易拉罐变薄拉伸成形分析.doc

易拉罐变薄拉伸成形分析?冲模技术?NI田国趋1目r檩具蜊田国1目r檩具CHINA.U.RINIMOULD易拉罐变薄拉伸成形分析漳州职业技术学院(福建漳州363000)叶凯【摘要】分析了铝质易拉罐生产过程中采用较薄铝板材时应采取的技术改进措施,重点讨论了冲杯,变薄拉伸,缩口/翻边三道冲压工序的模具及参数的改进.关键词冲压模具易拉罐拉伸成形1引言铝质易开盖两片罐(简称易拉罐)是一种深受消费者欢迎的包装物,广泛应用于饮料,啤酒等行业.易拉罐的主要原料是铝质薄板,其成本占原辅材料总成本的70%左右,降低铝板的单耗就成为降低易拉罐生产成本的主要措施,而减薄罐用铝板的厚度,降低单罐所耗用的铝板重量是降低易拉罐成本的重要技术手段.因此,如何在保证产品性能的前提下,进一步降低所用铝板的厚度就成为了易拉罐行业技术进步的重要方向.铝质易拉罐生产流程较复杂,主要由冲压,金属表面处理,印刷,在线检测,包装等工艺组成,其工艺流程如图1所示.冲杯H变薄拉伸/修边卜清洗及烘干H印刷及烘干堡堡H塑旦塑望H竺竺H竺皇茎图1易拉罐生产工艺流程在工序之间用气垫,真空吸附,输送带等形式的输送道相连接.从上述工艺流程中可以看出,生产线共有冲杯,变薄拉伸/修边,缩口/翻边3道精密冲压工序,其使用较薄铝材所需的技术改进措施主要与冲压工序有关.0.30mm厚度是罐用铝材减薄的重要分界点,罐用铝材厚度从初期的0.351mm逐步降至0.30mm,技术改进措施是改变冲杯,变薄拉伸这两道工序凹,凸模尺寸配比,减小模具间隙,当铝板厚度降至0.30mm以下时,就不能简单地采用上述办法,必须系统地改进冲压工序模具间隙,形状,尺寸等技术条件,这些工序之间的输送系统也要相应地改进.2技术改进措施分析2.1冲杯工序该工序是一道复合冲压工序,包括冲裁及拉伸,即把薄铝板冲裁成圆坯,再拉伸成杯状毛坯供变薄拉伸工序使用,如图2所示.=/一J.-铝板材冲裁r,【.圆坯坯状工件图2冲杯工序图当所用铝材厚度减至0.30mm以下时,该工序模具需做如下改进(本文铝板厚度t取0.29mm,并将该数据带入各种计算公式).(1)减小冲裁模切刀间隙.该冲裁工序对冲裁件的精度要求一般,且冲裁件还需继续塑性变形,故冲裁模单面间隙比值(t/8)取7,0-10(8为冲裁模切刀单面间隙,t为材料厚度),即单面间隙可取0.021mm,一般可采用凹模内径不变,增大凸模外径的办法来减小切刀间隙.(2)改进拉伸模.拉伸模改进有3个要点:加大拉伸模直径;减小拉伸模具尺角;减小凹,凸模间隙.a.力大拉伸模直径.加大拉伸模直径,使拉伸后工件直径加大,这是使用较薄铝板采用的最主要的技术措施从图1可以看出,冲杯工序实际是为下道变薄拉伸工序准备杯状毛坯,对于变薄拉伸工序(变薄拉伸由1道普通拉伸和3道变薄拉伸组合而成)而言,其普通拉伸模圆角半径r凹与冲杯后毛坯尺寸存在如下关系:r=0.8,/式中r变薄拉伸工序中拉伸凹模圆角半径模具制造)2004年第5期?19?It/I由国超1ir檩具朔,由国赶1ir梗具CHINA,.UR_IHIMOUL.?冲模技术?D冲杯后毛坯直径tz毛坯材料厚度变薄拉伸后工件直径在上述的公式中,由于成品的尺寸不变,因而变薄拉伸后工件直径d也是不变的,当毛坯材料厚度t减小时,为维持等式的平衡,就必须减小该拉伸凹模半径r或增大冲杯后毛坯直径D,或r,D同时变动(以二者同时变动为佳,r的变动在本文的变薄拉伸工序将详细讨论),毛坯直径D的变动实际就是增大经冲杯工序加工后工件的直径,也就是增大冲杯工序拉伸模凹,凸模的工作面直径,根据试验,在冲裁直径不变的情况下,拉伸凸模直径由原来的b86mm增大至+89mm为佳.b.