高明
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 150066
摘要：在冲压生产中，拉深是广泛使用的工序。通过拉深可获得筒形、阶梯形、锥形、球形等零件。平板毛坯拉深成筒状开口零件时口部出现飞边卷口现象，对此进行切边设计。
关键词：筒形件；模具结构；拉深间隙
Dynaform作为近年来板料成形数值模拟技术中常用的软件，可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、回弹等，从而帮助设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。在利用该软件进行模拟分析时，应该采用理论计算和软件模拟共用，以找出合适的成形工艺。带凸缘的圆筒形件是日常生活中常用的零件，如不锈钢的面盆、压力锅的锅盖等物品，均属于带凸缘的圆筒形件。本文利用所给的拉深件，首先计算了拉深过程中的部分尺寸，而后在理论计算的基础上，结合Dynaform软件对零件的拉伸过程进行模拟，找出了较为合适的压边力，从而为后续拉深模具设计提供依据。
1、带凸缘圆筒形件拉深尺寸计算
图1是带凸缘圆筒形件的零件图，其壁厚为2mm，材料为304不锈钢，精度为IT14级。本文计算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次数的计算、压边装置的使用与否以及压边力的计算。
1.1带凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算
由图1，零件的厚度t=2mm，因此在计算毛坯尺寸时应采用中线尺寸计算。该零件的相对直径dt/d=380/320=1.18，其中dt为凸缘直径，d为圆筒件底部直径，取修边余量δ=6mm。由拉深毛坯尺寸的计算公式可知：
根据图1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm
由此计算出防尘盖毛坯尺寸：
1.2是否需要压边装置和拉深次数的计算
本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皱条件为：
t/D≥（0.09～0.17）（1-m）
由图1和D可计算出：t/D=2/527=0.38%，总拉深系数m=d2/D=332/527=0.63。
因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，则t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此该零件拉深时需使用压边圈。
查表得出，该零件总拉深系数大于其极限拉深系数0.55，因此可一次拉深成形。
1.3压边力的计算
一次拉深成形时的压边力：FY=Ap，查表可知，根据零件的复杂程度，p可以取值为2.5、3和3.7MPa。因本文中零件为简单的带凸缘圆筒形件，因此取P值为2.5Mpa。压边圈的面积应与凸模相配合，其最大直径考虑与毛坯重合，由此计算出：
FY=Ap≈π（263.52-1722）×2.5≈312809N
综上所计算的结果，该零件拉深毛坯的尺寸D=527mm，可一次拉深成形，拉深过程中需要使用压边圈防止起皱，压边力FY=312809N。
为验证理论计算的正确性及在此压边力下是否可以得到合格的零件，利用Dynaform软件对其成形过程进行模拟。
2、分析模型的建立及拉深模拟结果的分析
2.1分析模型的建立
当压边力采用312809N时，得到的模拟成形结果如图3所示和图4所示。由图3成形极限图可知，材料在拉深的过程中，大部分处于安全范围内，在零件边缘有起皱趋势，这部分材料在拉深完成后可以通过切边工序切除掉。从图4的厚度变化图上看，材料的最大减薄率为28.2%，最大增厚率为10.23%。一般认为，在成形部分增厚不超过1%、减薄不超过30%都是可以接受的。尽管材料的最大增厚超过了1%，但此处位于零件边缘，同样可以切除掉。在整个拉深的过程中，该零件未出现拉裂。因此，针对该零件，选择312809N的压边力是可行的。
3、模具材料和热处理
拉深切边模的易损部位主要在切边凸模和拉深凹模，材料选择Crl2MoV钢。这种钢具有淬火变形小、淬透性好、耐磨性高等特点，但它的最大缺点是碳化物分布很不均匀，这不仅使钢的强度大为降低，而且往往造成模具在使用过程中出现崩刃损坏，为此，通过改锻来改变原材料的碳化物分布状况。
热处理方式采用一次硬化法，淬火硬度为60～62HRC。
4 结术语
对于所给的带凸缘的圆筒形件，经计算，该零件对应的拉深毛坯尺寸为527mm，零件可以一次拉深成形，拉深过程中需要使用压边圈，以防止零件起皱。经Dynaform模拟，采用压边力为312809N可以得到质量合格的拉深件。
参考文献
[1]冲模设计手册编写组.冲模设计手册.机械工业出版社，2015.
[2]高云显.挤切修边模的设计.锻压技术.2014.
[3]周开华等.冷冲压译文集.国防工业出版社，2015.
[4]陈炎嗣，郭景仪.冲压模具设计与制造技术.北京出版社，2015.
论文作者:高明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/29
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