拉深模设计

2024-06-27

拉深模设计（精选4篇）

拉深模设计篇1

1 引言

汽车覆盖件拉深模设计是一项难度很大的设计工作, 是实现覆盖件质量要求和工艺要求的关键[1,2]。可以说, 模具设计的质量高低, 是衡量汽车覆盖件冲压成形技术水平的重要标志之一, 直接影响到模具的制造成本、模具调试工作量的大小、生产准备周期的长短, 甚至影响到车身的开发能力[3]。

2 模型准备

模具结构设计是在冲模工程设计 (即冲压工艺设计) 完成的基础上进行的。本文以某型号车门内板实体为例, 如图1所示。

3 拉深凸模设计

3.1 创建拉深凸模主特征

在文件中创建拉深凸模, 设置其为工作部件。在模型导航器中双击该部件, 进入建模状态, 选择Tools→Vehicle Manufacturing Automation→Die Design→Draw Die Punch。在弹出的对话框中编辑q相应参数, 然后生成凸模。选择图层后, 设置第二层可选。在部件导航器中Draw_Die_Punch特征上双击, 在列表中双击Cast Relief选项, 编辑相应参数, 点击后系统自动计算避让槽, 如图2所示。

3.2 创建导板

在部件导航器列表中双击Wear Plates选项, 编辑相应参数, 导板高度为5mm, X方向导板中心为所选点所在的位置, Z方向导板中心到低面为默认尺寸95。

3.3 创建吊装孔

在部件导航器列表中双击Handling Cores选项, 按照系统提示作好数据与点的选择, 生成吊装孔。

3.4 创建排气孔和CH孔

在部件导航器列表中双击Vent Holes选项。选择二点, 在列表中双击Coordinating Holes选项再选择二点, 设置尺寸, 系统自动生成排气孔和CH孔。

3.5 创建键槽

在部件导航器列表中双击Keyways, 选择默认的XYY型及矩形端部样式。选择Keyways Parameters对话框, 通过输入参数可定义键槽各个部分尺寸, 依次点击生成键槽。

3.6 创建加强筋和局部加强筋

在Ribbing对话框中输入参数, XO为0, XD为300, YO为0, YD为250;Lightening Core选项决定是否做减轻孔, 这里默认不选;选择Rib Dimensions选项, 弹出Rib Dimensions, 输入参数RT=40, RAT=45, 点击后返回Draw_Die_Punch对话框。在Rartial Ribbing对话框中输入参数:XO=150, XD=300, YO=125, YD=250。选择Rib Dimensions选项, 弹出Rib Dimensions对话框, 在对话框中输入参数:RT=40, RAT=45, 依次创建加强筋。

3.7 创建压力系统

在部件导航器列表中双击Pressure System选项, 弹出Pressure System对话框, 选点选项激活, 选择需要的点, 依次生成压力系统, 完成凸模设计, 如图3所示。

4 拉深凹模设计

4.1 创建凹模主特征

选择菜单Tools→Vehicle Manufacturing Automation→Die Design→Upper Draw Die。弹出Upper Draw Die对话框。按照对话框依次选择内轮廓线、外轮廓线及确定凹模底平面;设置平面子功能选项;选择片体, 定义凹模方位, 选择底部凸台轮廓线, 创建中间腔体以及在凹模上显示孔, 生成凹模主体, 如图4所示。

4.2 定义凹模减轻孔面

在Upper Draw Die对话框中双击Deck Definition, 在弹出的对话框中依次选择内部腔体面, 主外轮廓线, 压料面轮廓, 中间加强筋轮廓线。之后定义中间加强筋位置, 依次生成。

4.3 创建底部到位标记

在部件导航器在列表中双击Bottom Marker, 选择3点, 使用默认参数, 然后在Upper Draw Die对话框单击两次OK, 创建3个到位标记孔。

4.4 创建通气孔

在部件导航器列表中双击Deck-Air Vent Holes选项, 弹出Deck-Air Vent Holes对话框, 选择所要的4点, 创建4个通气孔。

4.5 创建平衡块

在部件导航器列表中双击Equalizer Pads, 依照对话框依次选择点, 平面 (7个) , 选择圆形凸台, 在SO选项输入-20。选择Shape Parameters选项。在Shape Parameters选项中输入100, 定义凸台直径为100, 依次创建7个平衡块。

