王耀等：一种板材小圆角胀压复合成形工艺解析 ·1079· 凸模 凸圆角（区） 压边圈 法兰区、 母 直壁区 凹圆角（区） 顶成形队 液室 底边区凹圆角 小凹圆角特征 凸模 凸模 压边圈 ,压边圈 TB 液室 液室 6 图2胀压复合成形工艺过程.(a)预成形：(b)终成形前期：(c)终成形后期 Fig.2 Bulging-pressing compound-forming process sketch:(a)pre-forming:(b)initial stage in final forming:(c)later stage in final forming 预成形形状 充液拉深由于液室压力的作用，使板料紧紧贴在凸模 最终形状 上，凸模圆角与板料之间的摩擦力缓解了该处板料危 险断面的拉应力，使危险点向凹模圆角口处转移，所以 在充液拉深成形过程中破坏一般发生在凹模圆角处， 而不是普通拉深常见的凸模圆角处 充液拉深过程液室压力对凸模圆角处作用及该处 应力状态的示意图如图4所示.其中，0。为经向应力， o。为纬向应力.图4(a)为充液室液体压力适宜，板材 凸模圆角处的状态：图(b)为液室压力太低，在凸模圆 角处无法形成足够的摩擦保持效应，造成板料凸模圆 图3预成形形状与最终形状尺寸关系 角处壁厚减薄量过多甚至破裂，其应力状态显示该处 Fig.3 Dimension relations between the pre-forming and final shapes 为双向拉应力且应力数值均较大；图()为充液室压 力太高，在凹模圆角处板材极度向上弯曲，致使凸模圆 A预=A1+A2+A3（h1). (1) 角处也承受较大的经向拉应力而产生过度减薄甚至破 式中，A,为预成形底边区表面积，A,为预成形圆角球 裂，该处经向拉应力要远大于其纬向拉应力. 台部分表面积，A,为预成形直壁区表面积 A路=A4+A5+A (2) 由此可见，合适的液室压力可使充液拉深成形的 式中，A:为最终零件底边区表面积，A,为最终零件圆 凸模圆角比普通拉深更小，更有利于该胀压复合成形 角球台部分表面积，A。为最终零件直壁区表面积.根 工艺.该预成形凹圆角的最佳值为充液拉深时凸模圆 据A预=A#,可求得h1,而预成形高度为： 角可取的最小值，一般取3~8倍料厚.结合铝合金材 h=h+R (3) 料本身，确定成形过程液室压力的取值范围为10~30 预成形高度与最终零件高度差值为： MPa. h,=h-H. (4) 2.3终成形胀形压力与背压凸模运行速度匹配关系 2.2预成形凹圆角确定 终成形胀形压力P与背压凸模运行速度，的匹配 预成形凹圆角值即首道次充液拉深凸模圆角值. 关系是影响最终小圆角成形质量的关键工艺参数，不王 耀等: 一种板材小圆角胀压复合成形工艺解析 图 2 胀压复合成形工艺过程． ( a) 预成形; ( b) 终成形前期; ( c) 终成形后期 Fig． 2 Bulging-pressing compound-forming process sketch: ( a) pre-forming; ( b) initial stage in final forming; ( c) later stage in final forming 图 3 预成形形状与最终形状尺寸关系 Fig． 3 Dimension relations between the pre-forming and final shapes A预 = A1 + A2 + A3 ( h1 ) ． ( 1) 式中，A1 为预成形底边区表面积，A2 为预成形圆角球 台部分表面积，A3 为预成形直壁区表面积． A终 = A4 + A5 + A6 ． ( 2) 式中，A4 为最终零件底边区表面积，A5 为最终零件圆 角球台部分表面积，A6 为最终零件直壁区表面积． 根 据 A预 = A终 ，可求得 h1，而预成形高度为: h = h1 + Ｒ1 ． ( 3) 预成形高度与最终零件高度差值为: hc = h － H． ( 4) 2. 2 预成形凹圆角确定 预成形凹圆角值即首道次充液拉深凸模圆角值． 充液拉深由于液室压力的作用，使板料紧紧贴在凸模 上，凸模圆角与板料之间的摩擦力缓解了该处板料危 险断面的拉应力，使危险点向凹模圆角口处转移，所以 在充液拉深成形过程中破坏一般发生在凹模圆角处， 而不是普通拉深常见的凸模圆角处． 充液拉深过程液室压力对凸模圆角处作用及该处 应力状态的示意图如图 4 所示． 其中，σρ 为经向应力， σθ 为纬向应力． 图 4( a) 为充液室液体压力适宜，板材 凸模圆角处的状态; 图( b) 为液室压力太低，在凸模圆 角处无法形成足够的摩擦保持效应，造成板料凸模圆 角处壁厚减薄量过多甚至破裂，其应力状态显示该处 为双向拉应力且应力数值均较大; 图( c) 为充液室压 力太高，在凹模圆角处板材极度向上弯曲，致使凸模圆 角处也承受较大的经向拉应力而产生过度减薄甚至破 裂，该处经向拉应力要远大于其纬向拉应力． 由此可见，合适的液室压力可使充液拉深成形的 凸模圆角比普通拉深更小，更有利于该胀压复合成形 工艺． 该预成形凹圆角的最佳值为充液拉深时凸模圆 角可取的最小值，一般取 3 ～ 8 倍料厚． 结合铝合金材 料本身，确定成形过程液室压力的取值范围为 10 ～ 30 MPa． 2. 3 终成形胀形压力与背压凸模运行速度匹配关系 终成形胀形压力 p 与背压凸模运行速度 v 的匹配 关系是影响最终小圆角成形质量的关键工艺参数，不 · 9701 ·