底桶座拉伸模设计

[摘要]详细介绍了一种大尺寸曲面旋转体拉伸模的设计及制造工艺。分析了底桶座零件的工艺特点，当零件相对厚度很小时，模具结构应采取的防皱措施。并分析了影响制件表面质量的因素。
关键词 曲面旋转体 拉伸模 工艺设计 调试

1 引言
    家用搅拌机是为意大利MEGA公司开发的产品，相关模具于2003年底制造完成。其中搅拌机主体--底桶座零件如图1所示，为一曲面旋转体，零件表面要求光滑不起皱。
    模具的设计要点为：在零件相对厚度很小，拉伸深度较深的情况下，一次拉伸出合格的底桶座零件。
2 零件的工艺分析
    该底桶座零件的特点是顶部为球面，球半径为R450mm，零件底部直径为φ600mm，高度为280mm,下部有一直壁高度为25mm的台阶，台阶向内收缩1.5mm后是5º斜角的侧壁。料厚1.5mm，加工材料为STl4型钢板。可以看出该零件对于一般曲面旋转体而言，其尺寸要大得多，同时拉伸深度也相当高。

    综合分析：由于制件尺寸大，直筒壁短。成形过程中，凹模内材料悬空的自由部分宽度很大，极易内皱。高度25mm直壁台阶能减少材料在拉伸过程中侧壁起皱趋向，应当与球面部分一起一次拉出。所以，模具在结构上采用压边圈．并增加工艺凸缘，减少和消除毛坯成形过程中皱纹的产生，增加制件的刚度。由于制件尺寸较大，工艺补充部分在后续工序中用旋切或等离子切割除去。
3 模具工作部分的参数确定
    首先确定工艺补充部分的参数，峒硬糠钟3段构成：凸缘部分、圆角部分、修边余量。制件的圆角部分尺寸与凹模圆角部分尺寸相同，查表取凹模四角半径 ，增加5mm修边余量。将工艺补充部分与制件结合后，用Pro／E2001建立实体三维图形，测得毛坯理论直径约为φ1200mm。制件相对厚度为t/D×100＝1.5/1200×100＝0.125。由于毛坯拉伸过程中，制件材料处于拉伸与涨形两种状态，因此毛坯尺寸应小于理论尺寸。
    通过对制件相对高度的计算，得出该件可以一1拉伸成形。实际毛坯尺寸要通过试模后确定。模具外形尺寸应略大于毛坯的直径。
4 模具设计和制造
    模具结构如图2所示，整体结构与汽车覆盖件拉伸模相似，即由3部1构成：凸模、凹模，压边圈。

    数控机床加工后山钳工修配打磨侧边间隙和凹模、压边圈的压料面。
    凹、凸模间隙取Z=t＋Kt=1.8mm，凹模圆角半径R=12mm，经试模后最终确定R值大小。凹模底部打几个φ6mm排气通孔。
    压边圈的压料面设一道拉伸槛，拉伸槛高度为4mm，宽25mm。以控制材料成形的起皱趋势，改善拉伸条件。通过试模实践表明，增加适当尺寸拉伸槛能有效降低加工过程对模具压边面的要求，控制了材料成形起皱趋势。
5 模具调试
    模具制造完成后进行试模。对模具处于工作状态下的修整调试是本副模具最终能否生产合格制件不可缺少的步骤。试模压力机为1000t单动液压机床。由于现有压力机顶杆行程不够，在压边圏底部增加了16个顶杆座。
    调试主要目的是消除毛坯拉伸过程中破裂或起皱。
    导致制件起皱或破裂的主要影响因素有：
    (1)压料面的光滑和贴合程度。压料面贴合均匀，毛坯υ道伸时进料均匀一致，不易拉裂或起皱。
    (2)毛坯直径的大小。毛坯直径过大，制作易破裂；毛坯直径过小，制件易起皱。
    (3)压边力的大小。压力过大，材料进入凹模阻力大，易引起破裂；压力偏小，毛坯凸缘易起皱，制件侧ζ鸱不平。
    (4)凹模圆角大小的影响。
    通过试拉伸调整，最终拉出的制件，经检测其各项指标均与要求完全符合，实际毛坯直径为φ1020mm。
6 效果及结论
    由于此副模ξ钢板焊接加工，制件材料的拉伸系数接近极限，加工过程中制件发热很大，且压料面磨损严重，使用一段时间后需要重新修磨。经考虑，采用Cr-Mo铸铁铸造压边圈和凹模，经重新加工修配后，代替原有的模具材料，实际结果表明此方法能提高模具的使用效率和寿命。
    该产品投产后，得到了MEGA公司的肯定，已获得大批定单，巳生产出口近万台，取得了很大的经济效益。

参考文献
1 王孝培 实用冲压技术手册 机械工业出版社，2002
2 薛启翔 冲压模具设计制造难点与窍门，机械工业出版社，2003