復(fù)雜薄板罩子成形工藝優(yōu)化

摘 要：針對某隔熱外罩零件生產(chǎn)中存在的拉深成形時(shí)嚴(yán)重起皺、破裂及成形效率低下的問題。采取三項(xiàng)措施：第一，對拉深中間毛坯進(jìn)行優(yōu)化，增加工藝補(bǔ)充面，增加漲形變形程度；第二，設(shè)計(jì)帶限位塊的拉深模具，實(shí)現(xiàn)定間隙拉深，增大成形極限，減小拉裂的傾向；第三，局部設(shè)置拉深筋來調(diào)整成形時(shí)走料的不均勻性，減少成形皺褶。最終，綜合應(yīng)用以上三項(xiàng)措施，解決了成形起皺、破裂等問題，成功地成形出了完全符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求的零件，成形合格率達(dá)到100%，成形效率提高30倍。

關(guān)鍵詞：拉深成形；定間隙成形；工藝性；工藝補(bǔ)充面；拉深筋

引言

某隔熱罩零件為某發(fā)動(dòng)機(jī)加力筒體作動(dòng)筒隔熱保護(hù)外罩，其設(shè)計(jì)形狀復(fù)雜，材料為1Cr18Ni9Ti帶材，技術(shù)條件為GB/T4239-1991，材料厚度為0.5mm，設(shè)計(jì)技術(shù)條件允許在拉深后局部料厚減小到0.35mm。目前，成形此種復(fù)雜成形件的工藝為在普通萬能單動(dòng)液壓機(jī)上，利用反拉深模具進(jìn)行成形。但是零件的成形狀況很差：一是生產(chǎn)效率很低，在拉深成形時(shí)需要鈑金工配合，一邊拉深成形一邊對零件的局部起皺部位進(jìn)行錘擊校平消除皺褶；二是零件成形合格率很低，由于成形出現(xiàn)死皺褶或拉裂造成零件大量報(bào)廢，能達(dá)到臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)件表面狀態(tài)的零件也不到50%；三是零件外觀和表面質(zhì)量很差，零件表面存在一些無法完全消除的皺褶。此類零件的生產(chǎn)已經(jīng)成為制約發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸之一。

1 零件拉深工藝分析

隔熱罩零件三面開口，而且各部位成形程度有很大的不同，其成形中同時(shí)存在拉深、漲形和彎曲三種變形方式，屬于多種成形方式的復(fù)合。按照拉深類型分析屬于淺覆蓋型拉深件，其拉深變形特點(diǎn)為：拉深中從壓邊面下獲得少量的補(bǔ)充材料，工件本體的拉深成形主要靠自身材料的延伸（即漲形）；拉深變形的主要失效形式是破裂和起皺[1]。由于在拉深時(shí)毛坯的變形甚為復(fù)雜，各處應(yīng)力很不均勻，因此，不能按一般拉深系數(shù)來判斷和計(jì)算其拉深次數(shù)和拉深可能性。在單動(dòng)液壓機(jī)上拉深復(fù)雜覆蓋件，一般需要局部設(shè)拉深筋來加大進(jìn)料阻力，靠拉深筋的合理布排來改善毛坯在壓邊圈下的流動(dòng)條件，使各區(qū)段材料流動(dòng)趨于均勻，才能有效地防止起皺[2-3]。

某隔熱外罩零件中間深度較大，需要同時(shí)進(jìn)行毛坯中間部分的脹形和四周法蘭邊向里收縮的拉深變形才可能沖壓成形成功。對于這類零件最常用的拉深方法，是帶拉深筋的拉深模具。由于徑向拉應(yīng)力沿毛坯周邊的分布是不均勻的，在拉深變形小，因而徑向拉應(yīng)力也小的直邊部分，徑向拉應(yīng)力的數(shù)值不足以引起毛坯的中間部分產(chǎn)生足夠的脹形變形，所以在切向壓應(yīng)力的作用下就有可能失穩(wěn)起皺，破壞了進(jìn)行正常成形的條件。因此，在這類零件拉深時(shí)，必需采取有效的措施，使沿毛坯全部周邊都產(chǎn)生接近均勻而數(shù)量又足以引起毛坯的中間部分在各個(gè)方向上都產(chǎn)生比較均勻的、足夠大的脹形所需要的徑向拉應(yīng)力。能夠保證得到比較均勻的或符合需要的徑向拉應(yīng)力的有效措施，是采用在直壁部分布置拉深筋的方法。

布置拉深筋時(shí)，也還要注意到不對稱零件的平衡問題。當(dāng)零件的變形不對稱時(shí)，徑向拉應(yīng)力的分布也是不對稱的。所以在拉深過程中變形大，因而需要較大徑向拉應(yīng)力的部分毛坯可能不產(chǎn)生變形，也不向凹模內(nèi)移動(dòng)，而變形小因而需要較小徑向拉應(yīng)力的部分毛坯，則比較容易地被拉入凹模。這樣就會(huì)形成不均勻單向進(jìn)料的拉偏現(xiàn)象，破壞成形的正常進(jìn)行。這時(shí)，可以在容易拉入凹模的部位設(shè)置拉深筋，以使零件周邊作用的徑向拉應(yīng)力達(dá)到平衡[4-5]。

