０引言
在国民经济高速发展的现代，薄壁深孔筒形件作为一种常见零件，其在国防建设、电子通讯等各领域得到广泛应用。由于薄壁深孔筒形件不但具有高径比大、孔深壁薄带底的几何特性，而且有的产品还有一定机械性能要求，则其在加工过程中变形量较大，成形具有一定难度，因此用普通的拉深工艺方法加工，具有拉深和退火工序多、生产周期长等不足之处，而当采用变薄拉深成形工艺加工时，上述不足之处均可以得到较好解决。因变薄拉深成形工艺是利用材料的塑性变形减小拉深件壁厚，增加拉深件高度的一种冲压成形工艺方法，也就是说变薄拉深可以采用较大的变形加工量，较少的工序就能获得金属晶粒组织细密、强度高的薄壁深孔筒形件［１－３］，因而变薄拉深是薄壁深孔筒形件主要的制造方法之一。
１零件分析
图１所示为某铜质薄壁深孔筒形件的零件简图，其是电子发射管部件中的一个重要零件。该筒形件材质要求为Ｔ２铜，尺寸精度要求较高，其几何形状特点是：高径比大（成品为７），筒体和底部均为３ｍｍ厚，内腔锥度小（锥度小于１∶１０００）。同时，在产品的技术要求中可知，除了不允许有拉深常见的疵病外，对机械性能没有作特殊要求，关键点是该产品要求其内腔在抽真空、高压静电状态下，产品筒体及底部不允许有烧蚀、漏气等缺陷出现。这就要求该薄壁深孔筒形件在加工过程中，需要采用大的变形量以保证产品晶粒组织均匀与细密，进而满足产品不烧蚀、不漏气的要求。由此可知，其难点是在该筒形件最后一次变薄拉深成形工序的设计中。
２工艺分析及制定
在薄壁深孔筒形件的工艺设计中，如何以最少的拉深工序和退火次数、以最低的材料消耗、最高的模具寿命和最短的生产周期，拉制出满足质量要求的制品，是变薄拉深成形工艺设计的一个重要出发点。再一个是在薄壁深孔筒形件最后一次变薄拉深成形加工过程中，如何保证产品质量，制品能够顺利地从凸模上卸下，也是成形工艺设计的一个关键点。综合上述，依据该薄壁深孔筒形件的几何形状特点，以及满足产品在抽真空、高压静电状态时，筒体及底部不允许有烧蚀、漏气的技术要求，为节约模具成本、提高经济效益，结合公司现有的生产设备情况，同时借鉴以往成熟的工艺设计经验，经过对几种不同材质、不同尺寸深孔筒形件的分析与比对，决定在４次变薄拉深成功运用的基础上，采用３次变薄拉深成形的工艺方案，进行该筒形件变薄拉深成形加工。在３次变薄拉深成形工艺设计中，采取的技术措施有２点：（１）加大（热）反挤毛坯变形程度，进而得到体部较高的毛坯，为减少变薄拉深次数初步奠定前期条件；（２）提高各次变薄拉深系数，为减少变薄拉深次数再次创造技术条件。制定的工艺流程为：下料→尺寸检验→（热）反挤毛坯→酸洗→内磨→第一次变薄拉深→切口、车外圆→第二次变薄拉深→热处理→第三次变薄拉深→热水洗→切口→压底→转后续工序。薄壁深孔筒形件变薄拉深工序示意图如图２所示。
３模具结构设计
综合上述分析，根据薄壁深孔筒形件几何形状特点，考虑模架的通用性，以及模具调试容易、操作简单、模具的快速更换及工作面清理方便等因素，结合公司模具设计、制造和使用传统，模具结构设计成如图３所示结构形式。该套模具具有通用性强，在加工不同深孔筒形件时，只需要更换不同制品的凸模１１、凹模８和退料插板１０即可生产加工，其他零件为通用零件。变薄拉深工艺使用的设备为立式双柱水压机，水压机最大开启高度为２７００ｍｍ。
３．１凸模设计
由于该薄壁深孔筒形件高径比较大，使得最后一次变薄拉深用凸模就要相对设计得较长，因此必须严格控制凸模的淬火硬度。因为，硬度太高容易断裂损坏；硬度太低，在工作时凸模又容易变形、产生纵向弯曲使凸模失稳，其不但会影响凸模使用寿命，使其过早磨损，还会造成半制品壁厚差超出工艺要求、良品率降低的现象。设计中，凸模材料采用Ｔ１０Ａ钢，热处理要求为５８～６３ＨＲＣ。在生产实践中发现硬度在６０～６１ＨＲＣ时为最佳状态。
