不锈钢集烟罩的拉深工艺及模具文/李立波·宁波方太厨具有限公司 本文从不锈钢集烟罩结构形状、尺寸和成形要求方面详细分析了不锈钢集烟罩的主要特点，并在此基础上，以集烟腔拉深深度达到130mm为例，阐述正确处理好拉深件深度和表面质量的关系，拉深模具的工艺及调试。 不锈钢的吸油烟机产品以其精致的外观、优良的抗腐蚀性及清洁保养简单颇受人们的青睐。吸油烟机的集烟罩是不锈钢板料制成的异形体表面零件,它不但具有外观装饰性功能，又是封闭薄壳状的受力零件，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面要求高等特点。在整个加工过程中，既要保证不锈钢表面不划伤和擦伤，又要保证不锈钢薄板经过拉深产生材料流动后而成形表面仍要平整基本不变形，难度很大。 不锈钢集烟罩的拉深特点和要求不锈钢集烟罩零件见图1,结构形状和尺寸决定零件的工艺性。集烟罩基本上都由难以展开的空间曲面组成，成形过程中，板料的应力应变分布非常复杂，从变形方式来看，板料的成形往往是拉深、翻边、弯曲等多种变形方式的组合。  图1 不锈钢集烟罩 不锈钢集烟罩是吸油烟机中的主要零件，其主要作用是拢烟和外观装饰功能，为了改善吸油烟机吸油烟效果,不使油烟飘散,必须增加集烟腔的容积。此前的不锈钢集烟罩拉深深度一般都在65mm左右,集烟腔的容积小,为了增加集烟腔的容积，此款不锈钢集烟罩的拉深深度要达到130mm,是一般集烟罩拉深深度的2倍，此深度的集烟罩从拉深工艺、模具和表面质量要求等方面都面临极大的挑战。集烟罩零件质量的好坏很大程度上受拉深模的控制，拉深模是加工出高品质外观件的关键。如何正确处理好拉深件深度和表面质量的关系，拉深模具工艺处理及调试是本文重点阐述的问题。 集烟罩拉深工艺设计工艺分析 不锈钢集烟罩零件一般采用一次拉深成形法，为保证拉深后不锈钢拉丝纹理的清晰一致，集烟腔前、左、右三面不允许进料, 只有后面允许少量进料,所以集烟罩是一种变薄拉深。为了创造一个良好的拉深条件，通常将翻边展开，进风口补充满，再添加上其他工艺补充部分，构成一个拉深件。 集烟罩折弯部分展开后形成一个带凸缘的零件，如图2所示。为保证集烟罩凸缘前面和左右面的平整光滑，根据拉深件型腔内前、左、右三个侧面倾斜度小、用料少、压料面大等特点，在拉深件工作凸缘面外设置拉深筋使其不予进料，在后面设置变高度拉深筋允许少量进料，型腔部位只靠变薄拉延成形，以保证凸缘前面和左右两面平整和拉丝纹理的清晰。  图2 不锈钢集烟罩展开图 集烟腔单向拉深变形的初步估算 ⑴选择合适的不锈钢材质。 基于此次不锈钢集烟罩的拉深深度要达到130mm,是一般集烟罩拉深深度的2倍，所以正确选用合适拉深性能等级的304不锈钢板尤为重要。304不锈钢板以含镍量多少一般分为：普通级(含Ni8%)钢板，拉深级(含Ni8.5%)钢板，深冲级(含Ni9%)钢板，如果原材料延伸率方面达不到要求，在加工深拉深时产品极易产生裂纹和拉裂等不良现象，影响成品合格率，当然也就加大了成本。此不锈钢集烟罩选用含Ni量为8.5%的拉深级304不锈钢板比较合适。 ⑵初步估算。 拉深级304不锈钢板力学性能：屈服强度240N/mm2，抗拉强度520N/mm2，延伸率45%。板材厚度为0.8mm。因集烟腔空间曲面形状成形时常常包含胀形成分，所以近似地按单向拉深变形处理。 按相应公式初步估算可知，集烟腔单向拉深变形延伸率在20%以内，虽然集烟腔拉深时各部位的阻力不同，尤其是型腔角部延伸率即使会超过20%，但都小于材料的许用拉深变形延伸率的31.5%，延伸率有一定余地，况且凸缘面的料对型腔还有补充。 