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簡析疊層凹模連續(xù)拉伸模工藝及模具設(shè)計(jì)

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2014-07-02 08:45:08點(diǎn)擊率：

　　1 引言

　　針對(duì)需多次拉伸成形的零件，典型的模具設(shè)計(jì)有如下幾類：

　　 類：單工序單模逐次拉伸。

　　第二類：級(jí)進(jìn)模連續(xù)多工位拉伸。

　　第三類：正反復(fù)合工序拉伸。

　　比較其特點(diǎn)： 類模具結(jié)構(gòu)簡單，但工序數(shù)多，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。第二類模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，體積大，局限于帶料類薄壁小型制件拉伸。第三類復(fù)合工序數(shù)量有限(一般兩道)，對(duì)材料纖維組織改變大，加工硬化明顯，易拉裂。無論采用哪種類型，多次拉伸必須避免容易出現(xiàn)的缺陷：拉裂、起皺、加工硬化、材料偏移。本文通過實(shí)例介紹另外一種多次拉伸方法——疊層凹模連續(xù)拉伸。

　　2 疊層凹模模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

　　是一長徑比大(h/d=5.7)的圓筒件，顯然需多次拉伸。比較前面3種類型模具：采用單工序模，拉伸次數(shù)多，效率低，制件小，難操作;采用級(jí)進(jìn)模則受料厚及制件高度較大限制，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料，效率無法體現(xiàn);采用正反復(fù)合模拉伸則因硬化劇烈，難以實(shí)現(xiàn)，效率也不高。而采用如圖2所示疊層凹模結(jié)構(gòu)，則可起到特殊效果。

　　(1)凸模行程較大：制件越高，凹模疊層數(shù)越多，則凸模行程就越大，對(duì)小型曲柄壓力機(jī)，很容易因此而使用受限。

　　(2)拉伸間隙較大：特別是上層凸凹模間隙，明顯比底層間隙大，增加了口部材料增厚可能性，也增加了起皺可能性。

　　(3)無法采用防皺等措施：如圖2所示，無法在上下連續(xù)排布的數(shù)個(gè)凹模上分別設(shè)置壓邊圈或加拉伸筋之類的措施。

　　(4)發(fā)熱量大：材料連續(xù)拉伸，無法及時(shí)散熱，發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)“粘模”現(xiàn)象。

　　(5)加工硬化較大，易拉裂。

　　針對(duì)以上特點(diǎn)，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮如下因素：

　　(1)設(shè)備參數(shù)匹配，應(yīng)特別注意滑塊行程和閉合高度與模具工作要求相吻合。

　　(2)為防止拉裂和起皺，每層變形量應(yīng)比普通拉伸單次允許變形量明濕減小，以便在無防皺措施下順利拉伸，通過逐次較小變形的累積，達(dá)到大變形。

　　(3)自上而下的凹模工位應(yīng)考慮拉伸時(shí)工序間不干涉，即一層完成拉伸之后才進(jìn)入下一層，以免材料因拉伸阻力太大而拉裂。

　　(4)設(shè)計(jì)潤滑和冷卻流道，一方面可潤滑凹模，避免拉裂，另一方面可冷卻凸、凹模，防止“粘模”。

　　3 零件工藝分析及工序尺寸確定

　　(1)拉伸次數(shù)判斷。

　　可參照普通帶壓邊裝置拉伸工藝設(shè)計(jì)，其拉伸次數(shù)計(jì)算如下：

　　a.根據(jù)有關(guān)手冊(cè)，材料展開尺寸為：

　　b.(t/D)×100=(0.8/58)×100=1.5。

　　查設(shè)計(jì)手冊(cè)，普通拉伸時(shí)各次極限拉伸系數(shù)：

　　c.按普通拉伸，其各次拉伸直徑確定如下：

　　可見，普通拉伸需五次成形才可達(dá)到制件直徑。

　　(2)用疊層凹模拉伸時(shí)拉伸次數(shù)確定

　　圖2所示的疊層凹模，每個(gè)凹模均為錐形，有利于材料流動(dòng)，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，錐形凹模拉伸時(shí)其每道工序極限拉伸系數(shù)較普通拉伸對(duì)應(yīng)次數(shù)時(shí)m可明顯減小(大約減20%～30%)，即變形量對(duì)應(yīng)普通拉伸相同次數(shù)時(shí)可明顯增加。因此，可以確定，即便按同樣5層錐形凹模拉伸，也比前述普通拉伸拉裂可能性小。即：采用五層錐形凹模，具有不拉裂的安全性較大。

　　(3)錐形拉伸不起皺的判斷。

　　每層凹模均設(shè)計(jì)錐形結(jié)構(gòu)，其目的，一方面是為減少材料流動(dòng)阻力，降低極限拉伸系數(shù);另一方面，可提高拉伸時(shí)材料切向壓應(yīng)力下穩(wěn)定性，降低起皺可能性。根據(jù)有關(guān)資料，錐形凹模拉伸不起皺的條件是：

