筒形件变薄拉深工艺设计分析

0引言

在国民经济高速发展的现代，薄壁深孔筒形件作为一种常见零件，其在国防建设、电子通讯等各领域得到广泛应用。由于薄壁深孔筒形件不但具有高径比大、孔深壁薄带底的几何特性，而且有的产品还有一定机械性能要求，则其在加工过程中变形量较大，成形具有一定难度，因此用普通的拉深工艺方法加工，具有拉深和退火工序多、生产周期长等不足之处，而当采用变薄拉深成形工艺加工时，上述不足之处均可以得到较好解决。因变薄拉深成形工艺是利用材料的塑性变形减小拉深件壁厚，增加拉深件高度的一种冲压成形工艺方法，也就是说变薄拉深可以采用较大的变形加工量，较少的工序就能获得金属晶粒组织细密、强度高的薄壁深孔筒形件［1－3］，因而变薄拉深是薄壁深孔筒形件主要的制造方法之一。

1零件分析

图1所示为某铜质薄壁深孔筒形件的零件简图，其是电子发射管部件中的一个重要零件。该筒形件材质要求为T2铜，尺寸精度要求较高，其几何形状特点是：高径比大（成品为7），筒体和底部均为3mm厚，内腔锥度小（锥度小于1∶1000）。同时，在产品的技术要求中可知，除了不允许有拉深常见的疵病外，对机械性能没有作特殊要求，关键点是该产品要求其内腔在抽真空、高压静电状态下，产品筒体及底部不允许有烧蚀、漏气等缺陷出现。这就要求该薄壁深孔筒形件在加工过程中，需要采用大的变形量以保证产品晶粒组织均匀与细密，进而满足产品不烧蚀、不漏气的要求。由此可知，其难点是在该筒形件最后一次变薄拉深成形工序的设计中。

2工艺分析及制定

在薄壁深孔筒形件的工艺设计中，如何以最少的拉深工序和退火次数、以最低的材料消耗、最高的模具寿命和最短的生产周期，拉制出满足质量要求的制品，是变薄拉深成形工艺设计的一个重要出发点。再一个是在薄壁深孔筒形件最后一次变薄拉深成形加工过程中，如何保证产品质量，制品能够顺利地从凸模上卸下，也是成形工艺设计的一个关键点。综合上述，依据该薄壁深孔筒形件的几何形状特点，以及满足产品在抽真空、高压静电状态时，筒体及底部不允许有烧蚀、漏气的技术要求，为节约模具成本、提高经济效益，结合公司现有的生产设备情况，同时借鉴以往成熟的工艺设计经验，经过对几种不同材质、不同尺寸深孔筒形件的分析与比对，决定在4次变薄拉深成功运用的基础上，采用3次变薄拉深成形的工艺方案，进行该筒形件变薄拉深成形加工。在3次变薄拉深成形工艺设计中，采取的技术措施有2点：（1）加大（热）反挤毛坯变形程度，进而得到体部较高的毛坯，为减少变薄拉深次数初步奠定前期条件；（2）提高各次变薄拉深系数，为减少变薄拉深次数再次创造技术条件。制定的工艺流程为：下料尺寸检验（热）反挤毛坯酸洗内磨第一次变薄拉深切口、车外圆第二次变薄拉深热处理第三次变薄拉深热水洗切口压底转后续工序。薄壁深孔筒形件变薄拉深工序示意图如图2所示。

3模具结构设计

综合上述分析，根据薄壁深孔筒形件几何形状特点，考虑模架的通用性，以及模具调试容易、操作简单、模具的快速更换及工作面清理方便等因素，结合公司模具设计、制造和使用传统，模具结构设计成如图3所示结构形式。该套模具具有通用性强，在加工不同深孔筒形件时，只需要更换不同制品的凸模11、凹模8和退料插板10即可生产加工，其他零件为通用零件。变薄拉深工艺使用的设备为立式双柱水压机，水压机最大开启高度为2700mm。

3．1凸模设计

由于该薄壁深孔筒形件高径比较大，使得最后一次变薄拉深用凸模就要相对设计得较长，因此必须严格控制凸模的淬火硬度。因为，硬度太高容易断裂损坏；硬度太低，在工作时凸模又容易变形、产生纵向弯曲使凸模失稳，其不但会影响凸模使用寿命，使其过早磨损，还会造成半制品壁厚差超出工艺要求、良品率降低的现象。设计中，凸模材料采用T10A钢，热处理要求为58～63HRC。在生产实践中发现硬度在60～61HRC时为最佳状态。

