摘要：介紹了一種利用筒形毛坯壓縮失穩(wěn)變形成形筒壁內(nèi)凹回轉(zhuǎn)體零件的新方法。實踐證明，該方法所使用的模具結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、造價低，可以取得滿意的成形效果。
一、引言
在金屬板料塑性變形過程中，壓縮失穩(wěn)意味著該材料的內(nèi)應(yīng)力在板厚方向上已達(dá)到變形極限，繼續(xù)施力，材料將不能維持穩(wěn)定變形而產(chǎn)生彎曲或起皺，最終導(dǎo)致變形失敗。但對某些筒壁內(nèi)凹的回轉(zhuǎn)體零件，則可通過控制筒形毛坯直壁部分壓縮失穩(wěn)進(jìn)行成形。此類零件如用斜楔推動滑動式分瓣凹模成形，則模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。本文介紹了一種使用固定式簡單模具成形筒壁內(nèi)凹回轉(zhuǎn)體零件的工藝方法。
二、工序及中間毛坯形狀尺寸的確定
汽車前制動室活塞為一筒壁內(nèi)凹回轉(zhuǎn)體零件，其形狀和尺寸如圖 1 所示，材料 10 號鋼，厚度 3mm 。工作時該件凸緣與筒壁連接的內(nèi)凹圓角 R3 處套裝橡膠密封圈，與其配偶件制動室缸體內(nèi)壁相對運動以實現(xiàn)汽車制動功能。零件形狀和尺寸要求不甚嚴(yán)格。
圖 1 活塞零件圖
經(jīng)分析該件成形工序安排如下：落料、拉深——成形——切邊。
由于零件材料較厚，且形狀復(fù)雜，取單邊修邊余量δ＝ 2.5mm 。落料尺寸由久里金法則按等面積法計算為φ 125mm 。
拉深工序半成品 ( 如圖 2 所示 ) 形狀和尺寸的確定應(yīng)為下一步成形工序的變形創(chuàng)造有利的條件。其中凸緣直徑可直接拉深到工件切邊前尺寸，使成形時不再參與變形；筒壁內(nèi)徑稍大于工件內(nèi)徑φ 64 ，便于中間毛坯在成形下模上的定位和安裝；筒壁高度稍低于工件高度；在保證拉深工藝順利進(jìn)行的前提下，凸緣圓角半徑取最小值 R6.5 。成形毛坯的底部設(shè)計為球形，這是因為是球殼具有良好的剛性和穩(wěn)定性，當(dāng)成形上模壓入球殼后，該部分材料可對受壓的筒壁施以向外輻射的徑向力，有利于筒壁受壓先行失穩(wěn)，從而成形筒壁各部分尺寸；再則球殼可為成形工序筒底的反拉深提供材料儲備，使筒壁和凸緣的材料不必再向里流入進(jìn)行補(bǔ)充。
圖 2 成形毛坯的形狀和尺寸
三、零件成形過程
零件變形過程和模具主要工作部分如圖 3 所示。
圖 3 成形過程
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 外徑定位，安裝中間毛坯 ( 圖 3a) 。
(2) 上模下行，上凸凹模 2 首先壓入球頂，球殼高度減小，曲率半徑增大，材料均勻地向外輻射轉(zhuǎn)移，使筒壁上端向外膨出，此時承壓的筒壁因受向外的徑向力先行失穩(wěn)彎曲 ( 圖 3b) 。
(3) 上模繼續(xù)下行，當(dāng)毛坯側(cè)壁逐漸接觸上凹模 1 的內(nèi)壁時，由于上凹模內(nèi)壁及毛坯凸緣的阻礙作用，接觸點以下筒壁材料不再向外流動，上凸凹模 2 以外的材料產(chǎn)生回流，以滿足下凸模 3 與上凸凹模 2 反拉深成形的需要 ( 圖 3c) 。
(4) 隨著上模下行，上模與下模壓靠，底部正、反拉深結(jié)束，完成零件上下平面的整形 ( 圖 3d) 。
四、結(jié)論
利用筒形毛坯壓縮失穩(wěn)變形的方法成形筒壁內(nèi)凹的回轉(zhuǎn)體零件是一種簡便可行的先進(jìn)工藝方法，所使用的模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，制造維修方便。
