封头冲压中的技术要点分析

2013-09-06 14:59:07

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封头带飞边时直径) , 相对厚度越大, 坯料边缘稳定性越好, 切向压应力只能使板边变厚;相对厚度越小,
对板边纵向弯曲抗力越小, 易丧失稳定而起皱。此外,热冲时板坯料加热温度不均、模具间隙及下模圆
角太大、坯料划、碰伤严重、压边力太小或不均等都能产生皱折和鼓包。坯料产生皱折后,很难通过阴、阳模具间的间隙, 容易被拉断。即使通过阴、阳模,皱
折也无法,会影响封头质量。高碳钢和普通低碳钢椭球体封头不起皱折条件为:
Dp - Dm < ( 1 ～20) t ( 6)
Dp——坯料直径,
Dm——拉深后大口直径,
t——封头壁厚。
对某直径∀1 000 容器封头,初期冲压过程中皱折和鼓包现象严重, 按公式( 6) 计算 Dp - Dm=
1 400- ( 1 000+ 50+ 76×2) = 198> 20t 容易产生皱折和鼓包, 所以对模具进行了完善,采用增加压边
圈的方法解决,设计了带压边圈的模具如图3 所示,
冲压时利用压力机边缸给压边圈压力, 冲前使用适量的润滑油等措施,减少并终避免了鼓包和
皱折现象的发生。为了校正椭球封头体型面增加了底拖用于校形工序,使椭球体型面良好过渡;设计了阴模直口与阴模拖直口,装配时用压板螺栓定位,从而保证了阴模与阴模拖的同轴度。
图3　压边圈
2. 2　凹模圆角半径R凹的确定一般来说, R凹尽可能取大些,大的R凹可以降低拉深系数,减少冲压时摩擦阻力、提高材料的流
动性, 从而提高椭球体表面质量,但是R凹过大时会
削弱压边圈的作用, 引起起皱和鼓包现象; R凹过小时使材料流动性降低,使封头表面质量降低甚至产生龟裂形成裂纹源, 导致封头被拉裂,还会降低模具
的使用寿命,因此R凹的大小要适当。椭球体凹模圆角半径可以参考公式:
R 凹 = C1C2t ( 7)
C1——考虑材料的力学性能系数,对于软钢、硬铝C1= 1; 对于纯铜、黄铜、防锈铝, C1=
0. 8;对于406 钢取C1= 1. 2～1. 5
C2——考虑板料厚度与拉深系数,取5～6. 5
R 凹 = 1. 2 ×5 ×4 = 24mm
考虑406 钢冲压性能及工件使用性能取R凹 =
25mm,经过实际使用该圆角半径可行。
图 4　凹模圆角半径的选取
2. 3　模具间隙的确定
一般来说,封头间隙过小会增大冲压时摩擦阻力、降低材料的流动性,降低工件表面质量、使工件拉伸后变得薄,甚至产生龟裂形成裂纹源,导致封头表面拉裂,降低模具使用寿命;间隙过大冲压时摩擦阻力
会减小、材料的流动性增大,引起皱褶和鼓包现象,
因此模具间隙大小要适当, 间隙Z 一般取( 1～1. 1
t ) ,考虑406 钢冲压性能、工件表面质量、模具使用
寿命及工艺性要求, 取间隙Z 为4. 4mm。 3　拉深次数的确定拉深次数和拉深量是冲压工艺编制中的关键点之一,直接关系到拉深件的质量和拉深工作的经济
性。理论计算: 拉深次数决定于每次拉深时允许的变形程度,拉伸系数m 是衡量拉深变形程度的
一个重要的工艺参数:拉伸系数。 m——每次拉深后工件直径Dz 与拉深毛坯D0
的比值m= Dz/ D0
代入Dz= 1 000- 4= 996
D0= 1. 175Dz+ 2×35+ 25×2+ 70×2= 1 400
得: m= 0. 7115
板料一次拉深小拉深系数m0, 30CrMnSiA 拉深系数0. 62～0. 70, 406 钢经过球化退火后材料冲压性能, 一次拉深小拉深系数应小于 0. 7, 因此m> m0,即该封头可以一次拉深成型。为了
节省成本缩短生产周期我们采用了, 一次冲压拉伸到300mm, 退火后冲压校形并拉深至要求尺寸。
4　结论封头冲压过程中,计算好板料毛坯尺寸、设计模具时选择合适的模具整体结构,计算好阴模过渡圆角,设计、计算好拉深次数,确定好模具间隙, 根据实
验情况确定压边力等基础性控制点, 冲压加工前对板料进行认真的清理,对模具和封头上的划、碰伤及时修磨,添加适量的润滑油等措施,就能生产出合格
的封头。
[ 1]　陆博福,陆平. 非标准椭圆及标准椭圆形封头冲压展开下料尺寸的计算[ J] . 压力容器,
2008, ( 6) .
[ 2] 　阮鑫, 赵博龙,张志勋. 薄壁封头冲压成型过程中的几个技术要点浅析[ J]

压力容器的生产中,封头的冲压加工成型是基础的工序之一,冲压模具的设计在封头冲压加工

中起决定性的作用, 笔者对强度钢( 406 钢) 薄壁封头冲压过程中的技术难点及应采取的工艺措施作进行了简要分析。
1　技术要求及技术要点分析 1. 1　技术要求某容器前、后半椭球体材料为406 钢, 板料厚
4. 0mm, b= 640MPa, 0. 2= 43MPa, 冲压后椭球封头体外型面长半径和短半径之比k= a∶b= 500∶250=
2∶1,如图1 所示,与外型面切面检测样板不贴合间
隙 t, 型面处不大于2mm; 直线段部位不大于1. 5
mm,封头表面划伤、碰伤、拉痕、麻坑等表面缺陷不
得大于0. 1mm, 不得有裂纹。
图1　半椭球体冲压后尺寸
1. 2　板料下料尺寸计算冲压板料毛坯尺寸过大将导致封头冲压过程中
主缸压力增大,封头直线段部位减薄严重, 甚至产生龟裂成为裂纹源, 诱发裂纹的产生;冲压板料毛坯尺寸过小导致所需压边力过大, 当设备压边力不够大
时冲压过程中板料流动过快就会引起鼓包、皱折的产生。封头展开料尺寸推导如下:
图 2　椭圆曲面表面积计算尺封头冲压时坯料外缘的压缩量大,其值为:
△L = ! ( Dp - Dm) ( 5)
Dp——坯料直径,
Dm——拉深后大口直径(带飞边)
此压缩量向封头三个方向流动: 向垂直于拉深方
向的切向流动,增加边缘厚度; 拉深时向中心流动,补充径向拉薄; 向外自由伸长, 即径向扩大。由于径向流动阻力小,所以向外伸长往往较大。如果坯料较薄或模具不当、工艺不当,使封头在拉延过程中