采用恒定壓邊力解決不銹鋼拉深起皺問(wèn)題

李 震，張松奇

（鶴壁汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

0 引言

不銹鋼產(chǎn)品以其精美的外表、優(yōu)良的抗腐蝕性、抗高溫氧化性及高低溫強(qiáng)度而頗得人們的青睞，愈來(lái)愈廣泛地應(yīng)用于裝飾、輕工、民用五金、廚房設(shè)備及用具等行業(yè)。但該產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求較高，對(duì)模具結(jié)構(gòu)和拉深工藝都提出了很高的要求。在拉深成形中，起皺是最常見(jiàn)的問(wèn)題。起皺不但影響了產(chǎn)品外觀，還會(huì)引起產(chǎn)品拉裂，造成廢品。在模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中，人們常采用液壓壓邊裝置提供的恒定壓邊力來(lái)解決由于壓邊力不適當(dāng)而產(chǎn)生的起皺問(wèn)題。

1 拉深成形分析

在拉深成形加工中，材料變形一般遵循體積相等和形狀相似兩個(gè)原則，常見(jiàn)的不變薄拉深中，一般遵循面積相等和形狀相似原則。

在拉深成形加工中，金屬材料的各部分由于受力方向和狀態(tài)不同，會(huì)產(chǎn)生不同的變形效果，如圖1 所示。

通過(guò)拉深變形分析和實(shí)踐，證明拉深成形中經(jīng)常遇到的加工問(wèn)題是起皺、拉裂和凸耳（暫不述），拉深起皺和拉裂現(xiàn)象見(jiàn)圖2 。一般情況下，拉深的主要破壞形式是拉裂，但起皺和拉裂是相關(guān)聯(lián)的，起皺問(wèn)題解決不好，將直接導(dǎo)致制品拉裂。

2 解決拉深起皺的常用方法

拉深起皺常用的解決辦法是采用壓邊裝置，常用的壓邊裝置主要有剛性壓邊圈和彈性壓邊圈，但不管采用那種壓邊結(jié)構(gòu)，壓邊力的大小對(duì)沖壓質(zhì)量都有較大影響。對(duì)于一般材料，要求壓邊裝置在拉深過(guò)程中提供的壓邊力變化曲線要符合一定的變化規(guī)律，在拉深初期，即拉深進(jìn)程達(dá)到15%左右時(shí)，壓邊力應(yīng)達(dá)到最大值，以后逐漸降低到最小值，但這只是理論上的要求，在實(shí)際生產(chǎn)和模具設(shè)計(jì)中很難達(dá)到。圖3 為不同壓邊形式的壓邊力變化曲線。

圖1 拉深變形分析

圖2 拉深起皺和拉裂

最常用的是橡膠和彈簧形式的彈性壓邊裝置，壓邊力隨著拉深進(jìn)程的變化不斷增大（見(jiàn)圖3 （b）），開(kāi)始時(shí)壓邊力不夠大，易產(chǎn)生起皺，而越到拉深的后程，材料變形越大，壓邊力越大，材料流動(dòng)性越差，凸模圓角區(qū)材料補(bǔ)充不足，變薄加劇，容易造成拉裂。因此，常用的彈性壓邊裝置不符合拉深變形對(duì)壓邊力的要求，對(duì)于表面光潔度要求較高的不銹鋼等拉深零件更不適合。

采用簡(jiǎn)單的剛性壓邊圈時(shí)，力在拉深過(guò)程中基本保持恒定，更接近理想的曲線，但是，常用的剛性壓邊圈壓邊力大小是靠壓板與拉深件凸緣表面間隙和鎖緊螺釘來(lái)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)起來(lái)很不方便，而常用的拉深設(shè)備——壓力機(jī)一般均有液壓裝置，采用液壓形式的壓邊裝置，通過(guò)液壓缸能較準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)壓邊力大小，保持 壓邊力恒定，其達(dá)到更好的壓邊效果。

圖3 不同壓邊形式的壓邊力變化曲線

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文以圓筒形拉深件為例來(lái)說(shuō)明采用液壓壓邊力的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.1 零件分析

圖4 為圓筒形零件的零件圖，其材料為1Cr18Ni9Ti，厚度為1mm。該零件表面質(zhì)量要求很高，不允許有皺紋出現(xiàn)。

圖4 圓筒形拉深零件

3.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)零件的加工要求進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要考慮壓邊問(wèn)題。由于制件為要求較高的不銹鋼制品，故借用壓力機(jī)上的液壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有恒定壓邊力的壓邊裝置，既可以使模具更簡(jiǎn)單實(shí)用，也可滿足成形所需要的壓邊力要求。設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

3.3 模具的工作過(guò)程

拉深工件時(shí)，壓力機(jī)滑塊下移，凹模隨之向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)凹模與壓邊圈接觸時(shí)，壓邊圈迫于推桿和頂出缸活塞桿的作用產(chǎn)生壓邊力，使凹模與壓邊圈緊緊壓住板料；當(dāng)凹模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，一方面凸模使板料拉深變形，另一方面壓邊力始終以恒定的壓力壓住板料的凸緣處，防止板料起皺，控制流動(dòng)阻力，同時(shí)又使板料沿壓緊面滑動(dòng)，使拉深工作順利進(jìn)行；當(dāng)壓邊圈導(dǎo)向套下平面接觸限位裝置時(shí)，工件拉深深度達(dá)到要求，凹模停止向下運(yùn)動(dòng)，拉深結(jié)束，繼而滑塊上移，凹模便與壓邊圈分開(kāi)，工件由卸料裝置彈出，同時(shí)，凸模在推桿及頂出缸作用下回到初始位置，一個(gè)拉深工作循環(huán)完成。

由頂出缸回路的溢流閥控制回油壓力，通過(guò)試模調(diào)整好所需的壓邊力，在以后的工作中壓邊力會(huì)始終保持一定，如此便達(dá)到壓邊力恒定的目的。

圖5 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

4 小結(jié)

通過(guò)實(shí)踐證明，該模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，剛性好，效率高，操作方便，拉深件的質(zhì)量完全符合要求，解決了拉深中由于壓邊力隨著拉深進(jìn)程變化不理想而造成壓邊效果不好的問(wèn)題。但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①推桿與頂出缸活塞桿的接觸面應(yīng)以曲面接觸，以保證中心自動(dòng)對(duì)正，防止偏移載荷；②凸模支撐桿應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，防止縱向變形影響壓邊圈的上、下滑動(dòng)；③凹模與壓邊圈的材料最好選用MoV鑄鐵，這對(duì)拉深不銹鋼件尤為重要，實(shí)踐證明，該材料在防止工件拉傷、減小板料流動(dòng)阻力等方面具有獨(dú)特的效果；④壓邊面應(yīng)有足夠的接觸面，可通過(guò)研磨使其著色面積不小于80%。