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工程参考

深拉伸缺陷与对策

作者:Yu Lianbo — 模具设计工程师

直接回答: 每个深拉伸项目都会遇到的八类缺陷,以及其原因和模具侧对策。

问题出在哪里,以及为什么通常要靠模具解决

拉伸杯形件会在五个可预测区域出现缺陷:口部制耳、凸缘和侧壁起皱、底部圆角拉裂、侧壁变薄,以及侧壁拉深痕。

本文档中几乎所有的解决措施都是改模具,而不是改材料。

因此,深拉伸模具首先是设计问题,其次才是生产问题;在开模前进行DFM评审,比事后修模更省钱。

来源:Balford 深拉伸技术指南, balford.net/deep-drawing/。

起皱

项目详情
外观侧壁或凸缘出现褶皱
常见原因压边力过低;凸缘无支撑
常用对策提高压边力;调整拉深圆角;增加拉延筋
产生原因凸缘周长在向内拉深时必须收缩。未能进入侧壁的材料会面外失稳。

压边力需要平衡:过低会使凸缘起皱,过高则会阻碍材料流动,并在凹模圆角处拉裂侧壁。

拉裂和断裂

项目说明
外观在凹模圆角处或壁部开裂
常见原因拉深比超过材料极限;凹模圆角过小;间隙过小;摩擦过大
常用对策增加一次再拉深,放大凹模圆角,修正间隙,改善润滑
首先检查对照材料的单次拉深极限检查拉深比。不锈钢约为 1.6-1.8;低碳钢为 1.8-2.0。

润滑不可省略:它控制凹模圆角处的摩擦,而撕裂正是从那里开始。

制耳与过度减薄

缺陷外观常见原因常用对策
制耳波浪形、扇贝状上边缘板材平面各向异性接受并修边;更换材料或轧制方向;调整坯料形状
过度减薄圆角处壁厚过薄凹模圆角过小;拉伸张力过大增大凹模圆角;增加一次再拉深;退火

制耳正是顶部边缘需要预留修边余量的原因,这属于正常工艺设计,而不是作业粗放:拉深后的边缘不可能完全平齐。

回弹与橘皮纹

缺陷外观常见原因常用对策
回弹成形后直径或形状回弹弹性回复,高强度材料更严重调整模具尺寸进行补偿;二次冲压;更换材料
橘皮拉伸表面呈颗粒状晶粒组织粗大;拉伸过度选用细晶粒材料;降低局部应变

回弹是模具补偿问题。试图在材料规格上解决它,通常比在模具上补偿代价更高。

拉延痕和底部开裂

缺陷外观常见原因常用对策
拉延痕/划伤侧壁纵向划痕模具磨损、粘模、润滑不足抛光凹模圆角;重新涂层或重新抛光模具;复核润滑剂
底部开裂底部横向开裂凸模圆角过小;材料不足增大凸模圆角;放大坯料

拉延痕是成形固有现象。如果外壁可见,请在开模前说明,以便规划表面处理工艺。

壁厚是一个梯度,不是一个定值

拉延件相对壁厚(以名义厚度为基准):

这种梯度不是缺陷。只有当图纸规定壁厚却未注明测量位置时才会产生问题:供应商和客户在不同高度测量,双方都是对的。

直径重复性好,因为由模具保证。壁高是最不精确的尺寸,因为上边缘需要修边。

在图纸上注明测量位置。这是最省成本的公差决定。

十条设计规则,可避免上述大多数问题

  1. 保持合理的深径比。低于约 0.5 时,通常不需要深拉深;高于约 2 时,要规划多次拉深,并可能需要退火。
  2. 底部不要指定尖角:凸模圆角有最小值,且会随材料厚度增大。
  3. 壁部要给出足够大的凹模圆角。圆角过小是导致拉裂的最常见原因。
  4. 标注壁厚时注明测量位置。
  5. 顶部边缘预留切边余量。
  6. 优先选择简单轮廓,而不是阶梯形或锥形轮廓;每增加一个直径变化,都可能增加一次拉深。
  7. 明确哪个直径是功能尺寸。
  8. 除非经过变薄拉深,否则不要在拉深壁上加工细牙螺纹。
  9. 考虑板料排样;排样会影响材料成本,而材料成本是单价中占比最大的部分。
  10. 尽早说明外观要求。

上述每条规则都对应本文档中的一个缺陷。

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本文档也提供 PDF 版本: 深拉深缺陷与对策(PDF)。

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