CN103084483A - 一种深筒形件多次拉深成形装置 - Google Patents

Abstract

一种深筒形件多次拉深成形装置，包括上模座和下模座，上模座和下模座通过滚珠导套与导柱相连，在上模座上安装固定有凸模定位件，凸模定位件下端安装氮气缸，氮气缸的活塞杆与压边圈通过橡胶块下端凹槽压紧坯料，在凸模定位件上安装凸模主体，凸模主体由凸模、聚氨酯弹性体、定位圈、压板及凸模连接件构成，凹模为锥形，固定于下模座上，顶杆在拉深完成后将工件顶出，本发明采用氮气缸压边装置与聚氨酯弹性体共同作用，能够保证拉深成形效率和质量。

Description

一种深筒形件多次拉深成形装置

技术领域

本发明属于材料成形技术领域，特别涉及一种深筒形件多次拉深成形装置。

背景技术

深筒形产品广泛应用于各行各业，军用领域如导弹壳体、鱼雷外壳、飞机副油箱等；民用领域如汽车气囊、高档水杯等；化工行业中化肥罐、储气罐、高压容器等。在板料成形加工中，拉深工艺由于其效率高，质量好等特点成为了筒形件成形的主要方式。然而由于许多板材受成形性能及技术本身的约束，高径比更大的深筒形件（一般高径比大于3），成形极限更高的复杂零件仅仅依靠传统拉深工艺加工时无法实现零件的成形，或者成形零件废品率高。深筒形件成形的主要缺陷是底部拉裂，如何充分利用和发挥材料的成形性能，提高成形质量是亟需解决的问题。在筒形件拉深中，目前主要通过优化组合工艺参数和模具结构参数的方法来提高拉深成形的效率和质量，主要解决方法就是如何选取适当的压边力、凸凹模圆角、润滑条件等。由于筒形件在拉深过程中，壁厚分布不均，拉裂缺陷常常产生在底端壁厚变化最大处，这与金属流动趋势有很大关系。因此，可以通过在筒形件上方筒壁施加载荷压力及筒壁施加摩擦力，来改变筒形件传力区的应力状态，减少拉应力数值，从而促进上部金属向下流动，避免破裂及壁厚减薄严重等现象，来拉深成形深筒形件。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种深筒形件多次拉深成形装置，能够保证拉深成形效率和质量。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种深筒形件多次拉深成形装置，包括上模座1和下模座10，上模座1和下模座10通过滚珠导套2与导柱3相连，在上模座1上安装固定有凸模定位件4，凸模定位件4下端有4个均匀分布的深孔，在深孔中安装4个氮气缸，氮气缸由缸体5与活塞杆6构成，活塞杆6和压边圈7连接，橡胶块8与压边圈7连接，活塞杆6与压边圈7通过橡胶块8下端凹槽压紧坯料12，活塞杆6的压力应小于凸模13压力的1/2，坯料12为经过首次拉深后的锥形件。

在凸模定位件4上安装凸模主体，凸模主体由凸模13、聚氨酯弹性体14、定位圈15、压板16及凸模连接件17构成，凸模定位件4与凸模连接件17连接，凸模连接件17与定位圈15连接，定位圈15下端有不小于5mm的倒角，凸模13置于定位圈15中，两者为间隙配合，聚氨酯弹性体14置于凸模13与定位圈15中间，聚氨酯弹性体14初始形状为内凹的圆柱体，压板16与凸模13连接。

凹模9为锥形，固定于下模座10上，凹模9锥角的角度小于45°，坯料12与凹模9配合，顶杆11在拉深完成后将工件顶出。

本发明采用的工艺为：凸模主体下行，凸模13与凹模9对应，凸模13将坯料12压紧，同时凸模13与定位圈15的距离逐渐减小，压缩聚氨酯弹性体14，使聚氨酯弹性体14变形，在拉深过程中，聚氨酯弹性体14由于体积膨胀，产生摩擦力作用于坯料12，增加其摩擦阻力，控制金属流动。同时，氮气缸活塞杆6在拉深过程中，提供恒定压力对坯料12边缘施加向下压力，该压力既能保证坯料12实现拉深加工成形，又在一定程度上防止底部拉裂。氮气缸压边装置与聚氨酯弹性体共同作用，保证了深筒形件拉深成形工艺的实现。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明在拉深过程中，通过凸模上的聚氨酯弹性体给坯料侧壁部位施加一定的摩擦力，促进侧壁金属流动趋势，进而防止底部圆角位置的危险变薄区进一步变薄。在摩擦力作用下，坯料壁厚较厚的上部金属参与拉深变形，使得拉深件的壁厚分布均匀。

