椭圆形封头冲压的技术要点

　　椭圆形封头带飞边时直径 , 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,皱折也无法消除,会影响椭圆形封头质量。 高碳钢和普通低碳钢椭球体椭圆形封头不起皱折条件

　　为:

　　Dp - Dm < ( 1 ～20) t ( 6)

　　Dp——坯料直径,

　　Dm——拉深后大口直径,

　　t——椭圆形封头壁厚。

　　对某直径∀1 000 容器椭圆形封头,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一定压力, 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。为了校正椭球椭圆形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。

　　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 极限拉深系数,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,使椭圆形封头表面质量降低甚至产 生龟裂形成裂纹源, 导致椭圆形封头被拉裂,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 高强度钢取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,椭圆形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,导致椭圆形封头表面 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. 1t ) ,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 极限变形程度,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 压性能大大改善, 一次拉深 小拉深系数应小于 0. 7, 因此m> m0,即该椭圆形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 到深度300mm, 退火后冲压校形并拉深至要求尺 寸。

　　结论

　　椭圆形封头冲压过程中,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,对模具和椭圆形封头上的划、 碰伤及 时修磨,添加适量的润滑油等措施, 能生产出合格的椭圆形封头。

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

　　中起决定性的作用, 笔者对超高强度钢( 406 钢) 薄 壁椭圆形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, 冲压后椭球椭圆形封头体 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. 5mm,椭圆形封头表面划伤、 碰伤、 拉痕、 麻坑等表面缺陷不得大于0. 1mm, 不得有裂纹。

　　1. 2　板料下料尺寸计算 冲压板料毛坯尺寸过大将导致椭圆形封头冲压过程中

　　主缸压力增大,椭圆形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 会引起鼓包、 皱折的 产生。椭圆形封头展开料尺寸推导如下:

　　图 2　椭圆曲面表面积计算尺椭圆形封头冲压时坯料外缘的压缩量 ,其值为:

　　△L = ! ( Dp - Dm) ( 5)

　　Dp——坯料直径,

　　Dm——拉深后大口直径(带飞边)

　　此压缩量向椭圆形封头三个方向流动:
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,使椭圆形封头在拉延过程中其变形区切向压应力大于径向拉应力时, 会丧失 稳定而产生皱折或鼓包。影响皱折产生的主要原因 是坯料的椭圆形封头相对厚度t / Dm ( t 板料厚度, Dm 拉深