罐體封頭沖壓模具的技術改造

張偉豪

（廣東永強奧林寶國際消防汽車有限公司，廣東東莞 523407）

0 引言

封頭在罐類車上的需求量很大，隨著社會生產力水平的提高，不同外觀的罐體結構造型要求使得封頭的外觀也呈現多樣化；相對于常規的罐體圓形封頭，異形封頭的制作相對復雜，目前生產中較多采用模具和壓力水沖壓的方式實現其凸起部位的造型[1]。

原有的封頭沖壓模具在初期的技術環境下是比較先進的，但隨著生產技術水平的不斷提高，原有技術逐漸暴露出問題：（1）壓力需求大；（2）對耐高壓夾布橡膠密封墊的性能要求高、損耗快；（3）模具壓緊封頭毛坯工件邊緣的面積較大、原材料浪費較大；（4）為了避免在高壓力作用下模具發生變形后出現工件非預期位移，只能將模具做得厚實笨重，導致裝卸、搬運、儲存、維護等各項操作都比較困難[2]。本文針對原有的封頭沖壓模具壓力需求大及其各種負面影響，研究罐體封頭沖壓模具的技術改造過程，并實質性解決上述問題。

1 原有封頭沖壓模具技術

原有的封頭沖壓模具有2 種：分體式（上模加強圈與上模釘狀板分離，如圖1所示）和整體式（上模加強圈與釘狀板合為一體），均由上模加強圈、釘狀板、耐高壓夾布橡膠密封墊組成，借助液壓平臺和壓力注水完成封頭的沖壓成型。

不管是分體式還是整體式，沖壓模具結構本身并沒有實質性不同，這就決定了它們在沖壓壓力需求方面是一樣的；而高壓力帶來的弊端則非常突出：（1）高壓力必將要求配套高性能的密封件，也會導致價格昂貴的耐高壓夾布橡膠密封墊損耗過快，生產成本飆升；（2）在高壓力作用下，為了確保能夠壓緊工件，不得已增大模具與工件邊緣的接觸面積，因此間接導致工件原材料成本的上升（模具壓緊工件外圍邊緣部分在成品中將被作為廢料切除）；（3）為了應對高壓力，避免模具變形而壓不緊工件或壓力泄漏，因此對沖壓模具的剛度要求是極高的，這間接導致了模具本身的自重增加，作業人員頻繁吊裝、定位等勞動強度增大；（4）由于原有模具結構上的局限性，也導致安全隱患的出現（原有封頭沖壓模具沒有設置下模，單純依賴釘狀板上的防滑凸釘來壓緊工件），工件在沖壓過程中容易發生滑移走位，這在高壓環境下是相當危險的，曾經發生過由于工件走位，液壓平臺注入的高壓水在密封件邊緣爆出，發出巨大的爆破聲響的安全生產事故，所幸未造成其他損失。這也是必須對原有模具作改進設計的重要原因之一[3]。

圖1 原有的封頭沖壓模具示意圖（分體式）

2 改造過程

2.1 對原有封頭沖壓模具的技術改造

鑒于原有封頭沖壓模具的各個弊端，對其進行技術上的升級改造勢在必行，目的是提供一個壓力需求更低、運作更經濟、結構更合理、操作更安全的封頭沖壓模具，從而降低封頭沖壓模具的壓力需求，降低高壓密封墊片性能要求，縮減工件毛坯原材料用量，減輕模具自重以降低作業人員勞動強度，以及提升操作者作業安全等。

2.2 技術改造關鍵點

圖2 所示為技術改造前后的封頭沖壓模具關鍵結構比對，主要內容如下。

圖2 技術改造前后的封頭沖壓模具關鍵結構比對示意圖

（1）增加下模，使工件在沖壓時產生曲面結構，也使模具和工件的吊裝、對位更加準確、方便；

（2）帶防滑凸釘的釘狀板改良為上模壓環。從單一的靠釘狀板防滑凸釘壓緊工件邊緣的結構，改為利用工件在沖壓過程中產生的曲面結構來抵消絕大部分工件滑移趨勢產生的力，也更利于工件穩定定位（工件經過圖中1處的變形之后，形成一個“盆狀”的下陷結構，工件凹陷并坐落在下模中，此時，工件在各個方向上都是穩定的，保證了工件在沖壓過程中的持續準確定位）；同時，改善上模壓環的受力狀況（原模具釘狀板上的凸釘是為了增大工件壓緊時的摩擦力，避免工件滑向水壓方向；在新模具中，此時的盆狀工件周邊與下模內圈接觸，已經抵消了絕大部分工件滑移趨勢產生的力；當液壓平臺注水加壓使工件產生2處的凸起變形時，上模壓環承受的剪切力實際上已經大大減少）。以量產的某型號罐類運輸車的罐體封頭沖壓為例，使用原模具沖壓封頭時，液壓平臺主油缸壓力需要至少提供25 MPa的壓力才能確保安全作業，而新模具僅需要提供16 MPa的壓力，即可完成同樣的動作，壓力需求下降約1/3。另一方面，由于新模具結構上的不同，工件壓緊效果顯著提升；而壓緊工件時所需的原材料外邊緣則向里縮減，工件毛坯在激光切割排版下料時，可以更加靈活地布置。同樣以上述型號罐類運輸車的罐體封頭沖壓為例，下料面積較舊模具減少13%；單位面積鈑金原材料的利用率也明顯上升。