３．２凹模设计
在薄壁深孔筒形件的变薄拉深成形加工过程中，当工件较长、且采用液压设备拉深时，宜用浮动形式，以便于模具自动对中。为此，根据薄壁深孔筒形件的形状特点，将凹模设计成浮动形式，其特点是凹模８放置在凹模盖板６和凹模环７之间，使其处于自由状态，工作时在凸模及半制品作用下，凹模自动与凸模对中，由于凹模是活动的，故取放凹模非常方便。
３．３退料插板设计
在变薄拉深结束后，半制品与凸模贴合得很紧，一般用退料卡环将制品卸下，因此，退料卡环的设计也是重要一环。对退料卡环的要求是：退料可靠、不划伤半制品外表面，也不能将半制品口部卡坏，结构尽量简单。根据Ｔ２紫铜硬度较低的特点，设计中采用手动退料插板。因为，如果采用环形退料卡瓣的形式，容易将半制品外表面划伤，严重时有报废的可能。手动退料插板工作过程是：当制品变薄拉深结束后，将退料插板推到工作位置；在压力机回程时，退料插板将制品从凸模上退下，而后将退料插板退出工作位置，准备下一个制品的拉深。
４工艺设计中注意问题
在变薄拉深成形工艺设计中，往往由于变形工序或某个工序设计的不妥，则难以保证工艺的可行性、稳定性、成品质量和经济实用性，也难以保证变薄拉深成形工艺的设计成功。因此，工艺设计时还需要注意以下３个问题。
４．１控制壁厚差
在变薄拉深加工过程中，半制品壁厚差应当严格控制，其原因有２种：（１）浮动凹模适用于半制品壁厚差小的情况，如：壁厚差过大时，在变薄拉深过程中是得不到很好纠正的。（２）当采用（热）反挤压制造变薄拉深用毛坯时，因毛坯存在着表面质量差、壁厚差大的缺陷，其对成品质量有着很大的影响，故必须消除此缺陷。因此，为保证薄壁深孔筒形件的尺寸精度要求，并为成形工序制备壁厚差小、表面质量好的半制品，一般在第一次变薄拉深后安排有切口、车外圆工序。切口的目的是：切去毛坯口部偏斜的金属，防止后续拉深时口部断裂，同时也是为获得良好的口部壁厚差打下基础。在生产工艺中要求壁厚差为０．１０ｍｍ，半制品的表面粗糙度为Ｒａ６．３μｍ以下。
４．２润滑
薄壁深孔筒形件在成形过程中，特别是在最后一次变薄拉深时，润滑非常关键。若润滑不好时，就有退料困难、卡坏产品的现象出现。在生产试制过程中，使用的润滑剂是菜油与肥皂水混合乳液，试用效果表明，其既能保证将制品从凸模上顺利退下，又能在后续的清洗工序中将其非常方便地清洗掉。
４．３模具预热
在变薄拉深生产加工中，特别是在最后一次变薄拉深加工前，必须对模具进行预热，以保证第一件制品能顺利地从凸模上退下。这是因为在变薄拉深时，退料应在拉深结束时立即进行，否则半制品冷却后卡得更紧，不易从凸模上退下［１］。再一个是，如果不对模具进行预热，而直接用冷模具加工生产，在深孔筒形件变薄拉深成形后，特别是在最后一次拉深时退料非常困难，制品口部卡坏的数量将会增多，从而使得良品率大幅度降低。在实际工作中，使用的是工业蒸气对模具进行预热。
５结论
结合某铜质薄壁深孔筒形件的特点，以及其各项技术要求，为节约工装制造成本，提高生产较率，并结合现有技术条件及生产设备，制定了３次变薄拉深成形工艺方案。通过大批量生产验证，该变薄拉深工艺制造的产品质量稳定、生产效率高，模具结构设计合理、操作简单和安全可靠，交验的产品达到了客户各项技术要求，该成形工艺的成功设计与应用，为同类形状铜质薄壁深孔筒形件的工艺设计提供了经验借鉴。
作者：杨利 高大伟 王丹冰 徐言涛 单位：河南江河机械有限责任公司
