關鍵詞：汽車發動機罩；拉深件；模具壽命；均勻塑性流動
鋅基合金模具拉深，適合小批量生產。利用合金材料自潤滑性，拉深的工件表面質量高。另外，合金材料較軟，在拉深過程中由於坯料的壓力會產生微量的塑性變形，從而凸、凹模獲得最佳間隙值，但模具壽命較低。本文以典型汽車外覆蓋件發動機罩爲例，說明爲提高模具壽命，在拉深件設計中應注意的問題。
一、產品與成形工藝
某廠生產的汽車發動機罩(圖1)爲典型的汽車外覆蓋件。產品材料：08Z，料厚：1.0±0.07。
圖1發動機罩
產品要求表面質量好，不允許有波紋、拉痕、擦傷等缺陷，剛性好，棱線清晰，保證內型尺寸。
因小批量生產，故其成形工藝除產品主體形狀用模具在液壓機上拉深成形外，其它修邊、翻邊等工序均由人工加工。
二、鋅基合金模具壽命分析
爲降低產品成本，獲得較好的表面質量，採用鋅基合金模具拉深，模具結構如圖2所示。但是鋅基合金材料較軟，僅表面有一層較硬層(硬度爲 HB100～115)，故模具壽命較低。據該廠情況看，拉深不復雜的衝件，坯料爲08鋼、料厚爲1.0mm，凹模圓角半徑Rd＝5mm，其模具壽命僅 600件。如何提高鋅基合金拉深模的壽命，在拉深件設計時應採取什麼具體措施，是本課題研究的內容之一。
圖2拉深模
1.凹模2.凸模3.壓邊圈4.導板
調查分析本廠生產情況可見，鋅基合金拉深模壽命較低的主要原因是模具的工作表面(凸模表面，壓邊面和凹模圓角部分)產生磨損和拉傷所致。
1.模具磨損
模具工作表面的磨損主要產生於兩種情況：
(1)坯料成形時產生必要的塑性流動對模具工作表面的磨損。
爲實現拉深成形，坯料產生必要的塑性流動，沿壓邊面經過凹模圓角處流入凹模。由於坯料的塑性流動，坯料和壓邊面之間以及坯料和凹模圓角之間產生摩擦而引起模具磨損。這種磨損是不可避免的，但應設法減小。可透過以下兩個方面減少磨損：
1)在拉深件設計時，採取措施減小坯料向凹模內塑性流動的阻力
a.選用較大凹模圓角半徑。例如拉深08鋼，料厚t＝1.0mm時，凹模圓角半徑Rd＝10t。
b.壓邊面採用正向傾斜的型式(圖3)，這有利壓邊面材料向凹模內流動。
圖3
1.凸模2.壓邊圈3.凹模
c.拉深件側壁部設計成傾斜的型式(圖4)，這使凸模和凹模之間的間隙在拉深開始時較大，逐漸減小，直到拉深終結時才形成。這纔有利於壓邊面材料向凹模內流動。
圖4
1.凸模2.壓邊圈3.凹模
d.減小拉深深度，亦可使壓邊面材料容易向凹模內流動。
2)保證坯料壓邊面沿凹模周邊各處材料向凹模內流動儘量均勻。
在拉深過程中，壓邊面相鄰區坯料向凹模內流動應沒有突變。不均勻的塑性流動會導致凹模圓角部分局部磨損過大而減少整個凹模的壽命。生產中拉深圓筒件的凹模壽命比拉深盒形件(非軸對稱件)的凹模壽命高，就是因爲拉深非軸對稱件時，材料向凹模圓角內流動不均勻，導致局部磨損過大。爲保證壓邊面材料向凹模內流動的均勻性，可採取以下措施：
a.改變凹模圓角半徑。覆蓋件拉深，其整個凹模的圓角半徑各處是不同的，應根據拉深件的形狀作合理設計。在壓邊面坯料容易流入凹模處的凹模圓角半徑應小於壓邊面坯料難於流入凹模處的凹模圓角半徑。不同的凹模圓角半徑也可以透過模具試衝時得到。
b.壓邊面上佈置拉深筋。佈置和調整拉深筋是最有效的控制壓邊面坯料向凹模內流動的方法。可沿拉深件周邊佈置一圈整筋。在直邊處和內凹曲邊處佈置短筋，使這部分壓邊面材料向凹模內流動減慢。
(2)拉深過程中坯料沿凸模表面產生相對竄動，而使凸模表面磨損。
坯料沿凸模表面產生相對凸模的竄動是拉深成形不需要的，應避免產生。拉深過程中，坯料應緊貼在凸模表面隨凸模一同運動。產生這種竄動的原因是坯料壓邊面相對部分向凹模內進料速度不一致。拉深件設計時，可採取以下措施來避免坯料相對凸模竄動：
1)壓邊面設計應使拉深凸模頂部與坯料大面積接觸，爲此拉深件壓邊面設計應平行拉深件的底部(圖5)。
圖5
1.壓邊面2.修邊線
2)壓邊面設計應使拉深凸模與坯料接觸面在坯料中間(圖6)。
圖6
1.凹模2.凸模3.壓邊圈
3)採用拉深筋調整壓邊面相對部分的進料速度。在拉深件淺的一邊或拉深件底部圓角大的一邊佈置短拉深筋(圖7)。
圖7
4)拉深件淺的一邊，其凹模圓角半徑取小值，以增大拉深阻力，減小相應部分壓邊面坯料向凹模內流動速度。
5)拉深件設計應各處拉深深度一致。拉深深度差異愈大，拉深時坯料竄動的可能性愈大。
2.模具拉傷
鋅基合金模具工作面容易拉傷產生拉痕，這是因爲合金材料僅表面有一層硬層，一旦表面某部分硬層磨損內部較軟材料暴露出來，磨損將加劇形成拉痕。這種情況產生在拉深過程中壓邊面坯料起皺的.地方。因此，鋅基合金模具拉深防皺是很重要的。在拉深件設計時，可採取以下措施防止模具工作面拉傷：
(1)壓邊面設計應平滑。覆蓋件拉深其壓邊面多數爲曲面形狀，壓邊面由壓邊圈壓緊在凹模壓邊面上不應形成皺紋和摺痕，各部分應平滑過渡。
(2)減小拉深深度。壓邊面設計應使拉深深度減小。拉深深度愈淺，所需毛坯尺寸愈小，拉深時不容易產生起皺現象。
(3)佈置拉深筋。在凹模口部壓邊面處佈置拉深筋，雖不能防止壓邊面坯料起皺，但是壓邊面上產生的活皺在透過拉深筋時可被拉深筋軋平，防止凹模圓角處拉傷。
三、拉深件設計
拉深件的設計是拉深工序的關鍵，對模具的壽命有一定的影響。綜上所述，爲提高模具壽命，拉深件設計應採取一些措施。以汽車發動機罩拉深件(圖8)設計爲例說明其設計要點。
圖8拉深件
1.衝壓方向
拉深件以在汽車上所處的位置進行衝壓，這樣便於以後用實際零件來改制樣件翻制凸模。
2.壓邊面
汽車發動機罩拉深件的壓邊面的形狀(如圖9所示)，爲空間曲面。
圖9壓邊面