筒壁内凹回转体零件成形的新方法

一、引言

在金属板料塑性变形过程中，压缩失稳意味着该材料的内应力在板厚方向上已达到变形极限，继续施力，材料将不能维持稳定变形而产生弯曲或起皱，最终导致变形失败。但对某些筒壁内凹的回转体零件，则可通过控制筒形毛坯直壁部分压缩失稳进行成形。此类零件如用斜楔推动滑动式分瓣凹模成形，则模具结构复杂，成本较高。本文介绍了一种使用固定式简单模具成形筒壁内凹回转体零件的工艺方法。

二、工序及中间毛坯形状尺寸的确定

汽车前制动室活塞为一筒壁内凹回转体零件，其形状和尺寸如图 1 所示，材料 10 号钢，厚度 3mm 。工作时该件凸缘与筒壁连接的内凹圆角 R3 处套装橡胶密封圈，与其配偶件制动室缸体内壁相对运动以实现汽车制动功能。零件形状和尺寸要求不甚严格。

图 1 活塞零件图

经分析该件成形工序安排如下：落料、拉深——成形——切边。

由于零件材料较厚，且形状复杂，取单边修边余量δ＝ 2.5mm 。落料尺寸由久里金法则按等面积法计算为?ⅵ? 125mm 。

拉深工序半成品 ( 如图 2 所示 ) 形状和尺寸的确定应为下一步成形工序的变形创造有利的条件。其中凸缘直径可直接拉深到工件切边前尺寸，使成形时不再参与变形；筒壁内径稍大于工件内径?ⅵ? 64 ，便于中间毛坯在成形下模上的定位和安装；筒壁高度稍低于工件高度；在保证拉深工艺顺利进行的前提下，凸缘圆角半径取最小值 R6.5 。成形毛坯的底部设计为球形，这是因为是球壳具有良好的刚性和稳定性，当成形上模压入球壳后，该部分材料可对受压的筒壁施以向外辐射的径向力，有利于筒壁受压先行失稳，从而成形筒壁各部分尺寸；再则球壳可为成形工序筒底的反拉深提供材料储备，使筒壁和凸缘的材料不必再向里流入进行补充。

图 2 成形毛坯的形状和尺寸

三、零件成形过程

零件变形过程和模具主要工作部分如图 3 所示。

图 3 成形过程
1. 上凹模 2. 上凸凹模 3. 下凸模 4. 下凸凹模

(1) 由成形下凸凹模 4 外径定位，安装中间毛坯 ( 图 3a) 。

(2) 上模下行，上凸凹模 2 首先压入球顶，球壳高度减小，曲率半径增大，材料均匀地向外辐射转移，使筒壁上端向外膨出，此时承压的筒壁因受向外的径向力先行失稳弯曲 ( 图 3b) 。

(3) 上模继续下行，当毛坯侧壁逐渐接触上凹模 1 的内壁时，由于上凹模内壁及毛坯凸缘的阻碍作用，接触点以下筒壁材料不再向外流动，上凸凹模 2 以外的材料产生回流，以满足下凸模 3 与上凸凹模 2 反拉深成形的需要 ( 图 3c) 。

(4) 随着上模下行，上模与下模压靠，底部正、反拉深结束，完成零件上下平面的整形 ( 图 3d) 。

四、结论

利用筒形毛坯压缩失稳变形的方法成形筒壁内凹的回转体零件是一种简便可行的先进工艺方法，所使用的模具结构简单，寿命长，制造维修方便。

参考文献

1 王孝培 . 冲压设计资料 . 北京：机械工业出版社， 1984.