2、在拉深过程中，采用氮气缸以及与其配合的橡胶块代替普通压边装置，由氮气缸活塞杆对坯料边缘施加恒定且与拉深方向同向的压力，促进上部金属向下流动，进一步防止了底部开裂情况的产生。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是凸模及氮气缸结构示意图。

图3是凸模及氮气缸三维模型爆炸视图。

图4-a是坯料12未被拉深时总体结构示意图，图4-b是坯料12被拉深一半时总体结构示意图，图4－c是坯料12拉深完成时总体结构示意图，图4-d是坯料12拉深完成后顶出时总体结构示意图。

图5是工件多次拉深过程示意图。

图6是坯料底部变形区应力分析图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1，一种深筒形件多次拉深成形装置，包括上模座1和下模座10，上模座1和下模座10通过滚珠导套2与导柱3相连，在上模座1上用螺钉安装固定凸模定位件4，凸模定位件4上端有4个沉头孔，在凸模定位件4下端有4个均匀分布的深孔，在深孔中放置4个氮气缸，通过螺钉固定于凸模定位件4上，氮气缸由缸体5与活塞杆6构成，代替传统压边装置，活塞杆6与压边圈7为过盈配合，橡胶块8与压边圈7用粘结剂粘结为一体，活塞杆6与压边圈7通过橡胶块8下端的凹槽压紧坯料12，且活塞杆6的压力应小于凸模13压力的1/2,坯料12为经过首次拉深后的锥形件。

在凸模定位件4上用螺钉安装凸模主体，凸模主体由凸模13、聚氨酯弹性体14、定位圈15、压板16及凸模连接件17构成，凸模连接件17通过螺钉固定于凸模定位件4上，凸模连接件17与定位圈15通过螺纹连接，定位圈15下端有不小于5mm的倒角，凸模13置于定位圈15中，两者为间隙配合，聚氨酯弹性体14置于凸模13与定位圈15中间，聚氨酯弹性体14初始形状为内凹的圆柱体，压板16与凸模13通过螺钉连接。

凹模9为锥形，通过螺钉固定于下模座10，凹模9锥角的角度应当小于45°，坯料12与凹模9配合，顶杆11在拉深完成后将工件顶出。

参照图2，在凸模定位件4下端均布着4个深孔，在凸模定位件4上部，对应深孔的位置有4个沉头孔。将4个氮气缸装入凸模定位件4下端4个深孔中，用螺钉固定于凸模定位件4上。氮气缸活塞杆6与压边圈7为过盈配合，压边圈7与橡胶块8通过粘结剂粘结为一体。凸模连接件17通过螺钉固定于凸模定位件4上。凸模连接件17与定位圈15通过螺纹连接，凸模13置于定位圈15中，两者为间隙配合，聚氨酯弹性体14置于凸模13与定位圈15中间，聚氨酯弹性体14初始形状为内凹的圆柱体，压板16与凸模13通过螺钉连接。以上凸模定位件4、氮气缸缸体5，活塞杆6、压边圈7，橡胶块8，凸模13，聚氨酯弹性体14，定位圈15，压板16以及凸模连接件17构成本拉深成形装置的凸模与氮气缸压边装置。

参照图3，图3为本装置凸模及氮气缸压边部分三维模型爆炸示图，聚氨酯弹性体14在被压缩之前为内凹的圆柱形，在拉深过程中，凸模13与定位圈15距离逐渐变小，压缩聚氨酯弹性体14,使其逐渐变形为外凸的圆柱形，在定位圈15下部有不小于5mm的倒角，为聚氨酯弹性体14向内部的流动提供空间。

参照图4，图4-a是坯料12未被拉深时总体结构示意图，坯料12与凹模9配合，氮气缸活塞杆6通过压边圈7与橡胶块8压紧坯料12，凸模13尚未下行，压板16与定位圈15接触。图4-b是坯料12被拉深一半时总体结构示意图，凸模13下行，凸模13与定位圈15距离逐渐变小，压缩聚氨酯弹性体14，使聚氨酯弹性体14变形膨胀，提供与拉深方向相同的摩擦力，促进上部金属向下流动，在拉深过程中，氮气缸活塞杆6开始收回，同时提供大小恒定，方向向下的压力，进一步促进金属流动，防止底部开裂。图4－c是坯料12拉深完成时总体结构示意图，凸模13下行至最低点，获得深筒形件。图4-d是坯料12拉深完成后顶出时总体结构示意图，拉深完成后，凸模整体上移，同时顶杆11上行，逐渐顶出成形后的坯料12。

