某外壳零件成形工艺分析

模具技术２０１１．Ｎｏ．５　２７　

文章编号：１００１－４９３４（２０１１）０５—００２７—０４　

０　某外壳零件成形工艺分析　

张　鑫　

（陕西国防工业职业技术学院　实践教学管理处，陕西　西安　７１０３０２）　

摘　要：针对底部带孔的有凸缘圆筒件成形工艺过程，确定了拉深工序的成形工艺参　

数，结合数值模拟方法模拟验证了拉深的成形过程。对冲孔成形工艺进行了模具设　

计，从而优化了工艺方案，对同类工件的成形工艺提供一定的借鉴，最终保证了圆筒件　

拉深成形工序的顺利进行。　

关键词：有凸缘圆筒件；拉深；冲孔；工艺；分析　

中图分类号：ＴＧ　３１６．１　５　文献标识码：Ｂ　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｓｏｍｅ　ｏｕｔｅｒ　ｃｏｖｅｒｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　

ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｆｌａｎｇｅ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｗｉｔｈ　ａ　ｈｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｏｔｔｏｍ，ｔｈｅ　

ｆｏｒｍｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒａｗｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｎｄ　ｆｏｒｍｉｎｇ　

ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　

ｐｉｅｒｃｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｓｃｈｅｍｅ　ｗａｓ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｗｏｒｋ　ｐｉｅｃｅ’Ｓ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｄｒａｗｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　

ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌａｎｇｅ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｄｒａｗｉｎｇ；ｐｉｅｒｃｉｎｇ；ｐｒｏｃｅｓｓ；ａｎａｌｙｓｉｓ　

引言　

拉深是利用拉深模具将平板毛坯压制成各　

种开口的空心工件，或将已制成的开口空心件　

加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。　

拉深的形变过程是随着凸模的不断下行，留在　

凹模端面上的毛坯外径不断缩小，圆形毛坯逐　

渐被拉进凸、凹模间的间隙中形成直壁，而处于　

凸模下面的材料则成为拉深件的底，当板料全　

部进入凸、凹模问的间隙里拉深过程结束。与　

冲裁模相比，拉深凸、凹模的工作部分不应有锋　

利的刃口，而具有一定的圆角，凸、凹模间的单　

收稿日期：２０１１－０４—１８　作者简介：张鑫（１９７０一），男，高级工程师。　边间隙稍大于料厚。本文以实际生产中常见的　

某外壳零件为例，Ｏ８钢作为材料，来研究圆筒件　

的成形工艺过程，并结合有限元数值模拟方法，　

对该成形过程进行了模拟计算Ⅲ。　

１　零件成形工艺分析　

图１所示为某外壳零件，料厚为２　ｍｍ，此　

零件属于有凸缘圆筒件，在圆筒件的底部分布　

有圆孔，而且对称分布，中间的孔精度要求比较　

高，属于１１级精度要求，另外圆筒的边沿尺寸　

有１２级精度要求，这就要求有切边工序，其余　２８　Ｄｉｅ　ａｎｄ　Ｍｏｕｌｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．５　２０　１　１　