4.6 创建弹簧安装座

在部件导航器在列表中双击Spring Plunger Housing选项中选择4个弹簧安装点。选择Other Parametert对话框, 定义所有参数, 本文选择默认。生成4个弹簧安装座, 创建凸模键槽。

4.7 创建加强筋

在列表中双击Ribbing选项, 在对话框中输入XO=0, XD=300, YO=0, YD=250。默认无减轻孔。选择Rib Dimensions选项, 在Rib Dimensions对话框中输入参数:RT=40, RAT=45, 生成内部加强筋。

4.8 创建外部加强筋

在列表中双击Strengthening Ribbing选项, 输入参数XO=0, XD=300, YO=0, YD=250。选择Rib Domensions选项, 在次对话框中输入RT=40, RAT=45, 创建完整的加强筋, 完成凹模设计, 如图5所示。

5 创建压料圈

同理, 按照如上操作步骤, 完成了压边圈的设计[4], 如图6所示。

6 拉深模装配

首先打开已创建的压料圈, 进入建模环境。执行“应用”→“装配”。UG窗口下面就会显示装配工具条, 如图7所示。

点击加入已存部件图标, 然后点选择部件文件, 载入凹模。在弹出的对话框中点击两次确定。注意在定位这个选项上一定选择绝对的。装配图如图8所示。

7 结语

根据汽车覆盖件拉深模的结构特点和UG强大的功能, 通过对某车型的车门内板的模具结构模板化设计的试验, 证明模板化设计不但可行, 还对模具设计周期的缩短、标准化程度的提高有很大的帮助, 能够明显缩短设计时间, 从而大大地提高设计的可靠性和效率。

摘要：文中以汽车车门内板为例, 以三维曲面造型软件UG为设计平台, 对冲模工程模块进行工艺优化, 从而实现了从粗到精的设计过程。阐述了用UG设计拉深模的全过程, 验证了其对于提高设计效率、简化设计过程及加强模具设计标准化程度所具有的意义。

关键词：车门内板,拉深模,标准化,UG

参考文献

[1]王焱.UG NX汽车自动化制造[M].北京:清华大学出版社, 2006:136-142.

[2]夏怀成, 李昊.汽车概论[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[3]林忠钦, 艾健, 张卫刚, 等.冲压稳健设计方法及其应用[J].塑性工程学报, 2004, 11 (4) :56-60.

[4]姚兴, 陈军, 石晓祥, 等.覆盖件拉延模工艺补充面及压料面参数化设计研究[J].模具技术, 2002 (4) :6-9.

拉深模设计篇2

1 拉深模凹模的工艺分析

凹模的加工表面主要包括:凹模的3D型面、与调整块配合的凸台、基准孔凸台、基准孔、导板座、导板面、基准平面以及底面[2]。由于铸件的余量一般是10mm,余量较大,一般分为粗加工、精加工,对于精度要求较高的面还要进行半精加工。凹模模型如图1所示。

底面加工:平面的加工精度要求不是很高,其加工的表面粗糙度均为Ra=3.2μm。所以只需要粗加工和精加工即可达到加工要求。

3D型面加工:3D型面对汽车覆盖件成型极其重要,其表面粗糙度Ra=1.6μm,轮廓偏差为0.05mm。3D型面的加工也是拉深模加工中最重要的。所以加工要求比较高。一般是用等高轮廓铣先进行陡斜面的粗加工,再用固定轴曲面铣进行半精加工和精加工,之后进行清根达到拐角的尺寸精度要求。

导板座及导板面加工:导板座表面粗糙度Ra=1.6μm,导向面的表面粗糙度Ra=0.8μm,其位置尺寸精度有严格的要求,导向面位置精度为x-0-0..0402mm或x+0+0..0204mm。导板面的加工先用等高轮廓铣进行导板面的粗加工,再用3D轮廓铣进行半精加工和精加工。