参照图5，图5-a为经过首次拉深后的坯料12，图5-b为经过二次拉深后的坯料12，图5-c为经过第三次拉深以后的坯料12，在凸模13的压力、聚氨酯弹性体14向下的摩擦力与氮气缸活塞杆6向下的压力共同作用下，经过多次拉深，可以得到高径比更大的深筒形件。

参照图6,如图6-a所示，在坯料12上端没有向下压力F2时，即F2＝0时，坯料12底部受到凸模13压力F1,凸模13提供的摩擦力f1，在坯料12图示位置应力为

$\mathrm{\σ}1=\frac{F1-f1}{\mathrm{\πdt}},$

如图6-b图所示，在采用氮气缸代替传统压边装置，且采用聚氨酯弹性体14增加坯料12所受的摩擦力后，坯料底部受到凸模压力F1，氮气缸活塞杆6向下的压力F2以及聚氨酯弹性体14提供的摩擦力f2（此摩擦力f2远大于凸模13提供的摩擦力f1），此时坯料12图示位置应力为

$\mathrm{\σ}2=\frac{F1-F2-f2}{\mathrm{\πdt}},$

其中d为凸模直径，t为坯料厚度。

易知σ2<σ1。

可知，在采用氮气缸压边装置及增加聚氨酯弹性体后，坯料12底部应力有明显减小，可见采用氮气缸压边装置，增加聚氨酯弹性体，能够明显改善坯料易开裂区应力状态，有效防止开裂的产生。

本发明的工作原理为：

凸模13与凹模9对应，凸模13将坯料12压紧，同时凸模13与定位圈15相对运动，压紧聚氨酯弹性体14，使其突出与坯料12接触，聚氨酯弹性体14压力作用于坯料12，增加其摩擦阻力，控制金属流动。同时，氮气缸活塞杆6提供恒定压力对坯料12上边缘施加向下的压力，该压力既能保证坯料实现拉深加工成形，又在一定程度上防止底部拉裂。氮气缸与聚氨酯弹性体共同作用，促进坯料上部的金属向下流动，避免底部开裂的产生，同时使壁厚均匀，保证了深筒形件拉深成形工艺的实现。

由于本发明在拉深过程中给工件侧壁部位施加一定的摩擦力，同时通过对坯料边缘施加恒定且与拉深方向相同的压力，可以控制侧壁金属流动趋势，防止底部圆角位置的危险变薄区进一步变薄，使壁厚较厚处最大的参与拉深变形，使得拉深件的壁厚分布均匀，防止了底部开裂情况的产生，使得筒形件成形效率和成形质量大大提高，可以直接拉深得到深筒形件。

Claims (3)

1.一种深筒形件多次拉深成形装置，包括上模座（1）和下模座（10），其特征在于：上模座（1）和下模座（10）通过滚珠导套（2）与导柱（3）相连，在上模座（1）上安装固定有凸模定位件（4），凸模定位件（4）下端有4个均匀分布的深孔，在深孔中安装4个氮气缸，氮气缸由缸体（5）与活塞杆（6）构成，活塞杆（6）和压边圈（7）连接，橡胶块（8）与压边圈（7）连接，活塞杆（6）与压边圈（7）通过橡胶块（8）下端凹槽压紧坯料（12），活塞杆（6）的压力小于凸模（13）压力的1/2，坯料（12）为经过首次拉深后的锥形件。

2.根据权利要求1所述的一种深筒形件多次拉深成形装置，其特征在于：在凸模定位件（4）上安装凸模主体，凸模主体由凸模（13）、聚氨酯弹性体（14）、定位圈（15）、压板（16）及凸模连接件（17）构成，凸模连接件（17）固定于凸模定位件(4)上，凸模连接件(17)与定位圈(15)连接，定位圈(15)下端有不小于5mm的倒角，凸模(13)置于定位圈(15)中，两者为间隙配合，聚氨酯弹性体(14)置于凸模(13)与定位圈(15)中间，聚氨酯弹性体(14)初始形状为内凹的圆柱体，压板(16)与凸模(13)连接。

3.根据权利要求1所述的一种深筒形件多次拉深成形装置，其特征在于：凹模（9）为锥形，固定于下模座（10）上，凹模（9）锥角的角度应当小于45°，坯料（12）与凹模（9）配合，顶杆（11）在拉深完成后将工件顶出。

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