多级压边力拉深方法的研究黑龙江省模具协会韩丹莹哈尔滨工业大学程秋谋孟晓峰郎利辉哈尔滨建成 机械厂朱华成摘要本文提出了一种多级压边力拉深方法。实验证明该方法与定压边力拉深方法相比 ，可以提高成形极限。这种方法对于接近普通拉深极限拉深系数范围的成形问题尤其有效，可减少 工序，节约模具费用。关键词：拉深多级压边力１引言关于普通拉深过程合理压边力的选取问题， 日本学者河合望、福井伸二、吉田清太、原苏联学者罗曼诺夫斯基、中国学者余同希等进行了广泛 的研究，但仍停留在定压边力和防皱最小压边力的研究。日本学者真锅健一等提出了恒定最大拉深 力的拉深方法。生产中为了简化工艺，减少工序，节约模具费用，在接近极限拉深系数的情况下， 也争取尽量采用一道次拉深，这时用普遍的定压边力方法会因为工艺稳定性差而造成大量废品，或 根本不能成形。本文针对这种情况提出了多级压边力方法。实践证明，该方法行之有效，简便易行 。２多级压边力拉深方法的原理在单动压力机上进行普通拉深时，为了获得比较大而且均匀的压边 力常采用气垫或液压垫装置压边，在拉深过程中压边力基本保持不变。对于筒形件，压边的主要目 的是为了防止毛坯法兰区受压失稳起皱。压边力太小，不足以抵抗法兰失稳的趋势，将会产生皱折 ；压边力太大，又会使法兰压得过紧，不利于材料的流动，增加了筒壁拉裂的危险。由于在拉深的 开始阶段失稳起皱的趋势渐增，压边力也应该逐渐增大。此后失稳起皱的趋势减弱，压边力也相应 递减，所以理想的压边力应该是变化的。生产实际中要想提供这样的变压边力需要专用的控制设备 ，目前仍有困难。所以这种变压边力方法很少采用。本文提出的多级压边力方法，即分级定压边力 方法，允许拉深过程初期和中期法兰轻微起皱，而在拉深过程中后期靠加大压边力来消除这种轻微 起皱。多级压边力拉深方法是利用最大拉深力和防皱压边力最大值出现的时间差，在拉深过程最大 拉深力出现时刻前后适当降低压边力，使成形顺利通过这一危险时刻，并允许法兰区轻微起皱；而 在防皱压边力最大值出现时刻前后，采用较大的压边力抑制起皱和消除初期产生的轻微皱纹。通过 对最大拉深力和防皱压边力的分析，就可以给出多级压边力方法压边力的理论变化规律和确定方法 。图１最大径向拉应力的变化规律图２压边力系数曲线最大拉深力的计算公式一般资料均有介绍。 其变化规律主要取决于凹模洞口处的最大径向拉应力的变化（见图１）。最大径向拉应力在拉深初 期（当ｍ＝０５时，约在法兰瞬时外径与初始毛坯外径之比为０８～０９处）便达到最大值 。防皱最小压边力变化规律如图２所示，它的峰值要比最大拉深力的峰值滞后，约出现在拉深中期 ，两者之间出现了时刻差，多级压边力方法正是利用这一时刻差别提出的。３实验研究在拉深过程 中，一般认为起皱现象是不允许的，必须设法消除。毛坯严重起皱后，由于不能通过凸凹模间隙而 被拉断，造成废品，但是由对法兰区起皱现象的理论分析以及一些实验研究表明，起皱使凹模圆角 入口处的径向拉应力有所降低，对于接近极限拉深系数的情况，这种拉应力的降低有利于使拉深过 程通过最大拉深力发生的时刻而顺利成形。实验所用材料为１ｍｍ厚工业纯铝Ｌ２（半硬状态）， 所用模具的工作部分尺寸如下表所示。为了研究压边力对皱纹的产生和消除的影响，实验采用较大 的凸凹模间隙（１２８ｔ）。实验所用模具的工作部分尺寸凸模半径（ｍｍ）凹模半径（ｍｍ） 凸模圆角半径（ｍｍ）凹模圆角半径（ｍｍ）９９６０１０２１６８０８０图３为机油润 滑，拉深系数为０５（毛坯直径图３成形过程压边力曲线为Ф２００）时，分别采用定压边力和 二级压边力对成形的影响。可以看出当采用ＢＨＦ＝１２ｋＮ的定压边力时，虽然可以成形，但制 件有较严重的皱纹痕迹，说明此时压边力不足，通常应调高压边力来成形。但当采用稍高的定压边 力ＢＨＦ＝１４ｋＮ时，发生凸模圆角处的破断；采用稍低的定压边力ＢＨＦ＝１１ｋＮ时，同时 发生凸模圆角处的破断和法兰严重起皱，而且凸模圆角处的破断是因为法兰严重起皱，材料无法拉 进凸凹模间隙造成的。这说明在该拉深系数下用定压边力方法的成形稳定性很差。当采用拉深初期 ＢＨＦ＝１２ｋＮ（行程０－３２ｍｍ），末图４成形过程压边力曲线期ＢＨＦ＝２４ｋＮ（行程 ３２－７５ｍｍ）的分级压边力则成形无皱的合格零件。