超極限拉深模具工藝

文／陳志強·廈門市克成五金制品有限公司

冷沖壓拉深模具是利用金屬材料的塑形成形特性來拉深成形所需產品，每種材料都有極限拉深系數，模具工藝設計中若超過材料的極限拉深系數則會出現開裂，導致無法成形，必須增加工序。本文將與大家分享一種超極限拉深系數的模具工藝及結構。

在冷沖壓拉深模具工藝設計前，先要設計產品的拉深工藝，即拉深工序分配，這必然要考慮材料的拉深系數。以不銹鋼材料為例，其首次極限拉深系數為0.5 ～0.52，若拉深系數小于0.5，理論上則是不能進行拉深成形的，材料在變形過程中會因超過塑形變形極限而破裂。

超極限拉深模具結構介紹

本文介紹的模具是一種具有加熱和冷卻功能的拉深模具，其特點是可以將首次拉深系數取到0.5 以下，模具平面圖和結構圖如圖1 和圖2 所示。

其工作原理是通過安裝在凸模墊板(20)上的進水管和出水管在凸模中形成冷卻水循環，(冷卻水來自于外部冷水機)使凸模在工作過程中始終保持模溫不升高，冷卻水溫度維持在5℃以下；同時，在凹模板(05)和壓料板(04)上安裝電熱管，對模具進行加熱，并使模具維持在一定的溫度下，通常做80 ～100℃。(電熱管通過控制電箱自動給模具加熱，安裝在凹模和托料板的熱電偶測量模具溫度，當模具溫度低于設定溫度時，電熱管自動通電加熱，加熱到設定溫度后自動斷電，反復循環工作。)這樣，材料在拉深變形過程中內冷外熱，塑形變形能力大大提高，首次拉深系數突破原有材料極限拉深系數，可以做到0.46。從而減少拉深工序，提高生產效率。同時，采用此種拉深工藝后，凸模和凹模拉傷減少，模具拋光維修頻率降低，模具壽命也能提高2 倍以上。

超極限拉深模具技術要點

此種拉深模具在設計和制造過程中需要注意幾個技術細節：

⑴首先根據產品展開尺寸確定好料片尺寸，然后根據拉深系數確定拉深產品外徑尺寸和高度。

⑵拉深產品可根據產品需要預留法蘭邊或完全拉深為直身。

⑶若產品還有后工序拉深或整形，首次拉深時產品頭部設計為斜坡過渡，斜坡角度20°～30°為宜。

⑷拉深凸模頭部設計為空腔以存儲冷卻水，且特別要注意水路密封設計，采用普通密封墊片即可，但模具加工要注意密封件配合公差。進水和出水要形成流量差，可通過進出水孔徑差實現，亦可通過管路球閥調節。

⑸拉深凹模和壓料板要有足夠的厚度以保證模具強度，因為這兩塊模板上要加工放置加熱管的槽，加熱管槽不可與加熱管間隙太大，要保證加熱管與模具的接觸面積盡量大，提高能效利用率。

⑹壓料板和凹模之間設置壓料間隙限位裝置，確保壓料間隙均勻，壓料力平均分布于材料表面，通過調整機臺的壓邊力，使材料在拉深成形過程中受力均衡，順利成形。

⑺下模需要設置限位塊，防止壓料板下行超限壓壞進水管和出水管。

拉深工藝舉例

圖3 為我公司某產品的模擬圖（具體技術參數不便公布），具體工藝成形過程如下。

⑴第一步：產品分析。

材質為SUS304，料厚1.0mm，計算展開直徑，確定料片尺寸。

⑵第二步：確定拉深工序。

通過拉深系數計算，確定拉深工序，需要三工序來完成拉深成形。

⑶第三步：確定工序尺寸。

通過等體積法計算，確定各個拉深工序的直徑及高度尺寸。

⑷第四步：排工序圖。

此產品完整的沖壓工序(圖4)為：落料→拉深一→拉深二→拉深三→整形→修邊沖孔。各工序成品見圖5。

⑸第五步：拉深模具設計。

生產應用中的工藝優勢

減少拉深工序，提高模具壽命，這是此種模具工藝的基本優勢。另外，從事模具沖壓工作的人都知道，拉傷是拉深生產中常見的問題，為解決產品和模具拉傷的問題，有對材料進行退火軟化處理的，也有對模具做表面涂層處理甚至是用鎢鋼模芯的，還有用高潤滑性拉深油的。凡此種種，都是在不同程度的增加生產成本。而此種拉深模具結構，在節省拉深工序的同時，對模具材料、生產材料、潤滑油、甚至是模具表面拋光的要求都不再那么苛刻，即便是最不好拉深的不銹鋼材料，采用此種模具結構，也能穩定的生產。降低生產成本也是此種模具的又一大工藝優勢。

目前，我公司已經研究并掌握了此種模具工藝的結構和各種參數設置，并成功應用到多款拉深產品的實際生產中。尤其在一些深拉深產品的生產中，此種工藝突顯出其優越性。

圖6 是我公司研發并批量生產的幾款拉深件產品。

結束語

工業化的大發展要求我們這些從事制造業的人員不斷去探究新的生產工藝，一些新材料和新技術的開發應用為制造業的生產提供了很大支持。從傳統的人工作業到現代化的機器人作業，制造業每時每刻都在突破和進步。工業是國家的根本，制造業是工業的根本，真心希望中國的制造業在我們這一代人手里做精、做強。期待與各位專家、前輩、同行探討和交流，分享我們的技術和經驗，提升我們的制造能力。