平面加工:一般平面的加工精度要求不是很高,其加工的表面粗糙度均为Ra=3.2μm。所以一般只需要粗加工和精加工即可。

基准孔加工:基准孔的尺寸精度要求较高,孔壁粗糙度为Ra=0.8μm。需要钻孔和铰孔。

2 机床的选择

由于该模具总加工时间较长,模具外形尺寸较大,重量大,3D型面、导向面尺寸精度和表面粗糙度都要求较高。加工表面有粗铣、半精铣、精铣、钻孔、铰孔等多种加工方法,从而所需刀具较多。为了节省加工时间,一般采用大进给量,高转速。采用加工中心可以将普通机床加工的多工序集中在一个工序完成,提高生产率,降低生产成本。结合工厂实际情况,选用HTM-4228G型龙门加工中心(注:无刀库)[4]。机床主要技术参数如表1所示。

3 确定定位基准和夹紧方式及夹具

因为汽车覆盖件模具的加工属于单件小批量生产,所以优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具[2],以缩短生产准备时间和节省生产费用。根据零件的形状尺寸、工厂的实际情况以及生产习惯,选择组合夹具来进行夹紧。并按铸件中心基准线找正、定中心,使工件装夹并用压板锁紧。

加工时,先以凹模上表面四个角的安全平面加垫块垫高作为粗基准加工凹模的底面,然后在以底面作为精基准加工模具的3D型面、导板面等工作面。

4 确定加工顺序

整个凹模的加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精的原则确定[3]。加工顺序如下安排:

5 确定进给路线

进给路线均按最短路线原则确定。各个型面的加工结合UGCAM功能详细说明如下。

1)底面:粗、精加工进给路线一般都采用Zib Zag型切削方式,切削方向为顺铣,切削角为粗加工45°精加工135°。

2)3D型面:用等高轮廓铣粗加工陡斜面的切削顺序是层优先,切削方向为顺铣切削,层到层的连接方式是直接对部件;用固定轴曲面铣粗、精加工切削方向为顺铣切削,切削角为半精加工业45°精加工135°。

3)导板面:粗加工以等高轮廓铣加工,切削顺序为深度优先,切削方向为顺逆混合切削加工,使用这样的切削方式就能很好的避免频繁换刀,提高了加工效率;半精加工及精加工均以3D轮廓铣进行加工。

4)其余平面:平面的加工与底面类是,粗、精加工进给路线都一般都采用Zib Zag型切削方式,切削方向为顺铣,切削角为粗加工45°精加工135°。

6 刀具的选择

根据凹模的结构特点,以及尽可能减少换刀次数[5]。铣导板面时,为提高加工效率以及兼顾切削用量,故粗加工时选用φ50R6的圆角刀,半精加工、精加工是皆用立铣刀加工即可。3D型面的加工极其重要,加工时先用D50R6[3]的圆角刀进行陡斜面粗加工,为了使后一道工序的加工余量均匀,再用φ30的球头清根,半精加工和精加工分别使用Q30和Q25进行固定轴曲面铣。因为3D型面拐角最小半径为4mm,最终精加工用φ8的球头铣刀清根。刀具选择具体原因将结合选用的加工方法在后面章节详细说明。所选刀具及其加工表面见表2凹模龙门加工中心加工刀具卡片。

7 确定切削用量

根据HT300硬度为235HBS左右,最小抗拉强度250MPa,以及根据刀具生产厂商提供的使用参数或查切削用量手册选择合理切深、切削速度、每齿进给量以及直径、刃数,计算和调整铣削用量。然后利用公式n=Vc·1000/(π·D)计算主轴转速[3],利用Vf=fn=fzzn计算进给速度。

表3刀具切削用量参考值表是根据腾龙汽配厂以及刀具生产厂商提供的刀具切削参数总结的,其中转速和进给速度由腾龙汽配厂提供,切削速度及每齿进给量为刀具生产厂商推荐的参考值。

刀具在加工时的切削用量计算如下(以D50R6为例):

