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摘要：伴随我国工业领域的快速发展，许多行业如汽车、电子、化工、石油等对不锈钢的应用性能提出更高的要求。如不锈钢薄板，其作为部分产品关键零件，加工难度较大，需引入有效的加工工艺与设计方法，在加工效率提高的同时保证产品质量。本次研究将对不锈钢薄板深拉伸成型工艺、模具设计思路以及不锈钢薄板深拉伸成型工艺与模具设计其他注意事项进行分析。
关键词：不锈钢薄板；深拉伸成型工艺；模具设计
前言：作为当前工业领域中常用的材料，不锈钢材料本身在工艺性能、使用性能上都有一定的优势。本次研究中主要选择由不锈钢薄板构成的套筒为对象，不锈钢材料为06Cr19Ni10奥氏体型不锈钢，有低温韧性、可塑性、耐腐蚀性等优势，但值得注意的是做套筒加工中，若直接以传统数控加工方式为主，将面临加工难度大、费时费力等问题，此时便可考虑引入拉伸模模具成型方法，可使加工质量得以保证。因此，本文对不锈钢薄板深拉伸成型工艺与模具设计研究，具有十分重要的意义。
1不锈钢薄板深拉伸成型工艺
1.1研究对象
本次研究中所选取对象为薄壁厚度为0.3mm的深型腔结构，其深度、内径比控制为2：3。因壁厚过薄不适合采用精铸或直接数控加工，可能会导致型腔变形，且不利于大批量生产。
1.2工艺方案选择
深拉伸工艺应用下，要求圆筒形件在拉伸系数、毛坯尺寸上合理控制，且保工序尺寸满足拉伸模设计要求。以圆筒形件拉伸规律为依据，且选择拉伸面积相等为条件，进行套筒拉伸毛坯尺寸的确定，可为Φ54mm。同时对压边圈下圆筒形拉伸件拉伸系数确定，具体确定中一般需借助相关的公式，如毛坯尺寸、工件直径、总拉伸系数分别以D、d、m表示，第1次与第n次拉伸时拉伸件直径分别以d1、dn表示，第1次与第n次拉伸系数分别以m1、mn表示，则有m=d/D=15.3/54=0.283；m1=d1/D；m2=d2/d1；mn=dn/dn-1。由于本次研究所选取加工件需经过四次拉伸，所以需做四次拉伸系数计算，确保拉伸系数滿足加工要求。
2模具设计思路
模具设计中，本次研究主要从落料拉伸模结构、四次拉伸模结构等方面着手，设计中首先要求对拉伸模结构进行明确，在此基础上做模具设计，设计结束后做试模工作，判断最终加工件设计是否满足实际应用需求。
2.1落料拉深模结构
对于落料拉伸模结构，条料于定位钉定位，借助相应的导柱与导套使上模做向下运动，卸料板内凸凹模进入后将使条料压住，此时有落料毛坯料形成。在上模向下运动中，夹板、顶杆与压边圈等共同作用有反向压边力形成，使毛坯料进入型腔内。成型后待上下模分离，推板、打杆与机床作用下，推出加工件。模具设计中，还需考虑做凸模、凸凹模的设计，在保证凸模、凸凹模材料合理情况下，做热处理，使硬度达到设计要求。同时注意，设计过程中应防止拉伸中出现大面积摩擦情况，其可能导致零件严重受损。模具设计结束后，需考虑做试模工作，具体的试模要求包括：①对模具装配检查，如材料状态未达到试模要求，一般表现为材料内部有内应力释放，加工件可能出现口部开裂问题，要求保证试模材料状态合理；②若加工件不掉底，需调大压边圈的力，避免有起皱情况发生；③试模中若有加工件拉伤情况，应停止继续操作，判断加工件各接触面情况，及时处理解决[1]。
2.2四次拉伸模结构
