采用恒定壓邊力解決不銹鋼拉深起皺問題

李 震，張松奇

（鶴壁汽車工程職業學院，河南 鶴壁 458030）

0 引言

不銹鋼產品以其精美的外表、優良的抗腐蝕性、抗高溫氧化性及高低溫強度而頗得人們的青睞，愈來愈廣泛地應用于裝飾、輕工、民用五金、廚房設備及用具等行業。但該產品外觀質量要求較高，對模具結構和拉深工藝都提出了很高的要求。在拉深成形中，起皺是最常見的問題。起皺不但影響了產品外觀，還會引起產品拉裂，造成廢品。在模具設計和生產實踐中，人們常采用液壓壓邊裝置提供的恒定壓邊力來解決由于壓邊力不適當而產生的起皺問題。

1 拉深成形分析

在拉深成形加工中，材料變形一般遵循體積相等和形狀相似兩個原則，常見的不變薄拉深中，一般遵循面積相等和形狀相似原則。

在拉深成形加工中，金屬材料的各部分由于受力方向和狀態不同，會產生不同的變形效果，如圖1 所示。

通過拉深變形分析和實踐，證明拉深成形中經常遇到的加工問題是起皺、拉裂和凸耳（暫不述），拉深起皺和拉裂現象見圖2 。一般情況下，拉深的主要破壞形式是拉裂，但起皺和拉裂是相關聯的，起皺問題解決不好，將直接導致制品拉裂。

2 解決拉深起皺的常用方法

拉深起皺常用的解決辦法是采用壓邊裝置，常用的壓邊裝置主要有剛性壓邊圈和彈性壓邊圈，但不管采用那種壓邊結構，壓邊力的大小對沖壓質量都有較大影響。對于一般材料，要求壓邊裝置在拉深過程中提供的壓邊力變化曲線要符合一定的變化規律，在拉深初期，即拉深進程達到15%左右時，壓邊力應達到最大值，以后逐漸降低到最小值，但這只是理論上的要求，在實際生產和模具設計中很難達到。圖3 為不同壓邊形式的壓邊力變化曲線。

圖1 拉深變形分析

圖2 拉深起皺和拉裂

最常用的是橡膠和彈簧形式的彈性壓邊裝置，壓邊力隨著拉深進程的變化不斷增大（見圖3 （b）），開始時壓邊力不夠大，易產生起皺，而越到拉深的后程，材料變形越大，壓邊力越大，材料流動性越差，凸模圓角區材料補充不足，變薄加劇，容易造成拉裂。因此，常用的彈性壓邊裝置不符合拉深變形對壓邊力的要求，對于表面光潔度要求較高的不銹鋼等拉深零件更不適合。

采用簡單的剛性壓邊圈時，力在拉深過程中基本保持恒定，更接近理想的曲線，但是，常用的剛性壓邊圈壓邊力大小是靠壓板與拉深件凸緣表面間隙和鎖緊螺釘來調節，調節起來很不方便，而常用的拉深設備——壓力機一般均有液壓裝置，采用液壓形式的壓邊裝置，通過液壓缸能較準確地調節壓邊力大小，保持 壓邊力恒定，其達到更好的壓邊效果。

圖3 不同壓邊形式的壓邊力變化曲線

3 模具結構設計

本文以圓筒形拉深件為例來說明采用液壓壓邊力的模具結構設計。

3.1 零件分析

圖4 為圓筒形零件的零件圖，其材料為1Cr18Ni9Ti，厚度為1mm。該零件表面質量要求很高，不允許有皺紋出現。

圖4 圓筒形拉深零件

3.2 模具結構設計

根據零件的加工要求進行模具的結構設計，主要考慮壓邊問題。由于制件為要求較高的不銹鋼制品，故借用壓力機上的液壓機構設計具有恒定壓邊力的壓邊裝置，既可以使模具更簡單實用，也可滿足成形所需要的壓邊力要求。設計的模具結構如圖5 所示。

3.3 模具的工作過程

拉深工件時，壓力機滑塊下移，凹模隨之向下運動，當凹模與壓邊圈接觸時，壓邊圈迫于推桿和頂出缸活塞桿的作用產生壓邊力，使凹模與壓邊圈緊緊壓住板料；當凹模繼續向下運動時，一方面凸模使板料拉深變形，另一方面壓邊力始終以恒定的壓力壓住板料的凸緣處，防止板料起皺，控制流動阻力，同時又使板料沿壓緊面滑動，使拉深工作順利進行；當壓邊圈導向套下平面接觸限位裝置時，工件拉深深度達到要求，凹模停止向下運動，拉深結束，繼而滑塊上移，凹模便與壓邊圈分開，工件由卸料裝置彈出，同時，凸模在推桿及頂出缸作用下回到初始位置，一個拉深工作循環完成。

由頂出缸回路的溢流閥控制回油壓力，通過試模調整好所需的壓邊力，在以后的工作中壓邊力會始終保持一定，如此便達到壓邊力恒定的目的。

圖5 模具結構簡圖

4 小結

通過實踐證明，該模具結構簡單緊湊，剛性好，效率高，操作方便，拉深件的質量完全符合要求，解決了拉深中由于壓邊力隨著拉深進程變化不理想而造成壓邊效果不好的問題。但應注意以下幾點：①推桿與頂出缸活塞桿的接觸面應以曲面接觸，以保證中心自動對正，防止偏移載荷；②凸模支撐桿應有足夠的強度和剛度，防止縱向變形影響壓邊圈的上、下滑動；③凹模與壓邊圈的材料最好選用MoV鑄鐵，這對拉深不銹鋼件尤為重要，實踐證明，該材料在防止工件拉傷、減小板料流動阻力等方面具有獨特的效果；④壓邊面應有足夠的接觸面，可通過研磨使其著色面積不小于80%。