拉深级进模设计要点分析

施建浩　郑　勇

摘要:本文在对拉深工艺作了简单的概述后,着重对拉深件工艺性、拉深工艺计算、拉深级进模的料带设计等方面的若干设计要点作了分析。

关键词:拉深;级进模;冲压;料带

拉深工艺是利用专用模具将平片毛坯制成开孔空心件的一种冲压加工方法。它在电子、电器、仪表、汽车等工业部门及日常生活用品的生产中应用极为广泛。

由于拉深过程中材料塑形变形影响因素太多,故设计时要考虑许多因素,往往在试模时不能一次成形,还要经过多次修模,才能达到理想的结果。而拉深级进模设计时,级进模的结构特点以及料带送料顺畅的要求,使得模具设计时有更多的考虑要点。因此,在实践中不断积累经验,对拉深模的设计大有裨益。以下就拉深级进模设计中的要点作些分析。

1 拉深件工艺性分析

1.1 拉深件的材料

好的材料是成功的一半,对于拉深,万万不可忽视。用于拉深的材料一般要求具有较好的塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。目前,拉深用冷轧薄钢板主要有08Al、08、08F、10、20号钢,其中用量最大的是08号钢,分为沸腾钢和镇静钢,沸腾钢价格低,表面质量好,但偏析较严重,有"应变时效"倾向,不适用于对冲压性能要求高外观要求较严格的零件,镇静钢较好,性能均匀但价格较高,代表牌号为铝镇静钢08Al。

1.2 拉深件的精度要求

一般而言,拉深件在侧壁处材料厚度无法做到等于料厚t, 其壁厚公差要求一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律,尺寸精度要求可达±0.05mm,在高度方向也可控制到±0.05mm。

1.3 拉深件的拉深系数要求

由于拉深级进模的模具结构特点决定了在拉深过程中间无法加退火工序。如果其总拉深系数小于材料所允许的最小拉深系数,那么制件就不具备级进拉深工艺。另外,当总拉深系数太小时, 可考虑用胀形工艺来完成。

1.4 拉深件的拉深深度要求

如果拉深件深度太高,无法级进拉深完成时,可考虑先拉深后翻孔的工艺,看能否达到目的,此时产品侧壁外观不平整。

1.5 拉深件的结构要求

拉深件凸缘及侧壁的成形或者冲孔是否在级进模中比较容易实现。例如,凸缘上冲孔太靠近拉深主体,很可能为了避开拉深主体而使刃口强度太弱;侧壁上冲孔能否有效排屑等一系列因素均须考虑。此外,拉深件底部冲孔时,其孔径必须小于拉深直径减去底部圆角;否则可考虑侧切底工艺,将底部的圆角切除。

2 拉深工艺计算

2.1修边余量的确定

平板毛坯在拉深过程中, 常因受到材料板平面方向性、模具几何形状等因素影响,导致拉深件口部或凸缘周边不齐,以致拉深成形后需进行修边。为此,当确定毛坯尺寸和形状时,首先要确定修边余量。

2.2拉深件毛坯尺寸和形状的确定

在不变薄拉深中,可以根据毛坯面积与拉深件面积相等的原则计算出坯料尺寸。但是,往往拉深件形状比较复杂,有时还是变薄拉深,虽然现在许多三维软件可进行坯料计算,但其精确度不能100%达到要求。因此,拉深件毛坯尺寸必须在实际的试模中加以修正才能得到正确的数值,但理论计算必不可少,它可大致确定出毛坯的尺寸与形状。

2.3拉深次数的确定

在确定必要的拉深工序数目时,通常用拉深系数作为计算的依据。当总拉深系数 小于此材料所能允许的最小拉深系数时, 将无法连续拉深,中间必须通过退火工序。通常用推算法来确定拉深次数。

2.4各次拉深工序件尺寸的确定

工序件直径尺寸的确定。确定拉深系数后,由表查得各次拉深的极限拉深系数,适当放大,并加以调整,其原则为: 和 。当各次拉深的拉深系数调整确认后,即可根据公式计算出各次工序件直径尺寸。

工序件高度尺寸的确定。根据拉深前后表面积相等的原则,可以确定工序件高度尺寸。但是要注意,当拉深最后一道工序时,此时产品尺寸应全部到位,故拉深高度就是产品高度。若有整形工序,拉深高度可以加0.2mm,以便下道工序的整形。

