大凸緣法蘭成形方案和模具設計

劉五一，郭喜祿

（陜西烽火通信集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

0 引言

一般帶凸緣法蘭零件的傳統成形方案為拉深、脹形和鐓壓，能否采用與傳統成形方案相反的成形即縮口，成形滿足要求的零件，以下介紹2種成形工藝方案的模具結構并進行對比，以確定其應用范圍。

1 零件結構

某車型安裝法蘭如圖1 所示，三維結構如圖2所示，直徑為φ82.5 mm 的圓柱面，零件底部有φ96 mm 的大凸緣，屬于典型的脹形拉深件，零件的主要成形工序為拉深、脹形和沖孔。

圖1 法蘭結構

圖2 三維結構

零件材料為DC04，料厚為1.5 mm，抗拉強度σb≥270 MPa,屈服強度σs為130～210 MPa，含碳量≤0.08%，材料綜合性能較好。零件的尺寸公差要求一般，未注公差為GB/T 13914-2013，成形沖壓件尺寸公差為FT9，精度屬于中等。

零件成形的難點是拉深和脹形，這2 道工序成形后零件如圖3所示。

圖3 法蘭沖孔前結構

2 零件成形工藝方案

成形法蘭零件的傳統方案是按圓筒外徑φ82.5 mm 拉深，然后脹形和鐓壓，現嘗試用相反的工藝方案成形，即按法蘭凸緣最大外徑略小的外圓進行拉深，然后縮口和鐓壓。

2.1 傳統成形工藝方案

傳統成形工藝方案：①拉深成形為與零件圓柱面直徑相同的圓筒形件，如圖4（a）所示；②脹形，如圖4（b）所示；③鐓壓和整形，如圖4（c）所示。

圖4 傳統成形工藝

2.2 新成形工藝方案

新成形工藝方案：①拉深成形為比零件圓柱面大但比凸緣直徑小的圓筒形件，如圖5（a）所示；②縮口，如圖5（b）所示；③縮口整形，如圖5（c）所示；④鐓壓和整形（見圖4（c））。

圖5 新成形工藝

3 模具設計

3.1 傳統成形工藝模具設計

3.1.1 拉深模設計

傳統成形工藝拉深模結構如圖6所示。

圖6 拉深模結構

法蘭零件經計算拉深毛坯尺寸為φ134 mm，公差±0.1 mm，厚度為1.5 mm。

材料相對厚度為：

其中，t為材料厚度，mm；D為毛坯外徑，mm。

根據材料相對厚度查《冷壓沖模設計》：低碳鋼不使用壓邊圈時第1 次拉深系數：當t/D×100=1 時，m1=0.75；當t/D×100=1.5 時，m1=0.65，法蘭拉深系數為=0.6，小于低碳鋼不使用壓邊圈時第1 次拉深系數0.65，所以該拉深模要設計壓邊圈。

采用壓邊圈的拉深模第1 次拉深系數：當1

由上述分析可知，原則上通用圓柱面凹模結構的拉深模必須設置壓邊圈（壓板）。在拉深前和拉深過程中，首先通過拉深凹模和壓邊圈給毛坯的兩大面施加適當的壓邊力，防止毛坯起皺及拉深時底部開裂。

如果采用錐形凹模結構的拉深模，當d1/d2=0.6，t/D×100=1 時，m1=0.58；當d1/d2=0.6，t/D×100=1.5 時，m1=0.56，其中，d1為凹模錐形部分下端直徑，mm；d2為凹模錐形部分上端直徑，mm。

由上述分析可知，如采用錐形凹模的拉深模可以不設置壓邊圈，即可一次拉深完成，為了簡化模具結構，采用錐形凹模結構。成形法蘭的拉深模采用正裝結構，拉深完成后拉深凸模4 繼續向下運動使拉深件的口部低于卸料板7 的下端面，這時拉深件包裹住拉深凸模4，壓力機滑塊返程時拉深凸模4向上運動，拉深件被卸料板7 擋住而從拉深凸模4上卸下。

3.1.2 脹形模設計

圖7 脹形模結構

3.1.3 鐓壓與整形模設計

鐓壓與整形模結構如圖8 所示，將脹形后的工序件放在定位塊5 上，對工序件鼓肚進行鐓壓與整形，使2 個料厚的材料重疊。鐓壓與整形結束后推件塊4將成形零件從定位塊5上推出脫模。

圖8 鐓壓與整形模結構

3.2 新成形工藝模具設計

新成形工藝的拉深模結構與傳統成形工藝的拉深模結構相同，其拉深系數比傳統成形工藝的拉深系數大，拉深成形可行。

3.2.1 縮口模設計

圖9 縮口模結構

3.2.2 縮口整形模設計

縮口整形模結構如圖10所示，因為縮口后的工序件縮口根部有較長的錐面，縮口未達到圖紙要求的圓柱面長度，所以需要將一部分錐面繼續縮口整形變為圓柱面。

圖10 縮口整形模結構

該方案的鐓壓與整形模與傳統成形工藝方案的結構一樣。

4 結束語

上述2 種成形法蘭凸緣的方案都可行，傳統成形工藝方案適合于凸緣尺寸較小的零件，新成形工藝方案適合凸緣尺寸較大的零件，2 種方案的成形工藝相反，新成形工藝方案的模具結構相對復雜，比傳統的脹形工序多了一道整形工序，生產成本較高，但相對傳統成形方案模具使用壽命要長。2 種方案的模具都是一次試模成功，成形零件尺寸符合圖紙要求，零件成形質量穩定，生產效率高，取得了良好的經濟效益。