本發(fā)明屬于板材塑性加工技術領域，具體涉及一種深錐臺型零件的多道次拉深成形方法。

背景技術：

拉深是金屬板料的一種重要成形工藝，廣泛應用于汽車、航空航天、電器和電子等工業(yè)生產中。由于受毛坯、拉深變形程度、模具摩擦力及板材承載能力的影響，拉深件特別是深拉深件在拉深過程中有可能發(fā)生頸縮或開裂，尤其是在直壁下端與凸模圓角相接觸的區(qū)域，拉深過程中的頸縮或開裂主要發(fā)生在這個最危險、最薄弱的斷面。

筒形件及盒形件的深拉深成形目前已有比較完善的成形工藝，但是對于錐臺型零件的深拉深成形工藝目前還未見相關專利及文獻報道。與筒形件及盒形件相比，錐臺形零件的拉深，其變形區(qū)的位置、受力情況、變形特點等都不同，對于這類零件不能簡單的用拉深系數(shù)去衡量成形的難易程度，也不能用它做模具設計和工藝過程設計的依據(jù)。錐臺型零件在拉深時，變形區(qū)的位置不僅位于壓邊圈下，毛坯的中間部分也參與了變形。毛坯的中間部分的受力情況和變形情況比較復雜。在凸模與毛坯的接觸區(qū)內，由于材料完全貼模，這部分材料兩向受拉一向受壓，與脹形相似。在凸模與材料接觸區(qū)以外的中間部分，其應力狀態(tài)與凸緣部分是一樣的。因此，這類零件的起皺不僅可能在凸緣部分產生，也可能在中間部分產生，而且，由于中間部分不與凸模接觸，板料較薄時，這種起皺現(xiàn)象更為嚴重。除此之外，這類零件還具有與凸模接觸面積小、壓力集中、容易引起局部變薄開裂及自由面積大、壓邊圈作用相對減弱、容易起皺等缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種深錐臺型零件的多道次拉深成形方法，它可以解決深錐臺型零件在拉深成形過程中出現(xiàn)的頸縮、開裂、起皺等問題，降低零件在成形過程中的廢品率，提高生產效率。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種深錐臺型零件的多道次拉深成形方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)表面積不變法，將側壁是錐面的深錐臺型零件轉換為口部尺寸相同的側壁是直壁的盒形件：由展料所得的長圓毛坯經(k-1)道拉深工序，得到長圓筒形件,再經第k道工序拉深成盒形件；

S2、將盒形件拉深為最終的深錐臺型零件：錐面從底部開始成形，在各道工序中，錐面逐漸增大，直至成形。

按上述技術方案，步驟S1具體包括：

S101、保持深錐臺型零件口部的短邊尺寸A和長邊尺寸B不變，根據(jù)表面積不變的原則，由深錐臺型零件的尺寸計算出盒形件的口部過渡圓角半徑r_kk、底部過渡圓角半徑r_dk、側壁過渡圓角半徑r_jk和盒形件的高度H_k；

S102、根據(jù)深錐臺型零件的尺寸計算出拉深成形盒形件各步驟的具體尺寸A_i、B_i、R_Ai、R_Bi和H_i，i＝0、1、2、.....、k，i＝0時為坯料尺寸，其中，A_i、B_i分別為成盒工序中每步半成品的長短軸尺寸，R_Ai、R_Bi分別為半成品各長圓的兩圓弧半徑，H_i為半成品高度；

S103、根據(jù)以上計算所得數(shù)據(jù)，建立各個拉深工序的拉深數(shù)學模型即可完成盒形件的拉深成形。

按上述技術方案，步驟S2具體包括：

S201、先確定各道半成品錐面的高度h_(k+1)、h_(k+2)、.....、h_(n-1)；

S202、再通過零件總表面積與錐面面積的面積差除以直壁部分截面周長來確定直壁的高度，該直壁的高度加上半成品錐面的高度得到半成品總高度H_(k+1)、H_(k+2)、.....、H_(n-1)；