2.3 具體實施方法

技術改造后的封頭沖壓模具由上模與下模兩個關鍵總成組成，沖壓過程：準備液壓平臺，并清理雜質、油污；清理下模雜質、油污，吊裝下模到液壓平臺并定位；平整鋪設3 mm橡膠板密封墊片，并保證平整無皺褶；吊放工件毛坯并調整對位；吊放上模，并調整對位定位孔定位銷；調整液壓缸伸縮缸頭，預壓緊工件毛坯上表面，再次確認對位準確；持續壓緊工件上表面確定工件無走位，直至工件下表面與3 mm橡膠板密封墊片壓緊（工件形成“盆狀”下陷結構），并保持液壓缸壓力；液壓平臺注水加壓，并將工件沖壓至指定高度后保壓；工件成型后，壓力水卸壓、液壓缸卸壓，即可卸模取件[4]。

3 技術改造

3.1 新老技術的工藝流程比對

原模具沖壓工藝流程：（1）鋪設12 mm 厚的耐高壓夾布橡膠密封墊；（2）吊放工件毛坯并調整對位；（3）吊放上模（或釘狀板+上模加強圈）并調整對位；（4）調整液壓缸伸縮缸頭，預壓緊工件毛坯，再次確認對位；（5）液壓缸加壓至指定壓力；（6）液壓平臺注水加壓，并沖壓至指定高度；（7）工件成型，壓力水卸壓、液壓缸卸壓；（8）卸模取件[6]。

新模具沖壓工藝流程：（1）鋪設下模并調整對位；（2）鋪設普通的3 mm橡膠板密封墊片；（3）吊放工件毛坯并調整對位；（4）吊放上模并調整對位定位孔定位銷；（5）調整液壓缸伸縮缸頭，預壓緊工件毛坯上表面，再次確認對位準確；（6）持續壓緊工件上表面確定工件無走位，直至工件下表面與3 mm 橡膠板密封墊片壓緊，并保持液壓缸壓力；（7）液壓平臺注水加壓，并沖壓至指定高度；（8）工件成型，壓力水卸壓、液壓缸卸壓；（9）卸模取件。

3.2 改造效果

該封頭沖壓模具主要從模具的關鍵結構上著手作改進設計，使封頭沖壓時所需的工作壓力大幅降低；降低了對密封墊片性能的要求（采用低成本普通橡膠板替代耐高壓夾布橡膠密封墊，后者成本是前者十幾倍）；減少了模具壓緊工件時所需的邊緣面積，降低了工件原材料成本；實現模具本身的輕量化；吊裝、更換模具時的勞動強度減小，同時也減少了工人在高壓環境下的操作安全隱患。

采用新模具沖壓的封頭，成型后完全可以達到舊模具的加工效果，外觀協調勻稱，凸起部位塑性變形均勻一致，封頭周邊圓滑過渡、無拉傷裂紋、凹坑等不良，而且質量較舊模具更為穩定[5]。

4 結束語

社會的綜合生產能力水平總是在不斷提高，各項生產技術水平也總是跟隨人們生產生活水平的提高而在不斷提升，任何事物經過一定階段的實踐和發展之后，總會有可以提升的空間，罐體封頭沖壓模具技術的發展也遵循這一規律。本研究結果表明，在改進罐體封頭沖壓模具的關鍵結構后，使封頭沖壓時所需的壓力大幅下降，進而降低密封件成本、原材料成本，產生了可觀的綜合經濟效益；在降低操作者勞動強度及高壓環境下的操作安全隱患等方面具有積極的社會效益。該技術改造目前已獲實用新型專利（專利號ZL201822245300.2）， 同案申報的發明專利（申請號201811613218.9）正在審核中。當然，罐體封頭沖壓模具技術的研究并未因此而止步，在不斷的生產實踐和數據累積中，該項研究工作必將發展得更加成熟和完善，為行業進步奠定基礎。