封頭帶飛邊時(shí)直徑) , 相對厚度越大, 坯料邊緣穩(wěn)定性 越好, 切向壓應(yīng)力只能使板邊變厚;相對厚度越小,
對板邊縱向彎曲抗力越小, 易喪失穩(wěn)定而起皺。此 外,熱沖時(shí)板坯料加熱溫度不均、 模具間隙及下模圓
角太大、 坯料劃、 碰傷嚴(yán)重、 壓邊力太小或不均等都 能產(chǎn)生皺折和鼓包。坯料產(chǎn)生皺折后,很難通過陰、 陽模具間的間隙, 容易被拉斷。 即使通過陰、 陽模,皺
折也無法,會影響封頭質(zhì)量。 高碳鋼和普通低碳鋼橢球體封頭不起皺折條件 為:
Dp - Dm < ( 1 ～20) t ( 6)
Dp——坯料直徑,
Dm——拉深后大口直徑,
t——封頭壁厚。
對某直徑∀1 000 容器封頭,初期沖壓過程中皺 折和鼓包現(xiàn)象嚴(yán)重, 按公式( 6) 計(jì)算 Dp - Dm=
1 400- ( 1 000+ 50+ 76×2) = 198> 20t 容易產(chǎn)生 皺折和鼓包, 所以對模具進(jìn)行了完善,采用增加壓邊
圈的方法解決,設(shè)計(jì)了帶壓邊圈的模具如圖3 所示,
沖壓時(shí)利用壓力機(jī)邊缸給壓邊圈壓力, 沖前使 用適量的潤滑油等措施,減少并終避免了鼓包和
皺折現(xiàn)象的發(fā)生。為了校正橢球封頭體型面增加了底拖 用于校形工序,使橢球體型面良好過渡;設(shè)計(jì)了陰模 直口與陰模拖直口,裝配時(shí)用壓板螺栓定位,從而保 證了陰模與陰模拖的同軸度。
圖3　壓邊圈
2. 2　凹模圓角半徑R凹 的確定 一般來說, R凹 盡可能取大些,大的R凹 可以降低 拉深系數(shù),減少沖壓時(shí)摩擦阻力、 提高材料的流
動(dòng)性, 從而提高橢球體表面質(zhì)量,但是R凹 過大時(shí)會
削弱壓邊圈的作用, 引起起皺和鼓包現(xiàn)象; R凹 過小 時(shí)使材料流動(dòng)性降低,使封頭表面質(zhì)量降低甚至產(chǎn) 生龜裂形成裂紋源, 導(dǎo)致封頭被拉裂,還會降低模具
的使用壽命,因此R凹 的大小要適當(dāng)。橢球體凹模圓 角半徑可以參考公式:
R 凹 = C1C2t ( 7)
C1——考慮材料的力學(xué)性能系數(shù),對于軟鋼、 硬 鋁C1= 1; 對于純銅、 黃銅、 防銹鋁, C1=
0. 8;對于406 鋼取C1= 1. 2～1. 5
C2——考慮板料厚度與拉深系數(shù),取5～6. 5
R 凹 = 1. 2 ×5 ×4 = 24mm
考慮406 鋼沖壓性能及工件使用性能取R凹 =
25mm,經(jīng)過實(shí)際使用該圓角半徑可行。
圖 4　凹模圓角半徑的選取
2. 3　模具間隙的確定
一般來說,封頭 間隙過小會增大沖壓時(shí)摩擦阻力、 降 低材料的流動(dòng)性,降低工件表面質(zhì)量、 使工件拉伸后 變得薄,甚至產(chǎn)生龜裂形成裂紋源,導(dǎo)致封頭表面 拉裂,降低模具使用壽命;間隙過大沖壓時(shí)摩擦阻力
會減小、 材料的流動(dòng)性增大,引起皺褶和鼓包現(xiàn)象,
因此模具間隙大小要適當(dāng), 間隙Z 一般取( 1～1. 1
t ) ,考慮406 鋼沖壓性能、 工件表面質(zhì)量、 模具使用
壽命及工藝性要求, 取間隙Z 為4. 4mm。 3　拉深次數(shù)的確定 拉深次數(shù)和拉深量是沖壓工藝編制中的關(guān)鍵點(diǎn) 之一,直接關(guān)系到拉深件的質(zhì)量和拉深工作的經(jīng)濟(jì)
性。理論計(jì)算: 拉深次數(shù)決定于每次拉深時(shí)允許的 變形程度,拉伸系數(shù)m 是衡量拉深變形程度的
一個(gè)重要的工藝參數(shù):拉伸系數(shù)。 m——每次拉深后工件直徑Dz 與拉深毛坯D0
的比值m= Dz/ D0
代入Dz= 1 000- 4= 996
D0= 1. 175Dz+ 2×35+ 25×2+ 70×2= 1 400
得: m= 0. 7115
板料一次拉深小拉深系數(shù)m0, 30CrMnSiA 拉 深系數(shù)0. 62～0. 70, 406 鋼經(jīng)過球化退火后材料沖 壓性能, 一次拉深小拉深系數(shù)應(yīng)小于 0. 7, 因此m> m0,即該封頭可以一次拉深成型。 為了
節(jié)省成本縮短生產(chǎn)周期我們采用了, 一次沖壓拉伸 到300mm, 退火后沖壓校形并拉深至要求尺 寸。
4　結(jié)論 封頭沖壓過程中,計(jì)算好板料毛坯尺寸、 設(shè)計(jì)模 具時(shí)選擇合適的模具整體結(jié)構(gòu),計(jì)算好陰模過渡圓 角,設(shè)計(jì)、 計(jì)算好拉深次數(shù),確定好模具間隙, 根據(jù)實(shí)
驗(yàn)情況確定壓邊力等基礎(chǔ)性控制點(diǎn), 沖壓加工前對 板料進(jìn)行認(rèn)真的清理,對模具和封頭上的劃、 碰傷及 時(shí)修磨,添加適量的潤滑油等措施,就能生產(chǎn)出合格
的封頭。
[ 1]　陸博福,陸平. 非標(biāo)準(zhǔn)橢圓及標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 沖壓展開下料尺寸的計(jì)算[ J] . 壓力容器,
2008, ( 6) .
[ 2] 　阮鑫, 趙博龍,張志勛. 薄壁封頭沖壓成型過 程中的幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)淺析[ J]