拉深件模具设计、调试不锈钢集烟罩模具的设计是一项难度很大的设计工作，是集烟罩质量要求和工艺要求的关键。可以说，模具设计的质量高低，是集烟罩成形技术水平高低的重要标志之一，直接影响到模具的制造水平、模具调试工作量的大小、生产准备周期的长短，甚至影响到吸油烟机的开发能力。 拉深模具的设计 在设计拉深模具之前，认真仔细地阅读了集烟罩零件图，充分理解产品设计思想、零件的各项功能和技术质量要求，并分析拉深时哪些因素会对零件质量产生不良影响。 ⑴拉深凸、凹模结构设计。 1)拉深凸模结构。 拉深凸模工作部分和集烟罩拉深件的内表面是相同的，同时，拉深件上的装饰棱线、装饰筋条、装配凸包、凹坑等局部形状，一般都是在拉深模上一次成形，拉深件的反成形形状也是在拉深模上成形。因此，凸模工作表面上还要有成形这些内部形状用的凸模或凹模的形状。当这些局部形状的变形量较大，有破裂危险时，将成形局部形状的凸凹模的圆角半径加大，然后在后续工序中进行整形校正，以达到集烟罩的形状和尺寸要求。 2)拉深凹模结构。 拉深凹模的主要作用是提供了凹模压料面、凹模圆角和凹模洞口。 凹模压料面宽度尺寸的确定，压料面尺寸K值的确定，应按拉延前拉延毛坯的展开料宽加大35～65mm，K值一般在100～250mm范围内。 一般情况下，凹模圆角： R凹=(5～10)t，t—板料厚度（mm） 当压料面是集烟罩本身凸模的一部分时，则凹模圆角半径就是集烟罩要求的圆角半径。如果集烟罩要求圆角半径过小，影响拉延变形时，则适当加大到合适数值，用后续的工序整形圆角也能达到要求数值。根据以往经验：此毛坯的前、左、右展开料宽加大35mm，后边展开料宽加大65mm，前、左、右压料面尺寸K=145mm，后压料面尺寸K=100mm，拉深凹模圆角半径取6mm，这样有利于拉延和防止开裂，凹模结构示意图见图3。  图3 凹模结构示意图 3)设置排气孔。 毛坯在拉深过程中，将拉深毛坯压紧在凹模压料面上，待凸模向上运动到上止点时，将毛坯拉深成凸模形状。这时凹模中的空气一定要排出，否则被压缩的空气会产生很大的压力，而形成废品。同样，凸模和拉深件之间也应使空气通畅，否则，拉深件有可能被凸模贴紧带起，而导致变形。因此，拉深模的凸凹模都应在适当的位置设置排气孔。 ⑵拉延筋的设计。 在集烟罩拉深成形中，广泛采用拉延筋。拉延筋是调整和控制压料面作用力的最有效和实用的方法，在拉深过程中起着重要的作用。拉延筋有半圆筋、矩形筋、三角筋等。而矩形筋和三角筋产生的阻力较大，一般用于不允许进料或只是允许少量进料冲压件的胀形成形部位。 为确保不锈钢集烟罩前、左、右三面拉深后表面拉丝纹理清晰，此面不允许进料, 根据以上原则，考虑集烟罩的实际成形形状，最终确定在三边压料面上采用矩形筋;后边采用矩形筋的变截面拉延筋, 以调节进料阻力。通过改变压料面上不同部位的进料阻力分布，从而控制后面压料面上材料向凹模内流动的速度和进料量，调节拉深件各变形区的拉力及其分布，使各变形区按需要的变形方式、程度变形。 ⑶压料面的设计。 压料面是工艺补充的一个重要组成部分，对集烟罩的拉深成形起着重要的作用。压料面是指位于凹模上表面和压边圈下表面上起压料作用的那部分。压料面的作用是在压边圈与凹模作用下，板料在拉深时既能合理流动，又不会起皱、破裂。 不锈钢集烟罩拉深件三边凸缘要求不允许进料，因为压边力大于拉深力，所以模具采用倒装结构，在油压机上主缸提供压边力，顶出缸提供拉深力。保证拉深后的拉深件不产生皱折和裂纹。 ⑷最终拉深模具的确定。 1)结构形式的确定。 参照工艺工序图中确定的冲压方向，拉深模选择倒装结构，即凸模安装在下台面上，凹模安装在上滑块上。集烟罩拉深模一次成形。 2)操作方式。 