提高钢桶口件螺圈材料利用率的方法

冷传新

一、问题的提出
图1所示为钢桶桶口件螺圈，其材料为厚度3mm，宽105mm的日本进口带钢。过去的工艺为大螺圈采用落料Φ98mm进行拉伸冲孔，其材料利用率仅为54%；小螺圈采用双排落料Φ60mm进行拉伸冲孔，材料利用率也很低。为此，我们根据生产实践总结出了一种节约材料的新工艺。对大螺圈采用落料Φ105mm拉伸，而后冲孔成形，得到Φ60mm余料，再种用此余料加工小螺圈，效果很好。

图1

二、工艺计算与分析
为使大螺圈的内落余料成为加工小螺圈的坯料，第一要保证余料达到Φ60mm。第二在保证凸缘直径的前提下使拉伸高度足够大，以满足后道工序的加工要求，如图2所示。

图2

根据拉伸变形理论，影响拉伸高度的主要因素有三方面。

（1）拉伸的极限变形程度；

（2）板材的机械性能；

（3）模具的几何形状、间隙及润滑等。

下面逐项分析。

根据参考文献[1]知：

其中：D——毛坯直径（mm）；

df——凸缘直径（mm）；

d——拉伸直径（中径）（mm）；

h——拉伸高度（mm）；

R——凸缘外圆角半径（mm）；

r——筒底外圆角半径（mm）

按图2可知，D=105mm；df=88mm；d=60.5mm；R=6.5mm；r=4.5mm，代入公式得h=22mm。则制件总高H=h+δ=25mm。由于拉伸高度与很多因素有关，因此实际的拉伸高度h需要试模才能确定。经试模，实际的拉伸高度Hmax=28mm。

经上述分析可看出，只要使材料达到最大变形程度，即可满足新工艺要求。

三、模具的改进

为了达到图2的要求，我们改进了模具，将凸模圆角减小到R3mm，这样可使内落余料达到Φ60mm，此余料是沿图2A处断裂的。又根据拉伸变形的力学特点，制件在凸模圆角处受双向拉应力，拉伸一开始，材料就受到弯曲变形，该处变薄最严重，也是最容易发生破裂的区域。所以，只有减小拉伸阻力，才能防止制件在未达到一定拉伸高度的情况下发生破裂，以提高拉伸极限，保证拉伸质量。因此我们把凹模圆角半径增大到R5mm，使用润滑油，以减小拉伸阻力；合理调整压边力的大小，合理调整模具之间的间隙，使拉伸达到预想的高度值。经反复试验，取得成功。

四、技术经济效益

1、从技术上看，工艺改进后加工出的大螺圈完全满足设计要求，只要凸、凹模更换即可，小螺圈加工仍采用原工艺，模具不用改进，而且省去了落料工序。

2、从经济上看，工艺改进后，不但大螺圈的内落余料得不了利用，而且节省了小螺圈的全部原材料，材料利用充提高到80%以上，为国家节省了外汇。

参考文献

[1] 编写组，《冷冲模设计手册》

[2] 日本塑性加工学会，《压力加工手册》