3 拉深模工作零件的设计

3.1 拉深间隙

拉深间隙一般为c=(1~1.1)t,即第一道拉深的1.1t到最后一次拉深的t,逐渐递减。

3.2 凸、凹模圆角设计

在凹模圆角设计,一般第一次拉深的

,后续各次拉深 ,凸模头部圆角设计为。最后拉深、

整形时,r凹=拉深件口部圆角,r凸=拉深件底部圆角。

为保证拉深件成形,有利于材料流动,往往将拉深凸模头部做成一定的斜角。

4 拉深级进模的料带设计

料带设计是级进模设计的关键之一,在设计时一般要考虑以下因素:有利于拉深件成形,料带刚性良好,送料顺畅,在料宽与步距选定时尽量提高材料的利用率。

4.1 料带的形式及其特点

常见的拉深级进模料带可分为无工艺切口料带和有工艺切口料带两种。

两种方式的主要区别在于有工艺切口料带拉深时相邻两工序拉深件材料流动影响较小;而无工艺切口料带拉深时相邻两工序拉深件之间相互约束,材料流动较困难,而且容易产生毛坯材料不够等现象,特别是在模具维修时不方便。因此,在实际模具设计时,有工艺切口料带设计方案应用更为广泛。

4.2 料带设计注意点

连接拉深毛坯与两侧浮料定位搭边的搭口必须有一定弧度,可随拉深毛坯向中心流动时而延伸。这样才能保证浮料定位搭边不致于被拉变形或者是搭口被拉断,这样才能使得后续各工位送料顺畅,定位准确;另外,为保证料带的刚性,最好在两侧搭边中间加一横向搭口。

5 拉深级进模的压料与脱料设计

拉深模设计时,必须从拉深工艺上充分考虑压料与卸料的可靠性。如果压料不充分,材料容易失稳起皱。如果压料过死,则不利于材料的流动,容易造成拉裂。同样,如果卸料机构设计不好,也容易造成卡料与带料现象,无法保证送料顺畅。

压料装置需考虑限位,使得拉深毛坯与压料装置间有0.02~0.05mm间隙,这样既有利于材料的流动,又可避免材料的起皱。在下模应设计顶料块,避免产品卡死在凹模内。另外,拉深后材料势必会紧箍在拉深凸模上, 发生带料现象,这是由于工序件与拉深凸模间形成真空,此时应在拉深凸模上设计排气孔。

6 拉深级进模的定位设计

拉深级进模料带在模具中的定位设计与弯曲级进模有很大的差异。拉深时由于材料的流动,搭口变形,因而无法再通过搭口上的定位孔对整条料带定位。模具工位设计时通常在模具前段为拉深毛坯分离工位,可通过料带上的定位孔定位;模具中间段为拉深工位,此时料带上的定位孔功能已丧失,它们的定位是靠拉深外形自动导入拉深凹模中来保证的;在模具后段为下料、弯曲等其他工位,为保证产品精度,必须以最后一次拉深的拉深体为基准进行定位。

针对模具后段定位,可以先以拉深件外形或内形定位,在凸缘上冲出定位工艺孔,在后续工位中以凸缘上的工艺孔作为拉深件在模具中的定位。由于凸缘与拉深件位置相对固定,凸缘上定位工艺孔与拉深件在料带定位功能上有等效作用。

7 结束语

设计是源头,设计虽然只占模具成本的20%左右,却决定了整个模具成本的70%~80%。我们设计人员不能完全依赖于设计,在实际生产中要具体问题具体分析,根据实际状况进行模具设计方案的调整也是必需的。

参考文献

[1]王孝培.冲压手册[M].北京:机械工业出版社,1990

[2]王俊彪.多任务位级进模设计[M].西安:西北工业大学出版社,1999

[3]模具实用丛书编委会.冲模设计应用实例[M].北京:机械工业出版社,2000

作者简介:施建浩(1976-),男,江苏张家港人,健雄职业技术学院讲师,主要从事模具设计与制造方面的研究。

郑勇(1961-),男,上海嘉定人,健雄职业技术学院工程师,主要从事模具设计、机械自动控制方面的研究。