　　式中t/D——毛坯相對(duì)厚度(t為材料厚度，D為毛坯直徑)

　　m——允許 小拉伸系數(shù)。

　　所以，該制件錐形拉伸時(shí)不起皺m值為：0.8/58>0.03(1-m)，得m>0.54，即當(dāng)拉伸系數(shù)大于0.54時(shí)，可以不考慮壓邊問題，在后續(xù)安排變形量(即拉伸系數(shù))時(shí)，應(yīng)注意該條件。

　　(4)拉伸次數(shù)確定及拉伸系數(shù)(變形量)分配。

　　本例中， 拉伸必須單獨(dú)分出，由圓毛坯料拉伸成圓筒件(后次的坯料)，后4次如用一副疊層模具，則模具太高，凸模太小太長，應(yīng)采用兩副疊層模具進(jìn)行。

　　權(quán)衡以上防拉裂和防起皺兩因素，工序可分3副模具完成全部拉伸： 副，以帶壓邊裝置模具將毛坯盡量拉伸至 小圓筒件。后次采用兩副疊層凹模拉伸模進(jìn)行。前一副三層凹模，后一副兩層凹模，總共相當(dāng)于6道工序。增加一道工序意義在于保證同等效率情況下(因沒增加模具數(shù))，安全性更高。

　　拉伸系數(shù)分配思路：總拉伸系數(shù)m=12.5/58=0.216， 副采用壓邊裝置拉伸模，取拉伸系數(shù)0.49，得到直徑φ28mm的后次拉伸坯料(見圖3)，所以后兩副總系數(shù)為0.216/0.49=0.441，其中前一副三層凹模，取總系數(shù)0.6;第二副兩層凹模，取總系數(shù)0.441/0.6=0.735，制件底部圓角 副R1=4mm，第二副R2=2.5mm，第三副R3=2mm(制件)。各次工序高度H即可計(jì)算出來。全部工序尺寸如表1所示。

　　4 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　(1)錐形凹模設(shè)計(jì)。

　　如圖4所示，各層凹模均為錐形結(jié)構(gòu)。

　　a——凹模半錐角，一般取25°～45°;B——凹模厚度，根據(jù)材料厚度、制件大小、模具結(jié)構(gòu)等確定;d凹——根據(jù)各層制件工序直徑尺寸定;d凸——根據(jù) 下一層凹模對(duì)應(yīng)制件工序直徑定;r凹——3～10mm;r凸——按 層對(duì)應(yīng)工序尺寸確定;b——凹模直壁長度8～12mm。

　　(2)工作零件其它主要尺寸的確定。

　　1.定位圈 2.a層 3.凹模墊塊Ⅰ 4.b層 5.凹模墊塊Ⅱ 6.c層Do——定位圈直徑，按前副模具拉伸外徑確定;D1、D2、D3——凹模直徑，按各層工序直徑確定;d——按 下層時(shí)應(yīng)得到的工序直徑確定;r——按 層對(duì)應(yīng)的制件工序尺寸確定;h1—— 、第二層凹模之間距離，按 層工序高度確定，大于該高度，保證拉伸時(shí)不干涉;h2——第二、第三層凹模之間距離，按第二層凹模工序高度確定，保證二、三層拉伸時(shí)不干涉。

　　(3)冷卻、潤滑流道設(shè)計(jì)。疊層拉伸時(shí)，制件產(chǎn)生熱量多，會(huì)加劇凹模磨損;另外連續(xù)變形也極易使制件發(fā)生拉裂。設(shè)計(jì)冷卻、潤滑系統(tǒng)目的，一方面可冷卻凹模，另一方面對(duì)材料起潤滑作用，防止拉裂。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：①只需對(duì)凹模潤滑，凸模應(yīng)保持一定摩擦，不需潤滑;②潤滑流道要密封，以便操作時(shí)保持場地清潔，另要便于潤滑油回收。

　　(4)通用模架沒計(jì)。為減少模具成本，第二副疊層模具設(shè)計(jì)成與前一副模架共用，只需更換凸模、定位圈和d、e兩層凹模即可，更換、拆裝要方便。

　　5 模具總裝圖及特點(diǎn)

　　(1)模具工作過程：模具總裝圖如圖6所示，將 拉伸的半成品(外徑φ28)放置定位圈定位，用直徑φ15.50-0.02mm凸模依次通過a、b、c三層凹模，拉伸成φ16.8mm半成品，完成第二次拉伸;第三次拉伸時(shí)，更換凹模疊層(換成d、e層)、定位圈、直徑φ11.050-0.02mm凸模后，同樣操作可直接拉伸至成品。

　　(2)模具特點(diǎn)：①因凸模行程較大，需采用摩擦壓力機(jī)拉伸;②通過逐層較小變形量，累積成大變形量，效率提高40%(5副模具減為3副);③需及時(shí)潤滑，在蓋板5上開有6個(gè)油槽，潤滑油通過下面凹模套孔，依次對(duì)各層凹模潤滑;④模具簡單，成本低廉，尤其采用通用模架后，成本優(yōu)勢更明顯。

　　6 結(jié)束語

　　疊層凹模拉伸法形似簡單，應(yīng)用中卻往往舍易求難，通過本文分析，提供了一條簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用之設(shè)計(jì)思路。特定制件，特定工藝條件時(shí)，確有其特殊的價(jià)值。

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