盘零件(BMW)
图8 汽车副车架(Schuler)
一般来说，在底盘零件上采用的管坯尺寸为直径75~85mm， 壁厚为2~3mm，最终成形零件的长度在1200 到1400mm 之间， 截面的最大膨胀程度在25%到35%之间。生产此类零件时， 要优化所用管坯的原始参数，如外径、壁厚和材料及其性能 参数等，还要确定合适的工艺参数，如果在管材液压柔性成 形时管端部需要较大的膨胀量，则还需要考虑管端部的进给。 如图8 所示为管端部需要较大膨胀量的汽车底盘零件：副车 架，此件所采用管坯外径是69.9mm，壁厚为2.5mm，传统冲 压焊接工艺成形需6 个零件，而内高压成形仅需要一个零件， 重量节省了34%。
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
4 、胀形时，材料处于双向拉应力状态，在一般情况下， 变形区的工件不会产生失稳起皱现象。胀形成形的工件表面 光滑、回弹小，质量好。
§5.1 胀形
一、胀形成形特点（续）
图5-1 纯胀形成形
图5-2 胀形时的应力和应变
§5.1 胀形
一、胀形成形特点（续）
a）
b）
图5-3 胀形时的应变分布与应变状态图 a）应变分布图 b）应变状态图
第五章 胀形与翻边
§5.1 胀形 §5.2 圆孔翻边
§5.1 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。
胀形的方法有： 1 、钢模胀形法 2 、软模胀形法 3 、液压胀形法
冲压生产中的起伏成形、圆柱形空心毛坯的凸胀成形、 波纹管的成形及飞机蒙皮张拉成形等均属于胀形成形。汽 车覆盖件等形状比较复杂的零件成形也常常包含胀形成分。
图4 用于汽车排气系统的Y 形三通管件(SPS)
图5是汽车上采用的一种接触反应转换器，由一对圆锥体形 成。利用管材液压柔性技术成形后，再从中间剖开，从而形 成两个零件。利用管材液压柔性成形技术可以获得100%的膨胀 量。
图5 一次成形的双锥体零件（SPS）
在汽车排气系统中，还有一类零件，就是符合气体动力学 原理和具有消音功能的复杂的空间构件。传统的生产工艺一 般是先冲压后焊接再一起，这就影响了零件的总体装配精度， 零件的功能也将受到影响。而利用管材液压柔性成形就消除 了这种缺陷的产生，一次生产出合格的零件，如图6所示，为 管材液压柔性成形生产的一种典型的零件。
§5.1 胀形
一、胀形成形特点（续）
应变分布图是冲压成形时零件上各点或局部各点的应变分 布情况图，应变状态图是零件上各点或局部各点的应变在二维 主应变平面上的分布状况图。成形方式、工艺条件和材料性能 的改变，都会引起应变分布图和应变状态图发生变化。利用应 变分布图和应变状态图可以分析冲压变形区的应变情况，寻求 改善板料塑性流动的措施，以解决冲压成形时的各种失稳问题。 将胀形时的应变状态图与板料的成形极限图（FLD）对比，若 零件上某点的应变量超出成形极限图的应变范围，该点就是发 生破裂的危险点，必须采取措施（如改变毛坯或模具的几何条 件、调整压边力、修磨圆角、改变润滑或更换原材料等）降低 该点应变量，以保证不发生破裂。
图6 具有复杂空间车底盘上的应用
用管材液压柔性成形技术来生产汽车底盘部件有很多的 优点，如安装空间的充分利用、零件具有复杂的空间结构、 底盘零件的高强度等。利用管材液压柔性成形技术可以获 得刚度很高的轿车结构和高刚性的底盘，这使得操纵汽车 变得更安静、更灵活。生产此类零件，一般有以下几个工 艺步骤：管坯的制造，管坯的预弯以及通过液压柔性成形， 得到零件的最终形状，在必要的情况下，还需进行激光切 割或端部加工等工序。图7为利用管材液压柔性成形的各种 汽车底盘零件的集成。
图3 阶梯轴
表1 汽车上部分冲压件与管材液压柔性成形件的重量对比
（2） 减少零件和模具数量，降低模具费用。液压柔性成 形件通常仅需要一套模具，而冲压件大多需要多套模具。 副车架的组成零件由6个减少到1个；散热器支架的组成零 件由17个减少到10个。 （3） 可减少后续机械加工和组装焊接量。以散热器支架为 例，散热面积增加43%，焊点由174 个减少到20 个，装配工 序由13 道减少到6 道，生产率提高66%； （4） 提高强度与刚度，尤其疲劳强度。仍以散热器支架强度 为例，垂直方向提高39%；水平方向提高50%。
1、管件液压柔性成形技术原理及其分类
液压柔性成形原理是通过内部加压和轴向加力补料把管 坯压入到模具型腔使其成形，如图1 所示。其基本工艺过程 为：首先将管坯1放在下模2内，然后闭合上模3，将管的两端 用水平冲头4和5密封，并使管坯内充满液体。在加压胀形的 过程中，两端的冲头同时向内推进补料，这样在内压和轴力 的联合作用下使管坯贴靠模具而成形为所需的工件。
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。
图9 管材液压柔性成形的汽车纵梁(GM)
5、管材液压柔性成形技术在汽车车身框架的应用
在汽车工业，结构零件占车身总重的很大一部分，为减 轻车身的重量，可以采用两种途径：一种是采用新型的轻质 材料，另一种就是减少零件的重量。而利用管材液压柔性成 形技术成形开创了一个减重的新领域：结构零件的生产。与 传统的结构部件生产工艺相比，管材液压柔性成形具有以下 优点：高度整体化（即零件数量的减少），复杂空间结构， 零件刚度好，空间利用率高，尺寸精度高。图10 为汽车车 身框架的集成图，其中主要有车顶纵梁，其原始管坯为低碳 钢，管坯的外径为69.9mm，厚度为2.0mm，全部工艺过程 包括弯曲、液压柔性成形、冲裁和切边等，并且为了提高生 产率，左右零件同时用管材液压柔性成形的方法生产，然后 在下道工序中切开。
在汽车零件的加工中，根据有无轴向进给，可以把管件液 压柔性成形分为两类，一类为有轴向进给，如图1 所示，主要 用来成形壁厚均匀或较大成形量的零件；另一类为无轴向进给， 主要用在零件的整形和多个零件的胀接如中空凸轮轴的生产等， 对于轴线为曲线的零件，还需要把管坯预弯成接近零件形状， 然后加压成形, 如图2 所示。
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10 管材液压柔性成形的汽车车身框架
6、凸轮轴
利用管材液压柔性成形胀接工艺可以用来实现零件之间的 联接，如图11 为利用此种工艺生产的汽车发动机的凸轮轴。 首先利用粉末冶金的方法生产出单个的凸轮，然后把多个这 样的凸轮预安装在一根管坯上，在管坯内部通以一定的高压 液体，管坯局部经过了塑性变形，在凸轮的两侧超出了凸轮 的宽度，约束了凸轮的轴向位移，并且，由于管坯内压的作 用，凸轮也产生了一定的弹性变形，当内压撤消后，凸轮回 弹，会在凸轮与管坯之间产生一种紧密的结合力，这种结合 力防止了凸轮相对于管坯的转动。与传统凸轮轴生产工艺相 比，由于此种工艺的凸轮与心轴为胀接，可以采用不同的材 料，在相同扭距的情况下，零件总体重量也降低，特别是对 于一些中心需要钻孔的零件更有优势。