導向器擋板的制造及其模具設計

廖振芝

摘要：導向器擋板屬于無凸緣的筒形正反拉深件，產品形狀特殊尺寸比較大，加工難點在于展開尺寸計算和拉深成形。經估算，產品屬于深拉深件，需2～3次拉深，中間涉及拉深起皺、拉深壁裂、拉深壓邊力不足、拉深發熱大損傷模具等一系列問題需要克服，該產品制造合格主要是模具設計合理，因此本文主要論述其模具設計。

關鍵詞：導向器擋板;模具設計;展開尺寸;拉深;壓邊;間隙

1? 產品工藝分析

導向器擋板產品（如圖1）加工需要經過以下主要工序（如圖2）。

該產品材料為奧氏體型不銹鋼1Cr18Ni9Ti，t0.8，拉伸性能良好，加工硬化高，拉深中回彈嚴重，凸緣區容易起皺。另外，奧氏體型不銹鋼的熱傳導性比較差，熱膨脹性大。不銹鋼的拉深力和壓邊力比軟鋼要大，模具的接觸壓力增大而產生大量的熱。并且，其熱傳導性是軟鋼的1/2：1/3，散熱性差，拉深中產生的大量熱使材料易發生軟化、破裂和起拉深積瘤，出現咬模問題。因此，在模具結構設計中應考慮以上問題，在容許范圍內，增大模具間隙。

第一次拉深成形中，其凸緣是第二次拉深成形R5的坯料，因此確定第一次拉深的凸緣尺寸應準確。見圖2②，“r”值影響第一次拉深，“r”值過小，拉深中會產生底裂等問題;“r”值過大，拉深中會產生起皺等問題。因此“r”值應確定合適的值。見圖1尺寸，估算展開尺寸d0為210，估算凸緣直徑df=157.1+10×2.7=202.1，考慮切邊余量及定位誤差等因素修正df=202.5，凸緣相對直徑=0.96，0.96<1.4，所以第一次拉深屬于窄凸緣拉深。

第二次拉深成形，主要成形R5，第二次拉深成形后，產品形狀如圖2③，產品定位和卸料是模具設計的重點。

2? 模具設計

2.1 展開坯料計算

rP≥（1.5～3）t，其中“t”為材料厚度，所以rP≥1.2～2.4。產品厚度t≤1時，取較小值;t>1時，取較大值。綜合材料性能，確定第一次拉深凸模rP=1.5，第二次拉深定位靠？準154及20°斜面定位，因此第二次拉深與第一次拉深凸模圓角相同。

拉深高度確定：

為保證圖2高度尺寸“29”，考慮車削加工余量留（0.5～1）mm及凸模圓角尺寸rP=1.5，確定最終拉深高度h2=29+1.5+1=31.5，如圖3所示。

為防止因定位誤差等多方面的原因影響產品質量，加大凸緣直徑。加大凸緣直徑，產品凸緣面不容易拉深起皺。為了防止拉深破裂，在第一次拉深中就獲得產品要求的凸緣直徑，第二次拉深，靠凸緣部分來變形成形，達到R5面無拉深痕跡的目的。根據實際生產經驗，估算凸緣直徑為？準202.5，第一次拉深圖樣如圖4。

第一次拉深為錐形拉深，（0.25～0.3）×175.1=43.775～52.53，31.5<43.775，所以第一次拉深屬于淺錐形拉深，淺錐形拉深比較容易，可以一次拉深成形。圖4可以近似為圖5所示進行展開尺寸計算。

2.2 拉深模的設計

2.2.1 確定拉深次數

2.2.2 確定拉深凹模、凸模的過渡半徑

第一次拉深凹模圓角rd1≥0.8，d0為展開尺寸？準237，dm為第一次拉深中徑？準154.8，即0.8=6.4，產品材料屬于拉伸性能比較好的材料，雖然rd1值大，有利于拉深力減小，但卻使壓邊力作用不到的面積增加，在拉深結束時，板坯的外邊緣離開了壓邊圈的約束后發生起皺，筒體也比較容易發生起皺。由于加工硬化后起皺的因素，會出現破裂的趨勢。綜合實際生產經驗，此類材料拉深時，凹模圓角一般取較小值，所拉深的產品側壁更直，并且產品拉深能保證不破裂，rd1=6.4×0.75=4.8，由于產品過渡圓角R5大于4.8，為了保證成形更容易，同時減少產品拉深次數，避免產品拉深破裂，結合實際經驗，修正rd1=5。

