采用恒定压边力解决不锈钢拉深起皱问题

李 震，张松奇

（鹤壁汽车工程职业学院，河南 鹤壁 458030）

0 引言

不锈钢产品以其精美的外表、优良的抗腐蚀性、抗高温氧化性及高低温强度而颇得人们的青睐，愈来愈广泛地应用于装饰、轻工、民用五金、厨房设备及用具等行业。但该产品外观质量要求较高，对模具结构和拉深工艺都提出了很高的要求。在拉深成形中，起皱是最常见的问题。起皱不但影响了产品外观，还会引起产品拉裂，造成废品。在模具设计和生产实践中，人们常采用液压压边装置提供的恒定压边力来解决由于压边力不适当而产生的起皱问题。

1 拉深成形分析

在拉深成形加工中，材料变形一般遵循体积相等和形状相似两个原则，常见的不变薄拉深中，一般遵循面积相等和形状相似原则。

在拉深成形加工中，金属材料的各部分由于受力方向和状态不同，会产生不同的变形效果，如图1 所示。

通过拉深变形分析和实践，证明拉深成形中经常遇到的加工问题是起皱、拉裂和凸耳（暂不述），拉深起皱和拉裂现象见图2 。一般情况下，拉深的主要破坏形式是拉裂，但起皱和拉裂是相关联的，起皱问题解决不好，将直接导致制品拉裂。

2 解决拉深起皱的常用方法

拉深起皱常用的解决办法是采用压边装置，常用的压边装置主要有刚性压边圈和弹性压边圈，但不管采用那种压边结构，压边力的大小对冲压质量都有较大影响。对于一般材料，要求压边装置在拉深过程中提供的压边力变化曲线要符合一定的变化规律，在拉深初期，即拉深进程达到15%左右时，压边力应达到最大值，以后逐渐降低到最小值，但这只是理论上的要求，在实际生产和模具设计中很难达到。图3 为不同压边形式的压边力变化曲线。

图1 拉深变形分析

图2 拉深起皱和拉裂

最常用的是橡胶和弹簧形式的弹性压边装置，压边力随着拉深进程的变化不断增大（见图3 （b）），开始时压边力不够大，易产生起皱，而越到拉深的后程，材料变形越大，压边力越大，材料流动性越差，凸模圆角区材料补充不足，变薄加剧，容易造成拉裂。因此，常用的弹性压边装置不符合拉深变形对压边力的要求，对于表面光洁度要求较高的不锈钢等拉深零件更不适合。

采用简单的刚性压边圈时，力在拉深过程中基本保持恒定，更接近理想的曲线，但是，常用的刚性压边圈压边力大小是靠压板与拉深件凸缘表面间隙和锁紧螺钉来调节，调节起来很不方便，而常用的拉深设备——压力机一般均有液压装置，采用液压形式的压边装置，通过液压缸能较准确地调节压边力大小，保持 压边力恒定，其达到更好的压边效果。

图3 不同压边形式的压边力变化曲线

3 模具结构设计

本文以圆筒形拉深件为例来说明采用液压压边力的模具结构设计。

3.1 零件分析

图4 为圆筒形零件的零件图，其材料为1Cr18Ni9Ti，厚度为1mm。该零件表面质量要求很高，不允许有皱纹出现。

图4 圆筒形拉深零件

3.2 模具结构设计

根据零件的加工要求进行模具的结构设计，主要考虑压边问题。由于制件为要求较高的不锈钢制品，故借用压力机上的液压机构设计具有恒定压边力的压边装置，既可以使模具更简单实用，也可满足成形所需要的压边力要求。设计的模具结构如图5 所示。

3.3 模具的工作过程

拉深工件时，压力机滑块下移，凹模随之向下运动，当凹模与压边圈接触时，压边圈迫于推杆和顶出缸活塞杆的作用产生压边力，使凹模与压边圈紧紧压住板料；当凹模继续向下运动时，一方面凸模使板料拉深变形，另一方面压边力始终以恒定的压力压住板料的凸缘处，防止板料起皱，控制流动阻力，同时又使板料沿压紧面滑动，使拉深工作顺利进行；当压边圈导向套下平面接触限位装置时，工件拉深深度达到要求，凹模停止向下运动，拉深结束，继而滑块上移，凹模便与压边圈分开，工件由卸料装置弹出，同时，凸模在推杆及顶出缸作用下回到初始位置，一个拉深工作循环完成。

由顶出缸回路的溢流阀控制回油压力，通过试模调整好所需的压边力，在以后的工作中压边力会始终保持一定，如此便达到压边力恒定的目的。

图5 模具结构简图

4 小结

通过实践证明，该模具结构简单紧凑，刚性好，效率高，操作方便，拉深件的质量完全符合要求，解决了拉深中由于压边力随着拉深进程变化不理想而造成压边效果不好的问题。但应注意以下几点：①推杆与顶出缸活塞杆的接触面应以曲面接触，以保证中心自动对正，防止偏移载荷；②凸模支撑杆应有足够的强度和刚度，防止纵向变形影响压边圈的上、下滑动；③凹模与压边圈的材料最好选用MoV铸铁，这对拉深不锈钢件尤为重要，实践证明，该材料在防止工件拉伤、减小板料流动阻力等方面具有独特的效果；④压边面应有足够的接触面，可通过研磨使其着色面积不小于80%。