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水池拉深成形工艺及模具设计
摘要：分析了散热器上水池的成形工艺，确定了成形工艺参数，叙述了成形模具结构及工作原理，表明高台阶差、非对称异形盒件可以一次成形。

关键词：散热器；上水池；成形工艺参数；模具结构；工作原理；高台阶差；非对称异形盒件
0 引言
图1上水池是我公司为奥拓汽车开发的散热器主要零件，该零件要求外观无拉深成形缺陷，材料为H68 M 0.5 GB253281，零件尺寸为
3520-0.3×480-0.3×43。

侧壁有14条加强筋，成形台阶高度为7、14、43，高度差较大，且左、右不对称。

1 成形工艺分析
1.1 零件工艺分析
从图1可以看出，该零件经过成形、切边、打凸包、冲孔、翻边等多道工序加工而成。

零件表面不允许有褶皱、凹陷、裂痕、拉伤、擦伤，加强筋与各段连接圆弧清晰、光滑，各面之间要平滑过渡。

由图1知，该零件
长宽比350/46=7.6
高度比7：7：29
高宽比43/46=0.93
相对圆角半径 10/46=0.22
该零件属于大圆角、高台阶差、非对称异形盒件，在盒形件不同拉深情况的分区图中的Ic区域。

就一般简单形状的高盒形件，在Ic区域都要经过多次拉深才能成形。

而且该零件前、后侧壁的成形已不再是简单的高盒形件侧壁的弯曲成形。

在R17.5向左至R8处、22°向右至R8处（即M至N处）、14条加强筋区域段的侧壁有突变现象，靠R17.5、R8、220等尺寸平滑过渡。

该区域段最容易成危险断面。

如处理不当，该区域段就会出现成形失稳。

在拉深成形过程中，各处材料流动速度不一样；应力分布复杂，该零件一次成形更加困难。

但由于材料厚度只有0.5,零件形状复杂，多次拉深又不利于成形。

我们从材料的成形性能方面分析，改进拉深工艺可以增加一次成形的成形极限。

为使拉深顺利成形，降低最大拉应力，进一步减少材料的拉深系数，设法降低材料变形区的变形抗力和材料在拉深凹模圆角处的弯曲抵抗力，改善拉深条件，减少磨擦损耗，让压边力在拉深过程中变为可调，材料在拉深成形过程中，与拉深凹模成形各面贴合并包住拉深凸模，有利于增加辅助成形；采用专用的机床设备和给予适当的润滑剂润滑。

这样就增加了材料一次成形的可能性。

1.2 成形设备的选择
根据以上零件工零件工艺分析，结合公司设备状况，成形工序的设备选择双动拉深压力机。

拉深成形时，毛坯料流动较为缓慢，压边力可调整，能有效地控制金属流动，且接触冲击小，拉深速度能满足拉深变形要求，从而保证成形零件质量。

1.3 拉深筋的设置区域
众所周知，材料变形流动是一个连续的过程，材料总是沿着阻力最小的方向流动，从图1可知，该零件在R17.5向左至R8处，M处至N处的毛坯料比R17.5至M处的毛坯料要小得多，各加强筋处成形时毛坯料的进入也要进行控制。

如果仅靠压边圈压料，远远不能满足毛坯料在成形过程中的合理流动，在上述区域段设置了不同长度的拉深筋，从而改变金属的流动速度，防止更多的毛坯料流入拉深凹模。

2 成形工艺参数的确定
2.1 毛坯尺寸的确定
尽管该零件在上部（主视图中）成形，左右不对称，结构较复杂，但从零件整体形状及下部（主视图中）标注尺寸来看，仍可以看作为一般长盒形件成形。

由图1可知：
r底=2，r=10，H=43，A=350，B=46，H/B=0.93
毛坯直径通过计算：
D=107
毛坯长度
L=D+A-B=411
毛坯宽度
该零件毛坯尺寸为：
411X121 R=D/2=53.5
2.2 零件相对高度判断
H/B=43/46=0.93；r/B=10/46=0.22；t/D×100=0.47;
查资料[3]得[H/B1]=0.8~0.85
该零件材料为H68 M 0.5
查资料[1]7-13得δ10=40%
查资料[3]中[H/B1]仅对08#、10#钢而言，相应查资料[1]7-13得δ10 为32 %、29 %。

