复杂薄板罩子成形工艺优化-精选文档
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复杂薄板罩子成形工艺优化
引言
某隔热罩零件为某发动机加力筒体作动筒隔热保护外罩，其设计形状复杂，材料为1Cr18Ni9Ti带材，技术条件为
GB/T4239-1991，材料厚度为0.5mm，设计技术条件允许在拉深后局部料厚减小到0.35mm。
目前，成形此种复杂成形件的工艺为在普通万能单动液压机上，利用反拉深模具进行成形。
但是零件的成形状况很差：一是生产效率很低，在拉深成形时需要钣金工配合，一边拉深成形一边对零件的局部起皱部位进行锤击校平消除皱褶；二是零件成形合格率很低，由于成形出现死皱褶或拉裂造成零件大量报废，能达到临时标准件表面状态的零件也不到50%；三是零件外观和表面质量很差，零件表面存在一些无法完全消除的皱褶。
此类零件的生产已经成为制约发动机生产的技术瓶颈之一。
1 零件拉深工艺分析
隔热罩零件三面开口，而且各部位成形程度有很大的不同，其成形中同时存在拉深、涨形和弯曲三种变形方式，属于多种成形方式的复合。
按照拉深类型分析属于浅覆盖型拉深件，其拉深变形特点为：拉深中从压边面下获得少量的补充材料，工件本体的拉深成形主要靠自身材料的延伸（即涨形）；拉深变形的主要失效形式是破裂和起皱[1]。
由于在拉深时毛坯的变形甚为复杂，
各处应力很不均匀，因此，不能按一般拉深系数来判断和计算其拉深次数和拉深可能性。
在单动液压机上拉深复杂覆盖件，一般需要局部设拉深筋来加大进料阻力，靠拉深筋的合理布排来改善毛坯在压边圈下的流动条件，使各区段材料流动趋于均匀，才能有效地防止起皱[2-3]。
某隔热外罩零件中间深度较大，需要同时进行毛坯中间部分的胀形和四周法兰边向里收缩的拉深变形才可能冲压成形成功。
对于这类零件最常用的拉深方法，是带拉深筋的拉深模具。
由于径向拉应力沿毛坯周边的分布是不均匀的，在拉深变形小，因而径向拉应力也小的直边部分，径向拉应力的数值不足以引起毛坯的中间部分产生足够的胀形变形，所以在切向压应力的作用下就有可能失稳起皱，破坏了进行正常成形的条件。
因此，在这类零件拉深时，必需采取有效的措施，使沿毛坯全部周边都产生接近均匀而数量又足以引起毛坯的中间部分在各个方向上都产生比较均匀的、足够大的胀形所需要的径向拉应力。
能够保证得到比较均匀的或符合需要的径向拉应力的有效措施，是采用在直壁部分布置拉深筋的方法。
布置拉深筋时，也还要注意到不对称零件的平衡问题。
当零件的变形不对称时，径向拉应力的分布也是不对称的。
所以在拉深过程中变形大，因而需要较大径向拉应力的部分毛坯可能不产生变形，也不向凹模内移动，而变形小因而需要较小径向拉应力的部分毛坯，则比较容易地被拉入凹模。
这样就会形成不均匀单
向进料的拉偏现象，破坏成形的正常进行。
这时，可以在容易拉入凹模的部位设置拉深筋，以使零件周边作用的径向拉应力达到平衡[4-5]。
从以上分析得到，隔热外罩零件属于非旋转体的覆盖型拉深件，成形此类零件一般采用局部带拉深筋的普通拉深模具结构进行拉深成形，拉深模具的设计应从增大胀形部分，平衡各部位拉深状态，加大成形极限等方面考虑。
2 零件拉深毛坯的工艺优化
为了达到减少其弯曲变形比例，增大胀形变形成份的目的，需要对零件的拉深毛坯进行一定的工艺处理。
为了弥补工件在成形中存在的缺陷，在工件本体部分以外，另增加必要的材料，形成一些必要的工艺补充面。
此隔热罩零件三面开口，作者在零件的3处开口处相应地增加了3个工艺补充面，即工艺补充面1、工艺补充面2和工艺补充面3，将零件的三处开口处通过工艺处理使其封闭，成为全封闭的拉深件。
同时将几处较小的转接R处理为较大而且比较均匀的转接R，减小拉裂倾向。
通过工艺处理，零件拉深毛坯优化处理成为涨形变形占较大比例的不规则形的“曲面形状的盒形拉深件”。
3 拉深成形模具优化
基于隔热罩零件的工艺处理后，即增加工艺补充面的拉深毛坯，利用РУS 4000KN普通四柱单动万能液压机，用其下油缸作为压边力的动力源。
拉深模具的设计从增大拉深成形时的胀形
变形成份，尽量平衡各部位拉深状态，加大成形极限等方面考虑。
拉深模具主要采取了两项改进措施：第一设计增加了6个控制料厚限位块，来保证成形时材料由传力区顺利进入变形区，减小拉裂的倾向，一定程度上增大了成形极限；第二设计局部设置活动拉深筋来调整成形时走料的不均匀性，进一步增大成形极限，减小拉裂倾向，消除拉深皱褶。
该模具由上、下模两大部分组成，上模由凹模、导套和上模板等组成，凹模上开有排气孔，便于成形后卸载时取下零件。
下模部分主要有凸模、压边圈、限位垫块、导柱、下模板等组成。
在凹模与压边圈上局部设置了拉深筋，以便尽量创造接近均匀的拉应力，使材料胀形部分均匀，消除起皱问题。
4 试验情况
4.1 试验材料
试验用材料为软化退火状态的0.5mm厚的1Cr18Ni9Ti带材，采购订货技术条件为GB/T4239-1991，与零件实际用材料完全相同。
4.2 试验用设备
拉深成形试验用设备为正式零件生产使用的4000KN普通单动四柱液压机，型号为：“РУS”，顶出筒公称压力为
600Kg/dm2。
4.3 拉深成形试验方法
分别对改进某薄板复杂罩子零件成形状况的措施：零件毛坯
增加三处工艺补充面，优化了零件的成形状况；模具增加了6个限制料厚的限位块；针对性地布置了间断的拉伸筋（活动），三个单项措施队某薄板复杂罩子零件分别进行了拉深成形试验。
通过试验，分别研究三种改进措施对某薄板复杂罩子零件拉深成形的改善情况。
5 结束语
通过研究、试验，得到主要结论如下：
（1）通过对拉深零件中间毛坯优化处理，即在三处开口处增加了三处工艺补充面，能够有效地改善某薄板复杂罩子零件的成形状态，能够改善某薄板复杂罩子零件拉深成形起皱形貌，减少皱褶的数量。
（2）通过在拉深模具的压边圈和凹模之间增加限制料厚的限位块，能够有效地改善某薄板复杂罩子零件拉深成形时材料的流动，对于减少某薄板复杂罩子零件拉深成形局部材料减薄、破裂作用明显。
（3）按照零件的形状特点，针对性地在拉深模具的压边圈和凹模上局部设置拉深筋，能够有效地改善某薄板复杂罩子零件拉深成形中的材料流动分布和成形应力状态分布，对于消除拉深成形皱褶作用明显。
