大凸缘法兰成形方案和模具设计

刘五一，郭喜禄

（陕西烽火通信集团有限公司，陕西 宝鸡 721006）

0 引言

一般带凸缘法兰零件的传统成形方案为拉深、胀形和镦压，能否采用与传统成形方案相反的成形即缩口，成形满足要求的零件，以下介绍2种成形工艺方案的模具结构并进行对比，以确定其应用范围。

1 零件结构

某车型安装法兰如图1 所示，三维结构如图2所示，直径为φ82.5 mm 的圆柱面，零件底部有φ96 mm 的大凸缘，属于典型的胀形拉深件，零件的主要成形工序为拉深、胀形和冲孔。

图1 法兰结构

图2 三维结构

零件材料为DC04，料厚为1.5 mm，抗拉强度σb≥270 MPa,屈服强度σs为130～210 MPa，含碳量≤0.08%，材料综合性能较好。零件的尺寸公差要求一般，未注公差为GB/T 13914-2013，成形冲压件尺寸公差为FT9，精度属于中等。

零件成形的难点是拉深和胀形，这2 道工序成形后零件如图3所示。

图3 法兰冲孔前结构

2 零件成形工艺方案

成形法兰零件的传统方案是按圆筒外径φ82.5 mm 拉深，然后胀形和镦压，现尝试用相反的工艺方案成形，即按法兰凸缘最大外径略小的外圆进行拉深，然后缩口和镦压。

2.1 传统成形工艺方案

传统成形工艺方案：①拉深成形为与零件圆柱面直径相同的圆筒形件，如图4（a）所示；②胀形，如图4（b）所示；③镦压和整形，如图4（c）所示。

图4 传统成形工艺

2.2 新成形工艺方案

新成形工艺方案：①拉深成形为比零件圆柱面大但比凸缘直径小的圆筒形件，如图5（a）所示；②缩口，如图5（b）所示；③缩口整形，如图5（c）所示；④镦压和整形（见图4（c））。

图5 新成形工艺

3 模具设计

3.1 传统成形工艺模具设计

3.1.1 拉深模设计

传统成形工艺拉深模结构如图6所示。

图6 拉深模结构

法兰零件经计算拉深毛坯尺寸为φ134 mm，公差±0.1 mm，厚度为1.5 mm。

材料相对厚度为：

其中，t为材料厚度，mm；D为毛坯外径，mm。

根据材料相对厚度查《冷压冲模设计》：低碳钢不使用压边圈时第1 次拉深系数：当t/D×100=1 时，m1=0.75；当t/D×100=1.5 时，m1=0.65，法兰拉深系数为=0.6，小于低碳钢不使用压边圈时第1 次拉深系数0.65，所以该拉深模要设计压边圈。

采用压边圈的拉深模第1 次拉深系数：当1

由上述分析可知，原则上通用圆柱面凹模结构的拉深模必须设置压边圈（压板）。在拉深前和拉深过程中，首先通过拉深凹模和压边圈给毛坯的两大面施加适当的压边力，防止毛坯起皱及拉深时底部开裂。

如果采用锥形凹模结构的拉深模，当d1/d2=0.6，t/D×100=1 时，m1=0.58；当d1/d2=0.6，t/D×100=1.5 时，m1=0.56，其中，d1为凹模锥形部分下端直径，mm；d2为凹模锥形部分上端直径，mm。

由上述分析可知，如采用锥形凹模的拉深模可以不设置压边圈，即可一次拉深完成，为了简化模具结构，采用锥形凹模结构。成形法兰的拉深模采用正装结构，拉深完成后拉深凸模4 继续向下运动使拉深件的口部低于卸料板7 的下端面，这时拉深件包裹住拉深凸模4，压力机滑块返程时拉深凸模4向上运动，拉深件被卸料板7 挡住而从拉深凸模4上卸下。

3.1.2 胀形模设计

图7 胀形模结构

3.1.3 镦压与整形模设计

镦压与整形模结构如图8 所示，将胀形后的工序件放在定位块5 上，对工序件鼓肚进行镦压与整形，使2 个料厚的材料重叠。镦压与整形结束后推件块4将成形零件从定位块5上推出脱模。

图8 镦压与整形模结构

3.2 新成形工艺模具设计

新成形工艺的拉深模结构与传统成形工艺的拉深模结构相同，其拉深系数比传统成形工艺的拉深系数大，拉深成形可行。

3.2.1 缩口模设计

图9 缩口模结构

3.2.2 缩口整形模设计

缩口整形模结构如图10所示，因为缩口后的工序件缩口根部有较长的锥面，缩口未达到图纸要求的圆柱面长度，所以需要将一部分锥面继续缩口整形变为圆柱面。

图10 缩口整形模结构

该方案的镦压与整形模与传统成形工艺方案的结构一样。

4 结束语

上述2 种成形法兰凸缘的方案都可行，传统成形工艺方案适合于凸缘尺寸较小的零件，新成形工艺方案适合凸缘尺寸较大的零件，2 种方案的成形工艺相反，新成形工艺方案的模具结构相对复杂，比传统的胀形工序多了一道整形工序，生产成本较高，但相对传统成形方案模具使用寿命要长。2 种方案的模具都是一次试模成功，成形零件尺寸符合图纸要求，零件成形质量稳定，生产效率高，取得了良好的经济效益。