四次拉伸模具中，其中的四引、三引与二引有结构有相同的运动方式，所以在研究中主要从四次拉伸模具方面着手。从其结构特征看，在压边圈中放置三引后零件定位，借助相应的导柱与导套使上模做向下运动，当运动后接触至压边圈时，受凸模、夹板、弹簧、拉板等作用，使零件在型腔中成形。待零件成型后，机床将做上下模分离，由打杆作用使四引后零件由型腔推出。需注意的是，该成型过程为最后一次成型，所以需注意凸模、凹模镶件设计的合理性。以凹模镶件设计为例，其表面光洁度的保证建立在拉伸变薄方面，这就要求以零件外径下偏差为依据对凹模型腔尺寸进行控制。此外，对于凹面材料的选择，应以硬质合金为主，原因在于其硬度较高，可有效避免拉伸中粘结瘤的产生。这样在四次拉伸结构合理、凹模镶件设计合理情况下，试模中可发现加工件表面不存在拉毛、拉伤、裂纹表现，与预期设计要求相吻合[2]。
3不锈钢薄板深拉伸成型工艺与模具设计其他注意事项
深拉伸成型工艺的应用与模具设计，尽管可使不锈钢产品质量得以保证，但实际操作中仍有较多注意事项，如润滑剂的合理选用、熱处理工艺选择以及拉伸模具选择、模具加工精度控制等。
3.1润滑剂的合理选用
拉伸成型工艺中，由于材料在挤压下有变形情况，出现模具、材料表面摩擦问题，有热量产生。而对于不锈钢材料，本身不具备较强的导热性能，在热量散发上速度较慢，易发生模具拉伤、表面会受损情况，严重时将导致零件报废。对此，在拉伸成型工艺应用下，应考虑润滑剂的选用，要求润滑剂在满足润滑、冷却效果的同时，涂覆、清洗都较为容易。实际选择中，可考虑水基润滑剂，其在润滑性上较好，且满足水冷却性能要求。
3.2热处理工艺选择
拉伸成型中，材料本身为冷挤压变形，有冷作硬化现象出现，这种现象易降低材料塑性成型性能，使材料进一步变形受阻，出现零件开裂问题。对此情况，为保证拉伸成型性能，要求借助去应力退火工序，使内应力消除，保证零件成型顺利。如部分研究中指出，在去应力工艺选择上，考虑以真空炉加热方式为主，取温度环境870℃±20℃，将零件置于其中240min，待冷却温度为室温取出[3]。
3.3其他注意事项
深拉伸工艺应用下与模具设计中，除在润滑剂与热处理工艺上有严格要求外，也包含其他注意事项，如做好拉伸模具材料的合理选择、模具加工精度的控制等。首先，在拉伸模具选择方面，考虑到加工过程中工件可能出现划伤、划痕问题，为使破损率降低，便要求在拉伸模具上做好选材工作，选择中一般强调与拉伸件在物化性能、力学性能上均不相同材料。其次，在模具加工精度方面，深拉伸工艺中材料受拉伸应力、压缩应力共同影响，假若模具表面较为粗糙，将导致拉伸阻力提高，影响拉伸，所以拉伸质量的控制关键在于做好模具表面粗糙度的控制。同时，模具“挖心”的现象可能出现，其主要指相比模具外径处厚度，内径平面厚度较低，导致模具使用寿命缩短。对此情况，要求对于拉伸件表面需做精磨处理，确保其粗糙度、平行度等问题得以解决。除此之外，拉伸成形过程和压边力的大小、均匀度、拉伸速度等也存在一定关系，如在压边力方面，若控制不当，易在拉伸中出现塑性变形剧烈硬化，且有起皱情况存在，要求保持较大压边力。而在拉伸速度、均匀度等方面，则要求结合实际拉伸件拉伸要求进行控制，确保拉伸件加工质量达到最佳。
结论：深拉伸成型工艺的应用于模具设计是不锈钢薄板加工中需考虑的主要问题。本次研究中主要取圆形套筒作为实例，分析深拉伸成型工艺在其中的应用，并做落料拉深模结构、四次拉伸模结构的设计，同时提出加工中相关注意事项，包括润滑剂的合理选用、热处理工艺选择以及拉伸模具选择、模具加工精度控制等，这样才能保证加工精度，被用于相关的工业领域中。
参考文献：
[1]潘艳丽. 超窄间隙焊接焊剂带的制作工艺及焊接接头性能[D].兰州理工大学，2012.
[2]王英男，潘利剑，刘国峰，等. 工艺间隙对气囊法成型复合材料圆管性能影响[J]. 玻璃钢/复合材料，2016，（08）：87-91.
