殼體沖壓工藝及模具設計

谷寶成，史振華，孫學軍，徐山，聶蘭啟

(1.山東紅旗機電有限公司，山東 濰坊 261031;2.山西利民工業有限責任公司，山西 太谷 030812;3.濰坊廣文中學，山東 濰坊 261021)

1 零件

殼體是某產品的一個重要零件，如圖1所示。該零件由小圓管、大圓管和圓錐部分組合而成。該零件為一典型不等壁厚深錐形件，生產批量較大，年產10萬件。材料為2A12。產品精度要求較高，零件外觀要求較為嚴格，表面不允許有深度大于0.1 mm的劃傷、壓痕。

圖1 殼體Fig.1 Shell

2 沖壓工藝分析

該零件各處壁厚不相等，最大厚度為1.2 mm，最小厚度為0.8 mm，相差較大。為保證產品圖要求，選取最大厚度為1.2 mm作為板材厚度。

1)等壁厚拉深法。將毛坯拉深成等壁厚零件，然后通過機械加工達到圓筒形壁厚0.8 mm。該方法雖然能保證零件的各處壁厚要求，但生產效率低，一大部分鋁合金材料變成了鋁屑，致使零件生產成本較高，不能滿足大批量生產的要求。

2)變薄拉深法。將毛坯拉深成圓筒形半成品，再通過多次錐部拉深成形錐形和小頭圓柱部分，最后采用變薄拉深將其圓柱部分的壁厚變薄至0.8 mm。該方法不僅能保證產品質量，而且生產效率高，零件生產成本較低，能滿足大批量生產的要求。

通過以上分析，決定采用變薄拉深法生產該零件。

3 工藝計算

3.1 毛坯直徑D的確定

殼體零件為不等壁厚零件，必須根據體積相等的原則計算毛坯直徑D。經計算，該零件體積V0=30038 mm3。

對于有色金屬零件，在沖壓成形過程中，由于材料經過多次拉深、變薄拉深、清洗、退火的消耗，及成形后端面口部需留有一定的機械加工余量，所以計算出的毛坯體積應在沖壓資料介紹留有切邊余量的毛坯體積的基礎上乘以一個系數K[1]。D則按下式計算:

式中:D為毛坯直徑，mm;K為系數，K的取值范圍為1.05 ～1.12，這里取 K=1.08;V0為殼體沖壓毛坯體積，V0=30038 mm3;t為毛坯厚度，這里取t=1.5 mm。

將以上數值代入上式得:D=185 mm。

3.2 零件拉深次數和變薄拉深的確定

3.2.1 圓筒形毛坯拉深次數的確定

已知 D=185 mm，t=1.2 mm，則 t/D ×100=0.648，∑m總1=d/D=0.34，查文獻[2]表 5 －7得，2A12-O 的[m1]為 0.56 ～0.58，[m2]為 0.75 ～0.80，取 m1=0.56，m2=0.77，則:

第1次拉深直徑:d1=m1D=103.6 mm，取d1=104 mm;第2次拉深直徑:d2=m2d1=80 mm;第3次拉深直徑:d3=m3d2=62.5 mm。

3.2.2 小端圓柱部拉深次數的確定

為了保證整形時，毛坯有一定的變形量，第2次錐部拉深直徑應比工件錐部直徑φ31.7 mm大。這里取第2次錐部拉深直徑為φ36 mm。

式中:∑m總2為小端圓柱總拉深系數;d為第2次錐部拉深直徑，d=36 mm;d3為拉深毛坯直徑，d3=62.5 mm;

將以上數值代入上式:

以后各次拉深極限拉深系數[mn]的取值范圍為0.75 ～ 0.80，故取第1 次錐部拉深系數 m4=0.75。

第1次錐部拉深直徑:d4=m4d3=46.8 mm，取d4=47 mm;第2次錐部拉深直徑d5=m5d4=36 mm。3.

2.3 變薄拉深次數的確定

根據文獻[2]，變薄拉深系數φn為:

式中:tn，tn－1為相鄰兩道工序坯料的壁厚;φn為變薄拉深系數;

由于該工序毛坯經過退火處理，塑性較好，2A12-O 極限變薄拉深系數[φ1]的取值范圍為0.50～0.60。因φ1≥[φ1]，所以可以一次變薄拉深成形。

通過以上分析計算，殼體沖壓工藝為:落料—第1次拉深—第2次拉深—第3次拉深—第1次錐部拉深—第2次錐部拉深—整形—變薄拉深，工序如圖2所示。

圖2 工序Fig.2 Process

4 模具設計

根據某公司現有設備情況，除落料工序外，各次拉深、錐部拉深、整形、變薄拉深工序均安排在底傳動雙動拉伸壓力機J44-55B上進行。

4.1 拉深模具的設計

拉深模結構如圖3所示。為了縮短制模周期，降低生產成本，便于更換模具，設計該模具為通用模具。更換模具時，只更換凸模、凹模、壓邊圈、頂件器，其余均為通用零件。

4.2 錐部拉深模具

錐部拉深模結構如圖4所示，該模具為通用模具，更換模具時，只更換凸模、凹模、定位套、頂件器，其余均為通用零件。

圖3 拉深模Fig.3 Drawing die

圖4 錐部拉深模Fig.4 Cone drawing die

5 結語

采用該沖壓工藝生產殼體，提高了金屬材料利用率，節約了大量有色金屬材料，提高了生產效率，降低了生產成本，滿足了大批量生產的要求。經過幾年的大批量生產，該工藝較成熟。同時該沖壓工藝對同類型零件的加工具有一定的參考作用。

[1]聶蘭啟，王海林，聶伯揚.支撐套沖壓工藝及模具設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2008，43(3):50 －53.

[2]湖南省機械工程學會鍛壓分會.沖壓工藝[M].長沙:湖南科學技術出版社，1984.