不銹鋼頭罩零件示意圖如圖8-42所示,厚度為1mm。該零件原來采用傳統的加工方法,平板毛壞通過與零件內部尺寸一致的剛性凸模及與之匹配的凹模進行拉深成形,零件中間形成工藝凸臺。
由于變形過程中拉深與反拉深同時進行,凸模與坯料之間的不利摩擦使工藝凸臺圓角附近的A點(圖8-43)處拉應力過大而易破裂,零件難以成形。同樣,若采用充液拉深成形工藝,由于液室壓力作用下剛性凸模與坯料之間摩擦效果的加強,也不利于坯料的法蘭區向中間流動以形成工藝凸臺。因此,充液拉深也不適合該零件的成形。
圖8-42不銹鋼頭罩零件示意圖 圖8-43傳統拉深成形示意圖
采用液體凸模拉深成形技術可以克服傳統拉深成形過程中剛性凸模與板材之間的不利摩擦,使變形坯料在液壓作用下經過平板毛坯變形為球冠,再進一步貼模成形為半環殼零件,如圖8-44所示。通過控制法蘭區壓邊力,在脹形成形的同時,法蘭流入凹模,整個變形的實質是拉深-脹形復合成形。
圖8-44液體凸模拉深變形過程示意圖
該零件在充液拉深成形裝置上通過如圖8-45所示的集凹模、壓邊圈于一體的半環殼形件成形凹模結構實現液壓成形。模具中間的凸臺為可移動更換的形式,以方便成形過程中對其圓角及高度的適當調整,增加模具結構靈活性。
圖8-45半環殼形件成形凹模結構
該零件成形的關鍵在于成形模具結構中工藝凸臺圓角大小及成形過程中壓邊力控制。工藝凸臺圓角過小,彎曲產生拉應力增大而易導致破裂;增大圓角則必須以增加工藝凸臺高度為前提。通過模擬分析及實驗,工藝凸臺圓角半徑為8mm較為合適。
由于采用凹模與壓邊圈為一體的倒置模具結構,合模力起到防止法蘭起皺及平衡來自充液室的液室壓力作用。因此,合模力的施加應該與成形過程液壓大小相匹配,否則會導致破裂或者無法建立液壓。
合理的液室壓力隨時間變化曲線如圖8-46所示。液壓加載曲線的變化過可分為三個階段。
第1階段,成形液壓較小,曲線的斜率較小,法蘭區坯料在液壓作用下向凹模口內流入,平板逐漸成形為曲率半徑較大的球冠。
第2階 段,球冠的頂部與模具的平底凸臺接觸,開始形成近似的半環殼。在該階段,由于材料硬化以及由單曲率零件成形變為雙曲率零件成形,所需的壓力大幅增加。
第3階段,完整的半環殼基本形成,為保證半環殼的完全貼模以及半環殼直壁處階梯的完全成形,必須施以較大的液壓以達到整形的目的,成形零件如圖8-47所示。
圖8-46液壓載荷隨時間變化曲線 圖8-47液體凸模拉深成形的半環殼零件
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《現代液壓成形技術》
作者：苑世劍
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