不銹鋼封頭成形研究及模具設計

本文根據鐵路貨車不銹鋼封頭在實際生產中的成形、起皺、劃傷等慣性問題進行分析，并借助于JSTAMP-NV 有限元分析軟件模擬成形過程，基于有限元仿真結果，設計封頭拉深模具。選擇合適的模具材料和模具結構，通過生產驗證，工件成形尺寸合格，滿足生產使用。

封頭尺寸如圖1 所示，此封頭用于某鐵路貨車儲風缸，材質為T4003 不銹鋼，厚度為6mm，封頭與缸體進行組焊，要求成形后直徑差小于1mm。隨著對工藝質量的精益求精，尤其是在不銹鋼成形方面，在保證應有的工藝尺寸條件下，對表面質量提出了更高的要求，不銹鋼加工后表面不能出現劃傷、壓痕、拉毛等質量問題，所以在模具設計、鑲塊材質選擇、加工精度等方面需要認真分析確認。

封頭工藝分析

封頭為無凸緣結構，底部為球面，側壁為筒形，采用圓角過渡，其加工工序為：開卷裁料→剪切條料→模具落料→模具壓型→掃邊→修磨去毛刺。除壓型工序外，其余工序均為生產車間成熟工序，壓型工序需要重新設計模具。此封頭與一般儲風缸封頭相比，材質由Q235 鋼改為不銹鋼，材料變厚，表面質量要求更高。

封頭毛坯形狀為圓形，成形方式為拉深，在拉深過程中，材料很大部分在凸模下方，極易導致封頭圓形直壁部分在成形過程中起皺，而且起皺后很難消除。其次，封頭在成形過程中，板料變形使材料流動阻力增大，工件與模具之間產生較大的摩擦力。而此封頭材質為不銹鋼，有較強的粘滯性，成形后硬度顯著提高，材料與模具表面極易在某些點上由于壓力而粘連在一起。隨著成形的進行，加劇了模具磨損，工件表面也產生劃傷，從而影響模具壽命和工件表面質量。最后，考慮生產制造成本，模具結構應盡可能簡單、小巧、使用方便、操作簡單。

今年6月，商標評審委員會發布了一則商標無效宣告案：“夢子藍”、“夢之藍”一字之差，前者商標權被宣告無效！類似這一案例的一字之差商標還有很多，當下在農資市場一字之差的品牌也比比皆是，已經給企業敲響了保護知識產權的警鐘，特別是在同一個區域出現兩個或兩個以上僅一字之差的農資商標，更是擾亂了市場公平競爭秩序。由于消費者很難明辨這些相似商標，導致消費者盲目購買，不僅影響了農民正常消費，而且也給一些知名商標企業的市場和口碑帶來了沖擊。面對這一情況，企業該如何面對？近日，《中國農資》記者采訪了相關企業以及法律專家。

沖壓工藝方案計算分析

利用Pro/E 三維軟件對所需拉深凸模、拉深凹模進行模型建立。拉深凹模成形部位尺寸與工件外圓直徑相同，凹模圓角選擇3δ，即R18mm。拉深凹模與拉深凸模配合設計，根據一次拉深的單邊間隙Z=(1 ～1.1)δ，在實際生產中，通常板料厚度都小于名義尺寸，所以模具設計凸凹模單邊間隙直接取板料厚度6mm，設計拉深凸模。

工藝計算

⑵是否采用壓邊圈：采用現有落料模具落料此工件。落料工件展開尺寸D=

311mm，成形后直徑d=

248.5mm，相對厚度為(δ/D)×100 ≈1.93，在首次拉深中，當相對厚度在1.5 ～2 時，壓邊圈可用可不用，一般在1.7 以上可不用壓邊圈。

7.吃菌 菌是指真菌中能形成大型子實體或菌核并能食用的種類，有蘑菇、香菇、木耳、冬蟲夏草、靈芝、茯苓等，它們含有大量對人體有益的營養物質，有降血脂、降血壓、調節人體新陳代謝的作用，對高血壓、新腦血管病、肝硬變、糖尿病等有很好的預防和輔助治療作用，并可健肌膚、益容顏、提高免疫力、增進智力、改善視力，提高人體抗病能力。

⑴成形力計算：P=K×π×d×δ×σ

≈148 噸，根據計算及生產現場實際情況選擇315 噸油壓機。

為保證分析結果的準確，在仿真分析前需要做一些基本的準備工作，如建立CAD 模型、板料機械性能檢測。

村長的話未完，牛皮糖憤憤然起來。聽他們的屁話。他們是臭我的。雖然沒見到趙書記，但是他真托秘書跟我帶過話，說有事找政府。

仿真分析

我在鎮上讀初中的時候，母親心里就會充滿掛牽，每個周五下午，她總會守候在家門口，望著那條通往學校的崎嶇山路，盼望著她的兒子安全回家。

開孔鋼板連接件(perfobond strip connector，也稱為PBL連接件)是1987年，德國學者Leonhardt在解決委內瑞拉的卡羅尼第三大橋組合結構剪力連接件的疲勞問題時提出的一種新型剪力連接件[2].PBL連接件是通過開孔鋼板在混凝土板中形成的一系列混凝土榫、開孔鋼板和貫穿鋼筋共同承擔剪力.

