廖振芝

摘要：导向器挡板属于无凸缘的筒形正反拉深件，产品形状特殊尺寸比较大，加工难点在于展开尺寸计算和拉深成形。经估算，产品属于深拉深件，需2～3次拉深，中间涉及拉深起皱、拉深壁裂、拉深压边力不足、拉深发热大损伤模具等一系列问题需要克服，该产品制造合格主要是模具设计合理，因此本文主要论述其模具设计。

关键词：导向器挡板;模具设计;展开尺寸;拉深;压边;间隙

1  产品工艺分析

导向器挡板产品（如图1）加工需要經过以下主要工序（如图2）。

该产品材料为奥氏体型不锈钢1Cr18Ni9Ti，t0.8，拉伸性能良好，加工硬化高，拉深中回弹严重，凸缘区容易起皱。另外，奥氏体型不锈钢的热传导性比较差，热膨胀性大。不锈钢的拉深力和压边力比软钢要大，模具的接触压力增大而产生大量的热。并且，其热传导性是软钢的1/2：1/3，散热性差，拉深中产生的大量热使材料易发生软化、破裂和起拉深积瘤，出现咬模问题。因此，在模具结构设计中应考虑以上问题，在容许范围内，增大模具间隙。

第一次拉深成形中，其凸缘是第二次拉深成形R5的坯料，因此确定第一次拉深的凸缘尺寸应准确。见图2②，“r”值影响第一次拉深，“r”值过小，拉深中会产生底裂等问题;“r”值过大，拉深中会产生起皱等问题。因此“r”值应确定合适的值。见图1尺寸，估算展开尺寸d0为210，估算凸缘直径df=157.1+10×2.7=202.1，考虑切边余量及定位误差等因素修正df=202.5，凸缘相对直径=0.96，0.96<1.4，所以第一次拉深属于窄凸缘拉深。

第二次拉深成形，主要成形R5，第二次拉深成形后，产品形状如图2③，产品定位和卸料是模具设计的重点。

2  模具设计

2.1 展开坯料计算

rP≥（1.5～3）t，其中“t”为材料厚度，所以rP≥1.2～2.4。产品厚度t≤1时，取较小值;t>1时，取较大值。综合材料性能，确定第一次拉深凸模rP=1.5，第二次拉深定位靠？准154及20°斜面定位，因此第二次拉深与第一次拉深凸模圆角相同。

拉深高度确定：

为保证图2高度尺寸“29”，考虑车削加工余量留（0.5～1）mm及凸模圆角尺寸rP=1.5，确定最终拉深高度h2=29+1.5+1=31.5，如图3所示。

为防止因定位误差等多方面的原因影响产品质量，加大凸缘直径。加大凸缘直径，产品凸缘面不容易拉深起皱。为了防止拉深破裂，在第一次拉深中就获得产品要求的凸缘直径，第二次拉深，靠凸缘部分来变形成形，达到R5面无拉深痕迹的目的。根据实际生产经验，估算凸缘直径为？准202.5，第一次拉深图样如图4。

第一次拉深为锥形拉深，（0.25～0.3）×175.1=43.775～52.53，31.5<43.775，所以第一次拉深属于浅锥形拉深，浅锥形拉深比较容易，可以一次拉深成形。图4可以近似为图5所示进行展开尺寸计算。

2.2 拉深模的设计

2.2.1 确定拉深次数

2.2.2 确定拉深凹模、凸模的过渡半径

第一次拉深凹模圆角rd1≥0.8，d0为展开尺寸？准237，dm为第一次拉深中径？准154.8，即0.8=6.4，产品材料属于拉伸性能比较好的材料，虽然rd1值大，有利于拉深力减小，但却使压边力作用不到的面积增加，在拉深结束时，板坯的外边缘离开了压边圈的约束后发生起皱，筒体也比较容易发生起皱。由于加工硬化后起皱的因素，会出现破裂的趋势。综合实际生产经验，此类材料拉深时，凹模圆角一般取较小值，所拉深的产品侧壁更直，并且产品拉深能保证不破裂，rd1=6.4×0.75=4.8，由于产品过渡圆角R5大于4.8，为了保证成形更容易，同时减少产品拉深次数，避免产品拉深破裂，结合实际经验，修正rd1=5。

拉深凸模半径，第一次拉深凸模半径rp=（0.3～0.8）rd，rp=1.5～4，结合生产实际经验，取rp=2。

2.2.3 拉深间隙

拉深模的凸模及凹模的单边间隙c，间隙值应合理选取，c过小会增加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦伤产品表面和降低模具寿命;c过大，易使拉深件起皱，且影响产品精度。由于不锈钢的热扩散性差，而热膨胀性是软钢的1.7倍。如果间隙过小的情况下，再由于本次加工的产品尺寸大，拉深中产生的热量成倍增加，会使产品侧壁膨胀并与凹模接触，发生拉深损伤。所以对于不锈钢拉深加工的关键是，应尽量减少热量产生，模具间隙比软钢的大，通常在第一次拉深中取（1.2～1.3）t，在精整拉深中取1.05t。根据实际生产，取范围内的小间隙产品的侧壁更直，产品质量较高。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，本次第一次拉深间隙c=1.2t，即c=1.2×0.8=0.96，为降低模具制造精度提高产品拉深质量，取c=0.9。第二次拉深属于精整拉深，c=1.05t=1.05×0.8=0.84，取c=0.8。

2.2.4 拉深模工作部分尺寸的确定

由于凸模尺寸大，产品紧紧贴合在凸模上时容易形成真空，导致产品取件困难。产品为奥氏体型不锈钢，拉深中产生大量的热。为解决以上问题，在凸模上应增加通气孔尺寸。

第一次拉深凸模、凹模设计尺寸见图7。

第二次拉深属于精整拉深，模具制造精度δ应适当提高，间隙减小。第二次产品成形尺寸如图8，尺寸计算如下：

第二次拉深凸模、凹模设计尺寸见图9。

2.2.5 拉深压边、定位结构

第一次拉深属于浅锥形、窄凸缘拉深，由于坯料变形程序小，冻结性能差，弹复变量较大。而本次制造的挡板精度要求比较高（IT9～IT10级），必须加大径向拉应力，提高胀形成分，因此拉深中需要压边圈增大压边力。压边圈的压力必须适当，如果过大，会使产品拉裂，压力过低会使产品的边壁或凸缘起皱。经估算压边力较大，可通过增加压边圈的深度降低压边力，如图10，增加深度至0.9+0.1（产品厚度t=0.8），在模具调试中逐步磨削，直到合适的尺寸。

2.2.6 确定拉深模主要结构图

由于产品卸料装置需要在模具调试中调整，并且产品拉深行程为35mm以上，比较大，模具正装结构更复杂，需要的压力机行程不足，模具操作不方便等因素，所以第一次拉深模设计为倒装结构，如图11。

第二次拉深模具设计定位方式和卸料方式是重点。第二次拉深可以采用图12的两种定位形式：凸模定位，产品与凸模表面完全贴合接触，定位准确，拉深开始阶段，芯模先与产品接触，起自动找正作用，拉深的产品同心度能很好保证，模具操作也比较方便;芯模定位，产品只有直面部分与芯模接触，在拉深过程中产品容易移位，定位不准。因此第二次拉深定位采用凸模定位，模具图如图13。

参考文献：

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[2]赵孟栋.冷冲模设计[M].机械工业出版社，2009.

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[4]田嘉生.冲模设计基础[M].航空工业出版社，1994.

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