脹形模設計分析

宋曉鋒

（鄭州煤機綜機設備有限公司，鄭州 450006）

0 引言

圖1 為我公司一個產品零件，中等批量，表面質量要求高，產品尺寸精度要求一般。材質為不銹鋼0Cr18Ni9，壁厚2.5 mm。

圖1 零件圖

1 工藝分析及計算

1.1 成型方案選擇

根據產品圖我們探討了圖2所示兩種方案，圖2 中A 方案屬于縮口成型，成型過程為產品中間縮小的變形，這種成型方案使模具結構設計復雜，對于中等批量產品來說模具制造成本過高；而圖2 中B 方案屬于脹形成型，脹形成型過程是兩端口部拉伸的變形，模具結構比A 方案簡單，因此選用B 方案成型。

1.2 產品脹形伸長率計算

圖2 中B 方案脹形成型屬于自然脹形，成型中主要是產品毛坯局部壁厚變薄和軸向的自由收縮，最終使兩端口部徑向尺寸變大，毛坯最小內徑保存不變，故選取毛坯內徑d0=37 mm。

產品成型的伸長率為：δ=（D-d0）/d0=（56-37）/37=51.35%式中：D 為產品最終口部成型尺寸；d0為產品毛坯口部尺寸。

查設計手冊得知不銹鋼0Cr18Ni9 許用伸長率［δ］=35%，由計算可知δ＞［δ］，故需要多次成型方能保證口部成型后不開裂。

1.3 產品毛坯高度計算

產品成型時毛坯兩端不固定，任其自由收縮，這樣可以縮小兩端壁厚的變薄程度，因此毛坯高度為產品高度，需加一收縮量，為了保證最終產品兩端對稱，兩邊再增加切邊余量，則毛坯高度為H0=L×［1+（0.3～0.4）δ］+ΔH=60×［1+0.4×0.5135］+5=77.32 mm。式中：L 為產品高度，mm；ΔH 為切邊余量，一般取5～10 mm，本產品中取5 mm，

故取毛坯高度H0=77 mm，取內徑d0=37mm。

圖2 成型示意圖

1.4 成型次數及上下模尺寸

由于產品成型伸長率大于材料的許用伸長率，需要多次成型，根據設計手冊相關公式可知需要3 次成型，其上下模尺寸如圖3 及表1 所示。

1.5 成型中熱處理

產品需要3 次成型，每次成型后產品內應力影響后續成型，由于產品表面質量要求高，為此在每次成型后采用了真空退火處理。

真空退火有如下特點：1）產品表面不氧化、不脫碳，能保證產品表面的不銹鋼光澤；2）真空脫氣作用能提高材料的疲勞強度，消除氫脆和內應力；3）真空退火產品受熱均勻，熱處理后產品變形小。

2 模具結構

根據以上分析，設計了如圖4 所示的成型模具。

模具結構特點如下：1）模具分3 套，3 套模具共用上、下模座，每次成型后松開上、下模中緊固螺釘6，取出上、下模8，只更換上、下模；2）模具結構中定位芯子3 起模具定位、導向作用，設計在模具的中間，簡化了模具結構。

圖3 上下模

表1

圖4 模具結構

3 結語

模具在驗證時，產品成型中上、下模上涂潤滑油，壓型后產品滿足設計要求，通過本套模具設計，為同類脹形模的設計積累了經驗。

［1］涂光祺.沖模技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

［2］史鐵梁.模具設計指導［M］.北京：機械工業出版社，2003.