在實際生產中，我們經常利用有限元軟件JSTAMP-NV 進行沖壓成形仿真分析，以此來模擬分析工件在成形過程中的成形趨勢、減薄率、板厚分布、破裂、回彈、翹曲等常見的沖壓數據及問題，分析結果直觀、準確，也能夠使模具結構、形狀得以在生產前進行優化，減少模具制造成本及調試周期。

之前生產過的類似封頭為4mm 厚的Q235 鋼，采用帶有壓邊結構的模具，并且由于拉深深度較大，模具設計的比較大，采用拉深凹模底邊與工件拉深后回彈量配合完成卸料。此次由于板料厚度、尺寸和材料調整，為了保證工件能夠順利成形以及模具設計，對工件進行必要的工藝計算和分析。

根據工藝計算，計劃設計采用無壓邊結構模具，但是為了更加可靠及防止后續模具結構更改造成制造周期延長及成本浪費，對此封頭成形進行仿真分析。

根據實測T4003 材料參數(表1)建立材料模型。在JSTAMP-NV 中設置好拉深凸模、拉深凹模與板料的位置關系，模具與板料的摩擦屬鋼-鋼，由于不銹鋼材質具有粘滯性，摩擦因數在無潤滑情況下μ=0.2，板料網格尺寸不大于0.7δ 為好，此次取2.8mm。應用JSTAMP-NV 對建立的有限元模型進行數值分析。

本次有限元分析主要目的是分析封頭在無壓邊圈情況下成形后邊緣是否起皺。圖2 為有限元分析起皺分布云圖，從圖中可以看出，工件成形圓度較好，完全滿足尺寸要求，所以本次模具設計采用無壓邊圈結構。

模具設計

模具主要鑲塊材質選擇

為保證工件表面成形質量及壽命，拉深凸模應選擇硬度較高、具有良好耐磨性的材質，模具凸模選用Cr12MoV，熱處理硬度控制在58 ～60HRC。拉深凹模表面是板料成形過程中受力最大、接觸最多、位移最大的部位，是成形尺寸和質量的關鍵，是最容易引起劃傷的地方。綜上，拉深凹模選擇銅合金材質，硬度控制在42 ～48HRC，因為在此條件下，銅合金具有良好的散熱性、耐磨性和較低的摩擦系數，能夠消除工件外表面劃傷，同時能夠減少板料成形過程中的流動阻力。

卸料方式設計

之前用凹模卸料的方式，在使用一段時間后，會發生不卸料將工件帶上來的情況，需要多次壓型動作才能完成卸料，有時會將工件壓變形而產生廢品，所以此次設計三處伸縮式剛性卸料銷，在壓型完成后，待設備回程時，利用回程力和卸料銷配合完成工件卸料。

根據分析結果和分析采用的有限元模型尺寸設計模具凸凹模，最終完成模具設計，見圖3。

生產驗證

封頭模具制造完成后進行生產驗證，見圖4、圖5。工件外邊面未發現破裂、縮頸、劃傷等問題，我們所重點關注的起皺問題也沒有產生，最后進行重要尺寸測量，均符合工藝要求，其中

248.5mm 的最大直徑為

248.7mm，最小直徑為

248.2mm，完全符合工藝要求。

試驗完成后，模具投入批量生產驗證，進行尺寸及表面質量監測，通過表2 可知，模具生產尺寸比較穩定，外表面未產生劃傷，成形無褶皺，并且在封頭組焊過程中非常順利，并未因為封頭成形質量產生廢品，生產過程中無異常，可以持續生產。

結束語

在生產中，有限元分析已經變得不可或缺，可以讓理論計算中的模棱兩可變成顯而易見，并且合理的模具材料可以改善工件的成形質量和模具壽命，合理的模具結構更加能夠節約模具的制造成本。通過對封頭成形的計算和分析，選擇了合適的、經濟的、穩定的無壓邊模具結構，得到了理想的產品。