從以上分析得到，隔熱外罩零件屬于非旋轉(zhuǎn)體的覆蓋型拉深件，成形此類零件一般采用局部帶拉深筋的普通拉深模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉深成形，拉深模具的設(shè)計(jì)應(yīng)從增大脹形部分，平衡各部位拉深狀態(tài)，加大成形極限等方面考慮。

2 零件拉深毛坯的工藝優(yōu)化

為了達(dá)到減少其彎曲變形比例，增大脹形變形成份的目的，需要對零件的拉深毛坯進(jìn)行一定的工藝處理。為了彌補(bǔ)工件在成形中存在的缺陷，在工件本體部分以外，另增加必要的材料，形成一些必要的工藝補(bǔ)充面。此隔熱罩零件三面開口，作者在零件的3處開口處相應(yīng)地增加了3個(gè)工藝補(bǔ)充面，即工藝補(bǔ)充面1、工藝補(bǔ)充面2和工藝補(bǔ)充面3，將零件的三處開口處通過工藝處理使其封閉，成為全封閉的拉深件。同時(shí)將幾處較小的轉(zhuǎn)接R處理為較大而且比較均勻的轉(zhuǎn)接R，減小拉裂傾向。通過工藝處理，零件拉深毛坯優(yōu)化處理成為漲形變形占較大比例的不規(guī)則形的“曲面形狀的盒形拉深件”。

3 拉深成形模具優(yōu)化

基于隔熱罩零件的工藝處理后，即增加工藝補(bǔ)充面的拉深毛坯，利用РУS 4000KN普通四柱單動(dòng)萬能液壓機(jī)，用其下油缸作為壓邊力的動(dòng)力源。拉深模具的設(shè)計(jì)從增大拉深成形時(shí)的脹形變形成份，盡量平衡各部位拉深狀態(tài)，加大成形極限等方面考慮。拉深模具主要采取了兩項(xiàng)改進(jìn)措施：第一設(shè)計(jì)增加了6個(gè)控制料厚限位塊，來保證成形時(shí)材料由傳力區(qū)順利進(jìn)入變形區(qū)，減小拉裂的傾向，一定程度上增大了成形極限；第二設(shè)計(jì)局部設(shè)置活動(dòng)拉深筋來調(diào)整成形時(shí)走料的不均勻性，進(jìn)一步增大成形極限，減小拉裂傾向，消除拉深皺褶。該模具由上、下模兩大部分組成，上模由凹模、導(dǎo)套和上模板等組成，凹模上開有排氣孔，便于成形后卸載時(shí)取下零件。下模部分主要有凸模、壓邊圈、限位墊塊、導(dǎo)柱、下模板等組成。在凹模與壓邊圈上局部設(shè)置了拉深筋，以便盡量創(chuàng)造接近均勻的拉應(yīng)力，使材料脹形部分均勻，消除起皺問題。

4 試驗(yàn)情況

4.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用材料為軟化退火狀態(tài)的0.5mm厚的1Cr18Ni9Ti帶材，采購訂貨技術(shù)條件為GB/T4239-1991，與零件實(shí)際用材料完全相同。

4.2 試驗(yàn)用設(shè)備

拉深成形試驗(yàn)用設(shè)備為正式零件生產(chǎn)使用的4000KN普通單動(dòng)四柱液壓機(jī)，型號(hào)為：“РУS”，頂出筒公稱壓力為600Kg/dm2。

4.3 拉深成形試驗(yàn)方法

分別對改進(jìn)某薄板復(fù)雜罩子零件成形狀況的措施：零件毛坯增加三處工藝補(bǔ)充面，優(yōu)化了零件的成形狀況；模具增加了6個(gè)限制料厚的限位塊；針對性地布置了間斷的拉伸筋（活動(dòng)），三個(gè)單項(xiàng)措施隊(duì)某薄板復(fù)雜罩子零件分別進(jìn)行了拉深成形試驗(yàn)。通過試驗(yàn)，分別研究三種改進(jìn)措施對某薄板復(fù)雜罩子零件拉深成形的改善情況。

5 結(jié)束語

通過研究、試驗(yàn)，得到主要結(jié)論如下：

（1）通過對拉深零件中間毛坯優(yōu)化處理，即在三處開口處增加了三處工藝補(bǔ)充面，能夠有效地改善某薄板復(fù)雜罩子零件的成形狀態(tài)，能夠改善某薄板復(fù)雜罩子零件拉深成形起皺形貌，減少皺褶的數(shù)量。

（2）通過在拉深模具的壓邊圈和凹模之間增加限制料厚的限位塊，能夠有效地改善某薄板復(fù)雜罩子零件拉深成形時(shí)材料的流動(dòng)，對于減少某薄板復(fù)雜罩子零件拉深成形局部材料減薄、破裂作用明顯。

（3）按照零件的形狀特點(diǎn)，針對性地在拉深模具的壓邊圈和凹模上局部設(shè)置拉深筋，能夠有效地改善某薄板復(fù)雜罩子零件拉深成形中的材料流動(dòng)分布和成形應(yīng)力狀態(tài)分布，對于消除拉深成形皺褶作用明顯。

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