文/陳志強(qiáng)·廈門(mén)市克成五金制品有限公司
冷沖壓拉深模具是利用金屬材料的塑形成形特性來(lái)拉深成形所需產(chǎn)品,每種材料都有極限拉深系數(shù),模具工藝設(shè)計(jì)中若超過(guò)材料的極限拉深系數(shù)則會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂,導(dǎo)致無(wú)法成形,必須增加工序。本文將與大家分享一種超極限拉深系數(shù)的模具工藝及結(jié)構(gòu)。
在冷沖壓拉深模具工藝設(shè)計(jì)前,先要設(shè)計(jì)產(chǎn)品的拉深工藝,即拉深工序分配,這必然要考慮材料的拉深系數(shù)。以不銹鋼材料為例,其首次極限拉深系數(shù)為0.5 ~0.52,若拉深系數(shù)小于0.5,理論上則是不能進(jìn)行拉深成形的,材料在變形過(guò)程中會(huì)因超過(guò)塑形變形極限而破裂。
本文介紹的模具是一種具有加熱和冷卻功能的拉深模具,其特點(diǎn)是可以將首次拉深系數(shù)取到0.5 以下,模具平面圖和結(jié)構(gòu)圖如圖1 和圖2 所示。
其工作原理是通過(guò)安裝在凸模墊板(20)上的進(jìn)水管和出水管在凸模中形成冷卻水循環(huán),(冷卻水來(lái)自于外部冷水機(jī))使凸模在工作過(guò)程中始終保持模溫不升高,冷卻水溫度維持在5℃以下;同時(shí),在凹模板(05)和壓料板(04)上安裝電熱管,對(duì)模具進(jìn)行加熱,并使模具維持在一定的溫度下,通常做80 ~100℃。(電熱管通過(guò)控制電箱自動(dòng)給模具加熱,安裝在凹模和托料板的熱電偶測(cè)量模具溫度,當(dāng)模具溫度低于設(shè)定溫度時(shí),電熱管自動(dòng)通電加熱,加熱到設(shè)定溫度后自動(dòng)斷電,反復(fù)循環(huán)工作。)這樣,材料在拉深變形過(guò)程中內(nèi)冷外熱,塑形變形能力大大提高,首次拉深系數(shù)突破原有材料極限拉深系數(shù),可以做到0.46。從而減少拉深工序,提高生產(chǎn)效率。同時(shí),采用此種拉深工藝后,凸模和凹模拉傷減少,模具拋光維修頻率降低,模具壽命也能提高2 倍以上。
此種拉深模具在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中需要注意幾個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié):
⑴首先根據(jù)產(chǎn)品展開(kāi)尺寸確定好料片尺寸,然后根據(jù)拉深系數(shù)確定拉深產(chǎn)品外徑尺寸和高度。
⑵拉深產(chǎn)品可根據(jù)產(chǎn)品需要預(yù)留法蘭邊或完全拉深為直身。
⑶若產(chǎn)品還有后工序拉深或整形,首次拉深時(shí)產(chǎn)品頭部設(shè)計(jì)為斜坡過(guò)渡,斜坡角度20°~30°為宜。
⑷拉深凸模頭部設(shè)計(jì)為空腔以存儲(chǔ)冷卻水,且特別要注意水路密封設(shè)計(jì),采用普通密封墊片即可,但模具加工要注意密封件配合公差。進(jìn)水和出水要形成流量差,可通過(guò)進(jìn)出水孔徑差實(shí)現(xiàn),亦可通過(guò)管路球閥調(diào)節(jié)。
⑸拉深凹模和壓料板要有足夠的厚度以保證模具強(qiáng)度,因?yàn)檫@兩塊模板上要加工放置加熱管的槽,加熱管槽不可與加熱管間隙太大,要保證加熱管與模具的接觸面積盡量大,提高能效利用率。
⑹壓料板和凹模之間設(shè)置壓料間隙限位裝置,確保壓料間隙均勻,壓料力平均分布于材料表面,通過(guò)調(diào)整機(jī)臺(tái)的壓邊力,使材料在拉深成形過(guò)程中受力均衡,順利成形。
⑺下模需要設(shè)置限位塊,防止壓料板下行超限壓壞進(jìn)水管和出水管。
圖3 為我公司某產(chǎn)品的模擬圖(具體技術(shù)參數(shù)不便公布),具體工藝成形過(guò)程如下。
材質(zhì)為SUS304,料厚1.0mm,計(jì)算展開(kāi)直徑,確定料片尺寸。
通過(guò)拉深系數(shù)計(jì)算,確定拉深工序,需要三工序來(lái)完成拉深成形。
通過(guò)等體積法計(jì)算,確定各個(gè)拉深工序的直徑及高度尺寸。
此產(chǎn)品完整的沖壓工序(圖4)為:落料→拉深一→拉深二→拉深三→整形→修邊沖孔。各工序成品見(jiàn)圖5。
減少拉深工序,提高模具壽命,這是此種模具工藝的基本優(yōu)勢(shì)。另外,從事模具沖壓工作的人都知道,拉傷是拉深生產(chǎn)中常見(jiàn)的問(wèn)題,為解決產(chǎn)品和模具拉傷的問(wèn)題,有對(duì)材料進(jìn)行退火軟化處理的,也有對(duì)模具做表面涂層處理甚至是用鎢鋼模芯的,還有用高潤(rùn)滑性拉深油的。凡此種種,都是在不同程度的增加生產(chǎn)成本。而此種拉深模具結(jié)構(gòu),在節(jié)省拉深工序的同時(shí),對(duì)模具材料、生產(chǎn)材料、潤(rùn)滑油、甚至是模具表面拋光的要求都不再那么苛刻,即便是最不好拉深的不銹鋼材料,采用此種模具結(jié)構(gòu),也能穩(wěn)定的生產(chǎn)。降低生產(chǎn)成本也是此種模具的又一大工藝優(yōu)勢(shì)。
目前,我公司已經(jīng)研究并掌握了此種模具工藝的結(jié)構(gòu)和各種參數(shù)設(shè)置,并成功應(yīng)用到多款拉深產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)中。尤其在一些深拉深產(chǎn)品的生產(chǎn)中,此種工藝突顯出其優(yōu)越性。
圖6 是我公司研發(fā)并批量生產(chǎn)的幾款拉深件產(chǎn)品。
工業(yè)化的大發(fā)展要求我們這些從事制造業(yè)的人員不斷去探究新的生產(chǎn)工藝,一些新材料和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用為制造業(yè)的生產(chǎn)提供了很大支持。從傳統(tǒng)的人工作業(yè)到現(xiàn)代化的機(jī)器人作業(yè),制造業(yè)每時(shí)每刻都在突破和進(jìn)步。工業(yè)是國(guó)家的根本,制造業(yè)是工業(yè)的根本,真心希望中國(guó)的制造業(yè)在我們這一代人手里做精、做強(qiáng)。期待與各位專(zhuān)家、前輩、同行探討和交流,分享我們的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),提升我們的制造能力。