三角錐形件拉深成形工藝及模具

張社就

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 520925）

0 引言

圖1所示為三角錐形件，該類型零件分為三角錐長(zhǎng)形件（如圖1（a）所示）和三角錐等邊形件（如圖1（b）所示）等兩種典型結(jié)構(gòu)，該零件主要作為箱體或家具包角類的用途，三角錐長(zhǎng)形件的成形難點(diǎn)：一是工件成形后一般不進(jìn)行切邊加工，因此要求展開(kāi)毛坯相當(dāng)準(zhǔn)確；二是三角錐形件能否一次成形，這主要取決于底角圓弧半徑R0的大小。本文對(duì)該兩種的成形工藝進(jìn)行分析歸納，以供讀者在設(shè)計(jì)三角錐形件模具時(shí)比較參考。

圖1 三角錐形件

1 三角錐形件成形工藝

典型的三角錐形件它是由三個(gè)相互垂直的等腰三角平面組成，如圖1（b）所示，相鄰兩平面夾角稱為邊角R，三個(gè)平面匯合處的圓角稱為底角R0，其拉深成形的工藝計(jì)算類似于盒形錐形件。三角錐拉深部位底角R0的大小一般應(yīng)小于4t。對(duì)于相對(duì)厚度t/D×100較小的零件，底角R0應(yīng)取大值，而邊角R只要不是太小，影響一般不大。

圖2為三角錐形件展開(kāi)毛坯的形狀，展開(kāi)毛坯直徑D與直邊高度l成正比[7]，計(jì)算如下：

圖2 三角錐形件毛坯圖

其中，l為三角邊長(zhǎng)度。

圖3所示為底圓角R0與相對(duì)厚度t/D×100的關(guān)系曲線[7]，用此圖線得出，材料厚度t與相對(duì)厚度t/D×100的交點(diǎn)為一次拉深成形允許的R0，否則需要修正R0值或需多次拉深成形。

圖3 R0與t/D×100的關(guān)系圖

2 三角錐長(zhǎng)形件展開(kāi)毛坯計(jì)算

三角錐長(zhǎng)形件是指有一對(duì)側(cè)面為三角形的錐形拉深零件，如圖1（a）可知，從零件在長(zhǎng)度方向的形狀是由兩平面彎曲而成，因此長(zhǎng)度方向?yàn)閺澢尚?，兩端為三角錐拉深成形，本零件R=R0=4 mm，以材料為08F為例。

由于零件是由彎曲和拉深組合而成，所以展開(kāi)毛坯的寬度應(yīng)由彎曲展開(kāi)求得，兩端的形狀由三角錐展開(kāi)求得，根據(jù)相對(duì)彎曲圓角半徑r/t=4/1.5=2.67＞0.5，按中性層展開(kāi)的原理，取中性層系數(shù)x=0.38，將相關(guān)參數(shù)代入毛坯長(zhǎng)度計(jì)算公式得，

根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)，畫(huà)出三角錐長(zhǎng)形件展開(kāi)毛坯形狀和尺寸如圖4所示。

圖4 三角錐長(zhǎng)形件展開(kāi)毛坯圖

3 三角錐形件展開(kāi)毛坯

三角錐形件如圖1（b）所示，其展開(kāi)毛坯是按材料面積相等的原則計(jì)算的，展開(kāi)圖的形狀如2所示。從內(nèi)切圓D的中心，向圖形的三個(gè)頂點(diǎn)做直線，把圖形分成三個(gè)相等的部分。每一部分的面積等于工件的一個(gè)側(cè)面，即一個(gè)等腰三角形。

（1）展開(kāi)毛坯計(jì)算及作圖法。展開(kāi)毛坯圖的形狀及尺寸可用以下方法求得。

①?gòu)墓ぜ?cè)面等腰三角形的頂（即底角R0處），向底邊作夾角相等的若干條射線，其長(zhǎng)度可用計(jì)算法或作圖法求出。

圖5 三角錐形件毛坯計(jì)算

②從展開(kāi)圖內(nèi)切圓中心（見(jiàn)圖5），向曲線一邊做數(shù)量相同的射線。由于工件一邊的夾角是90°，而展開(kāi)毛坯一邊的夾角是120°，故毛坯射線的夾角相應(yīng)加大。

③計(jì)算毛坯上所作的射線長(zhǎng)度是ρ＇，而工件上所作射線長(zhǎng)度為ρ。按展開(kāi)圖與工件上相當(dāng)一個(gè)夾角的面積相等，計(jì)算出：

④連接展開(kāi)圖射線末端各點(diǎn)，即得所需要的切線。從工件頂點(diǎn)引出的射線條線越多，展開(kāi)毛坯形狀越準(zhǔn)確，這對(duì)不需切邊的三角錐形件成形尤為重要。

（2）根據(jù)上述的方法，三角錐形件（圖1（b））展開(kāi)毛坯計(jì)算結(jié)果如下。

①底角R0校核

對(duì)照?qǐng)D3，t=1.5與t/D×100=3.05交點(diǎn)A，位于R0＜6 mm的區(qū)域，實(shí)際工件R0=4 mm，可以一次成形。

②展開(kāi)毛坯圖。為簡(jiǎn)化計(jì)算，從工件三角形頂點(diǎn)O和毛坯圖中點(diǎn)O＇分別作射線1、2、3、4、5、6。工件所作每二條射線的夾角為45°/5=9°，故各射線長(zhǎng)度分別為：

計(jì)算出ρ1'=24.50 mm，ρ2'=24.81 mm，ρ3'=25.77 mm，ρ4'=27.50 mm，ρ5'=30.29 mm，ρ6'=34.66 mm。

連接各射線末端，即得毛坯曲線圖，見(jiàn)圖5所示。

4 沖壓方案與模具結(jié)構(gòu)

三角錐形件的沖壓工藝方案。一般選擇工藝順序?yàn)槁淞?拉深成形，必要時(shí)可增加整形或切邊工序。三角錐形件拉深成形模具，一般均采用拉深兼整平的硬打結(jié)構(gòu)，所以凹模底座需要有較高的強(qiáng)度和硬度，以保證模具對(duì)沖件有足夠的沖壓力，模具結(jié)構(gòu)如圖6所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，本工藝方法在三角錐形件拉深模具設(shè)計(jì)中具有計(jì)算簡(jiǎn)單、尺寸準(zhǔn)確的特點(diǎn)，具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值，然而，要精確地計(jì)算三角錐形件拉深毛坯的尺寸是比較困難的，所以其毛坯根據(jù)計(jì)算尺寸先手工制作樣件，經(jīng)拉深成形試驗(yàn)和修正后才能做毛坯落料模具，這樣對(duì)毛坯的尺寸和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有更好的保障。

圖6 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