H/B 和[H/B1]非常接近，一次成形的可能性极大。

2.3 模具间隙的确定
根据1.1和2.2分析，零件一次成形的可能性极大，因此该次成形按零件最终成形设计，成形后的零件只需进行切边等其它工序，不需整形。

为保证符合产品要求，模具间隙设计时以凹模为基准。

间隙太大会造成零件起皱，间隙太小会造成零件表面擦伤，甚至拉裂、拉破而报废零件。

根据以往设计经验，模具间隙：直壁处为1.1t，四个圆角处为1.2t，各加强筋处为1.15t。

2.4 拉深筋的尺寸确定
该零件加工成败的关键是能否一次顺利成形。

所以，成形时必须有效地控制材料的流动，防止拉深成形过程中上述区段的毛坯料流入拉深凹模过多或不足，造成成形失败。

为满足上述要求，成形时要求毛坯周边的不同区域段施加不同的压边力，将毛坯边缘料压紧，以使不同变形区域段得到不同的金属流动阻力。

零件在拉深成形时，R17.5向左至R8处和M至N处，纵向压缩和横向拉伸同时存在，只有设置拉深筋，增加拉应力和减少压应力，才能使金属合理流动，零件成形变得容易。

R17.5向左至R8、M至N处区域段设置长度不同的拉深筋，与压边圈的连接方式为螺钉联接，拉深筋离凹模口边距为20，露出高度为5，长度方向尺寸略，其余尺寸见图2。

图2
2.5 凹模圆角半径
凹模圆角半径，R凹设计太大，金属流动变形阻力小，相对减少了压边面积，零件成形容易起皱，R凹设计太小，金属流动阻力增大，零件容易拉伤、拉裂甚至拉破，零件成形难度加大，根据图1及材料H68，查资料[1]得σb=294mpa，本设计取R凹=2，试模验证效果理想。

3 模具设计
3.1 模具结构设计
模具凹模采用整体式，用Cr12材料，HRC58~60。

成形板和成形凸模采用分块螺钉联接形式，便于修模和调试，拉深成形凸模成形部分用T10A材料，HRC50~55，用垫板与上模板联接。

压边圈用45#，HRC45~48。

该模具主要由拉深凸模12、拉深凹模2和5个成形板（5、7、14、15、20）、3个成形凸模（6、8、16）、压边圈1、推板19等组成，见图3。

1.压边圈
2.拉伸凹模
3.内六角螺钉
4.销钉
5.成形板I
6.成形凸模I
7.成形板
8.成形凸模Π
9.内六角螺钉 10.上模板 11.上垫板 12.拉伸凸模 13.下模板14.成形板 15.成形板16.成形凸模 17.内六角螺钉 18.推杆 19.推板 20.成形板V 21.下垫板 22.内六角螺钉23.销钉
图3
3.2 模具工作原理
模具安装在双动压力机上，压边圈1安装在外滑块上，上模板10安装在内滑块上。

（1）当外滑块向下运动时，压边圈1在外滑块的作用下，提前10°~15°压住了拉深凹模2上的坯料。

（2）推板19在推杆18的作用下向下运行。

（3）内滑块向下运动，拉深凸模12在内滑块的作用下，开始均匀速度的拉深。

（4）拉深结束时，拉深凸模12在内滑块的作用下，下行到下死点，毛坯在拉深凹模2，成形板5、7、14、15、20和成形凸模6、8、16，拉深凸模12的共同作用下成形。

（5）当内滑块下行到下死点后，内滑块比外滑块提前10°~15°回程，拉深凸模12上升，压边圈1继续压住毛坯周边，推板19处于最小位置。

（6）当内滑块回程距离约等于成形零件高度时，推板19在推杆18的作用下才开始将零件顶出拉深凹模2。

（7）当内滑块回到上死点时，外滑块已经越过自己的上死点而向下走了一段距离，保证外滑块在下次工作行程时压边圈1提前压住毛坯。

4 润滑剂的选择
由于该材料为H68 M，较软，很容易被拉伤、擦伤，因此在拉深成形时，对毛坯料涂抹一定的润滑剂，有利于金属流动，本零件选用的是植物油进行润滑，效果较好。

5 结束语
模具调试，零件成形效果理想，零件成形的废品率极低。

由此可以看出，高台阶差、非对称异形盒件的成形工艺、成形工艺参数选择得当，模具结构合理，一次成形是可以实现的。