S203、通過以上各步計算的數(shù)據(jù)，建立各個拉深工序的拉伸數(shù)學模型即可完成盒形件拉深成形為深錐臺型零件。

本發(fā)明，具有以下有益效果：由于深錐臺型零件很難一步沖壓成形，所以需要將最終的目標零件轉換為中間的“過渡零件”，然后由過渡零件再成形為目標零件，本發(fā)明提出先“圓”再“方”最后“錐”的成形工藝，解決了深錐臺型零件在拉深成形過程中出現(xiàn)的頸縮、開裂、起皺等問題，降低零件在成形過程中的廢品率，提高生產效率。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1a為本發(fā)明實施例中盒形件成形工藝的主視圖；

圖1b為本發(fā)明實施例中盒形件成形工藝的俯視圖；

圖2a為本發(fā)明實施例中盒形件成形為深錐臺型零件的成形工藝的主視圖；

圖2b為本發(fā)明實施例中盒形件成形為深錐臺型零件的成形工藝的俯視圖；

圖3為汽車保險杠吸能盒成形過程中成形過渡零件的工藝步驟圖；

圖4為汽車保險杠吸能盒成形過程中由過渡零件成形為吸能盒的工藝步驟圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本發(fā)明的較佳實施例中，如圖1a-圖2b所示，一種深錐臺型零件的多道次拉深成形方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)表面積不變法，將側壁是錐面的深錐臺型零件轉換為口部尺寸相同的側壁是直壁的盒形件：由展料所得的長圓毛坯經(k-1)道拉深工序，得到長圓筒形件,再經第k道工序拉深成盒形件；

S2、將盒形件拉深為最終的深錐臺型零件：錐面從底部開始成形，在各道工序中，錐面逐漸增大，直至成形。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如圖1a、圖1b所示，步驟S1具體包括：

S101、保持深錐臺型零件口部的短邊尺寸A和長邊尺寸B不變，根據(jù)表面積不變的原則，由深錐臺型零件的尺寸計算出盒形件的口部過渡圓角半徑r_kk、底部過渡圓角半徑r_dk、側壁過渡圓角半徑r_jk和盒形件的高度H_k；

S102、根據(jù)深錐臺型零件的尺寸計算出拉深成形盒形件各步驟的具體尺寸A_i、B_i、R_Ai、R_Bi和H_i，i＝0、1、2、.....、k，i＝0時為坯料尺寸，其中，A_i、B_i分別為成盒工序中每步半成品的長短軸尺寸，R_Ai、R_Bi分別為半成品各長圓的兩圓弧半徑，H_i為半成品高度；

S103、根據(jù)以上計算所得數(shù)據(jù)，建立各個拉深工序的拉深數(shù)學模型即可完成盒形件的拉深成形。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如圖2a、圖2b所示，步驟S2具體包括：

S201、先確定各道半成品錐面的高度h_(k+1)、h_(k+2)、.....、h_(n-1)；

S202、再通過零件總表面積與錐面面積的面積差除以直壁部分截面周長來確定直壁的高度，該直壁的高度加上半成品錐面的高度得到半成品總高度H_(k+1)、H_(k+2)、.....、H_(n-1)；

S203、通過以上各步計算的數(shù)據(jù)，建立各個拉深工序的拉伸數(shù)學模型即可完成盒形件拉深成形為深錐臺型零件。

本發(fā)明主要是將整體的深錐臺型零件拉深成形分為傳統(tǒng)的盒形件拉深成形和由盒形件再成形為最終的深錐臺型零件，通過這種拉深成形方式，解決了深錐臺型零件在拉深成形過程中出現(xiàn)的頸縮、開裂、起皺等問題，對提高生產效率具有十分重要的意義。

本發(fā)明在具體應用時，包括以下步驟：

1)盒形件拉深

(a)由目標零件的尺寸，根據(jù)表面積不變的原則計算出過渡零件的幾何參數(shù)r_kk、r_dk、r_jk、H_k；

(b)根據(jù)零件的尺寸，應用汪富鈞等人在《帶法蘭深矩盒件多次拉深優(yōu)化設計》中提出的公式計算出拉深成形盒形件各步驟的具體尺寸A_i、B_i、R_Ai、R_Bi、H_i，i＝0、1、2、.....、k，其中i＝0為坯料尺寸，A_i、B_i為成盒工序中每步的半成品長短軸尺寸，R_Ai、R_Bi為半成品各長圓兩圓弧半徑，H_i為半成品高度；

