减薄拉深公差与表面光洁度:减薄壁厚所能达到的精度
两个问题决定了零件能否以变薄拉延替代车削加工:直径与壁厚的公差要求有多严格,以及表面质量要求有多高。本页阐述变薄拉延零件的公差究竟源自何处,以及为何变薄拉延表面与车削表面的表现存在差异。
公差从何而来
在变薄拉深件中,有三个成形特征——外径、内径和壁厚——它们由两副模具产生:
- 拉延环(模具)。其内孔略小于来料杯体,因此成品件的外径即为模具内孔的复制,再减去材料的弹性回复量。
- 冲头。其外径决定了零件的内孔尺寸,同样减少了弹性回复。
- 它们之间的间隙。凸模与凹模孔之间的径向间隙即为成品壁厚——这正是为什么在变薄拉延件中,壁厚是一个模具尺寸,而非工艺偶然因素。
由此产生三个结果。第一,两个直径的公差取决于模具的精度,而非仅取决于回弹。第二, incoming blank 的壁厚公差影响较小,因为壁厚是由减薄拉深决定的。第三,内孔与外径之间的同轴度是模具的属性,而非取决于零件的夹持效果。
当图纸要求的直径精度超过单纯拉延所能达到的水平时,可采用短整形工序- 在主减薄工序之后,增加一道轻度的二次拉延或校准工序。
拉延件典型参数
| 特性 | 深拉延壁厚的典型应用 | 注意 |
|---|---|---|
| 壁厚 | 外壳类零件通常为 0.3 mm 至 1.5 mm | 由凸模/凹模间隙决定,而非由毛坯公差决定 |
| 壁厚偏差 | 沿拉延长度方向均匀一致;偏差作为图纸特性加以控制 | 这正是该运营存在的意义所在 |
| 外径和内径 | 在同一零件上保持;拉深决定极限,而在要求更严处增加一道整形工序 | 在模具中对弹性回复进行补偿 |
| 同心度 / 跳动度 | 取决于模具轴,而非夹具 | 已在同心度测量仪上验证 |
| 表面粗糙度,拉延面 | 表面粗糙度Ra通常约为0.4-1.6 µm,由模具表面光洁度和润滑剂决定 | 内外兼修,精益求精 |
| 拉延痕/条纹 | 非在压延长度上生产 | 壁部在抛光面之间受到挤压,而非在圆角上拉延成形 |
| 壁的直线度 | 平直且平行 | 脱模无需拔模斜度 |
以上为典型数值,并非规格要求。图纸才是最终依据:图纸未标注的公差默认遵循 ISO 2768-m,而真正关键的特性会在 DFM 评审阶段予以标注,以确保不会在首件检验时才暴露问题。
拉延表面与车削表面的区别
- 无进给痕迹。车削会留下螺旋状刀痕,其螺距由进给速率决定。而变薄拉深则复制模具与冲头的表面状态,因此不存在可见或可测量的进给纹理。
- 拉深无条纹。拉伸表面会留下材料流过模具圆角时产生的痕迹。减薄拉深在该减薄之后进行,位于直壁上、两个抛光表面之间。
- 双面均得到改善。对于车削件,只有被加工的表面得到改善;而对于变薄拉延件,外表面和内表面在同一次行程中均被挤光。
- 冷作加工有益——但仅限于一定程度。变薄拉深可提高屈服强度和耐磨性。超过一定减薄量后,材料需要进行退火处理;而对于软磁零件而言,退火工序正是决定其磁性能的关键环节。
表面检测在 Balford 自有实验室中使用便携式表面粗糙度仪进行,同时配合尺寸检测:外径千分尺与三点内径千分尺用于测量直径和壁厚,同心度检具用于检测跳动,2.5D 光学投影仪用于检测轮廓和形状。
常见问题解答
拉延件的壁厚可以达到多薄?
壁厚由变薄拉深凸模与凹模孔之间的径向间隙决定,因此属于模具尺寸,其一致性优于来料毛坯。图纸可标注的公差在DFM评审期间予以确认;当直径要求比主变薄拉深工序所能达到的精度更严时,会增加一道短行程的整形工序。
整形(变薄拉深)是否会在表面留下拉深痕迹?
不在减薄拉伸的长度上。拉延痕来自深拉伸过程中材料流过模具圆角时产生的流动;减薄拉伸在此之后进行,发生在抛光凸模与抛光环形凹模之间的直壁上,因此表面是被压光而非拉延成形的。内表面和外表面都会得到改善。
为什么经过拉延加工的零件表面光洁度优于车削加工的零件?
由于深拉延是通过光滑的模具成形,而非由带有进给速度的刀具切削而成。车削会产生螺旋状进给痕迹,其螺距由进给量决定;而变薄拉延则复制凸模和凹模的表面光洁度,不存在进给纹理。
拉延后壁面是否更平直?
是的。变薄拉深可形成笔直平行的壁面,没有拉深件或铸件为脱模所需的拔模斜度,这正是变薄拉深壳体被用于电枢或轴需要在孔内滑动的场合的原因之一。
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