SUS304L不锈钢微型气瓶模具设计

叶晓阳

摘要：介绍了不锈钢微型气瓶采用拉深、缩口成形工艺方法，详细论述了拉深、缩口模的设计过程。

关键词：不锈钢微型气瓶;拉深模;缩口模;成形工艺

引言

微型气瓶是一种应用非常广泛、方便的充气气瓶，通常除被用作救生衣、轮胎等产品的气源外，更多的则为扎啤和红酒打酒器提供CO2气源。由于扎啤、红酒对气瓶有极高的卫生要求，原来碳钢材质的气瓶已经不能满足国内外消费者的食品安全需求，为确保食品安全，必须采用食品级的SUS304L不锈钢替代碳钢材质制作微型气瓶。为适应不锈钢微型气瓶高效的成批生产，根据工艺需要，合理地采用拉深、缩口、退火工艺，进行模具设计。

产品介绍

本例不锈钢微型气瓶技术要求：1.材质：SUS304L不锈钢，厚度1.5mm;2.钢瓶容积：80ml;3.充装比：0.43;4.公称压力17.5MPa，爆破压力45MPa;5.钢瓶内外表面钝化处理。

工艺方案及模具设计

拉深工艺方案及模具结构

根据图1气瓶尺寸，通过CREO5.0三维设计软件计算，气瓶实体积V=1.93×104mm3 （包含加工余量）D≈128mm  板料厚t=1.5mm  D0：坯料直径根据SUS304性能，第一道拉深系数m1=0.55，以后各道拉深系数m2…n≥0.8。则可得  D1= D0×m1=128×0.55=70.4mm  D2=D1×m2= 70.4×0.8≈56mm（Dn均为工件中性层尺寸）  D3=D2×m3= 56×0.8≈45mm  D4=D3×m4=45×0.8≈36mm≤产品中性层尺寸D=40–1.5=38.5mm  根据预算结果，本例气瓶需通过4道拉深成形，由于不锈钢因拉深过程中产生的加工硬化在第三道拉深后塑性变形达到极限，所以第三道拉深后必须进行光亮退火，退火温度（980～1055℃）。根据实际生产工艺需要，经修整  D1=75mm D2=60mm D3=48mm D4=38.5mm（产品尺寸）

注;D1、D2、D3、D4 均为中性层尺寸，每道拉深工件尺寸如图3  相应拉深系数变为m1=0.58  m2、3、4=0.8  计算第二、三、四道拉深相对厚度，得

=2%/2.5%/3.12%≥1.5%

根据拉深特点，当第一次拉深后的各次拉深参数满足相对厚度≥1.5%，拉深系数m≥0.8时，拉深可以采用无压边圈的模具结构，因此本例气瓶第二、三、四道拉深可采用无压边圈的模具拉深。产品拉深工件尺寸及工艺编排如图1。

缩口工艺方案及模具结构

缩口系数m=d/D=15.96/38.5=0.41  D：缩口前直径，mm;d：缩口后的直径，mm。

缩口次数≈3.1次。

查表得，平均缩口系数m0取0.75。

根据计算结果，气瓶需缩口4次;按照实际经验，缩口系数分配为m1=0.85，则d1=m1D=0.85×38.5≈32.7，m2=0.80则d2=m2d1= 0.8×32.7≈26，m3=0.80則d3=m3d2=0.8×26≈20.8，m4=0.77，则d4=m4d3=0.77×20.8≈15.96（缩口时工件失稳计算本文略）  缩口工艺编排如图2。

结论

该产品通过拉深、退火、缩口模具及工艺的合理设计，成功实现大批量生产;拉深分别采用带压边装置和无压边装置的模具，在不锈钢拉深工艺中具有典型性，合适地安排退火工序，提高了产品加工的经济性;模具使用安全可靠，结构简单、经济、通用性强，维护方便，产品质量稳定，合格率高，对同类型或类似产品的模具设计有一定的指导作用。

参考文献

郑展.冲压工艺与冲模设计手册[M].北京：化学工业出版社，2013.4.

《冲模设计手册》编写组.冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社，1999.