减小冲杯拉伸凹,凸模的月角.对于冲杯拉伸凹模,其圆角半径尺可取材料厚度的1O倍左右,即R=lOt,当材料厚度减至0.29ram,可减至2,9mm左右.对于冲杯拉伸凸模,其圆角半径尺可取尺的O.61倍,根据经验,该系数取O.85为佳.c.减小凸,凹模间隙.由于冲杯工序的冲压为有压边圈的拉伸,因此,其间隙系数可取1.01.1,即拉伸凹,凸模的单面间隙取0.30ram.2.2变薄拉伸/修边工序变薄拉伸工序是一道带有压边的复合冲压工序,由1道普通拉伸,3道变薄拉伸和1道底部反向拉伸工序组成,如图3所示.图3变薄拉伸,修边工序图1.底模压边圈2.底模凸模3.变薄拉伸凹模4.凸模5.拉伸凹模6.压边套筒压方向在一次冲压行程中,将杯状毛坯冲成底部拱凹的薄壁筒状工件,如图4所示.减薄材料后,该工序需做如下改进:(1)减小拉伸凹模圆角半径r.1.j.一杯状毛坯变薄拉伸修边图4杯状毛坯底部成形工序图上面已提到,普通拉伸凹模圆角半径r与毛坯材料厚度t存在如下关系:r:O.8,/(Dd)t.当材料厚度t降低时,r应相应减小,当材料厚度为0.30-0.28mm时,r取1.90ram或更小些为佳.(2)减小压紧套筒直径及圆角半径尺.该压紧套筒的作用是拉伸过程中压紧杯状毛坯,如图5所示.冲压方向图5拉伸过程1.拉伸凹模2.杯状毛坯3压边套筒4.拉伸凸模由于杯状毛坯直径比原坯大,因此,压边套筒的外径也需相应增大.使用较薄材料后,毛坯的相对厚度也变薄,拉伸时更容易产生失稳起皱,可采用:增大压边套筒压力;减小压边套筒圆角半径尺压,减小尺可增大压边面积并控制金属流动,该数值可取尺1.7mm左右.(3)改进底部成形形状.底部成形由凸模与底部成形模反向拉伸而成,如图6所示,由于毛坯厚度减薄后成形时会产生两个问题:底部外侧I产生折皱;底部拱状强度不够,造成受罐内饮料的内部压力向外突起为避免上述问题,采取措施:适当改进凸模头部形状及与之配合的底成形模压边圈曲线形状,控制成形时金属流动;加深底部拱状日的高度,以增强底部承压力.(4)凸模采用热稳定性较好的材料,以减小凸模在冷热机状态下尺寸变化对产品尺寸精度的影响.目前?2O?模具制造2oo4年第5期?冲模技术?凸模常用的材料多为高速工具钢,罐体成型后,筒壁最薄处厚度为0.10mm,上下偏差不超过0.01mm,由于变薄拉伸一般在270次/rain以上高速冲床上工作,凸模在冷热机状态下形状尺寸的变化将对罐体尺寸精度产生影响,因此,可采用热膨胀系数较小又有较高机械强度的合成陶瓷材料做为凸模用材.图6反向拉伸成形时受力状况(5)凹,凸模工作面尺寸配比.由于所采用的毛坯厚度变薄,冲压后罐体壁厚也相应变薄,但罐体的轴向尺寸及内径不变,因此,凸模的外径不变,可相应减小各道凹模内径.(6)设备精度.冲压过程中,罐壁的厚度公差除了由凹,凸模各自的误差决定外,还取决于凹,凸模的位置误差,凹,凸模各自的误差是静态的,而位置误差即模环的内表面与凸模外表面的同轴度是动态的,其重复精度由带动凸模的冲杆的运动精度决定,在设备设计性能稳定的情况下,冲床的维护保养决定了滑块运动的重复精度,易拉罐生产线较早装备的变薄拉伸机多为机械导轨式,其滑块的运动精度低,现已大多改进为液体静压轴承式,重复精度及稳定性大大提高,重要的是要做好静压轴承的维护保养,使用越薄材料,罐体尺寸精度要求越高,静压轴承的维护越显重要.由于材料的各向异性,经变薄拉伸后的罐口会出现制耳现象,修边即是将罐体的制耳部分切除,使罐口平整,由于材料厚度变化不是很大,修边装置无需改进.2.3缩口/翻边由图1可以看出,经过变薄拉伸/修边后,易拉罐已大致成形,经表面处理及外印后,就进入缩口/翻边工序,该工序是易拉罐成形的最后一道工序,该工序的加工质量直接关系到饮料啤酒厂家灌装时的封口质量.