液壓控制的雙凸模拉深工藝與模具設計

張港 梁琛 吳國楠 艾琳璟

【摘 要】模具是工業生產的基礎工藝裝備，被稱為“工業之母”。拉深更是沖壓基本工序之一，受工件復雜程度及材料拉深性能等限制，復雜拉深件往往經過多道拉深工序才能完成。這樣既增加了模具制作成本，又降低了工件的定位精度。本文在分析復雜拉伸件工藝特點的基礎上設計出一種可以同時在一套模具的同一工位上完成兩次正拉深的模具結構，采用液壓系統進行控制。

【關鍵詞】拉深；工藝；模具

一、前言

拉深工藝作為沖壓基本工序之一，在整體模具行業內屬于應用最為廣泛的工藝之一。常見的小型復雜拉深件，需要多次拉深生產時，往往在一套多工序的級進模中完成。但市面上不乏一些大型拉深件的需求，常見的生產工藝往往是在多套單工序拉深模具中完成拉深，不僅工藝過程繁瑣，模具成本高昂，也大大降低了坯料在重新定位時的精度。對常見的幾種拉深工藝反復論證，本文將闡述一種結合液壓控制的雙凸模拉深工藝，可大大降低模具成本，提高工件尺寸精度。

二、拉深工藝特性

拉深的加工方法是將平板毛坯拉利用拉伸模拉深成各種開口的空心件，或將已經經過一次拉深的筒形毛坯拉伸成其他形狀空心件。拉深也成為拉延。其變形過程是：將坯料放置在具有間隙的凸凹模之間，隨凸模的下行平板坯料被拉入間隙中形成直壁，繼續拉深至毛坯全部進入凸凹模間隙拉深完成，坯料與凸模接觸的底面變成筒形件的底面。與沖裁工序相比，拉深模具不應有鋒利的刃口，應保證坯料順利的進入凸凹模間隙，凸凹模間隙理論應大于毛坯厚度。

后續拉深所用的坯料與首次不同，是筒形件而不是平面坯料，拉深時力學性能及毛坯壁厚都不均勻；拉深時所用材料的硬化及厚度增加都是沿著筒的高度方向，所以拉伸力在整個拉深過程中都在增加，直到拉深結束才降為零；后續拉深時，由于材料已經產生冷作硬化，加上零件發生復雜的拉深變形，所以他的極限拉深系數要比首次拉深大得多。

三、模具方案規劃

液壓控制的雙凸模拉深工藝與模具設計，包括上模部分、下模部分和液壓控制系統，上模部分包括有的組件有第一次拉深外凸模、第二次拉深內凸模、液壓缸體、彈簧、凸模固定板、行程撞塊，下模部分包括壓邊圈、固定板、第一次拉深凹模、第二次拉深凹模、下模座、導柱，液壓控制系統部分包括二位二通電磁換向閥、溢流閥、單向閥和油箱。與液壓缸一體的外凸模為管狀件，其可以再液壓缸內滑動，內凸模與缸體固定嵌于管狀外凸模內。模具下行時外凸模由液壓提供所鎖緊力以至于不會相對于缸體相對移動，第一次拉深完成時外凸模停止下行并充當壓邊圈提供第二次拉深的壓邊力。凸模上行時，彈簧為外凸模提供回程力，最終達到拉深前狀態。

四、模具結構設計

如附圖1所示，液壓控制的雙凸模拉深工藝與模具設計，包括上模部分、下模部分和液壓控制系統，上模部分包括有的組件有第一次拉深外凸模、第二次拉深內凸模、液壓缸體、彈簧、凸模固定板、行程撞塊，下模部分包括壓邊圈、固定板、第一次拉深凹模、第二次拉深凹模、下模座、導柱，液壓控制系統部分包括二位二通電磁換向閥、溢流閥、單向閥和油箱。具體操作可分為三個階段來完成。

開模階段：如附圖1所示，此時上模部分處于開模狀態，行程撞塊與二位二通電磁閥有一定距離，所以換向閥處于關閉狀態，液壓缸內油壓充沛使得外凸模處于鎖死狀態，與內凸一同形成第一次拉深凸模，準備第一次拉深。

第一次拉深階段：上模整體下行，外凸模與整體上模相對靜止，與內凸模一起準備第一次深，坯料在壓扁圈與第一次拉深凸模的作用下進入第一次拉深凹模中，當第一次拉深完成時行程撞塊觸發電磁閥，此刻液壓缸內的油通過二位二通換向閥回流，經溢流閥流入油箱。壓力減小，外凸模停止下行，充當壓邊圈準備第二次拉深階段。

第二次拉深階段：撞塊與換向閥保持接觸，使液壓缸內部的油通過溢流閥繼續回流油箱，使外凸模不再隨著上模組件繼續下行，但可以提供足夠的壓邊力，內凸模繼續下行，在小筒拉深凹模中完成第二次拉深。第二次拉深結束后，凸模上行，外凸模在彈簧的彈性回復作用下回復為拉深前的狀態，油箱中的油通過單向閥流回液壓缸內部，直到行程開關撞塊與電磁閥脫離接觸，電磁閥斷開，液壓缸內部的油重新回到封閉狀態，等待下一個拉深循環。

五、結語

（1）根據拉深工藝特性，分析其成形方法，同時，考慮到零件生產精度的提高以及制造成本的降低的基礎上，制定了優化的拉深工藝方案，由此設計了雙凸模拉深復合模。

（2）模具數量少，可減小零件制造周期、提高設備以及材料利用率，適合較大批量的生產，顯著提高生產效率，降低零件制造成本，有利于經濟效益的提高。

【參考文獻】

[1] 成虹.沖壓工藝與模具設計[M]. 北京： 機械工業出版社，2017.

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