谈盒形件的拉深.doc

职称参评论文

级别：工具钳工一级实习指导教师
（转系列）

谈盒形件的拉深

姓名：陈伟
单位：云南省工业高级技工学校
身份证号：532201197103110435
日期：2010年6月13日

谈 盒 形 件 的 拉 深
陈伟
（云南省工业高级技工学校技训中心）
摘要：
拉深盒形件时，在转角处易产生裂纹，凸沿处容易起皱。本文试从模具的设计制造、安装，材料的性能与下料形状等方面探讨其原因和解决办法，摸索盒形件的拉深规律。
关键词：
模具 拉深 裂纹 起皱
1、 前言
曾设计并安装调试过几套盒形零件的拉深模具，其中一套一汽红塔轻卡车用膨胀水箱本体零件的拉深模较为典型。该模具为有压边装置一次成型拉深模。在试模时，冲压质量不稳定，有20%的拉深件在转角处出现裂纹，另绝大部分在凸沿的一侧出现细微皱纹。分析原因可能是压边力过大、凸凹模间隙不合适、凸凹模光洁度不够、拉深深度过深、模具结构不合理、模具制造精度不够等。通过逐一分析检查，采取一些措施后解决了问题，拉深件的质量得到了保证。现将有关原因和问题解决的措施写出来，以供参考。
2、拉深件
该零件为两对角带斜角的盒形件，其与另一零件（水箱上盖）对接滚焊后成为密封的盛水容器。因此冲压件绝对不能有裂纹和皱纹，否则将严重影响焊接质量和密封性而产生废品，但零件的尺寸精度要求不高，因此冲压工艺与模具要重点考虑产品的形状要求及变薄、裂纹、起皱情况。零件图及技术要求如图1，该零件为有凸缘的拉深件，凸缘宽度50mm，拉深深度60mm。拉深较浅，据经验和计算判断可一次拉出。但零件共有六个内圆角，同时底部有5mm深的加强筋，变形具有一定的复杂性，模具设计制造、安装调试和使用要充分考虑各种影响因素。

技术要求：
1、材料为08F，厚度1mm；
2、不允许有裂纹、毛刺、皱纹；
3、拉深后最薄处不小于0.6mm;

图1 本体零件图
3、模具
该零件为有凸缘的盒形件，总体形状不算复杂，尺寸要求也不算高。根据零件的尺寸和冲压力大小，压力机采用160T气动单动压力机。模具设计制造主要考虑：模具压边装置和压边力的大小，冲压次数，脱料方式及定位办法。经过计算相对深度，考虑定位和脱料后，模具设计为单动压力机用后置导柱有压边装置的首次拉深模。模具基本结构设计如下图。工作时材料放置在压料圈9上，压料圈上设有可调定位装置。凹模6在上，凸模15在下，凹模落下压在材料上，压料圈在压力作用下下移，材料被凸模顶入凹模。到达要求拉深深度后凹模继续下移4mm压出底部加强筋，随后凹模上行顶杆1推动推料板5推出工件。如果工件在下套在凸模上，则由压料圈9向上弹出。

