超極限拉深模具工藝

文／陳志強·廈門市克成五金制品有限公司

冷沖壓拉深模具是利用金屬材料的塑形成形特性來拉深成形所需產(chǎn)品，每種材料都有極限拉深系數(shù)，模具工藝設(shè)計中若超過材料的極限拉深系數(shù)則會出現(xiàn)開裂，導致無法成形，必須增加工序。本文將與大家分享一種超極限拉深系數(shù)的模具工藝及結(jié)構(gòu)。

在冷沖壓拉深模具工藝設(shè)計前，先要設(shè)計產(chǎn)品的拉深工藝，即拉深工序分配，這必然要考慮材料的拉深系數(shù)。以不銹鋼材料為例，其首次極限拉深系數(shù)為0.5 ～0.52，若拉深系數(shù)小于0.5，理論上則是不能進行拉深成形的，材料在變形過程中會因超過塑形變形極限而破裂。

超極限拉深模具結(jié)構(gòu)介紹

本文介紹的模具是一種具有加熱和冷卻功能的拉深模具，其特點是可以將首次拉深系數(shù)取到0.5 以下，模具平面圖和結(jié)構(gòu)圖如圖1 和圖2 所示。

其工作原理是通過安裝在凸模墊板(20)上的進水管和出水管在凸模中形成冷卻水循環(huán)，(冷卻水來自于外部冷水機)使凸模在工作過程中始終保持模溫不升高，冷卻水溫度維持在5℃以下；同時，在凹模板(05)和壓料板(04)上安裝電熱管，對模具進行加熱，并使模具維持在一定的溫度下，通常做80 ～100℃。(電熱管通過控制電箱自動給模具加熱，安裝在凹模和托料板的熱電偶測量模具溫度，當模具溫度低于設(shè)定溫度時，電熱管自動通電加熱，加熱到設(shè)定溫度后自動斷電，反復循環(huán)工作。)這樣，材料在拉深變形過程中內(nèi)冷外熱，塑形變形能力大大提高，首次拉深系數(shù)突破原有材料極限拉深系數(shù)，可以做到0.46。從而減少拉深工序，提高生產(chǎn)效率。同時，采用此種拉深工藝后，凸模和凹模拉傷減少，模具拋光維修頻率降低，模具壽命也能提高2 倍以上。

超極限拉深模具技術(shù)要點

此種拉深模具在設(shè)計和制造過程中需要注意幾個技術(shù)細節(jié)：

⑴首先根據(jù)產(chǎn)品展開尺寸確定好料片尺寸，然后根據(jù)拉深系數(shù)確定拉深產(chǎn)品外徑尺寸和高度。

⑵拉深產(chǎn)品可根據(jù)產(chǎn)品需要預留法蘭邊或完全拉深為直身。

⑶若產(chǎn)品還有后工序拉深或整形，首次拉深時產(chǎn)品頭部設(shè)計為斜坡過渡，斜坡角度20°～30°為宜。

⑷拉深凸模頭部設(shè)計為空腔以存儲冷卻水，且特別要注意水路密封設(shè)計，采用普通密封墊片即可，但模具加工要注意密封件配合公差。進水和出水要形成流量差，可通過進出水孔徑差實現(xiàn)，亦可通過管路球閥調(diào)節(jié)。

⑸拉深凹模和壓料板要有足夠的厚度以保證模具強度，因為這兩塊模板上要加工放置加熱管的槽，加熱管槽不可與加熱管間隙太大，要保證加熱管與模具的接觸面積盡量大，提高能效利用率。

⑹壓料板和凹模之間設(shè)置壓料間隙限位裝置，確保壓料間隙均勻，壓料力平均分布于材料表面，通過調(diào)整機臺的壓邊力，使材料在拉深成形過程中受力均衡，順利成形。

⑺下模需要設(shè)置限位塊，防止壓料板下行超限壓壞進水管和出水管。

拉深工藝舉例

圖3 為我公司某產(chǎn)品的模擬圖（具體技術(shù)參數(shù)不便公布），具體工藝成形過程如下。

⑴第一步：產(chǎn)品分析。

材質(zhì)為SUS304，料厚1.0mm，計算展開直徑，確定料片尺寸。

⑵第二步：確定拉深工序。

通過拉深系數(shù)計算，確定拉深工序，需要三工序來完成拉深成形。

⑶第三步：確定工序尺寸。

通過等體積法計算，確定各個拉深工序的直徑及高度尺寸。

⑷第四步：排工序圖。

此產(chǎn)品完整的沖壓工序(圖4)為：落料→拉深一→拉深二→拉深三→整形→修邊沖孔。各工序成品見圖5。

⑸第五步：拉深模具設(shè)計。

生產(chǎn)應用中的工藝優(yōu)勢

減少拉深工序，提高模具壽命，這是此種模具工藝的基本優(yōu)勢。另外，從事模具沖壓工作的人都知道，拉傷是拉深生產(chǎn)中常見的問題，為解決產(chǎn)品和模具拉傷的問題，有對材料進行退火軟化處理的，也有對模具做表面涂層處理甚至是用鎢鋼模芯的，還有用高潤滑性拉深油的。凡此種種，都是在不同程度的增加生產(chǎn)成本。而此種拉深模具結(jié)構(gòu)，在節(jié)省拉深工序的同時，對模具材料、生產(chǎn)材料、潤滑油、甚至是模具表面拋光的要求都不再那么苛刻，即便是最不好拉深的不銹鋼材料，采用此種模具結(jié)構(gòu)，也能穩(wěn)定的生產(chǎn)。降低生產(chǎn)成本也是此種模具的又一大工藝優(yōu)勢。

目前，我公司已經(jīng)研究并掌握了此種模具工藝的結(jié)構(gòu)和各種參數(shù)設(shè)置，并成功應用到多款拉深產(chǎn)品的實際生產(chǎn)中。尤其在一些深拉深產(chǎn)品的生產(chǎn)中，此種工藝突顯出其優(yōu)越性。

圖6 是我公司研發(fā)并批量生產(chǎn)的幾款拉深件產(chǎn)品。

結(jié)束語

工業(yè)化的大發(fā)展要求我們這些從事制造業(yè)的人員不斷去探究新的生產(chǎn)工藝，一些新材料和新技術(shù)的開發(fā)應用為制造業(yè)的生產(chǎn)提供了很大支持。從傳統(tǒng)的人工作業(yè)到現(xiàn)代化的機器人作業(yè)，制造業(yè)每時每刻都在突破和進步。工業(yè)是國家的根本，制造業(yè)是工業(yè)的根本，真心希望中國的制造業(yè)在我們這一代人手里做精、做強。期待與各位專家、前輩、同行探討和交流，分享我們的技術(shù)和經(jīng)驗，提升我們的制造能力。