方筒形不銹鋼制件拉深模具的優化設計
馬雪峰 田躍輝
（ 常州機電職業技術學院，江蘇 常州，213164）
摘要：本文敘述了方筒形不銹鋼制件拉深模具的完成過程。方筒形不銹鋼制件拉深模具是在圓柱形模具的二次拉伸的基礎上，通過工藝分析和模具設計優化完成實現的。通過優化設計，簡化了結構，縮短了生產周期，零件廢品率低，提高了拉深件表面質量，且非常穩定。
關鍵詞：方筒形不銹鋼制件 拉深模具 優化設計
Optimal design of stretching mould about nonrust steel product of square
MA Xuefeng Tian Yuehui
（Changzhou Institute of Mechatronic Technology ，Changzhou 213164，China）
Abstract：The text have accounted of process that stretching mould of nonrust steel product of square, stretching mould of nonrust steel product of square is basis above of column mould that secondly stretching, have accomplished technology of analyse and optimal design of mould. Through optimal design, predigest structure, shorten production cycle , low condemning defective , raise configuration of stretching mould or very stabilize.
Keywords：nonrust steel product of square stretching mould optimal design
1. 引 言
方筒形不銹鋼制件的拉深工藝及模具比圓柱形的要復雜得多，如圖1所示的某型號不銹鋼咖啡罐杯杯身即是這樣的方筒形制件。該零件的材料是0Cr18Ni9Ti，料厚0.7mm。如果從第一次拉深就完全按照其本身的相似形狀即方形進行拉深，由于方筒形件本身系非旋轉體，模具加工將復雜化，即要用數控銑或加工中心取代普通車床來加工，增加了模具的生產成本及時間，同時由于多次拉深，在四個圓角周圍產生拉痕很難拋光去除。因此有必要對前兩道拉深工序的模具進行優化設計。
2．工藝分析
由于此方筒形咖啡灌杯身四個圓角比較大，在計算拉深系數及拉深次數時，如圖3所示，我們按近似圓形的算法來進行。首先在CAD軟件中畫出圖1零件的3D圖(帶飛邊尺寸)，如圖2中的方形制件所示，然后通過體積查詢命令求得該制件的體積值，再根據塑性變形體積不變原理，不考慮彈性變形部分，即V=π×D02/4×0.7，式中V—制件用料的體積值，D0—拉深前用料的直徑，因而求得該制件拉深前的圓板料下料尺寸D0為φ295mm，如圖3所示。
圖2 咖啡灌杯身最后拉深成形3D圖（含飛邊）尺寸） |
按對角線數值近似算法求得總拉深系數為：
m∑ =Dn/D0=138.77/295=0.47< 0.54(不銹鋼件第一次拉深的近似極限拉深系數)，式中Dn—方形制件對角線方向的中性層虛擬直徑
m1=D1/D0=160.7/295=0.545，m∑=m1Xm2=0.47
式中m1—第一次拉深系數，m2—第二次拉深系數；m∑—制件的總拉深系數。
因此，m2=0.47/0.545=0.863>0.7(不銹鋼制件第二次拉深的近似極限拉深系數)，從此數據可知道該制件通過二次拉深就可以得到圖2中所示方形形狀。但由于是近似算法，且由圓形拉深變方的變形必竟與由圓拉深再變為圓形不同，受力更加復雜，且是深拉深，為穩妥起見，我們在中間再加一次過渡拉深，拉深內徑D2=148.7，因此m2=D2/D1=148.7/160.7=0.925, m3=D3/D2=138.77/148.7=0.933，
D。=φ295，D1=φ160.7,D2=φ148.7,D3=φ138.77 |
式中D1，D2 ，D3…Dn分別為第一、二、三次…n次拉深后制件的中徑或最后一次拉深虛擬的中徑尺寸。
根據上述拉深系數情況可以看出，第一次拉深變形程度最大，最有可能起皺和拉破，故僅對第一次拉深狀況用Dynaform軟件進行了模擬分析，從模擬結果（如圖4所示）可以看出，第一次拉深的拉深系數是合理的。下圖是用Dynaform軟件進行的第一次拉深狀況模擬分析結果圖。
參數情況：壓邊力10000N，拉深速率1000mm/min，拉深高度130mm。
3．模具設計
基于以上分析，我們可以利用原有的圓柱形模具，即直徑為φ160.7的和φ148.7的凸模和相應的上凹模，分別進行第一次和第二次拉深。只是第二次拉深需用普通車床車一個由內徑為φ160.7拉深至內徑為φ148.7的壓邊圈，如圖5所示為本人設計的不銹鋼咖啡灌杯身拉深的最終生產用模具結構圖。各次拉深模具都是在液壓機上使用進行拉深的。
1.凸模 2.上凹模底板 3.上凹模 4.壓邊圈5.壓邊圈托板
6.凸模固定板 7、9.固定螺釘 8.液壓墊頂桿
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如圖5中所示壓邊圈4上的雙點劃線工件所處位置為模具初始狀態，到凸模1上拉深生成的制件位置為此次模具拉深后的終止狀態。其工作過程是：模具的凸模1及其固定板6固定在液壓機工作臺上，壓邊圈托板5與壓邊圈4穿過凸模1放在四個壓機液壓墊頂桿8上。工作時，液壓機滑塊上升，相當于模具開啟，此時將第一次或第二次拉深完成的杯體放在壓邊圈4上，液壓機滑塊下降，上凹模3與工件及凸模接觸開始拉深，直至拉到制件應達到的高度為止。這時壓機滑塊及液壓墊停止向下運動；按動開關使壓機滑塊向上運動，液壓墊頂桿8也隨后頂著壓邊圈固定托板5與壓邊圈4及工件向上運動，將制件取下，模具轉入下一個工作循環。
4．模具主要零件設計及要點
如圖6所示，凸模1，上凹模3及壓邊圈4是整個模具的主要零件，其中凸模1與壓邊圈4配合為間隙配合，它們的外輪廓及型孔由線切割完成，上邊圓角由加工中心完成凸模高度不夠由壓邊圈內孔割下的廢料加墊。上凹模3與壓邊圈4除了料厚還要留有0.1～0.2mm的間隙,由線切割割內孔及加工中心粗加工過渡圓角部分，再用其同時加工出的電極在電火花機床上打出其形狀。以上各件均采用Cr12型鋼，熱處理硬度為HR58-61。
5．結 語
通過優化設計，該模具結構由復雜變得簡單了，生產周期短了，且批量生產的零件廢品率低，拉深件表面質量提高了，且非常穩定。
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<, B style="mso-bidi-font-weight: normal">作者簡介：
馬雪峰（1969.8-），女，山東武城，常州機電職業技術學院數控技術應用教研室主任，副教授，畢業于哈爾濱工程大學機械設計及理論專業，工學碩士，國家精品課程負責人，現從事機電一體化設計及數控技術應用與服務，與企業共同開展科技攻關項目，獲得省、市級科技立項并已結題。
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