[3]李伟光，林思引. 基于机器人的不锈钢厨具拉伸成型自动生产线构建[J]. 制造技术与机床，2012，（04）：75-77+81.
关键词：不锈钢薄板；深拉伸成型工艺；模具设计
前言：作为当前工业领域中常用的材料，不锈钢材料本身在工艺性能、使用性能上都有一定的优势。本次研究中主要选择由不锈钢薄板构成的套筒为对象，不锈钢材料为06Cr19Ni10奥氏体型不锈钢，有低温韧性、可塑性、耐腐蚀性等优势，但值得注意的是做套筒加工中，若直接以传统数控加工方式为主，将面临加工难度大、费时费力等问题，此时便可考虑引入拉伸模模具成型方法，可使加工质量得以保证。因此，本文对不锈钢薄板深拉伸成型工艺与模具设计研究，具有十分重要的意义。
1不锈钢薄板深拉伸成型工艺
1.1研究对象
本次研究中所选取对象为薄壁厚度为0.3mm的深型腔结构，其深度、内径比控制为2：3。因壁厚过薄不适合采用精铸或直接数控加工，可能会导致型腔变形，且不利于大批量生产。
1.2工艺方案选择
深拉伸工艺应用下，要求圆筒形件在拉伸系数、毛坯尺寸上合理控制，且保工序尺寸满足拉伸模设计要求。以圆筒形件拉伸规律为依据，且选择拉伸面积相等为条件，进行套筒拉伸毛坯尺寸的确定，可为Φ54mm。同时对压边圈下圆筒形拉伸件拉伸系数确定，具体确定中一般需借助相关的公式，如毛坯尺寸、工件直径、总拉伸系数分别以D、d、m表示，第1次与第n次拉伸时拉伸件直径分别以d1、dn表示，第1次与第n次拉伸系数分别以m1、mn表示，则有m=d/D=15.3/54=0.283；m1=d1/D；m2=d2/d1；mn=dn/dn-1。由于本次研究所选取加工件需经过四次拉伸，所以需做四次拉伸系数计算，确保拉伸系数滿足加工要求。
2模具设计思路
模具设计中，本次研究主要从落料拉伸模结构、四次拉伸模结构等方面着手，设计中首先要求对拉伸模结构进行明确，在此基础上做模具设计，设计结束后做试模工作，判断最终加工件设计是否满足实际应用需求。
2.1落料拉深模结构
对于落料拉伸模结构，条料于定位钉定位，借助相应的导柱与导套使上模做向下运动，卸料板内凸凹模进入后将使条料压住，此时有落料毛坯料形成。在上模向下运动中，夹板、顶杆与压边圈等共同作用有反向压边力形成，使毛坯料进入型腔内。成型后待上下模分离，推板、打杆与机床作用下，推出加工件。模具设计中，还需考虑做凸模、凸凹模的设计，在保证凸模、凸凹模材料合理情况下，做热处理，使硬度达到设计要求。同时注意，设计过程中应防止拉伸中出现大面积摩擦情况，其可能导致零件严重受损。模具设计结束后，需考虑做试模工作，具体的试模要求包括：①对模具装配检查，如材料状态未达到试模要求，一般表现为材料内部有内应力释放，加工件可能出现口部开裂问题，要求保证试模材料状态合理；②若加工件不掉底，需调大压边圈的力，避免有起皱情况发生；③试模中若有加工件拉伤情况，应停止继续操作，判断加工件各接触面情况，及时处理解决[1]。
2.2四次拉伸模结构
四次拉伸模具中，其中的四引、三引与二引有结构有相同的运动方式，所以在研究中主要从四次拉伸模具方面着手。从其结构特征看，在压边圈中放置三引后零件定位，借助相应的导柱与导套使上模做向下运动，当运动后接触至压边圈时，受凸模、夹板、弹簧、拉板等作用，使零件在型腔中成形。待零件成型后，机床将做上下模分离，由打杆作用使四引后零件由型腔推出。需注意的是，该成型过程为最后一次成型，所以需注意凸模、凹模镶件设计的合理性。以凹模镶件设计为例，其表面光洁度的保证建立在拉伸变薄方面，这就要求以零件外径下偏差为依据对凹模型腔尺寸进行控制。此外，对于凹面材料的选择，应以硬质合金为主，原因在于其硬度较高，可有效避免拉伸中粘结瘤的产生。这样在四次拉伸结构合理、凹模镶件设计合理情况下，试模中可发现加工件表面不存在拉毛、拉伤、裂纹表现，与预期设计要求相吻合[2]。