图2 本体拉深模
1、顶杆 2、模柄 3、上模板 4、垫板 5、推料板 6凹模 7、导套8、导柱 9压料圈 10、下模板 11、推杆 12、挡板A 13弹性橡胶 14挡板B 15、凸模16、拉杆 17螺母（注：图中未画出连接螺栓、定位机构和圆柱销）
4、原因分析
拉深件起皱的主要原因是压料力太小 ,对无凸缘的制品口部起皱的原因还有凹模圆角过大、间隙过大,最后变形的材料未被压住,形成的少量皱纹因间隙过大不能整平。拉深件拉裂的主要原因有拉深深度大于材料极限，压料力太大，材料性能规格不符合要求，材料表面不清洁，凹模圆角太小或间隙太小等，确认原因后就可采取相应的对策。该模具结构简单，制造方便，结合以往冲压类似零件的经验和查阅有关手册，可以判断模具基本结构是合理的。现着重从以下方面进行分析。
4.1核算冲压深度及拉深次数
盒形件的拉深变形较为复杂，既有弯曲变形，又有拉深变形。特别是转角处受力较大，容易拉长变薄，甚至出现裂纹。按照转角处计算最大拉深深度和拉深次数。相对拉深深度H/r=60/12=5，相对圆角半径r/B=12/180≈0.07，通过经验判断和查阅有关资料，可以确认本零件只需一套模具一次拉深即可满足本工序拉深要求。另从试冲零件的基本情况看，模具的基本结构是合理的，产生问题的主要原因可能在于模具的制造安装精度和使用不规范。
4.2检查凸凹模间隙与表面粗糙度
实际测得凸凹模单边间隙为0.96～1.10，局部间隙偏小，增加材料流动阻力；凸凹模及压边圈工作部分表面粗糙度Ra0.8～1.6,部分区域不够光滑，也导致拉深时材料流动阻力较大。这样很可能就因为材料流动不畅而导致裂纹的产生。
4．3凸凹模最小圆角半径（Ra）及坯料
根据经验公式Ra=0.8（式中B为坯料宽度，b为盒形件宽度）和初始下料宽度计算得Ra≈12,而零件图要求为R10，略小，但根据图纸要求已不可更改。但根据试冲切边后的形状尺寸可看出坯料面积过大。面积增大一方面增加了压边力和材料流动阻力，也可能导致产生裂纹。另一方面导致允许的凸凹模最小圆角半径过大，通过减小坯料宽度B就可达到减小计算得到的允许最小凸凹模圆角半径。另经过原材料经过力学性能试验，各项性能指标符合规定要求，排除了材料不合格因素。此外材料和模具工作面干燥，没有润滑也是导致材料流动和滑移困难不可忽视的原因。
4．4起皱原因
拉深件起皱的主要原因是压料力太小 ,对无凸缘的制品口部起皱的原因还有凹模圆角过大、间隙过大,最后变形的材料未被压住,形成的少量皱纹因间隙过大不能整平。解决起皱的措施是增大压料力,但压料力增大过多又会导致制品拉裂 。当增大压料力不能解决起皱时仔细观察零件，发现仅一边出现皱纹，而且皱纹较浅，可以判断总体压边力是足够的，仅局部压边力不够。经过检查，推杆长度加工不标准，导致压边圈歪斜，压边力不均匀，形成局部压边力过大，而另一侧压力偏小导致产生皱纹和拉裂。
5解决措施
根据以上分析，重点增加材料流动的流畅性和减小允许最小圆角半径和保证压边力均匀的角度出发提出以下改进措施：
（1）修整加大凸凹模间隙到1.10～1.15mm，并用塞尺仔细检查，保证间隙均匀；
（2）通过试冲把坯料尺寸减到最小，同时把坯料转角处多余的料切除。把坯料下为图3所示形状尺寸，从而减小压料面积和摩擦阻力；
（3）返修推杆，重新安装调整模具，保证压边圈与凹模下平面平行，保证压边力均匀。同时在弹性橡胶上逐次打孔，减小压边力致刚好能够压平凸沿不起皱；
（4）冲压时擦干净材料并在材料上和凹模模口的接触处均匀地涂机油作为润滑剂；
（5）用油石修整压边圈和凹模模口，使表面粗糙度值小于Ra0.8；
（6）安装模具时注意位置的准确到位，特别是防止出现歪斜情况；
（7）在上述措施的基础上严格模具的检查和维护保养制度，生产前检查模具情况，冲压过程中实行首件、中间和末件检验。

图3 下料图
6、结果
通过采取以上措施，冲后的零件消除了裂纹和起皱现象，经检验其它各项也达到了图纸要求，有效杜绝了成批废品的常生，满足了生产要求。
7、结论
盒形件是由直边和圆角两部分组成的一个整体，拉深时直边部分类似弯形，而圆角部分类似圆筒形拉伸。但两部分相互影响，变形相对复杂，在设计制造和安装使用时需要考虑的因素较多。以下几点应充分考虑。
1）凸凹模之间的间隙不宜过小，一般应大于材料的厚度，根据零件图纸和技术要求可取材料厚度的1.05～1.15倍；（2）拉伸极限要按圆角部分计算；（3）凸凹模，特别是凹模模口圆角半径要合适，既不能太大也不能太小，太大容易起皱，太小容易拉裂；（4）坯料尺寸在满足工序要求的前提下应尽可能小，且四周圆滑过渡；（5）凸凹模工作部分及压边圈的表面粗糙度值应小，一般应小于Ra0.8。
8、结束语
盒形件的拉深除了参考有关资料严格计算工艺参数外，要特别注意模具的制造安装精度，多次反复调整，才能成功。同时需要在实践中不断总结和探索，不断掌握其内在的规律，增加成功的几率，节约生产时间和生产成本。
参考资料
[1]张鼎承主编 《模具设计手册》 北京 机械工业出版社 1999；
[2]成百辆主编 《冲压工艺与模具结构》 北京 中国劳动出版社 2004；
[3]欧阳永红主编 《模具安装调试与维修》北京 中国劳动出版社 2005。
作者简介：陈伟（1971~），男，云难省工业高级技工学校实习指导教师。大学毕业后在工厂工作多年，从事过机械加工制造多个工种，具有较丰富的实际工作经验。本文既是根据本人的实际工作经历所编写。研究方向：工具钳工教学。
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