304不銹鋼拉深成形模具設(shè)計(jì)

浦勝義

摘 要：本文以一對(duì)杯蓋拉深摸為例，探討落料—拉深—沖孔—切邊等一系列工藝，并通過(guò)氣壓墊式彈性壓邊裝置，防止因制模過(guò)程中壓邊力發(fā)生改變，導(dǎo)致不銹鋼薄板在拉深成形過(guò)程中變形，從而降低材料的使用率和成品率。

關(guān)鍵詞：304不銹鋼；拉深；模具設(shè)計(jì)；工藝；壓邊力；彈性壓邊裝置

中圖分類(lèi)號(hào)：TG385 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）08-0043-02

Design of 304 Stainless Steel Drawing Die

PU Shengyi

（Penglai Jinfu Stainless Steel Products Co. Ltd.，Shandong Penglai 265600）

Abstract： This article through to a Gellar cup of deep touch as an example， to explore the blanking drawing， punching and trimming a series of process， and through the air cushion type elastic clamping device， to prevent mold process BHF change， resulting in stainless steel sheet in the drawing forming process of deformation， thereby reducing the material utilization rate and the rate of finished products.

Keywords： 304 stainless steel；drawing；die design；process；edge pressing；elastic edge pressing device

不銹鋼是指在空氣、蒸汽、明火等腐蝕性較弱的介質(zhì)中，以及其他酸、堿和鹽類(lèi)等水溶液中均能保持穩(wěn)定狀態(tài)的材料，屬于鋼型材料的類(lèi)別。而304不銹鋼是不銹鋼中的優(yōu)質(zhì)材料，具有良好的耐熱性和抗腐性，還具有光面、低溫、低強(qiáng)度和機(jī)械性等特點(diǎn)，性能優(yōu)越，環(huán)保健康，因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)療工業(yè)中。以某企業(yè)生產(chǎn)的隆力奇活能水杯杯身及杯蓋為例，通過(guò)304不銹鋼拉深成形而制成。但304不銹鋼在拉深過(guò)程中工藝要求高，容易產(chǎn)生缺陷。基于此，本文針對(duì)該類(lèi)型的不銹鋼水杯進(jìn)行拉深成形模具設(shè)計(jì)的分析和探討，明確各工藝流程。經(jīng)過(guò)全面對(duì)比，采用40%的工業(yè)白油（15號(hào)）+50%氯化石蠟油+10%硬脂酸+二硫化鉬粉末作為潤(rùn)滑劑[1]。

1 杯蓋成形模具設(shè)計(jì)

1.1 模具總體設(shè)計(jì)

1.1.1 模具主要工作部分尺寸計(jì)算

沖孔刃口計(jì)算（如圖1所示）。查看許樹(shù)勤和王文平編的《模具設(shè)計(jì)與制造》[2]中的表3-4可得：[Zmin=0.12mm]，[Zmax=0.20mm]。

由此可得，[Zmax-Zmin=0.20-0.12=0.08mm ]。查看許樹(shù)勤和王文平編的《模具設(shè)計(jì)與制造》[2]中的表3-5得δ凹=+0.020mm，δ凹=-0.020mm。因|δ凹|+|δ凸|=0.04mm<0.08mm，符合分別加工的條件要求。查看許樹(shù)勤和王文平編的《模具設(shè)計(jì)與制造》[2]中的表3-6得出：X=0.5mm。凸模尺寸為：

[d凸=dmin+XΔ-0.02=17.89+0.5×0.21-0.02=17.995-0.02=17.975mm] （1）

凹模尺寸為：

[d凹=d凸+Zmin+0.020=17.975+0.12+0.020=18.115mm]（2）

1.1.2 拉深刃口（見(jiàn)圖2）計(jì)算。以凹模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。查看許樹(shù)勤和王文平編的《模具設(shè)計(jì)與制造》[2]中的表3-5得：[δ凹=+0.05mm；δ凸=-0.03mm]；查看許樹(shù)勤和王文平編的《模具設(shè)計(jì)與制造》[2]中的表3-3得間隙系數(shù)：

[Z=1.1t=1.1×0.8=0.88mm] （3）

凹模尺寸為：

[D凹=D-0.75Δ+δ=46-0.75×0.25+0.050=45.862 5mm] （4）

凸模尺寸為：

[D凸=D-0.75Δ-2Z-δ=46-0.75×0.25-2×0.88-0.03=44.0225mm] （5）

1.1.3 杯身閉合高度和模具尺寸。以毛坯大小確定凹模外形尺寸200mm×160mm。模架的閉合高度210mm≤H≤255mm，選定232mm，介于模架最大最小閉合高度之間，視作合理。

1.1.4 模具總尺寸數(shù)據(jù)?？傞L(zhǎng)294mm，寬240mm，閉合高度232mm，其他零部件的選擇均參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 模具制作過(guò)程

