铝质易拉罐成形工艺及模具(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-27 原文发表:2007-06-27 人气:40

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由此可见，凹模锥角的合理确定应同时考虑变形区材料的变形特点以及模具与工件间的摩擦状况，凹模锥角合理范围的确定对拉伸工艺有着直接的影响。工艺试验表明，对于CCB-1A型罐用铝材3104H19，其凹模锥角合理取值在α=5°-8°为宜。

底部成形工艺分析。罐底部成形发生在凸模行程的终点，采用的是反向再拉伸工艺。图4为罐底成形受力状况示意图，底部成形力主要取决于摩擦力的性质以及压边力的大小。通常，材料的厚度和强度是一对矛盾，材料愈薄，强度愈低，因此轻量化技术要求减少罐底直径及设计特殊的罐底形状。工艺试验表明，罐底沟外壁夹角若α1大于40°，将大大减小罐底耐压。考虑到金属的成形性，凸模圆弧R不能小于3倍的料厚。但R太大，将会减小强度。球面和罐底沟内壁圆弧R1，至少为3倍料厚，通常R1取4~5倍料厚。减小罐底沟内壁夹角α2，将增加强度，生产中大多数采用10°以下。

罐底部有两处失效点：一为底部球面；二为连接球面和侧壁的罐底部圆弧R。罐底球面的强度取决于以下几个因素：材料的弹性模量、底部直径、材料的强度、球面半径以及在底部成形时金属的变薄程度。罐底球面半径常用公式R球=d1/0.77确定，实际取R球=45.72mm

3模具设计与制造

3.1罐体拉伸模

罐体拉伸过程实际上是筒形件的拉伸过程，拉伸过程中，其材料的凸缘部分在压应力作用下易失稳，导致起皱，因此必须考虑设置防止起皱的压边装置。当材料通过凹模时，凹模圆角部分是一个过渡区，其变形较复杂，除了径向拉伸与切向压缩外，还受弯曲作用，因此凹模圆角选择尤为重要。材料通过凹模圆角后，处于拉伸状态，由于拉伸力来自凸模压力，是经过凸模圆角处传递的，凸模圆角处的材料变薄最严重，此处成为最易破裂的危险断面。

落料一拉伸组合模结构如图5所示。

(1)模具材料：凸、凹模均选择镶硬质合金的材料。

(2)变形量：在易拉罐行业内，一般采用拉伸比δ表示变形量，δn=(dn-1-dn)/dn-1×100%，按此公式，计算如下：

首次拉伸取δ1=(d0-d1)/d0×100%=(140.2001-88.951)/140.2004×100%=36.6%。
再拉伸取δ2=(d1-d2)/d1×100%=(88.951-66.015)/88.951×100%=25.8%。一般要求2次总拉伸比δ≤64%，δ1≥δ2≥……≥δn，δ1≤40%。

(3)压边装置：采用波形压边圈，0.2-0.3MPa压缩空气作为动力源。

(4)拉伸模工作部参数：

圆角半径：拉伸凹模圆角半径rA取3.556mm，再拉伸凹模圆角半径rA取1.78mm。拉伸凸模圆角半径rB取2.921mm，再拉伸凸模圆角半径取rB2.286mm。

间隙：

拉伸模凸、凹模单边间隙Z/2大，则摩擦小，能减少拉伸力，但间隙大，精度不易控制；拉伸模凸、凹模单边间隙Z/2小，则摩擦大，增加拉伸力。

单边间隙Z/2可按以下公式计算：

Z/2=tmax Kt

式中 tmax--最大料厚，取0.285 0.005mm
t--公称料厚，取0.285mm
K--系数，当t<0.4mm时，取0.08

则Z/2=0.290 0.08×0.285=0.313mm。

3.2变薄拉伸模易拉罐罐体成形实际上是将再拉伸和3道变薄拉伸组合在一起的组合工序。现将变薄拉伸模的设计介绍如下：

(1)模具材料。凸模：基体材料为合金工具钢，凸模材料为M2，热处理硬度60~62HRC，镀TiN。凹模(变薄拉伸环)：基体材料为合金工具钢，模口材料为硬质合金(牌号为VALENITEVCID-H.L.D或KE-84KENNAMETAL)。

(2)变形量。变薄拉伸比方的计算公式为：δ=(tn-tn-1)/tn×100%，其中tn、tn-1分别为n次及n-1次变薄拉伸后的零件侧面壁厚，计算得：δ1=(0.285-0.225)/0.285×100%=21.05%；δ2=(0.225-0.170)/0.225×100%=24.44%；δ3=(0.170-0.106)/0.170×100%=37.65%。

制罐工厂常常根据给定的材料厚度、罐体厚、薄壁要求、拉伸环和凸模尺寸、拉伸机精度等条件，编制拉伸环和凸模的匹配表供技术人员、模具维修人员和操作人员选配凸模和拉环。

(3)模具的工作部分参数。凸模：凸模圆弧R1.016±0.025mm，再拉伸凸模圆弧R2.286mm，罐底沟外侧壁圆弧R10.478±0.013mm。变薄拉伸环：凹模锥角α=5°，工作带宽度h=0.38 0.25mm。

3.3罐底成形模

罐底成形模结构如图6所示。

罐底凸模材料选用合金工具钢Crl2MoV，热处理硬度60~64HRC，其轮廓形状应与罐型设计一致。底压边模材料选用合金工具钢Cr5MoV，热处理硬度58~60HRC，其轮廓形状应与凸模相匹配。

4 结束语

(1)拉伸工序考虑的重要因素有：拉伸比、凸、凹模圆弧半径、凸、凹模间隙、铝材机械性能、润滑、作业参数。
(2)变薄拉伸工序中凹模锥角。的大小关系到变形区金属的流动性质、应力大小以及模具的受力情况，合理的取值范围为α=5°-8°。
(3)合适的罐型设计是轻量化技术能否实施的关键。研究表明，对于CCB-1A型罐，设计参数选择：底沟外壁夹角α1=32°，罐底沟内壁夹角α2=5°，凸模圆弧R=1.016mm，球面和罐底沟内壁圆弧R1=1.524mm，罐底球面半径R球=45.72mm，可以大大增加罐体强度。 (

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