带凸缘深锥形件的拉深工艺及设计优化

图11-60所示零件是铁路货车某制动缸盖，材料08CuP热轧5mm板。确定其拉深工艺及模具设计。

1.工艺分析及计算

带凸缘深锥形件的拉深，其成形性取决于零件的成形形状与尺寸精度、材质力学性能、板料厚度、润滑剂、拉深设备等。锥形件的拉深除具有半球形件拉深的特点外，还由于工件的口部和底部直径差大，回弹现象特别严重，因此这种零件拉深成形比半球形件更困难。常用的拉深方法为：阶梯式拉深法和逐渐增加锥形高度的拉深法。

该锥形件的平均直径为d_平均=154.5mm，由于工件高度148mm>0.8d_平均，所以该件属深锥形件，需要多次拉深才能成形。

图11-57 压板零件图

参照有凸缘筒形件的修边余量，根据JB/T 6959—1993《金属板料拉深工艺设计规范》，修边余量取δ=6.5mm。

（1）计算毛坯直径 根据拉深前后面积相等原理，毛坯直径D为：

图11-58 凸模与滑块工作部位尺寸关系

式中 l——母线长度（mm）；

r——母线的重心到转轴的距离（mm），按图11-60零件尺寸及式（11-60）计算得：D=390.72mm，取D=390mm。

（2）拉深系数及各次拉深尺寸 锥形件每次拉深的拉深系数用其平均直径求得：，锥形件的总拉深系数为

式中 m_n——锥形件n次拉深的拉深系数；

d_n——第n次拉深的平均直径（mm）；

d_n-1——第n-1次拉深的平均直径（mm）；

m_总——总拉深系数；

D——锥形零件的毛坯直径。

本零件n=3，d_n=153.76mm，D=390mm，所以m_总=m₁m₂m₃=0.394

式中 m₁——第1次拉深系数，m₁=0.496；

m₂——第2次拉深系数m₂=0.895；

图11-59 压板弯曲模结构总图

1—上模座 2—凸模背压弹簧 3、6—固定板 4—凸模 5—斜楔 7—顶件块 8—滑块 9—复位弹簧 10—下模座 11—顶杆 12—弹顶器

m₃——第3次拉深系数m₃=0.89。(www.xing528.com)

各次拉深尺寸如图11-61所示。

（3）拉深力与压边力的计算 第1次拉深力、压边力计算，拉深力P₁：

P₁=Kπdδσ_b

式中 K——修正系数，K=1；

d——拉深件直径，d=200mm；

σ_b——材料强度极限，σ_b=500MPa；

图11-60 某制动缸盖锥形件

图11-61 第一、二次拉深工序件图

δ——材料厚度，δ=5mm。

因此，P₁=1×3.14×200×5×500N=1.57×10³kN

压边力Q₁：Q₁=Fq=326kN

式中 F——压边圈下的毛坯投影面积，F=881cm²；

q——单位压边力，对于双动压机、难加工件取q=3.7MPa。

第1次拉深设备总负荷P_总=P₁+Q₁=1.9×10³kN；根据GB/T 15825.2—1995《金属薄板成形性能与试验方法 通用试验规程》最大拉深力P_max=2.03×10³kN，最小压边力P_min=488kN，由于第1次拉深的变形大于第2、3次变形，因此第1次拉深力为最大拉深力。计算得出的最大拉深力在1571～2034kN之间，最小压边力在326～488kN之间。根据拉深设备的性能，依据上述工艺计算并进行综合经济分析，最终确定采用三次拉深，并在第三次拉深兼校形时，选用了内滑块压力为3500kN，外滑块压力为2800kN的双动液压机。

2.模具设计

（1）确定是否采用压边圈 根据表11-30可得第1次拉深时，<1.5，需采用压边圈。同理，三套拉深模均应采用压边圈，如图11-62所示。

表11-30 压边拉深与不压边拉深条件

图11-62 拉深示意图

1—凹模 2—垫块 3—凸模

（2）确定凸、凹模圆角半径及拉深模单面间隙 凸模圆角半径R、凹模圆角半径r及拉深模单面间隙Z，见表11-31。

表11-31 拉深模R、r、Z值表