側(cè)壁帶矩形孔圓筒形件拉深工藝研究＊

肖小亭，劉 丹，廖毅娟，陳 登

（1.廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.廣州華冠精沖零件有限公司，廣東 廣州 510420）

側(cè)壁帶矩形孔圓筒形件拉深工藝研究＊

肖小亭1，劉 丹1，廖毅娟1，陳 登2

（1.廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.廣州華冠精沖零件有限公司，廣東 廣州 510420）

本文針對(duì)側(cè)壁帶矩形孔圓筒形件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出采取先沖孔后拉深成形的工藝方案.借助于計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)研究，比較了預(yù)沖孔的形狀、大小對(duì)拉深成形的影響程度.結(jié)果顯示：與不帶側(cè)孔的相同尺寸的圓筒形零件拉深相比.只要預(yù)制孔的形狀合理，帶側(cè)孔一次拉深不但可以使拉深成形后側(cè)壁孔的形狀尺寸滿足要求，而且能節(jié)省工序、獲得更大的拉深高度，實(shí)現(xiàn)低碳成形目的.

側(cè)壁帶孔筒形件；拉深工藝；低碳成形

由于實(shí)際需要，許多薄壁筒形零件的側(cè)壁上需要開(kāi)設(shè)一些孔.圖1所示零件，有的側(cè)壁上為矩形孔（圖1a），有的為圓形孔（圖1 b，c，d），有的孔在側(cè)壁上均勻分布（圖1a，b，c），有的則非均勻分布（圖1 d）.然而，為了保證孔的形狀和尺寸，目前對(duì)側(cè)壁帶孔圓筒件的加工工藝均是采用落料拉深，然后再對(duì)筒形件進(jìn)行沖孔或通過(guò)機(jī)械加工等方法加工孔［1］.顯然，該方案具有工序多以及在拉深成形后的筒形零件上進(jìn)行沖孔的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足.

圖1 筒壁帶孔零件示意圖

根據(jù)沖壓工藝要求，如果在拉深前將孔沖制好再拉深，那么就容易將沖孔與拉深復(fù)合在一道工序中完成，既可以節(jié)省工裝，又可減少工序，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)低碳成形目的.誠(chéng)然，面臨的問(wèn)題是，拉深前沖制的孔在拉深時(shí)會(huì)由于拉深變形過(guò)程材料的流動(dòng)，導(dǎo)致孔的形狀和尺寸會(huì)發(fā)生變化.且因?yàn)椴煌目仔?、孔位以及孔的大小等都將?huì)引起金屬不同的流動(dòng)，很難統(tǒng)一描述.所以要將所有側(cè)壁帶孔的筒形件都這樣做，顯然是非常困難的.但是，在實(shí)踐中我們對(duì)一些分布均勻、孔型規(guī)則的矩形側(cè)壁孔，通過(guò)設(shè)計(jì)好預(yù)制孔形狀和尺寸，能夠滿足變形后筒形件的形狀尺寸要求.這樣就使這類零件的成形工序在一套模具中完成，對(duì)提高生產(chǎn)效率、提高成形零件的拉深變形程度，具有十分重要的意義［2］，也有利于實(shí)現(xiàn)低碳成形加工.

1 側(cè)壁帶孔拉深工藝分析

側(cè)壁帶矩形孔的筒形件如圖1（a）所示，由于拉深成形后其孔形和實(shí)體部分都是由平板上的扇形在拉深轉(zhuǎn)變而來(lái)的，其拉深過(guò)程坯料的變形特點(diǎn)如圖2所示.如在拉深前的平板毛坯上取出一個(gè)扇形部分（如圖2a），拉深后原平板毛坯凸緣A0B0C0D0部分逐漸轉(zhuǎn)化成圓筒形的側(cè)壁部分ABCD如圖2（b）所示.