(c)根據(jù)以上各步計算所得數(shù)據(jù)，建立各個拉深工序的拉深數(shù)學模型即可完成過渡零件即盒形件的拉深成形；

2)錐臺型零件拉深成形：從盒形件到拉深為最終的深錐臺型零件，是逐漸成形錐面的過程，錐面從底部開始成形，在各道工序中，錐面逐漸增大，直至成形，在成形過程中，中間半成品的尺寸同樣可以用表面積不變法來計算，具體的方法是：

(a)確定各道半成品錐面的高度h_(k+1)、h_(k+2)、.....h_(n-1)；

(b)通過零件總表面積與錐面面積的面積差除以直壁部分截面周長來確定直壁的高度，兩者相加得到半成品總高度H_(k+1)、H_(k+2)、.....H_(n-1)，α為側壁與垂直方向的夾角；

(c)通過以上各步計算的數(shù)據(jù)，建立各個拉深工序的拉伸數(shù)學模型即可完成盒形件拉深成形為深錐臺型零件。

汽車保險杠吸能盒三維數(shù)學模型如圖4所示，該零件就是典型的深錐臺型零件，下面應用本發(fā)明對其成形過程進行說明。

汽車保險杠吸能盒成形工藝包括：

1)盒形件拉深：

(a)根據(jù)面積不變原則，可計算得到如圖3所示的過渡零件的尺寸為：高度H_k＝115.1mm，口部尺寸A＝94mm，B＝72mm，側壁圓角半徑r_jk＝15mm，底部圓角半徑r_dk＝8mm，口部圓角半徑為r_kk＝6mm；

(b)應用所選公式計算可得盒形件拉深各個工藝步驟模型的尺寸為：

毛坯尺寸：A₀＝267.4mm，B₀＝264.6mm，R_Ao＝134.7mm，R_Bo＝131.4mm；t＝1.1mm；

第一道拉深半成品尺寸：A₁＝148.9mm，B₁＝147.6mm；R_A1＝74.9mm，R_B1＝73.4mm；H₁＝75.7mm；r_k1＝r_d1＝10mm；

第二道拉深半成品尺寸：A₂＝124.6mm，B₂＝113.8mm；R_A2＝66.5mm，R_B2＝53.4mm；H₂＝98.3mm；r_k2＝r_d2＝8mm；

第三道成盒工序尺寸：A＝94mm，B＝72mm；r_jk＝15mm；r_dk＝8mm，r_kk＝6mm，H_k＝115.1mm；

(c)根據(jù)以上數(shù)據(jù)建立每步的幾何模型，進行盒形件深拉深成形。每步成形零件結果如圖3所示；

2)錐臺型拉深成形：

(a)確定各道半成品錐面高度：h₄＝60mm、h₅＝100mm；

(b)通過總表面積與錐面面積的面積差除以直壁截面周長來確定直壁的高度，兩者相加得到半成品總高度：H₄＝121mm、H₅＝132.1mm；每步的具體尺寸如下：

第四道拉深半成品尺寸：錐面高度h₄＝60mm，總高度H₄＝121mm，r_j4＝15mm，r_d4＝8mm，r_k4＝6mm；

第五道拉深半成品尺寸：錐面高度h₅＝100mm，總高度H₅＝132.1mm，r_j5＝15mm，r_d5＝8mm，r_k5＝6mm；

第六道拉深成品(汽車后保險杠吸能盒)尺寸：錐面高度h₆＝137mm，總高度H₆＝144.6mm，r_j6＝15mm，r_d6＝15mm，r_k6＝6mm；

(c)根據(jù)以上數(shù)據(jù)建立每步的幾何模型，進行盒形件成形為吸能盒的深拉深工藝，每步成形結果如圖4所示，即可得到最終的汽車保險杠吸能盒深拉深成形結果。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。