易拉罐的缩口模具大多采用带有支撑模芯的整体凹模,目前市场普遍采用的206罐型即是把b66mm外径的罐体口部缩减成4,57.4mm左右的口径,整个工序由3至6道缩口完成.由于采用较薄材料,缩口前罐体.su疑ll,qp【l】国超1目r模具CHNAS正蹦MoULD口部厚度也相应减小,为避免罐口失稳起皱,应根据罐口厚度的减小量相应加大各道支撑模芯外径,凹模内径可保持不变.罐体缩口后就进入翻边,翻边就是利用旋轮对罐口进行普通旋压,如图7所示.翻边旋轮<一蓝.J一-一一.一:/:<一一图7罐体翻边旋压翻边后,罐体口部形成一定弧度(如图8所示),便于在灌装时与易开盖配合.缩颈后图8缩口,翻边翻边后旋压式翻边模的旋压头如图9所示,当罐口口部厚度减薄后,可对翻边模做如下改进:增加每套翻边模的旋压头数量,可增至每套45只;适当减小Ot,R的数值,可增加罐口的刚性,减少罐子在输送时罐口整体变形或局部损伤.,图9旋压式翻边模旋压头2-4输送系统易拉罐生产线工序之间的输送均为自动输送,主要形式由真空吸附式,链板输送带式,网状输送带式,皮带夹持式,气垫输送式,单排导轨式,由于材料减薄后,罐体刚度有所降低,在输送过程中应避免罐体相互模具制造)2004年第5期?21?BURINI由国超1目r梗具田国赶1目r梗具CHINA.UR_INIMouLD?冲模技术-进口盒形壳体拉伸挤切复合模设计改进江西新余长林集团长林机器公司(江西新余338029)钟翔山【摘要】系统介绍了盒形壳体拉伸挤切复合模结构及工作过程,针对零件挤切后口部呈尖锐刃口状现象,进行了分析,找出了原因,改进了模具结构,消除了加工缺陷.关键词盒形壳体拉伸挤切复合模l前言图1是某中外合资企业生产的某微型电机上的零件壳体(半成品),采用0.6mm厚13本进口电镀锌板SECDE24制成.根据合资双方合作要求,整个电机产品技术图纸资料由外方负责设计后提供给中方,中方具体负责各个零件的生产及电机的总体装配,生产的产品经外方验收合格后出口到该国销售.我公司承揽了该合资企业的壳体模具协作加工任务.图1零件图2工艺方案分析根据外方提供的技术资料,可明确其工艺方案分二道工序,即:首先落料并首次拉伸零件,其中首次拉伸后高度约为22mm,拉伸宽度为20mm,拉伸长度为25mm;然后进行第二次拉伸并挤切修边达到产品要求各尺寸.为进一步消化吸收外方资料,针对零件结构,进行了工艺性分析:根据零件结构可知:该件为一矩形拉伸件,对于矩形件拉伸,其相对圆角半径r角/B=5/15=0.33,相对高度/B=25/151.67,根据矩形件拉伸分区判断条件,可确定其拉伸分区位置属于高矩形件.又由于其毛坯相对厚度为8/Bx100=4,查表可知该件一次扣伸零件能达到的最大相对高度H/r=3.8<1t零/r零=25/5=5,因此,该零件不能一次拉伸成形,根据资料提供的矩形件多次拉伸所能达到的最大相对高度,可知该零件加工须经过二次拉伸.为谨慎起见,对拉伸各工序的过渡形状及尺寸进行了核算,结果各尺寸吻合良好.由此可见,外方的工艺方案制订是合理的,与我们利用国产资料介绍的数据计算结果是一致的.3模具结构及其工作过程根据上述各工序安排,整个零件加工分别设计了2副专用模具.第1副落料及初次拉伸与国产典型结构较为一致,此处不再详述.第2副为拉伸挤切复合模,其结构如图2示.该模具工作过程为:冲床滑块上行,模具开启,顶杆1O,顶板13将弹簧14的弹力传递到压边圈3而碰撞而形成凹坑或变形,影响外观质量,上述提到的皮带夹持式