圖2 拉深坯料的變形特點(diǎn)

帶孔拉深過(guò)程，孔以外的部分往模具里面拉深時(shí)，材料的變形性質(zhì)由原來(lái)的以周向受壓為主和徑向受拉的受力狀態(tài)發(fā)生了變化.一是徑向拉力的傳遞由原來(lái)平板坯料的均勻分布力成為多個(gè)集中力的傳遞模式.其次，當(dāng)周向孔與孔之間相隔距離不是太大時(shí)，即實(shí)體部分較窄時(shí)，實(shí)體部分的變形可視為單純的拉彎成形.而當(dāng)孔與孔之間的距離較大時(shí)，即實(shí)體部分較寬時(shí)，拉深時(shí)板料凸緣部分在拉彎過(guò)程仍會(huì)產(chǎn)生切向壓縮，但這種切向壓縮的作用相對(duì)整體拉深時(shí)要小很多［3］.

2 實(shí)例驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述方案的可行性，下面進(jìn)行數(shù)值模擬與拉深實(shí)驗(yàn).初始條件為：材料是08鋼，厚度為1 mm，材料的機(jī)械性能和拉深模具結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1和表2所示［5－6］.

表1 毛坯材料的機(jī)械性能參數(shù)

表2 拉深凸凹模主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同一拉深條件下，不帶預(yù)制孔的坯料拉深過(guò)程中出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象如圖3所示.圖3（a）和（b）的模擬結(jié)果表示在圓筒底部出現(xiàn)裂紋，圖3（c）表明實(shí)驗(yàn)拉深尚未完成工件就已被拉裂.而帶孔拉深情況如圖4所示，模擬圖和實(shí)物拉深都可以順利拉深成形，并獲得工件要求的形狀尺寸.以上說(shuō)明，在帶孔情況下進(jìn)行拉深成形時(shí)可獲得比不帶孔拉深一次成形的拉深比要大.所以，對(duì)于那些側(cè)壁帶孔零件設(shè)計(jì)合理的預(yù)制孔型，采取落料沖孔拉深復(fù)合不但可以減少工序，還可以提高拉深比，對(duì)于提高效率、降低成本具有重要意義.實(shí)現(xiàn)了低碳成形的目的.

圖3 不帶預(yù)制孔板料拉深模擬分析圖和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 帶預(yù)制孔板料拉深模擬分析圖和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

（1）用一定形狀、尺寸的扇形預(yù)制孔，拉深后可以形成要求的側(cè)壁矩形孔.因此，只要設(shè)計(jì)好預(yù)制孔的形狀和尺寸，就可以將落料、沖孔與拉深等工序合并為一套工序直接拉深出符合要求的側(cè)壁帶矩形孔的筒形件，實(shí)現(xiàn)該類零件的低碳成形.

（2）模擬和試驗(yàn)表明帶預(yù)制孔拉深的極限拉深比與不帶孔拉深的拉深比有所提高.

（3）本文僅以直壁筒形件為研究對(duì)象，討論了帶預(yù)制孔拉深方法的合理性，該方法還可以推廣應(yīng)用到其它形狀零件側(cè)表面帶孔的成形工藝中.

（4）在塑性加工過(guò)程中充分利用幾何形狀的特點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合成形工藝，可以大大減少工序和模具，是低碳成形的有效途徑.

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Study on the drawing process of cylindrical cup with rectangular holes

XIAO Xiao－ting1，LIU Dan1，LIAO Yi－juan1，CHEN Deng2
（1.Faculty of Material and Energy，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China；2.Guangzhou Huaguan Parts Co.Ltd.，Guangzhou 510420，China）

According to structure characteristics of cylindrical cup with rectangular holes，a process way that it takes first punching and then drawing is introduced in this paper.With the help of computer simulation and experimental research，the effects of pre－punched＇s shape and size on the sheet metal forming limits during drawing process were compared between the blank with prefabrication holes and that without hole.Result showed that the deep drawing of blank with prefabrication holes not only can get good shape and dimensions，but also save process and obtain greater drawing height，in comparison with blank without holes，and can achieve the goal of low－carbon forming purposes.

side walls with hole－shaped parts；deep drawing process；low－carbon forming

TG386.3＋2

A

1673－9981（2010）04－0546－03

2010－10－20

廣州市經(jīng)貿(mào)局企業(yè)技術(shù)改造項(xiàng)目 （編號(hào)：2008－35）

肖小亭（1957—），男，湖南湘潭人，教授，博士.