拉深凸模半徑，第一次拉深凸模半徑rp=（0.3～0.8）rd，rp=1.5～4，結合生產實際經驗，取rp=2。

2.2.3 拉深間隙

拉深模的凸模及凹模的單邊間隙c，間隙值應合理選取，c過小會增加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦傷產品表面和降低模具壽命;c過大，易使拉深件起皺，且影響產品精度。由于不銹鋼的熱擴散性差，而熱膨脹性是軟鋼的1.7倍。如果間隙過小的情況下，再由于本次加工的產品尺寸大，拉深中產生的熱量成倍增加，會使產品側壁膨脹并與凹模接觸，發生拉深損傷。所以對于不銹鋼拉深加工的關鍵是，應盡量減少熱量產生，模具間隙比軟鋼的大，通常在第一次拉深中?。?.2～1.3）t，在精整拉深中取1.05t。根據實際生產，取范圍內的小間隙產品的側壁更直，產品質量較高?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，本次第一次拉深間隙c=1.2t，即c=1.2×0.8=0.96，為降低模具制造精度提高產品拉深質量，取c=0.9。第二次拉深屬于精整拉深，c=1.05t=1.05×0.8=0.84，取c=0.8。

2.2.4 拉深模工作部分尺寸的確定

由于凸模尺寸大，產品緊緊貼合在凸模上時容易形成真空，導致產品取件困難。產品為奧氏體型不銹鋼，拉深中產生大量的熱。為解決以上問題，在凸模上應增加通氣孔尺寸。

第一次拉深凸模、凹模設計尺寸見圖7。

第二次拉深屬于精整拉深，模具制造精度δ應適當提高，間隙減小。第二次產品成形尺寸如圖8，尺寸計算如下：

第二次拉深凸模、凹模設計尺寸見圖9。

2.2.5 拉深壓邊、定位結構

第一次拉深屬于淺錐形、窄凸緣拉深，由于坯料變形程序小，凍結性能差，彈復變量較大。而本次制造的擋板精度要求比較高（IT9～IT10級），必須加大徑向拉應力，提高脹形成分，因此拉深中需要壓邊圈增大壓邊力。壓邊圈的壓力必須適當，如果過大，會使產品拉裂，壓力過低會使產品的邊壁或凸緣起皺。經估算壓邊力較大，可通過增加壓邊圈的深度降低壓邊力，如圖10，增加深度至0.9+0.1（產品厚度t=0.8），在模具調試中逐步磨削，直到合適的尺寸。

2.2.6 確定拉深模主要結構圖

由于產品卸料裝置需要在模具調試中調整，并且產品拉深行程為35mm以上，比較大，模具正裝結構更復雜，需要的壓力機行程不足，模具操作不方便等因素，所以第一次拉深模設計為倒裝結構，如圖11。

第二次拉深模具設計定位方式和卸料方式是重點。第二次拉深可以采用圖12的兩種定位形式：凸模定位，產品與凸模表面完全貼合接觸，定位準確，拉深開始階段，芯模先與產品接觸，起自動找正作用，拉深的產品同心度能很好保證，模具操作也比較方便;芯模定位，產品只有直面部分與芯模接觸，在拉深過程中產品容易移位，定位不準。因此第二次拉深定位采用凸模定位，模具圖如圖13。

參考文獻：

[1]張鼎承.沖模設計手冊.模具手冊之四[M].機械工業出版社，1988.

[2]趙孟棟.冷沖模設計[M].機械工業出版社，2009.

[3]肖祥芷，王孝培.中國模具工程大典（第4卷）——沖壓模具設計（精）[M].電子工業出版社，2007.

[4]田嘉生.沖模設計基礎[M].航空工業出版社，1994.

[5]空軍航空工程部工廠管理部編.《航空金屬材料》[M].空軍航空工程部工廠管理部.