粗加工:根据表3选择切削速度Vc=100r·min-1,每齿进给量fz=0.5mm。

转速n=1000Vc/πD=636.9,取n=650r·min-1;

进给速度Vf=znfz=1950,取Vf=1950mm·min-1;

进给量f=fzz=3,取f=3mm/r。

精加工:根据表3选择切削速度Vc=120r·min-1,每齿进给量fz=0.3mm。

转速n=1000Vc/πD=764.3,取n=750r·min-1;

进给速度Vf=znfz=1350,取Vf=1350mm·min-1;

进给量f=fzz=1.8取f=1.8mm/r

………

由计算结果可以看出,工厂中对刀具的使用参数与刀具生产厂商提供的参考值是有一定差别的,这是因为工厂考虑到模具的加工精度及加工效率,所以工厂会适当的以刀具的使用寿命换取模具的加工效率。

8 编写加工工艺卡片

将工艺分析的结论及刀具切削参数的计算结果填入表4凹模加工工艺卡片。

9 结束语

大型冲压件的拉深是覆盖件极其重要的成形工序,因此要提高覆盖件的质量就必须保证拉深模的质量,合理的数控加工工艺为数控加工提供保证。

摘要：大型冲压件的拉深是覆盖件极其重要的成形工序,因此要提高覆盖件的质量就必须保证拉深模的质量。本文根据某型汽车覆盖件——前板拉深模凹模模型,合理选择机床的型号,确定定位基准和夹紧方式及夹具,设计加工顺序和进给路线,选择合适的刀具和确定切削用量,最后编写出加工工艺卡片。

关键词：覆盖件,拉深模,数控加工,工艺

参考文献

[1]周万军,徐成林.大型拉延模具制造工艺[EB/OL].维普资讯http://www.cqvip.com.

[2]包东.车身覆盖件数控加工工艺方案的确定[EB/OL].维普资讯http://www.cqvip.com.

[3]赵长明.数控加工中心加工工艺与技巧[M].北京:化学工业出版社,2009.

[4]宁波海天精工机械有限公司.龙门立式加工中心[Z].

典型拉深模灯杯的工艺分析篇3

关键词：拉深,工艺性,修边余量

0 引言

拉深是利用拉深模在压力机的作用下, 将平板坯料或空心件制成开口空心零件的方法, 其广泛应用于汽车、电子、仪表、航空航天等各种行业和日常生活用品生产中。拉深模的设计、制造和调整是冲模中比较复杂的, 因为坯料在拉深过程中变形比较复杂, 容易出现拉裂、起皱和划伤等缺陷[1]。在拉深过程中, 由于材料内部应力的相互作用, 径向方向产生拉应力, 切向方向产生压缩应力, 在此二应力作用之下, 材料发生屈服, 发生塑性变形被拉入凹模内, 成型空心零件。

1 工件的工艺分析

如图1所示, 工件要求大批量生产, 材料选用08F钢, 厚度为0.5 mm, 未注公差按IT14处理。从三维模型上看, 工件呈喇叭状, 顶小底大, 母线形状较为复杂, 薄壁旋转体, 具有典型的拉深制件的特征。

产品的尺寸如图2所示, 尺寸以外表面为基准, 其上多个圆角部位半径R=1 mm, 且顶部圆弧较密集, 使母线显得相对复杂, 底部类似锥形, 拉深后影响后期拉深金属流动, 如果采取常规拉深方法, 首先, 拉深起始顶部储料不足, 拉深成型后阶段, 材料难以继续流动, 在圆角密集地带发生胀形, 材料变薄, 容易发生拉裂等质量问题。