壓力容器的生產(chǎn)中,封頭的沖壓加工成型是 基礎(chǔ)的工序之一,沖壓模具的設(shè)計(jì)在封頭沖壓加工

中起決定性的作用, 筆者對強(qiáng)度鋼( 406 鋼) 薄 壁封頭沖壓過程中的技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)采取的工藝措施 作進(jìn)行了簡要分析。
1　技術(shù)要求及技術(shù)要點(diǎn)分析 1. 1　技術(shù)要求 某容器前、 后半橢球體材料為406 鋼, 板料厚
4. 0mm,
b= 640MPa,
0. 2= 43MPa, 沖壓后橢球封頭體 外型面長半徑和短半徑之比k= a∶b= 500∶250=
2∶1,如圖1 所示,與外型面切面檢測樣板不貼合間
隙 t, 型面處不大于2mm; 直線段部位不大于1. 5
mm,封頭表面劃傷、 碰傷、 拉痕、 麻坑等表面缺陷不
得大于0. 1mm, 不得有裂紋。
圖1　半橢球體沖壓后尺寸
1. 2　板料下料尺寸計(jì)算 沖壓板料毛坯尺寸過大將導(dǎo)致封頭沖壓過程中
主缸壓力增大,封頭直線段部位減薄嚴(yán)重, 甚至產(chǎn)生 龜裂成為裂紋源, 誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生;沖壓板料毛坯尺 寸過小導(dǎo)致所需壓邊力過大, 當(dāng)設(shè)備壓邊力不夠大
時(shí)沖壓過程中板料流動(dòng)過快就會引起鼓包、 皺折的 產(chǎn)生。封頭展開料尺寸推導(dǎo)如下:
圖 2　橢圓曲面表面積計(jì)算尺封頭沖壓時(shí)坯料外緣的壓縮量大,其值為:
△L = ! ( Dp - Dm) ( 5)
Dp——坯料直徑,
Dm——拉深后大口直徑(帶飛邊)
此壓縮量向封頭三個(gè)方向流動(dòng):
向垂直于拉深方
向的切向流動(dòng),增加邊緣厚度;  拉深時(shí)向中心流 動(dòng),補(bǔ)充徑向拉薄;   向外自由伸長, 即徑向擴(kuò)大。 由 于徑向流動(dòng)阻力小,所以向外伸長往往較大。 如果坯 料較薄或模具不當(dāng)、 工藝不當(dāng),使封頭在拉延過程中
 

其變形區(qū)切向壓應(yīng)力大于徑向拉應(yīng)力時(shí), 就會喪失 穩(wěn)定而產(chǎn)生皺折或鼓包。影響皺折產(chǎn)生的主要原因 是坯料的封頭相對厚度t / Dm ( t 板料厚度, Dm 拉深