通过对二级压边力条件下拉深过程中期半 成品的观察，发现这种拉深方法在拉深中期有轻微的起皱现象（皱高小于２ｍｍ），而在成形中后 期这种起皱通过较大的压边力得以逐渐消除、“熨平”。图４所示为拉深系数０４７６（毛坯直 径Ф２１０），聚乙烯膜润滑时成形所用的压边力曲线。用定压边力方法无法成形该拉深系数的零 件。而用二级压边力方法则可以较稳定成形。当拉深系数为０４６５（毛坯直径Ф２１５）时， 定压边力和二级压边力方法均不能成形，而采用三级压边力方法则可以成形。图５为成形所用的压 边力曲线。采用第一级较小的压边力的目的是使成形图５成形过程压边力曲线顺利通过出现最大拉 深力的时刻，同时防止严重起皱，如果直接把压边力增加到２５或３０ｋＮ，则仍可发生凸模圆角 处破断。这是因为３０ｋＮ的压边力过早地施加造成拉深力超过了凸模圆角处可承受的最大拉深力 。采用２０ｋＮ的中间压边力既防止了法兰严重起皱，又使拉深力不超过凸模圆角处的承载能力而 顺利成形。从本实验可以看出，二级压边力拉深方法与定压边力拉深方法相比，能够提高成形极限 和成形质量。三级压边力方法可以进一步提高成形极限。此方法在实践中也初获佳绩。如在某厂新 产品开发过程中，需要对８ｍｍ厚Ａ３钢板拉深成形。
毛坯直径７２０ｍｍ，产品外径３５０ｍｍ ，拉深系数为０４８６。所用设备为带有液压垫的Ｙ２７－５００单动液压机。由于已达到常规 拉深的极限拉深系数，采用普遍的定压边力拉深方法一道次成形时，经过选用不同压边力多次实验 ，均告失败，无一成品，一道次成形已毫无希望。而采用初期４００ｋＮ和中后期８００ｋＮ的多 级压边力方法则可以顺利成形，在试制过程中无一废品出现。４结论通过对最大拉深力和防皱最小 压边力的分析所提出的多级压边力方法，经实验证明，可以提高筒形件的成形极限。生产中在极限 拉深系数附近成形的情况下，应用这种方法具有较高的使用价值，方法简便，工艺稳定，减少工序 与模具费用，降低成本多级压边力拉深方法的研究$黑龙江省模具协会@韩丹莹$哈尔滨工业大学 @程秋谋@孟晓峰@郎利辉$哈尔滨建成机械厂@朱华成拉深,多级压边力本文提出了一种多级压 边力拉深方法。实验证明该方法与定压边力拉深方法相比，可以提高成形极限。这种方法对于接近 普通拉深极限拉深系数范围的成形问题尤其有效，可减少工序，节约模具费用。成形图５成形过程 压边力曲线顺利通过出现最大拉深力的时刻，同时防止严重起皱，如果直接把压边力增加到２５或 ３０ｋＮ，则仍可发生凸模圆角处破断。这是因为３０ｋＮ的压边力过早地施加造成拉深力超过了 凸模圆角处可承受的最大拉深力。采用２０ｋＮ的中间压边力既防止了法兰严重起皱，又使拉深力 不超过凸模圆角处的承载能力而顺利成形。从本实验可以看出，二级压边力拉深方法与定压边力拉 深方法相比，能够提高成形极限和成形质量。三级压边力方法可以进一步提高成形极限。此方法在 实践中也初获佳绩。如在某厂新产品开发过程中，需要对８ｍｍ厚Ａ３钢板拉深成形。毛坯直径７ ２０ｍｍ，产品外径３５０ｍｍ，拉深系数为０４８６。所用设备为带有液压垫的Ｙ２７－５０ ０单动液压机。由于已达到常规拉深的极限拉深系数，采用普遍的定压边力拉深方法一道次成形时 ，经过选用不同压边力多次实验，均告失败，无一成品，一道次成形已毫无希望。而采用初期４０ ０ｋＮ和中后期８００ｋＮ的多级压边力方法则可以顺利成形，在试制过程中无一废品出现。４结 论通过对最大拉深力和防皱最小压边力的分析所提出的多级压边力方法，经实验证明，可以提高筒 形件的成形极限。生产中在极限拉深系数附近成形的情况下，应用这种方法具有较高的使用价值， 方法简便，工艺稳定，减少工序与模具费用，降低成本多级压边力拉深方法的研究$黑龙江省模具 协会@韩丹莹$哈尔滨工业大学@程秋谋@孟晓峰@郎利辉$哈尔滨建成机械厂@朱华成拉深,多级压边力本文提出了一种多级压边力拉深方法。实验证明该方法与定压边力拉深方法相比，可以提高成形极限。这种方法对于接近普通拉深极限拉深系数范围的成形问题尤其有效，可减少工序，节约模具费用。
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