为１４级精度要求，整体零件的精度要求不是很　

高，但是成形关键在于有凸缘的圆筒件拉深工　

艺设计，能否以此拉深成形，防止产生拉裂等缺　

陷，冲孑Ｌ工序要保证孔与孔之间的距离要求。　

图ｌ　圆形零件图　

２零件工艺方案设计　

零件冲压工艺方案要根据计算拉深次数来决　

定，看是否可以一次拉深成功，其工艺计算如下。　

２．１确定修边余量ＡＲ值［２］　

因料厚为２　ｍｍ，故零件尺寸按厚度中线计算。　

／ｄ　（１）　

式中：ｄ　——拉深件凸缘直径，１１０　ｍｍ；　

拉深件底部直径（中线），７８　ｍｍ。　

经计算：ｄ　／ｄ一１．４１　

查有凸缘圆筒形拉深件的修边余量表得　

ＡＲ：４．３　ｍｍ，所以拉深件的实际凸缘直径：　ｄ—ｄ　＋２×ＡＲ　（２）　

经计算：　＝＝＝１１８．６　ｍｍ。　

２．２计算毛坯直径　

当ｒ—Ｒ时，按《冷冲压技术》＿２　中表５—４得　

毛坯直径：　

Ｄ一￣／　ｉ＋４ｄ２Ｈ一３．４４ｒｄ２　（３）　

式中：　——拉深件的实际凸缘直径，１１８．６　ｍｍ；　ｄ　——拉深件底部外圆直径，８０　ｍｍ；　

一拉深件的高度（中线高度），４８　ｍｍ；　ｒ一拉深件底部圆角半径（中线尺寸），３　ｍｍ。　

经计算：Ｄ取１７０　ｍｍ。　

２．３判断能否一次拉深成形　

总的拉深系数：　—ｄ／Ｄ　（４）　

式中：　——拉深件底部直径（中线），７８　ｍｍ；　

Ｄ——毛坯直径，１７０　ｍｍ。　

经计算：　—ｄ／Ｄ＝０．４５９　查《冷冲压技术》＿２　中表５—９和表５—１Ｏ　

得：首次拉深的极限拉深系数：［ｍ］一０．４９。　

由于　＜［　］，所以一次不可以拉深成形。　

２．４调整拉深系数　

制定拉深工艺时，为了减少拉深次数，需要　

采用小的拉深系数（大的拉深比）。但拉深系数　

过小，将会在危险断面产生破裂。因此，要保证　

拉深顺利进行，每次拉深系数应大于极限拉深　

系数。首次拉深尽可能保证在不拉裂的情况下　

变形尽可能大，即其拉深系数接近极限拉深系　

数，查《冷冲压技术》【＝２　中表５—９和表５—１Ｏ取　首次拉深系数：　一０．５０，则首次拉深直径ｄ　一　

８５　ｍｍ。　

２．５确定每一工序直径ｄ　

查《冷冲压技术》¨２　中表５—１ｌ取：ｍ。一　

０．９２，则ｄ２—７８　ｍｍ。　

２．６各工序圆角半径的确定嘲　

一次拉深成形时，凹模圆角半径　

ｒＡｌ一０．８×￣／（Ｄ。一ｄ。）￡　（５）　

式中：Ｄ——毛坯直径，１７０　ｍｍ；　

——拉深件底部直径（中线），７８　ｍｉＤ．；　￡——板料厚度，２　ｍｍ。　

经计算：ｒＡ１—１０．４　Ｆｉｌｍ。　

取凸模和凹模的圆角半径相等，即：　一　

Ａ１—１０．４　ｍｍ。　第二次拉深凸、凹模圆角半径取工件要求　

尺寸（中线尺寸）即：ｒ　一ｒＡ２—３　ｔｒｉｍ。　

２．７拉深高度的计算　

有凸缘的圆筒件由于第一次拉人凹模的材　模具技术２０１１．Ｎｏ．５　２９　

料比零件最后拉深部分实际所需的材料多５　，　

毛坯的直径需要进行修正，根据式（６）：　

Ｄ。＝俪２８ｒｄｌ＋ＳＰ＋４ｄｈ　＋６．２８　＋４．５６Ｒ。）＋（　一　）×１０５　９６　

（６）　

式中：ｄ　——拉深件底部直臂部分直径，７４　ｍｍ；　

ｒ一一拉深件底部圆角半径（中线尺寸），３　ｍｍ；　

ｈ　——拉深件的直臂部分高度，４４　ｍｍ；　

——拉深件凸缘部分圆角半径（中线尺　

寸），３　ｍｍ；　

ｄ——拉深件底部直径（中线），７８　ｍｍ；　

——拉深件的实际凸缘直径，１１８．６　ｍＥ；　

ｄ。——拉深件底部外围直径加上有缘圆　

角，８４　ｍｍ。　

３模具设计　Ｅ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ｊ！　

（ａ）下料　

