工艺方案和模具结构确定

1.初拟工艺方案

从零件的形状可以看出，此零件的筒壁（竖边）成形不能采用平板毛坯直接翻孔成形，这主要是从材料的极限变形方面进行判断，也可以用平板翻孔公式进行计算后再确定。综上，故采用先拉深再翻孔的工序。

（1）根据变形极限计算半成产品尺寸

为确定工艺方案，先要进行必要的工艺计算。

1）初步拟订翻孔半成品尺寸（见图3-4）。

最大翻孔高度

h=D（1-K）/2+0.57r （3-1）式中，D是翻孔后的孔径（以平均直径计算）（mm）；K是翻孔系数，见附表13；r是半成品圆角半径（以平均半径计算）（mm）。

查附表13，K=0.72；K_min=0.68；D=44.5mm；r=4.5mm

考虑到制件底部还要焊接，且使用时还要承受一定的压力，所以底部不能过多地降低材料的厚度，故不取极限翻孔系数。

翻孔高度h=44.5（1-0.72）/2mm+0.57×4.5mm=8.8mm

冲孔、翻孔前的半成品如图3-5所示。

2）计算拉深件毛坯尺寸，如图3-6所示。

图3-4 翻孔图

图3-5 冲孔、翻孔前的半成品

图3-6 半成品尺寸计算

计算拉深件毛坯尺寸之前，应先确定修边余量。查附表14，取修边余量为2.5mm。

由 d₁=35.5mm，d₂=44.5mm，d₃=49.5mm，d₄=55mm，R=2.5mm，r=4.5mm，h=38.2mm

得 D=102.4mm

拉深高度h取最大高度，如果拉深高度高的部分能满足面积及变形极限的要求，那么拉深高度低的部分也就能满足要求。如果按照拉深平均高度计算，拉深高度高的部分可能就不能满足面积需求（材料不够）。这是因为，拉深时材料有流动，材料的流动必然向阻力小的部分流动，而拉深高度低的部分，变形小阻力也就小，材料流动的方向就是拉深高度低的部分，这样拉深高度高的部分材料就要短缺。

考虑到拉深件拉深高度不同，拉深时材料的流动会导致拉深件凸缘部分材料的变化，毛坯直径就要适当地增加，以弥补拉深件高度较高部分的材料不足。取D=102.6mm。

3）确定拉深次数。该制件属于窄凸缘拉深件，可以用无凸缘拉深的方法进行工艺计算。即首次拉深采用无凸缘拉深或者小凸缘拉深，拉深最后一道工序时，再拉深出小凸缘。

拉深系数m=d/D=44.5/102.6=0.43。查附表15，首次拉深系数m₁=0.53；m₂=0.76。

因为m<m₁，所以不能一次拉深成形。m₁×m₂=0.4<m，两次拉深可以达到要求。(www.xing528.com)

4）胀形的变形程度。工件侧壁的上沿由胀形获得，其变形程度要小于材料的极限变形程度。一般要求胀形的变形程度小于材料的伸长率的0.6～0.8倍。

胀形前毛坯是直径43.5mm的圆，胀形后成为不规则的盒形，如图3-7所示。在侧壁是上沿的变形最大，侧壁的下半部不变形，变形最大处在上沿，只要上沿能满足极限变形程度的要求，那么其他部分也就都能满足要求了。

胀形前工件周长为

L_前=43.5×πmm=136.66mm

胀形后工件周长为

变形量

查附表5，Q235的伸长率为33%，因此其极限变形程度为19.8%。可以看出工件的胀形没有超过极限变形程度的要求，能够进行胀形工艺的加工。

（2）确定基本工序

1）基本工序如下：下料、落料、第一次拉深、第二次拉深、冲底孔、翻孔、成形侧平面及凸缘平面、齐边。

图3-7 胀形的变形程度

工件拉深件的高度不同变形程度也不同：拉深高度高的地方，其变形程度大；拉深高度低的地方，其变形程度小，而拉深变形区是连续的。在拉深过程中，变形程度大的地方的材料向变形程度少的地方进行流动，从而使拉深高度较高的地方的变形程度减小，致使拉深高度差别大时工件凸缘切向力比高度拉深件的要小，因此可以适当提高工件的变形程度。

首次拉深的变形量大些，第二次拉深的主要任务是拉深出9°倾斜角。翻孔的变形量也不能太大，后续工序还要将该零件与其他工件进行焊接，故零件底部不能太薄或有裂纹。

2）定位问题。制件的9°倾斜角、两侧平面及凸缘部分之间有相对的“几何位置关系”，在后续的加工成形中位置不变。

一般圆形拉深件常利用筒壁进行定位，异型件拉深可以用底部工艺孔定位。而该制件的底部要进行冲孔翻孔，不便使用工艺孔定位。

采用级进模，可以解决定位问题。因工件尺寸相对较大，五道工序的级进模的长度就超过1000mm，冲压力也有200t，考虑条料长度、产量等因素，故该工件不宜采用级进模。

拉深件的凸缘部位是主要的变形区，不便使用工艺孔定位，可以采用如图3-8所示的悬臂定位，因为靠近拉深变形区，拉深时悬臂形状和尺寸会有一定的变化，悬臂的宽度不能太宽。

图3-8 用凸缘定位

定位问题的具体解决方案。工件有9°的倾斜角，会形成拉深后工件凸缘宽度不同，在拉深高度较低的一端，凸缘宽度较大；而拉深高度较高的一端，凸缘宽度较小。可以利用凸缘的宽度差来解决定位问题。第一道工序：落料、首次拉深，采用导料板和定位销定位；第二道工序：二次拉深，采用筒壁定位。在拉深即将结束时，在桶底冲出用于定位的工艺孔（4mm×6mm）；第三道工序：冲底孔、翻孔、整形凸缘平面，用前道工序冲出的工艺孔（4mm×6mm）及筒壁定位。在翻孔即将结束时，在工件的凸缘处，冲出悬臂（4mm），用于后续工序的定位；第四道工序：对凸缘进行齐边，用前道工序冲出的悬臂定位；第五道工序：成形侧平面、切去用于定位的悬臂，悬臂定位。定位方法示意图如图3-9所示。

图3-9 各道工序定位示意图

2.模具结构形式

第一道工序：落料、第一次拉深采用落料拉深复合模；第二道工序：第二次拉深、冲工艺孔，采用拉深冲孔复合模复合模；第三道工序：冲孔、翻孔、切定位边、整形凸缘复合模；第四道工序：齐边模；第五道工序：侧壁成形、切边复合模。