方筒形不锈钢制件拉深模具的优化设计

   马雪峰  田跃辉

（ 常州机电职业技术学院，江苏 常州，213164）

摘要：本文叙述了方筒形不锈钢制件拉深模具的完成过程。方筒形不锈钢制件拉深模具是在圆柱形模具的二次拉伸的基础上，通过工艺分析和模具设计优化完成实现的。通过优化设计，简化了结构，缩短了生产周期，零件废品率低，提高了拉深件表面质量，且非常稳定。

关键词：方筒形不锈钢制件  拉深模具  优化设计

Optimal design of stretching mould about nonrust steel product of square

MA Xuefeng  Tian Yuehui

（Changzhou Institute of Mechatronic Technology ，Changzhou 213164，China）

Abstract：The text have accounted of process that stretching mould of nonrust steel product of square, stretching mould of nonrust steel product of square is basis above of column mould that secondly stretching, have accomplished technology of analyse and optimal design of mould. Through optimal design, predigest structure, shorten production cycle , low condemning defective , raise configuration of stretching mould or very stabilize.

Keywords：nonrust steel product of square   stretching mould  optimal design

1. 引  言

方筒形不锈钢制件的拉深工艺及模具比圆柱形的要复杂得多，如图1所示的某型号不锈钢咖啡罐杯杯身即是这样的方筒形制件。该零件的材料是0Cr18Ni9Ti，料厚0.7mm。如果从第一次拉深就完全按照其本身的相似形状即方形进行拉深，由于方筒形件本身系非旋转体，模具加工将复杂化，即要用数控铣或加工中心取代普通车床来加工，增加了模具的生产成本及时间，同时由于多次拉深，在四个圆角周围产生拉痕很难抛光去除。因此有必要对前两道拉深工序的模具进行优化设计。

2．工艺分析

由于此方筒形咖啡灌杯身四个圆角比较大，在计算拉深系数及拉深次数时，如图3所示，我们按近似圆形的算法来进行。首先在CAD软件中画出图1零件的3D图(带飞边尺寸)，如图2中的方形制件所示，然后通过体积查询命令求得该制件的体积值，再根据塑性变形体积不变原理，不考虑弹性变形部分，即V=π×D₀²/4×0.7，式中V—制件用料的体积值，D₀—拉深前用料的直径，因而求得该制件拉深前的圆板料下料尺寸D₀为φ295mm，如图3所示。

按对角线数值近似算法求得总拉深系数为：

m_∑ =D_n/D₀=138.77/295=0.47< 0.54(不锈钢件第一次拉深的近似极限拉深系数)，式中D_n—方形制件对角线方向的中性层虚拟直径

m₁=D₁/D₀=160.7/295=0.545，m_∑=m₁Xm₂=0.47

式中m₁—第一次拉深系数，m₂—第二次拉深系数；m_∑—制件的总拉深系数。

因此，m₂=0.47/0.545=0.863>0.7(不锈钢制件第二次拉深的近似极限拉深系数)，从此数据可知道该制件通过二次拉深就可以得到图2中所示方形形状。但由于是近似算法，且由圆形拉深变方的变形必竟与由圆拉深再变为圆形不同，受力更加复杂，且是深拉深，为稳妥起见，我们在中间再加一次过渡拉深，拉深内径D₂=148.7，因此m₂=D₂/D₁=148.7/160.7=0.925, m₃=D₃/D₂=138.77/148.7=0.933，

根据上述拉深系数情况可以看出，第一次拉深变形程度最大，最有可能起皱和拉破，故仅对第一次拉深状况用Dynaform软件进行了模拟分析，从模拟结果（如图4所示）可以看出，第一次拉深的拉深系数是合理的。下图是用Dynaform软件进行的第一次拉深状况模拟分析结果图。

参数情况：压边力10000N，拉深速率1000mm/min，拉深高度130mm。

 3．模具设计

基于以上分析，我们可以利用原有的圆柱形模具，即直径为φ160.7的和φ148.7的凸模和相应的上凹模，分别进行第一次和第二次拉深。只是第二次拉深需用普通车床车一个由内径为φ160.7拉深至内径为φ148.7的压边圈，如图5所示为本人设计的不锈钢咖啡灌杯身拉深的最终生产用模具结构图。各次拉深模具都是在液压机上使用进行拉深的。

如图5中所示压边圈4上的双点划线工件所处位置为模具初始状态，到凸模1上拉深生成的制件位置为此次模具拉深后的终止状态。其工作过程是：模具的凸模1及其固定板6固定在液压机工作台上，压边圈托板5与压边圈4穿过凸模1放在四个压机液压垫顶杆8上。工作时，液压机滑块上升，相当于模具开启，此时将第一次或第二次拉深完成的杯体放在压边圈4上，液压机滑块下降，上凹模3与工件及凸模接触开始拉深，直至拉到制件应达到的高度为止。这时压机滑块及液压垫停止向下运动；按动开关使压机滑块向上运动，液压垫顶杆8也随后顶着压边圈固定托板5与压边圈4及工件向上运动，将制件取下，模具转入下一个工作循环。

4．模具主要零件设计及要点

如图6所示，凸模1，上凹模3及压边圈4是整个模具的主要零件，其中凸模1与压边圈4配合为间隙配合，它们的外轮廓及型孔由线切割完成，上边圆角由加工中心完成凸模高度不够由压边圈内孔割下的废料加垫。上凹模3与压边圈4除了料厚还要留有0.1～0.2mm的间隙,由线切割割内孔及加工中心粗加工过渡圆角部分，再用其同时加工出的电极在电火花机床上打出其形状。以上各件均采用Cr12型钢，热处理硬度为HR58-61。

5．结 语

    通过优化设计，该模具结构由复杂变得简单了，生产周期短了，且批量生产的零件废品率低，拉深件表面质量提高了，且非常稳定。

参考文献：

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<, B style="mso-bidi-font-weight: normal">作者简介：

马雪峰（1969.8-），女，山东武城，常州机电职业技术学院数控技术应用教研室主任，副教授，毕业于哈尔滨工程大学机械设计及理论专业，工学硕士，国家精品课程负责人，现从事机电一体化设计及数控技术应用与服务，与企业共同开展科技攻关项目，获得省、市级科技立项并已结题。

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