3．2凹模设计

在薄壁深孔筒形件的变薄拉深成形加工过程中，当工件较长、且采用液压设备拉深时，宜用浮动形式，以便于模具自动对中。为此，根据薄壁深孔筒形件的形状特点，将凹模设计成浮动形式，其特点是凹模8放置在凹模盖板6和凹模环7之间，使其处于自由状态，工作时在凸模及半制品作用下，凹模自动与凸模对中，由于凹模是活动的，故取放凹模非常方便。

3．3退料插板设计

在变薄拉深结束后，半制品与凸模贴合得很紧，一般用退料卡环将制品卸下，因此，退料卡环的设计也是重要一环。对退料卡环的要求是：退料可靠、不划伤半制品外表面，也不能将半制品口部卡坏，结构尽量简单。根据T2紫铜硬度较低的特点，设计中采用手动退料插板。因为，如果采用环形退料卡瓣的形式，容易将半制品外表面划伤，严重时有报废的可能。手动退料插板工作过程是：当制品变薄拉深结束后，将退料插板推到工作位置；在压力机回程时，退料插板将制品从凸模上退下，而后将退料插板退出工作位置，准备下一个制品的拉深。

4工艺设计中注意问题

在变薄拉深成形工艺设计中，往往由于变形工序或某个工序设计的不妥，则难以保证工艺的可行性、稳定性、成品质量和经济实用性，也难以保证变薄拉深成形工艺的设计成功。因此，工艺设计时还需要注意以下3个问题。

4．1控制壁厚差

在变薄拉深加工过程中，半制品壁厚差应当严格控制，其原因有2种：（1）浮动凹模适用于半制品壁厚差小的情况，如：壁厚差过大时，在变薄拉深过程中是得不到很好纠正的。（2）当采用（热）反挤压制造变薄拉深用毛坯时，因毛坯存在着表面质量差、壁厚差大的缺陷，其对成品质量有着很大的影响，故必须消除此缺陷。因此，为保证薄壁深孔筒形件的尺寸精度要求，并为成形工序制备壁厚差小、表面质量好的半制品，一般在第一次变薄拉深后安排有切口、车外圆工序。切口的目的是：切去毛坯口部偏斜的金属，防止后续拉深时口部断裂，同时也是为获得良好的口部壁厚差打下基础。在生产工艺中要求壁厚差为0．10mm，半制品的表面粗糙度为Ra6．3μm以下。

4．2

薄壁深孔筒形件在成形过程中，特别是在最后一次变薄拉深时，非常关键。若不好时，就有退料困难、卡坏产品的现象出现。在生产试制过程中，使用的剂是菜油与肥皂水混合乳液，试用效果表明，其既能保证将制品从凸模上顺利退下，又能在后续的清洗工序中将其非常方便地清洗掉。

4．3模具预热

在变薄拉深生产加工中，特别是在最后一次变薄拉深加工前，必须对模具进行预热，以保证第一件制品能顺利地从凸模上退下。这是因为在变薄拉深时，退料应在拉深结束时立即进行，否则半制品冷却后卡得更紧，不易从凸模上退下［1］。再一个是，如果不对模具进行预热，而直接用冷模具加工生产，在深孔筒形件变薄拉深成形后，特别是在最后一次拉深时退料非常困难，制品口部卡坏的数量将会增多，从而使得良品率大幅度降低。在实际工作中，使用的是工业蒸气对模具进行预热。

5结论

结合某铜质薄壁深孔筒形件的特点，以及其各项技术要求，为节约工装制造成本，提高生产较率，并结合现有技术条件及生产设备，制定了3次变薄拉深成形工艺方案。通过大批量生产验证，该变薄拉深工艺制造的产品质量稳定、生产效率高，模具结构设计合理、操作简单和安全可靠，交验的产品达到了客户各项技术要求，该成形工艺的成功设计与应用，为同类形状铜质薄壁深孔筒形件的工艺设计提供了经验借鉴。

作者：杨利 高大伟 冰 徐言涛 单位：河南江河机械有限责任公司