2 工艺方案

2.1 现有工艺方案

实际生产中, 该产品有如下2种生产方式:其一为根据产品的形状一次拉深成型, 但该工艺产品合格率不高。在工件的拉深起始阶段, 制件没有足够的直壁, 呈近锥台的形状, 拉深初期材料处于悬空状态, 容易发生皱缩, 需要较大的径向拉深力。如果皱缩发生, 材料厚度不均匀, 会增加后续拉深过程材料被拉裂的危险性。材料在后半段成型前的拉深过程中, 母线形状相对复杂, 材料流动不顺畅, 将会受到很大的径向的阻力, 使得材料发生胀形, 材料的厚度将变薄, 甚至会被拉裂。可通过一次拉深进行过渡, 减少拉裂及其他废料的产生, 同时采取措施减少材料悬空时的受力状况。其二, 针对上述出现情况, 拉深时把母线上变化急剧的圆角密集处在剖面上用直线相切取代, 如图3所示。此种方法在一定程度上增加了产品的合格率, 但对于工件顶部, 缺料现象依然存在, 对于大批量生产的零件而言, 还是有所欠缺。

2.2本次设计采用的工艺方案

针对以上工艺方案所产生的问题, 在此设计中采用2次拉深成型。第一次将底部拉成半球形状, 顶部成型成所要求的尺寸。在第二次拉深时形成底部形状, 这样可减少拉深时受的阻力, 又能提供二次拉深足够的材料, 成型示意图如图4所示。在这个工艺方案中, 灯杯制件通过2次拉深成型, 成型过程为:落料后的圆形平板毛坯—第一次拉深后的工件形状—第二次拉深后的工件形状。

此工艺方案中, 通过半球形制件过渡, 预留足够的材料体积, 在第二次拉深时再成型出工件所要求的形状尺寸。在半球形拉深时, 凸模形状过渡平滑, 材料厚度的变化较少, 而且第一次拉深时的危险断面和第二次拉深的危险断面不在同一个位置上, 能较好解决工件第一阶梯处容易拉裂的问题。

经以上工序后, 工件边缘不整齐, 可采用修边工序达到。

3 毛坯尺寸计算

3.1 毛坯的计算

拉深件坯料形状与尺寸确定得正确与否, 不仅影响材料的合理使用, 还会影响拉深变形过程能否顺利进行。拉深时, 坯料的形状必须适合金属流动的要求, 坯料尺寸一般忽略厚度变化, 按坯料面积等于工件面积原则确定[2]。回转件拉深应采用圆形坯料, 只需求出它的直径D, 就可确定坯料尺寸。对于形状相对复杂的拉深件, 按以上原则仅能初步确定坯料形状, 必须通过多次试压, 反复修改才能最终确定出坯料的大小[3]。

毛坯直径按下式确定:

式中, A0为拉伸件的表面积;Ai为拉伸件分解成的简单几何体的某一个表面积。

工件分解的简单几何体如图5所示。其中1～15分别为工件分解成的简单几何体, 用以计算总体几何面积。

3.2 修边余量δ

在实际拉深过程中, 由于材料各向异性及拉深时金属流动的差异, 造成坯料计算不准确或拉深件口部不齐, 为保证工件尺寸需增加修边余量。根据手册查询[4], 修边余量可取δ=4 mm。完成第一次拉深后, 高度方向修边余量取4 mm。

3.3 毛坯尺寸

因工件厚度较薄, 计算时取外表面面积。因工件母线形状相对复杂, 其表面积可用久里金法则确定[5], 即任何形状的母线AB绕O-O旋转一周所得到的旋转体的表面积, 等于该母线展开长度L与其中心绕轴线旋转所得周长2πx的乘积, A=2πxL。通过三维造型软件分析求出工件总面积A=1 382.57 mm2, 修边余量Aδ=2πRδ=640.56 mm2, 由公式 (1) 求得:

取整D为136 mm, 以后由试模逐步地接近正确的坯料尺寸。

4 球半径核算

第一道工序中圆球面积为S, 由软件计算得出图5中1～9部分面积为S′=5 538 mm2, 由上述公式 (1) 求得球半径R=29.696 mm, 取整为30 mm。

5 结语

本次设计只是将直径为66 mm到旋转体中心的部分采用半球形过渡, 这样设计, 是为了减少大面积材料悬空时产生皱缩等拉深特有的质量问题, 因为在后续的拉深中, 复杂母线形状要求第一次拉深后产生的侧壁部分必须是较平滑的, 以减少拉深时的阻力和提高制件的质量。这样的设计可以较好地解决边缘部分容易皱缩和顶部拉裂的问题。通过以上理论分析, 本次设计的拉深模具可以较好地解决本次设计中的难点。

