精密外罩的成形工艺与模具结构分析

分析了外罩的工艺性能和材料性能，叙述了精密外罩的成形工艺及其模具结构。

关键词: ；精密外罩；成形工艺；模具结构；

1、引言
零件是某型号仪表外罩，其材料为铁镍合金1J50。在型号生产中，该外罩件制造一直是使用棒料车加工成形，原材料浪费大，生产效率低，经济成本高。大批量生产要求使用模具引伸成形后再车加工成形，以提高生产效率，降低成本。

该外罩零件采用厚1.5-0.11mm板料冲压制造的工艺流程是:落料-引伸成形-车切止口。其中的引伸成形在研制试模中，容易发生底部破裂，表面划伤严重，内外圆的尺寸误差大、圆度低，后续车加工止口困难。针对性地从引伸工艺和模具结构两方面进行分析、准确计算、改进是保证精密外罩件引伸成功的关键。

2、引伸工艺分析

2.1、外罩的工艺性分析

杯形外罩件，筒壁厚1mm，底部圆角半径R3，圆筒内外圆的直径公差分别是ITI2、ITI0级，均高于ITl3级(引伸件横断尺寸公差，一般都在ITI3级以下)，内外圆的形状误差是由尺寸公差控制的，分别是10级、8级(GB1184-80)的车加工要求；口部车加工止口,尺寸精度高、车加工余量小；内外圆的表面粗糙值低，质量要求高。

精车加工要求的外罩件尺寸精度高，表面质量要求高，引伸成形的难度大，需要进行准确的工艺计算，合理的结构设计；内外圆的尺寸公差难以保证，需要后续工序整修。

2.2、外罩件的材料分析

外罩件材料为1J50的铁镍软磁合金，主要合金元素镍含量为50%，由于镍元素的导热性差、亲合性强，导致该合金材料在引伸过程中产生热积瘤粘模而划伤零件表面。

在冷硬态和软态的力学性能相差较大，冷硬态的屈强比值(0.875)大，延伸性能差；在软态下的屈强比值(0.326)小，延伸性能好。实践表明该材料极易产生冷作硬化，冷硬状态下拉伸成形是造成底部破裂的主要原因。

因此，首次引伸前就应对毛坯件进行软化热处理，提高材料的塑性，同时采用良好的润滑措施，减小引伸过程中的摩擦，克服粘模和底破裂的现象。

2.3、引伸件毛坯尺寸的确定

查表确定该外罩引伸件的修边余量为δ=2mm，并将其划分为图2所示的3个简单几何形状，按“毛坯面积等于工件面积”的原则计算外罩引伸件的毛坯直径。既按下列公式计算式中D为毛坯直径，mm F为包括修边余量在内的引伸件的表面积，mm；∑f为引伸件各部分表面积的代数和，即。

由于外罩件的引伸成形难度大，精密引伸的毛坯尺寸公差需要严格控制在士0.03mm内，因此，该外罩引伸件的毛坯直径确定为。

2.4、引伸次数的确定；

厚1.5 ；mm，直径φ102.3mm的1J50毛坯，在软状态下，使用压边圈引伸，由其相对厚度t/D×100 ；1.5/102.3×100=1.46，查表得到圆筒形零件的极限引伸系数为M=0.50，据此计算得到首次引伸的最小直径d1:

2.5、引伸模间隙的确定；

使用有压边圈的引伸模具，由凸、凹模的小间隙来控制引伸件的尺寸、形状精度，凸、凹模的单边间隙Z/2值按精密引伸要求Z/2-(0.9-0.95)t计算取值为1.425mm。

该外罩引伸模的引伸间隙确定为Z=2.85mm，并以凹模为基准件，间隙由减小凸模获得。

2.6、凸、凹模的工作尺寸的计算；

外罩的外圆尺寸φ55h10，据此计算凹模、凸模工作部分的横向尺寸:

式中为凹模基本尺寸，mm；为凸模基本尺寸，mm；为外罩的外圆最大尺寸，即=55mm；Δ为外罩的外圆直径公差，即Δ=0.12mm；,为凹模、凸模的制造以差，分别按IT7、IT6Z为凸、凹模双面间隙，即Z=2.85mm。按上述公式计算并确定为

2.7、减小摩擦的措施

引伸件的毛坯虽然经过了软化热处理，引伸性能得到了提高，但为了确保外罩零件的引伸，还需要进一步地减小引伸过程中的摩擦。为此，首先改进了压边圈的结构，如图3所示，圆环定位能保证毛坯件与凸模的同轴度要求，圆环的深度, ；稍大于材料厚度，既能防止凸缘的起当，又不会产生过大的压边力；选用Tl0A材料制做定位压边圈，并经淬火热处理，定位面的粗糙度同凹模工作表面的粗造度一样，要求，有效地降低了引伸中的摩擦系数。

由于1J50材料的镍含量较高，在引伸过程中，镍金属容易产生粘模，使引伸件表面划伤。普通油润滑不能有效解决，在实践中参考镍冷挤压的过程机理，配制含有氯化石腊的专用润滑剂进行引伸润滑，且要求先对软化热处理的毛坯进行表面抛光、去锐边和毛刺，作到表面光洁、干净，再在两面涂抹专用润滑剂。

3 、外罩引伸模具设计
3.1模具结构
引伸模倒装结构是由打杆组件、凹模、定位压边圈、凸模、底座、卸料螺钉等组成的倒装结构。倒装结构在单动压力机上使用，且有引伸高度大，压边力可通过反顶机构随意调整达到引伸成型要求，十分有利于精密引伸成形；上下模间隙调整是用毛坯件的料条引导凸模对中凹模保证的，方便可靠。

4、结束语
详细地分析、计算，总结以往的经验，改进外罩件的引伸工艺和模具结构，成功地解决了引伸件在引伸过程中发生底破裂的现象，引伸件的尺寸精度和表面质量均有提高，达到了预期的要求。外罩件采用板料引伸后加工成形，比用棒料车加工成形节省原材料80%，成本降低60%，且较大程度地提高了外罩件的生产效率。

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