3不锈钢薄板深拉伸成型工艺与模具设计其他注意事项
深拉伸成型工艺的应用与模具设计，尽管可使不锈钢产品质量得以保证，但实际操作中仍有较多注意事项，如润滑剂的合理选用、熱处理工艺选择以及拉伸模具选择、模具加工精度控制等。
3.1润滑剂的合理选用
拉伸成型工艺中，由于材料在挤压下有变形情况，出现模具、材料表面摩擦问题，有热量产生。而对于不锈钢材料，本身不具备较强的导热性能，在热量散发上速度较慢，易发生模具拉伤、表面会受损情况，严重时将导致零件报废。对此，在拉伸成型工艺应用下，应考虑润滑剂的选用，要求润滑剂在满足润滑、冷却效果的同时，涂覆、清洗都较为容易。实际选择中，可考虑水基润滑剂，其在润滑性上较好，且满足水冷却性能要求。
3.2热处理工艺选择
拉伸成型中，材料本身为冷挤压变形，有冷作硬化现象出现，这种现象易降低材料塑性成型性能，使材料进一步变形受阻，出现零件开裂问题。对此情况，为保证拉伸成型性能，要求借助去应力退火工序，使内应力消除，保证零件成型顺利。如部分研究中指出，在去应力工艺选择上，考虑以真空炉加热方式为主，取温度环境870℃±20℃，将零件置于其中240min，待冷却温度为室温取出[3]。
3.3其他注意事项
深拉伸工艺应用下与模具设计中，除在润滑剂与热处理工艺上有严格要求外，也包含其他注意事项，如做好拉伸模具材料的合理选择、模具加工精度的控制等。首先，在拉伸模具选择方面，考虑到加工过程中工件可能出现划伤、划痕问题，为使破损率降低，便要求在拉伸模具上做好选材工作，选择中一般强调与拉伸件在物化性能、力学性能上均不相同材料。其次，在模具加工精度方面，深拉伸工艺中材料受拉伸应力、压缩应力共同影响，假若模具表面较为粗糙，将导致拉伸阻力提高，影响拉伸，所以拉伸质量的控制关键在于做好模具表面粗糙度的控制。同时，模具“挖心”的现象可能出现，其主要指相比模具外径处厚度，内径平面厚度较低，导致模具使用寿命缩短。对此情况，要求对于拉伸件表面需做精磨处理，确保其粗糙度、平行度等问题得以解决。除此之外，拉伸成形过程和压边力的大小、均匀度、拉伸速度等也存在一定关系，如在压边力方面，若控制不当，易在拉伸中出现塑性变形剧烈硬化，且有起皱情况存在，要求保持较大压边力。而在拉伸速度、均匀度等方面，则要求结合实际拉伸件拉伸要求进行控制，确保拉伸件加工质量达到最佳。
结论：深拉伸成型工艺的应用于模具设计是不锈钢薄板加工中需考虑的主要问题。本次研究中主要取圆形套筒作为实例，分析深拉伸成型工艺在其中的应用，并做落料拉深模结构、四次拉伸模结构的设计，同时提出加工中相关注意事项，包括润滑剂的合理选用、热处理工艺选择以及拉伸模具选择、模具加工精度控制等，这样才能保证加工精度，被用于相关的工业领域中。
参考文献：
[1]潘艳丽. 超窄间隙焊接焊剂带的制作工艺及焊接接头性能[D].兰州理工大学，2012.
[2]王英男，潘利剑，刘国峰，等. 工艺间隙对气囊法成型复合材料圆管性能影响[J]. 玻璃钢/复合材料，2016，（08）：87-91.
[3]李伟光，林思引. 基于机器人的不锈钢厨具拉伸成型自动生产线构建[J]. 制造技术与机床，2012，（04）：75-77+81.