拉深級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

施建浩　鄭　勇

摘要:本文在對(duì)拉深工藝作了簡(jiǎn)單的概述后,著重對(duì)拉深件工藝性、拉深工藝計(jì)算、拉深級(jí)進(jìn)模的料帶設(shè)計(jì)等方面的若干設(shè)計(jì)要點(diǎn)作了分析。

關(guān)鍵詞:拉深;級(jí)進(jìn)模;沖壓;料帶

拉深工藝是利用專用模具將平片毛坯制成開孔空心件的一種沖壓加工方法。它在電子、電器、儀表、汽車等工業(yè)部門及日常生活用品的生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。

由于拉深過程中材料塑形變形影響因素太多,故設(shè)計(jì)時(shí)要考慮許多因素,往往在試模時(shí)不能一次成形,還要經(jīng)過多次修模,才能達(dá)到理想的結(jié)果。而拉深級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)時(shí),級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及料帶送料順暢的要求,使得模具設(shè)計(jì)時(shí)有更多的考慮要點(diǎn)。因此,在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn),對(duì)拉深模的設(shè)計(jì)大有裨益。以下就拉深級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)作些分析。

1 拉深件工藝性分析

1.1 拉深件的材料

好的材料是成功的一半,對(duì)于拉深,萬萬不可忽視。用于拉深的材料一般要求具有較好的塑性、低的屈強(qiáng)比、大的板厚方向性系數(shù)和小的板平面方向性。目前,拉深用冷軋薄鋼板主要有08Al、08、08F、10、20號(hào)鋼,其中用量最大的是08號(hào)鋼,分為沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼,沸騰鋼價(jià)格低,表面質(zhì)量好,但偏析較嚴(yán)重,有"應(yīng)變時(shí)效"傾向,不適用于對(duì)沖壓性能要求高外觀要求較嚴(yán)格的零件,鎮(zhèn)靜鋼較好,性能均勻但價(jià)格較高,代表牌號(hào)為鋁鎮(zhèn)靜鋼08Al。

1.2 拉深件的精度要求

一般而言,拉深件在側(cè)壁處材料厚度無法做到等于料厚t, 其壁厚公差要求一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律,尺寸精度要求可達(dá)±0.05mm,在高度方向也可控制到±0.05mm。

1.3 拉深件的拉深系數(shù)要求

由于拉深級(jí)進(jìn)模的模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了在拉深過程中間無法加退火工序。如果其總拉深系數(shù)小于材料所允許的最小拉深系數(shù),那么制件就不具備級(jí)進(jìn)拉深工藝。另外,當(dāng)總拉深系數(shù)太小時(shí), 可考慮用脹形工藝來完成。

1.4 拉深件的拉深深度要求

如果拉深件深度太高,無法級(jí)進(jìn)拉深完成時(shí),可考慮先拉深后翻孔的工藝,看能否達(dá)到目的,此時(shí)產(chǎn)品側(cè)壁外觀不平整。

1.5 拉深件的結(jié)構(gòu)要求

拉深件凸緣及側(cè)壁的成形或者沖孔是否在級(jí)進(jìn)模中比較容易實(shí)現(xiàn)。例如,凸緣上沖孔太靠近拉深主體,很可能為了避開拉深主體而使刃口強(qiáng)度太弱;側(cè)壁上沖孔能否有效排屑等一系列因素均須考慮。此外,拉深件底部沖孔時(shí),其孔徑必須小于拉深直徑減去底部圓角;否則可考慮側(cè)切底工藝,將底部的圓角切除。

2 拉深工藝計(jì)算

2.1修邊余量的確定

平板毛坯在拉深過程中, 常因受到材料板平面方向性、模具幾何形狀等因素影響,導(dǎo)致拉深件口部或凸緣周邊不齊,以致拉深成形后需進(jìn)行修邊。為此,當(dāng)確定毛坯尺寸和形狀時(shí),首先要確定修邊余量。

2.2拉深件毛坯尺寸和形狀的確定

在不變薄拉深中,可以根據(jù)毛坯面積與拉深件面積相等的原則計(jì)算出坯料尺寸。但是,往往拉深件形狀比較復(fù)雜,有時(shí)還是變薄拉深,雖然現(xiàn)在許多三維軟件可進(jìn)行坯料計(jì)算,但其精確度不能100%達(dá)到要求。因此,拉深件毛坯尺寸必須在實(shí)際的試模中加以修正才能得到正確的數(shù)值,但理論計(jì)算必不可少,它可大致確定出毛坯的尺寸與形狀。

2.3拉深次數(shù)的確定

在確定必要的拉深工序數(shù)目時(shí),通常用拉深系數(shù)作為計(jì)算的依據(jù)。當(dāng)總拉深系數(shù) 小于此材料所能允許的最小拉深系數(shù)時(shí), 將無法連續(xù)拉深,中間必須通過退火工序。通常用推算法來確定拉深次數(shù)。

2.4各次拉深工序件尺寸的確定

工序件直徑尺寸的確定。確定拉深系數(shù)后,由表查得各次拉深的極限拉深系數(shù),適當(dāng)放大,并加以調(diào)整,其原則為: 和 。當(dāng)各次拉深的拉深系數(shù)調(diào)整確認(rèn)后,即可根據(jù)公式計(jì)算出各次工序件直徑尺寸。