参考文献

[1]杨占尧, 杨玉合.分步拉深在拉深工艺中的应用[J].压力加工, 2001 (10)

[2]任国成, 王广春.深杯形件冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计[J].锻压技术, 2007 (6)

[3]张如华, 赵向阳, 章跃荣.冲压工艺与模具设计[M].北京:清华大学出版社, 2006

[4]邓明.实用模具设计简明手册[M].北京:机械工业出版社, 2006

拉深模设计篇4

半球形零件是板材在拉深成形过程中经常遇到的典型零件。由于半球件在拉深过程中受力情况比较复杂,成形效果较差,大量的实践表明,半球形件拉深过程中起皱、拉裂是其主要的失效形式。为此,很多学者对半球件的成形过程进行了研究:其中文献[1]对半球形件在冲压成形过程中不出现内皱的情况进行研究,得出了半球形件拉深过程中防止内皱的最小压边力的计算方法,为半球形件的成形研究提供了有利的依据。为了有效地改进半球形件的成形效果,文献[2]在拉深半球形直边工件时采用了锥形凹模以及锥形压边圈装置,有效地解决了半球形拉深过程中的起皱和拉裂的现象。文献[3]在拉深半球形硬质合金制品时,采用组合模具,使得半球形制品达到良好的成形效果。文献[4]对FVS 0812铝合金半球形件包覆拉深的研究,也使半球形件的成形有了很好的参考。人们对半球件的拉深成形的研究仍在继续。本文将从改进摩擦系数引起的半球件拉深深度方面对半球件拉深成形进行研究。

2 影响拉深成形极限的因素

半球形件在拉深成形过程中,在拉深的起始阶段,凸模和材料的接触部分很小,也就是说,凸模施加的拉深力(这个力必须克服压料力和材料变形造成的阻力)集中在材料的很小一块区域内。如果压边力小,薄料容易起皱;压边力大,材料易被拉裂。压边力直接作用的部分为坯料与压边圈接触的部分,为研究拉深过程中材料的拉深极限深度,我们仅从与压边圈直接接触的零件的法兰部分进行研究。拉深过程中半球件法兰部分所受的应力[5]如图1所示。

板料拉深过程中,法兰部分主要受到压边应力σ2,以及材料变形产生的径向应力σ1和切向应力σ3的共同作用,板料拉深过程中的起皱现象是由于拉深过程中板料所受的切向应力σ3过大,超出了材料本身的应力极限,而加大压边力可以有效地减小板料所受的切向应力σ3,对板料的起皱现象有明显的改善。但板料所受的径向拉力的大小为F=μQ,增大Q使得板料所受的径向应力σ1增大,这样就大大提高了板料拉裂的可能性。因此,在保证足够大的压边力Q的前提下,使板料所受的径向拉力F尽可能小,这是提高拉深极限的有效方式。显然,一定程度减小法兰处材料的摩擦系数μ对提高板料的拉深深度极限有着深远的影响。

3 板料拉深极限深度的有限元分析

在UG软件中设计好分析所需的模具模型,然后将设计好的模型以IGES的格式导入到板料拉深成形专用的分析软件DYNAFORM中,在此软件中,按照模拟分析的要求,将模具模型进行合理的网格划分,网格划分后的模型如图2所示。

1.凸模2.压边圈3.毛坯4.凹模

3.1 半球形件模拟分析中参数的选取

在过去的需压边的拉深模具设计中,常采用压边圈直接压在毛坯上,依靠弹簧的压缩来提供压边力的大小,这种压边方式提供的压边力随着拉深深度的增大而增大,然而,拉深过程中实际所需的压边力在拉深的初始阶段较大,随着拉深深度的增加有逐渐减小的趋势。由此看来,传统压边方式提供压边力的变化趋势与板料拉深过程中所需压边力的变化趋势刚好相反。因此,传统的弹簧压边方式虽然结构简单,使用方便,但对拉深深度及零件的成形效果有很大的影响。目前,恒定压边力的压边装置在生产中得到广泛的应用。为此,作者在拉深过程中采用恒定的压边力,一定程度上减小了由压边力引起的拉深成形的不良影响,由反复实验得压边力Q=500kN。此外,本文采用了美国标准材料库中的S304不锈钢材料进行模拟,为提供充足的坯料进行拉深,分析中取毛坯的直径D=140mm,材料的厚度t=0.6mm。拉深过程中为使材料得到充分伸展,凸模的拉深速度定为v=2000mm/s。

