封头冲压技术发展现状及展望

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1、封头冲压技术发展现状及展望南车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266031摘要：对薄壁封头的冲压技术进行了详细的综述，介绍了薄壁封头冲压技术原理及其技术要点，总结了薄壁封头冲压过程中易出现的缺陷及其解决办法,通过数值模拟方式分析了薄壁封头冲压过程中起皱和回弹影响因素，最后对大型薄壁封头冲压技术进行了展望。关键词：薄壁封头；冲压；缺陷；数值模拟1.薄壁封头冲压技术及其现状1.1薄壁封头的冲压成形原理薄壁封头冲压成形属于复杂曲面零件的深拉伸成形范畴。与筒行件相比,封头冲压成形机理更加复杂，在成形过程中，不仅法兰部分的毛坯是变形区，

2、而且毛坯中部也是变形区，尤其中部处于悬空状态的毛坯，由于不受模具的直接作用，其变形状态和趋势只能通过其他途径来控制，是薄壁封头成形中的难点。能否有效控制悬空部分毛坯正确成形是整个工艺的关键。薄壁封头的拉深是金属平板被拉深成封头形状的过程，如图1所示.图1封头冲压成形工艺原理图在成形过程中，中部毛坯径向始终处于拉应力的作用下，而维向应力在凸模顶点附件为拉应力状态，其大小随半径的加大而减小，在超过一定半径后变为压应力。应力分界圆外的毛坯在成形过程中处于一向受拉和另一向受压的应力状态，与筒形件拉深时变形区的应力状态相同，其变形机理属

3、于拉深变形，称之为曲面零件的第一成形原理。在应力分界圆内，板料在成形过程中处于双向拉应力的状态，板料在此应力状态下，产生厚度变薄的胀形，称之为曲面零件的第二成形机理。凸模形状不同，则成形后依靠的拉深机理和胀形机理各自形成部分所占比例不同。1.2薄壁封头的冲压技术要点(1)凹模圆角半径的确定一般来说，圆角R尽可能取大些，大的R可以降低极限拉深系数，减少冲压时摩擦阻力、提高材料的流动性，从而提高椭球体表面质量，但是R过大时会削弱压边圈的作用，引起起皱和鼓包现象；R过小时使材料流动性降低，使封头表面质量降低其至产生龟裂形成裂纹源，导

4、致封头被拉裂，还会降低模具的使用寿命，因此圆角R的大小要适当。(2)模具间隙的确定一般来说，间隙过小会增大冲压吋摩擦阻力、降低材料的流动性，降低工件表面质量、使工件拉伸后变得更薄，甚至产生龟裂形成裂纹源，导致封头表面拉裂，降低模具使用寿命；间隙过大冲压吋摩擦阻力会减小、材料的流动性增大，引起皱褶和鼓包现象，因此模具间隙大小要适当。(3)拉深次数的确定拉深次数和拉深量是冲压工艺编制中的关键点之一，直接关系到拉深件的质量和拉深工作的经济性。拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度,拉伸系数是衡量拉深变形程度的一个重要的工艺参数。

5、(4)冲压板料尺寸的确定冲压板料毛坯尺寸过大将导致封头冲压过程中主缸压力增大，封头直线段部位减薄严重，甚至产生龟裂成为裂纹源，诱发裂纹的产生；冲压板料毛坯尺寸过小导致所需压边力过大，当设备压边力不够大吋冲压过程中板料流动过快就会引起鼓包、起皱的产生。1.3薄壁封头冲压过程中易出现的缺陷及解决方法薄壁封头冲压成形是一种典型坯料塑性加工工艺，整个坯料在成形过程中发生剧烈的金属塑性流变，各部分应力、应变和金属流动状态极为复杂，难以实现精确定量控制，易形成如周边起皱、起包、椭圆变形及直边处纵向裂纹等缺陷。(1)周边起皱封头冲压时坯料外

6、缘的压缩量最大。此压缩量向三个方向流动，增加边缘厚度；拉深时向中心流动，补充径向拉薄；向外自由伸长，即径向扩大。由于径向流动阻力小，所以向外伸长往往较大。如果坯料较薄或模具不当、工艺不当，使封头在拉延过程中其变形区切向压应力大于径向拉应力时，就会丧失稳定而产生周边皱折。影响起皱产生的主要原因是坯料的相对厚度，相对厚度越人，坯料边缘稳定性越好，切向压应力只能使板边变厚；相对厚度越小，对板边纵向弯曲抗力越小，易丧失稳定而起皱。此外，板坯加热温度不均、模具间隙及下模圆角太大、坯料焊缝太高、压边力太小或不均等都能产生皱折。坯料产生皱折

7、后，很难通过上下模具间的间隙，容易被拉断。即使通过下模，起皱也无法消除，影响封头质量。通过使用压边圈，可以防止起皱的产生。压边圈的压力应合适，压力过大增大摩擦力，使拉应力增大，封头被拉薄甚至拉断；过小则不能防止起皱的产生。不产生起皱最适宜的压边力应是一个变值，即应随冲头向下行程的增加而逐渐加大，这在实际生产中是难以实现的。(2)起包在一般薄壁椭圆封头的拉深过程中，起包现象多发生在封头曲率较大的部位。采用圈形整体式压延模，先对封头折边附近的大曲率部位进行预压，使坯料成为平底锅形，再用凸模压制成型这样，在曲率较大的部位，由于预压成

8、了一定的几何形状，在其预压区域存在冷作硬化现象，增强了坯料变形过程中的刚性，则避免了起包现象的发生。(3)椭圆变形及直边纵向裂纹椭圆变形产生的原因是脱模方法不当，或封头吊运温度太高。直边处纵向裂纹是危害性较大的一种缺陷。产生的原因是坯料边缘不光滑或有缺口、脱模温度太低等。这两