超极限拉深模具工艺

文／陈志强·厦门市克成五金制品有限公司

冷冲压拉深模具是利用金属材料的塑形成形特性来拉深成形所需产品，每种材料都有极限拉深系数，模具工艺设计中若超过材料的极限拉深系数则会出现开裂，导致无法成形，必须增加工序。本文将与大家分享一种超极限拉深系数的模具工艺及结构。

在冷冲压拉深模具工艺设计前，先要设计产品的拉深工艺，即拉深工序分配，这必然要考虑材料的拉深系数。以不锈钢材料为例，其首次极限拉深系数为0.5 ～0.52，若拉深系数小于0.5，理论上则是不能进行拉深成形的，材料在变形过程中会因超过塑形变形极限而破裂。

超极限拉深模具结构介绍

本文介绍的模具是一种具有加热和冷却功能的拉深模具，其特点是可以将首次拉深系数取到0.5 以下，模具平面图和结构图如图1 和图2 所示。

其工作原理是通过安装在凸模垫板(20)上的进水管和出水管在凸模中形成冷却水循环，(冷却水来自于外部冷水机)使凸模在工作过程中始终保持模温不升高，冷却水温度维持在5℃以下；同时，在凹模板(05)和压料板(04)上安装电热管，对模具进行加热，并使模具维持在一定的温度下，通常做80 ～100℃。(电热管通过控制电箱自动给模具加热，安装在凹模和托料板的热电偶测量模具温度，当模具温度低于设定温度时，电热管自动通电加热，加热到设定温度后自动断电，反复循环工作。)这样，材料在拉深变形过程中内冷外热，塑形变形能力大大提高，首次拉深系数突破原有材料极限拉深系数，可以做到0.46。从而减少拉深工序，提高生产效率。同时，采用此种拉深工艺后，凸模和凹模拉伤减少，模具抛光维修频率降低，模具寿命也能提高2 倍以上。

超极限拉深模具技术要点

此种拉深模具在设计和制造过程中需要注意几个技术细节：

⑴首先根据产品展开尺寸确定好料片尺寸，然后根据拉深系数确定拉深产品外径尺寸和高度。

⑵拉深产品可根据产品需要预留法兰边或完全拉深为直身。

⑶若产品还有后工序拉深或整形，首次拉深时产品头部设计为斜坡过渡，斜坡角度20°～30°为宜。

⑷拉深凸模头部设计为空腔以存储冷却水，且特别要注意水路密封设计，采用普通密封垫片即可，但模具加工要注意密封件配合公差。进水和出水要形成流量差，可通过进出水孔径差实现，亦可通过管路球阀调节。

⑸拉深凹模和压料板要有足够的厚度以保证模具强度，因为这两块模板上要加工放置加热管的槽，加热管槽不可与加热管间隙太大，要保证加热管与模具的接触面积尽量大，提高能效利用率。

⑹压料板和凹模之间设置压料间隙限位装置，确保压料间隙均匀，压料力平均分布于材料表面，通过调整机台的压边力，使材料在拉深成形过程中受力均衡，顺利成形。

⑺下模需要设置限位块，防止压料板下行超限压坏进水管和出水管。

拉深工艺举例

图3 为我公司某产品的模拟图（具体技术参数不便公布），具体工艺成形过程如下。

⑴第一步：产品分析。

材质为SUS304，料厚1.0mm，计算展开直径，确定料片尺寸。

⑵第二步：确定拉深工序。

通过拉深系数计算，确定拉深工序，需要三工序来完成拉深成形。

⑶第三步：确定工序尺寸。

通过等体积法计算，确定各个拉深工序的直径及高度尺寸。

⑷第四步：排工序图。

此产品完整的冲压工序(图4)为：落料→拉深一→拉深二→拉深三→整形→修边冲孔。各工序成品见图5。

⑸第五步：拉深模具设计。

生产应用中的工艺优势

减少拉深工序，提高模具寿命，这是此种模具工艺的基本优势。另外，从事模具冲压工作的人都知道，拉伤是拉深生产中常见的问题，为解决产品和模具拉伤的问题，有对材料进行退火软化处理的，也有对模具做表面涂层处理甚至是用钨钢模芯的，还有用高润滑性拉深油的。凡此种种，都是在不同程度的增加生产成本。而此种拉深模具结构，在节省拉深工序的同时，对模具材料、生产材料、润滑油、甚至是模具表面抛光的要求都不再那么苛刻，即便是最不好拉深的不锈钢材料，采用此种模具结构，也能稳定的生产。降低生产成本也是此种模具的又一大工艺优势。

目前，我公司已经研究并掌握了此种模具工艺的结构和各种参数设置，并成功应用到多款拉深产品的实际生产中。尤其在一些深拉深产品的生产中，此种工艺突显出其优越性。

图6 是我公司研发并批量生产的几款拉深件产品。

结束语

工业化的大发展要求我们这些从事制造业的人员不断去探究新的生产工艺，一些新材料和新技术的开发应用为制造业的生产提供了很大支持。从传统的人工作业到现代化的机器人作业，制造业每时每刻都在突破和进步。工业是国家的根本，制造业是工业的根本，真心希望中国的制造业在我们这一代人手里做精、做强。期待与各位专家、前辈、同行探讨和交流，分享我们的技术和经验，提升我们的制造能力。