不锈钢工艺设计论文范文

零件4个角部在拉深中受力变形情况最为复杂，除了跟零件形状、压边力、材料力学性能、毛坯尺寸和板材厚度有关之外，还跟拉深凸、凹模结构尺寸有很大的关系。

1角部开裂与产生阴影

在试模初期，拉深零件在圆角处开裂或产生阴影，如图3所示。通过模拟分析和在毛坯上印刷2mm×2mm网格之后做拉深试验，如图4所示。由图4可见，在零件圆角区网格的形状呈径向伸长，横向缩短，a区为壁厚变薄区，b区为壁厚增厚区，角部网格变形比直边部分变形大。这说明零件成形时变形是不均匀的，这导致零件成形应力分布不均匀，表现为圆角部应力最大，向两边逐渐减小，故外壳拉深时首先在圆角处产生开裂。将拉深零件从圆角处剖开（见图5），取4个点测量壁厚（见表2），零件圆角区域材料变形时的阻力和传力区的拉应力导致圆角处开裂与产生阴影。经过调整毛坯形状与尺寸，改变成形零件角部凸缘区域面积与形状，如图6（a）所示（C为修改后外形，D为修改前外形），从而减小零件圆角区板料的横向压缩变形和纵向拉伸变形，使材料更容易流入侧角处，减小板料成形中的变形阻力，降低开裂风险。根据零件圆角区中间应力最大并向两侧直边逐渐减小的特点，改变压料筋形状，由原直线形改为弧形拉深筋（见图6（b）），并且做成上、下可调的镶块式结构来调节零件圆角区与直边部位的材料流动。变薄拉深可大幅度降低拉深件的切向残留应力，有效地防止零件纵向开裂发生。根据毛坯厚度和毛坯变形程度，选择适当的变薄系数Ψn(一般为0.9t～0.95t)，实测不锈钢原料厚为0.47mm，将原拉深凸、凹模间隙由0.5mm改至0.45mm。通过调整凸、凹模间隙改变材料拉深受力状况控制材料流动，使成形零件各处壁厚趋于一致。实施图6改进措施后，原来零件的壁厚最大差值由0.11mm减小至0.07mm，对应各个测量点壁厚数据见表2．在合理改善下料尺寸、模具结构的基础上，经过试模调整，最终解决了拉深圆角破裂与产生阴影的问题。

2零件表面日光灯下影子扭曲

将改进后的拉深零件放在日光灯下，日光灯灯影在零件表面上产生扭曲变形（如图7所示），按照零件设计要求，这种状况视为不合格，通过计算机辅助验证（computeraidedverification，CAV），将检测工件3D形状利用高阶光学非接触式的3D扫描设备扫描后所得到的精准点云数据与原始设计的图档相比对，得到误差图。经过比较，发现成形零件的3D型面与设计图二者之间存在误差，造成日光灯灯影在零件表面上产生扭曲变形，同时成形零件顶部平面板料受力不一致也会造成日光灯管灯影扭曲。经过分析，从以下几个方面进行改进：（1）在拉深凸模与凹模型面上增加孔径为ϕ0.5mm的漏气孔，避免零件拉深时气体在凹模内无法排出与脱模时形成的真空负压造成零件表面的变形。（2）在凹模内增加卸料板顶杆。在开模过程中，保证顶杆始终顶着卸料板不对零件施压，改变拉深模脱料顺序，先脱凸模再脱凹模，避免零件脱模时受卸料板与压料板的挤压造成变形。（3）设计拉深筋高度微调装置，以调节不同板料部位的成形阻力。因为零件角部与直边的成形条件不同，通过拉深筋高度的调节可以改变拉深筋对板料的变形阻力与摩擦阻力，从而控制板料各部分的成形力与局部变形阻力，使各部分的变形条件趋于平衡，进而控制板料不同区域受力、流动速度、顺序与壁厚减薄程度，达到板料均匀变形的效果。（4）凹模与凸模的型面表面处理。凹模型面做抛光处理，表面粗糙度Ra0.16μm，减小拉深过程中材料流进凹模的阻力。同时运用电火花放电加工、化学腐蚀或者激光雕刻处理增加凸模表面的粗糙度值，保证拉深过程中毛坯与凸模之间有足够的摩擦力，防止零件表面在拉深过程中滑动产生变形。（5）在旋切拉深零件端口之后，增加整形工序，矫正拉深成形零件因拉深后弹性变形、切边后的应力释放以及旋切拉深零件端口产生的变形影响。经过分析与实施改进措施后再次试模，得到满足质量要求的不锈钢壳体。图7所示为日光灯灯影在零件表面上产生扭曲变形，图8为日光灯灯影在合格零件表面上的灯管成像。

3结束语

在不锈钢壳体拉深成形过程中，由于材料流动非均匀性以及变形应力与应变的复杂性，零件容易产生开裂、壁厚不均、变形，进而造成日光灯灯影在零件表面上产生扭曲变形问题。针对试模零件出现的问题，采取相应的改进措施，拉深出了合格的不锈钢壳体，并实现了规模生产。

作者：张成浩单位：联想集团