工序件高度尺寸的確定。根據(jù)拉深前后表面積相等的原則,可以確定工序件高度尺寸。但是要注意,當(dāng)拉深最后一道工序時(shí),此時(shí)產(chǎn)品尺寸應(yīng)全部到位,故拉深高度就是產(chǎn)品高度。若有整形工序,拉深高度可以加0.2mm,以便下道工序的整形。

3 拉深模工作零件的設(shè)計(jì)

3.1 拉深間隙

拉深間隙一般為c=(1~1.1)t,即第一道拉深的1.1t到最后一次拉深的t,逐漸遞減。

3.2 凸、凹模圓角設(shè)計(jì)

在凹模圓角設(shè)計(jì),一般第一次拉深的

,后續(xù)各次拉深 ,凸模頭部圓角設(shè)計(jì)為。最后拉深、

整形時(shí),r凹=拉深件口部圓角,r凸=拉深件底部圓角。

為保證拉深件成形,有利于材料流動(dòng),往往將拉深凸模頭部做成一定的斜角。

4 拉深級(jí)進(jìn)模的料帶設(shè)計(jì)

料帶設(shè)計(jì)是級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一,在設(shè)計(jì)時(shí)一般要考慮以下因素:有利于拉深件成形,料帶剛性良好,送料順暢,在料寬與步距選定時(shí)盡量提高材料的利用率。

4.1 料帶的形式及其特點(diǎn)

常見的拉深級(jí)進(jìn)模料帶可分為無工藝切口料帶和有工藝切口料帶兩種。

兩種方式的主要區(qū)別在于有工藝切口料帶拉深時(shí)相鄰兩工序拉深件材料流動(dòng)影響較小;而無工藝切口料帶拉深時(shí)相鄰兩工序拉深件之間相互約束,材料流動(dòng)較困難,而且容易產(chǎn)生毛坯材料不夠等現(xiàn)象,特別是在模具維修時(shí)不方便。因此,在實(shí)際模具設(shè)計(jì)時(shí),有工藝切口料帶設(shè)計(jì)方案應(yīng)用更為廣泛。

4.2 料帶設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

連接拉深毛坯與兩側(cè)浮料定位搭邊的搭口必須有一定弧度,可隨拉深毛坯向中心流動(dòng)時(shí)而延伸。這樣才能保證浮料定位搭邊不致于被拉變形或者是搭口被拉斷,這樣才能使得后續(xù)各工位送料順暢,定位準(zhǔn)確;另外,為保證料帶的剛性,最好在兩側(cè)搭邊中間加一橫向搭口。

5 拉深級(jí)進(jìn)模的壓料與脫料設(shè)計(jì)

拉深模設(shè)計(jì)時(shí),必須從拉深工藝上充分考慮壓料與卸料的可靠性。如果壓料不充分,材料容易失穩(wěn)起皺。如果壓料過死,則不利于材料的流動(dòng),容易造成拉裂。同樣,如果卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不好,也容易造成卡料與帶料現(xiàn)象,無法保證送料順暢。

壓料裝置需考慮限位,使得拉深毛坯與壓料裝置間有0.02~0.05mm間隙,這樣既有利于材料的流動(dòng),又可避免材料的起皺。在下模應(yīng)設(shè)計(jì)頂料塊,避免產(chǎn)品卡死在凹模內(nèi)。另外,拉深后材料勢(shì)必會(huì)緊箍在拉深凸模上, 發(fā)生帶料現(xiàn)象,這是由于工序件與拉深凸模間形成真空,此時(shí)應(yīng)在拉深凸模上設(shè)計(jì)排氣孔。

6 拉深級(jí)進(jìn)模的定位設(shè)計(jì)

拉深級(jí)進(jìn)模料帶在模具中的定位設(shè)計(jì)與彎曲級(jí)進(jìn)模有很大的差異。拉深時(shí)由于材料的流動(dòng),搭口變形,因而無法再通過搭口上的定位孔對(duì)整條料帶定位。模具工位設(shè)計(jì)時(shí)通常在模具前段為拉深毛坯分離工位,可通過料帶上的定位孔定位;模具中間段為拉深工位,此時(shí)料帶上的定位孔功能已喪失,它們的定位是靠拉深外形自動(dòng)導(dǎo)入拉深凹模中來保證的;在模具后段為下料、彎曲等其他工位,為保證產(chǎn)品精度,必須以最后一次拉深的拉深體為基準(zhǔn)進(jìn)行定位。

針對(duì)模具后段定位,可以先以拉深件外形或內(nèi)形定位,在凸緣上沖出定位工藝孔,在后續(xù)工位中以凸緣上的工藝孔作為拉深件在模具中的定位。由于凸緣與拉深件位置相對(duì)固定,凸緣上定位工藝孔與拉深件在料帶定位功能上有等效作用。

7 結(jié)束語

設(shè)計(jì)是源頭,設(shè)計(jì)雖然只占模具成本的20%左右,卻決定了整個(gè)模具成本的70%~80%。我們?cè)O(shè)計(jì)人員不能完全依賴于設(shè)計(jì),在實(shí)際生產(chǎn)中要具體問題具體分析,根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行模具設(shè)計(jì)方案的調(diào)整也是必需的。

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作者簡(jiǎn)介:施建浩(1976-),男,江蘇張家港人,健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師,主要從事模具設(shè)計(jì)與制造方面的研究。

鄭勇(1961-),男,上海嘉定人,健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師,主要從事模具設(shè)計(jì)、機(jī)械自動(dòng)控制方面的研究。