（Ｃ）第二次拉深　经计算：毛坯直径为１７２　ｍｍ。　九　ｎ　一　（Ｄ。一　）＋０．４３（ｒ＋Ｒ）　（７）　１　根据式（６）第一次的拉深高度ｈ　一５４．５　ｍｍ。　

通过校核第一次的拉深高度，其接近极限拉深　

的高度，修正后的拉深高度为４５　ｍｍ；第二次拉　

深时多拉人了３　的材料，其余２　的材料返回　

到凸缘上，通过计算ｈ　一４８　ｍｍ。　

２．８工序简图［５］　

由计算得知，拉深２次才可以完成（见　

图２），所以此零件的工艺方案为：落料、第一次　

拉深一第二次拉深一冲孔一切边。　

图２工序简图　

３．１　落料、第一次拉深复合模具　

此模具的设计要点是必须保证先落料再拉　

深，如图３所示，拉深的底平面低于落料的平　

面。本模具采用从前向后送料，坯料有定位板　

进行定位，此时上模下行，完成落料，接着进行　拉深工序，凸、凹模兼有压料作用＿６］，拉深工序　

完成之后，如果零件卡在凹模里面，则用打料装　

置进行，卡在拉深凸模上，采用顶料装置，顶料　

装置是标准的弹顶器。　

Ｆａｓｔａｍｐ是专门的板料冲压成形快速分析　

软件，具有前后处理系统，其逆算法求解器特点　

是基于改进的有限元逆算法和ＤＫＱ壳单元，考　

虑了真实的摩擦、压边力、拉深筋等工艺条件，　（ｂ）第一次拉深　

（ｄ）切边　

ｌ１　１２　１３　１４　１５　ｌ６　１７　

１．弹顶器　２．顶杆　３．螺钉、销钉　４．导柱　５．导套　６．压料圈　７．凸凹模　８．顶件块　９．模柄　１Ｏ．垫板　ｌ１．上模板　１２．凸凹模固定板　１３．定位圈　１４．落料凹模　１５．拉深凸模　１６．拉深凸模固定板　１７．下模板　图３落料拉深复合模具　５　

４　４０　Ｄｉｅ　ａｎｄ　Ｍｏｕｌｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．５　２０　１　１　

图７修改模具过程图　

图８第二次回弹模拟结果截面图　

由图８可以看出，回弹后零件的尺寸并没　

有达到技术要求，并且都小于尺寸要求，说明零　

件的回弹不是按照等值补偿的原则进行的。因　

为同一形状不同尺寸对回弹影响不尽相同，不　

可能回弹量都是一样的，零件的尺寸越小，弯曲　

区的塑性变形程度越大，回弹量越小。因此需　

要对各个截面重新进行数据测量，并根据测量　

数据进行相应补偿，重新修改模具形状。　

通过多次模拟，以及多次修改模具的形状，　

最终得到了比较合理的结果，如图９所示。所　

有截面的尺寸基本都控制在公差范围内。　４０９．１３８　Ｉ４０９．９４２Ｉｌ４１０．１７１　

２　结论　４０９．９７４　Ｉ４０９．２５９　１４０９．１８７　

图９最终回弹模拟结果截面囤　

本文针对传统的模具补偿方式存在的问　

题，以炉具前面板为例，研究了利用数值模拟进　

行模具回弹补偿的方法。目前，根据模拟结果　

设计的模具已应用于实际生产，所得到的零件　

达到图纸的要求，说明利用数值模拟进行模具　

补偿的方法对控制回弹是切实可行的。　

参考文献：　

（上接第３Ｏ页）　

Ｅ４］肖景容，姜奎华．冲压工艺学［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，１９９４．　Ｅｓ］张九强，王齐栓，王小鹏．有凸缘圆筒形件的拉深工艺　计算分析ＥＪ］．济源职业技术学院学报，２００９（６）：２３—２５．　［６］李天佑，蒋智斌．筒形件拉深过程的数值模拟ＥＪ２．太原　重型机械学院学报，１９９７（３）：２０５～２０９．　Ｅ７］熊志卿．筒形件多次拉深极限预测［Ｊ］．中国机械工程，　２００ｌ（５）：１　４．　Ⅲ ～～～一　一～一一　一～～一～一一一～～８　甲●　ｒ　

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