3.2 模拟分析过程

为充分体现摩擦系数对半球形工件拉深深度的影响,在不改变其它参数的情况下,仅改变摩擦系数来观察拉深深度的变化情况。由于传统的压边方式压边圈与板材之间,以及板材与凹模接触面之间的摩擦系数为0.12左右,而目前所能达到的接触面间的摩擦系数为0.003左右,为使实验分析结果更为合理,作者将摩擦系数μ在0.003-0.125之间均匀取值,分别得到不同摩擦系数下半球形件拉深成形极限图,如图3～图10所示。

采用表1的模拟实验方案,运用专门的板材有限元模拟软件DYNAFORM对板材拉深成形的效果进行模拟,所得的模拟实验结果见表1。

将实验所得的数据以编程语言精确地输入到MATLAB软件中,凭借此软件的准确绘图功能,得出摩擦系数与拉深深度的关系曲线图如图11所示。

4 滚珠压边圈装置模型

从模拟结果我们可以看出,在压边力一定的情况下,减小摩擦系数可以有效提高拉深深度。在传统拉深过程中,为有效地减小材料接触面部分的摩擦系数,常采用在材料上下表面加润滑油的方式,此种方式在一定范围内有效地改善了拉深性能。但坯料在拉深过程中,接触表面承受很大的压边力,使得大量的润滑油被挤了出来。另外在拉深过程中,由于受到很大压应力作用,润滑油也很容易失效,不能达到预期的润滑效果。为弥补润滑油润滑过程中出现的不足,本文提出了一种新型的压边装置,即滚珠压边装置。此装置中采用滚珠直径为0.6mm,排列紧密,在拉深过程中,所受的内部力较小,在此假设压边圈拉深过程中所受的力为平面力。运用此种装置,一方面有效地将滑动摩擦转化为滚动摩擦,另一方面此种装置表面有很多沟槽,可以储存部分润滑油,起到持久润滑的效果。另外,此种装置制造简单,经济耐用,对改进半球形件极限拉深深度有很大帮助。

改进的半球形拉深模具结构如图12所示。

1.凸模2.压边圈3.滚珠压边装置4.毛坯5.沟槽凹模

(1)沟槽凹模

将凹模工作面上开直径0.6mm、深0.3m、直径间隔5mm的沟槽,在沟槽中装入0.6mm的轴承滚珠,使其形成滚动摩擦表面。结构如图13所示。

(2)压边装置

由两部分组成:(1)由t=0.5mm保持架及0.6mm的轴承滚珠构成的滚珠压边圈;(2)压边圈盖板,压边力直接作用在压边圈盖板上,然后将压边力作用在滚珠压边圈上,这样可以使各个滚珠受力均匀。

1.压边圈2,5.轴承滚珠3.保持架4.毛坯6.凹模沟槽

运用此种滚珠压边装置,在材料拉深过程中,减小了材料所受的径向拉应力,使得防止起皱情况下运用较大的压边力也不易使材料拉裂,进而提高了半球形件的拉深深度,对实际生产有一定的指导意义。

5 结论

(1)本文经过理论和模拟分析,得出在半球件的拉深成形过程中一定程度地减小坯料法兰部分的摩擦系数可以有效地提高板料的拉深深度。

(2)以此提出了一种新型的滚珠压边装置,此种装置在材料拉深成形过程中有效地减小了坯料法兰部分接触面间的摩擦系数。对实际的生产有一定的指导作用。

(3)由于此装置与坯料接触的部分为滚珠,因此对于较软材料的拉深可能会出现轻微压痕,此方面的问题还有待深入研究。