根据工艺方式，采用以下操作方式：①外形定位；②手工送料；③手工将制件拿出。 3)模具外形尺寸。 模具外形尺寸为1420mm×1060 mm×580mm。 4)确定冲压设备。 根据模具的外形尺寸及闭合高度的要求，确定选HJY27-630油压机。 拉深模具的调试 在模具开发过程中模具的调试是制造出合格产品的重要步骤。尽管计算机技术在模具设计和加工中获得日益广泛的应用，但目前还是通过钳工对模具的修配来消除模具制造工序间的加工误差和不合理的设计，最后获得合格产品。因此拉深模具调试是模具制作的最后一个环节，也是最重要的一个环节。 ⑴拉延筋的调试。 在不锈钢集烟罩拉深模的调试过程中，因为工件三边要求不允许进料，使得板坯在成形时后边材料沿凹模口的流动速度不均衡，造成拉深后的工件局部减薄量大，后面出现拉裂、起皱、拉毛、集烟腔后侧出现两个小鼓包等质量缺陷，见图4。为了改善这种状况，需要在压料面上控制对工件后边部位提供不同的进料阻力，即在中间部位相应的进料阻力要小，而在后边两端部位相应的进料阻力要大，从而平衡坯料在凹模口部的流动速度差异，提高零件成形质量。本套拉深模具后边的拉延筋修整为矩形筋、圆弧变截面筋和圆弧筋相结合的形状，见图5 (图上只画了对称的一半)，改善毛坯在压边圈下的流动条件，使后边各区段金属流动趋于均匀，有效地防止拉裂和起皱。  图4 出现拉裂、起皱、鼓包位置区域  图5 矩形筋、圆弧变截面筋和圆弧筋相结合的拉延筋 ⑵集烟腔内部局部滑移处理。 因为拉深模在三边要求不允许进料，所以拉深进行时，压料面的阻力大于凸模的拉深力，使毛坯产生塑性变薄变形。此时三边集烟腔内部(平面与拉深面交界处)有弦长约200～300mm左右,高度约7mm的局部滑移形状(细线处)，见图6。而这集烟腔内部局部滑移形状对不锈钢集烟罩的外观有很大的影响，通过多次调整压料面的阻力仍不能解决集烟腔局部滑移形状。最后经分析:在不影响外观质量的前提下，通过将原来凸模斜面部分进入凹模，改为凸模斜面减少5mm、增加直面5mm形状，同时凸模进入凹模的深度不变，使集烟腔内部形成了5mm深的台阶，见图7，这样既解决了集烟腔内部的局部滑移问题，又确保了外观质量，同时增加了集烟罩的刚性。  图6 集烟腔内部局部滑移形状  图7 改进前、后凸模拉深对比 ⑶选用适当的拉伸膜。 采用适当的拉伸膜对不锈钢的拉深有明显的效果。拉伸膜在凸、凹模之间形成一层有一定韧性和延伸率的薄膜，因而有利于不锈钢的拉深成形，对于拉深变形程度大、成形困难的不锈钢集烟罩拉深件，在实际生产中经多次试验决定选用了延伸率为700%，粘合力为2.5N/20mm，抗拉强度40N/20mm的低密度聚乙烯(PE)薄膜。聚乙烯薄膜具有一定的抗光老化能力、紧贴粘附体、不起翘、防止金属表面受到损伤、无胶残留、环保等特点。在拉深过程中拉伸膜能随坯料一起变形，可以始终将坯料与模具隔开，所以该薄膜相当于一层干膜润滑剂，防止零件表面划伤和模具粘结，有利于材料的拉深成形。这种润滑方式可以有效地将变形不锈钢板与模具表面隔离开，润滑效果良好，有利于提高模具使用寿命和产品的合格率。 结束语模具开发的目的是最终生产出合格的不锈钢集烟罩。通过上述工艺处理及必要的模具调试，经生产实践证明，本套拉深模具能满足不锈钢集烟罩生产的需要，生产的产品符合各项技术要求，质量稳定，生产效率高。模具维护费用低，实际应用效果好。通过试验证明了采用带变薄的拉深可大幅度降低拉深件的切向残余应力，可有效地防止开裂发生。该拉深工艺在国内同行中处于领先水平。 |
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