首先，開(kāi)啟模具，確保拉深凸面頂部低于落料凹面的頂部，然后將邊圈壓緊后再放入坯料，進(jìn)行拉深作業(yè)。作業(yè)將要完成的前一刻，通過(guò)推桿和沖孔對(duì)模具制件的底部完成沖孔，同時(shí)將上下進(jìn)行切邊。完成沖壓以后，模座的彈頂裝置通過(guò)壓邊圈制作過(guò)程中產(chǎn)生的肥料搗出。

采用氣壓墊式彈性壓邊裝置，控制壓邊力不變，防止因?yàn)槠渫蝗蛔兓鴮?dǎo)致工藝缺陷。彈性壓邊裝置有彈簧墊、橡皮墊、氣墊和液壓墊等，其中彈簧墊和橡皮墊的壓邊力隨行程的增加而增加，產(chǎn)生的壓邊曲線與拉深曲線不協(xié)調(diào)，只適合運(yùn)用在淺拉深的工藝中；氣墊和液壓墊的壓邊力基本不變化，壓邊效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前兩者。

2 工藝流程

2.1 沖壓工藝

2.1.1 工件圖及設(shè)計(jì)要求。不銹鋼材料厚度t=0.8mm，批量生產(chǎn)。

2.1.2 沖壓工藝方案設(shè)計(jì)。①工序性質(zhì)和數(shù)量。工序性質(zhì)主要由沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸精度所決定。根據(jù)零件圖，沖壓加工時(shí)需用落料、拉深、沖孔、切邊等工序。選擇工序原則：兼顧工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率，工序應(yīng)盡可能少。②沖壓工藝方案及評(píng)價(jià)。方案1：落料—拉深—沖孔—切邊，單工序模，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要4道工序，生產(chǎn)率低。方案2：落料—拉深—沖孔—切邊連續(xù)沖壓，連續(xù)模生產(chǎn)，生產(chǎn)率很高，但零件沖壓性能差，成本就高，安裝復(fù)雜。方案3：落料—拉深—沖孔—切邊復(fù)合沖壓，復(fù)合模生產(chǎn)，模具制造簡(jiǎn)單，尺寸精度。

2.2 主要工藝參數(shù)及其運(yùn)算

2.2.1 毛坯尺寸計(jì)算。取[δ=2.0mm]。無(wú)凸緣圓筒形件，根據(jù)公式（6）計(jì)算：

[D=d2+4dH-1.72rd-0.5r2] （6）

式中，H均包括修邊余量。d=45.2mm，H=23.6mm，r=5.6mm，D=76.6mm。制件的總拉深系數(shù)m=45.2/76.6=0.59。

2.2.2 壓邊圈的選擇分析。t/D=0.8/76.6=1.04%<1.5%，m=0.59<0.6，m值在此范圍內(nèi)需要使用壓邊圈。

2.2.3 工序的壓力計(jì)算。壓力=落料力+卸料力+拉深力+壓邊力+沖孔力+推件力+切邊力。①落料力、卸料力、沖孔力、推件力及切邊力的計(jì)算：落料力、沖孔力、切邊力按式[P=Ltσt]，[L]為落料、沖孔、切邊時(shí)的工作周長(zhǎng)。P落=3.14×76.6×0.8×650=125.07KA；P沖=3.14×18×0.8×650=29.39kN；P切=3.14×46×0.8×650=75.11kN。P卸=K卸P沖=0.05×125.07=6.25kN，[K卸]為系數(shù)。P卸=nK推P落=3×0.05×29.39=4.41kN，n、[K推]為系數(shù)。②拉深力、壓邊力的計(jì)算：[P=Kπdtσ]，則P拉=0.86×3.14×45.2×716.8=87.49kN。壓邊力[PQ=Fq]；則P壓=125.07×[29.39-（75.11+6.20）2]×4.41=7.35kN。③壓力總和：P=125.07+29.39+75.11+6.20+4.41+87.49+7.35=335.02kN。淺拉深時(shí)[P]≤（0.7～0.8）P0；深拉深時(shí)[P]≤（0.5～0.6）P0；800kN閉式單點(diǎn)壓力機(jī)（J31-80）。壓力機(jī)校核：[P=335.02<800×0.5=400kN]，滿足條件。

3 結(jié)論

304不銹鋼因?yàn)閴哼吜ψ兓?，在拉深時(shí)易發(fā)生起皺及破裂，因此采用氣壓墊式彈性壓邊裝置，保證壓邊力在拉深工藝過(guò)程中的穩(wěn)定性，以確保拉深成形模具設(shè)計(jì)的順利完成。

參考文獻(xiàn)：

[1]張昌明.基于三通管的快速模具制造及在鑄造中的應(yīng)用[J].熱加工工藝，2008（5）：32-33.

[2]許樹(shù)勤，王文平.模具設(shè)計(jì)與制造[M].北京：北京大學(xué)出版社，2005.