說(shuō)到鈑金拉伸，很多人第一反應(yīng)就是“沖壓個(gè)盆子、蓋子”之類(lèi)的。其實(shí)拉伸在鈑金加工里是個(gè)挺有技術(shù)含量的活，它跟折彎、沖孔不一樣，不是簡(jiǎn)單地讓板子彎一下或者打個(gè)洞，而是要讓平板材料“流動(dòng)”成一個(gè)有深度的立體形狀，比如電池殼、水槽、汽車(chē)門(mén)板，甚至飛機(jī)上的蒙皮。這個(gè)過(guò)程如果控制不好，要么拉裂，要么起皺，想做出合格的產(chǎn)品，需要對(duì)材料、模具和工藝參數(shù)有比較深入的理解。

先說(shuō)原理，其實(shí)不復(fù)雜

拉伸本質(zhì)上就是讓金屬材料發(fā)生塑性流動(dòng)。你把一塊平板放在凹模上，凸模往下壓，同時(shí)壓邊圈會(huì)壓住板子邊緣，不讓它隨便翹起來(lái)。凸模往下走的時(shí)候，板子邊緣的材料就會(huì)被拉向中心，逐漸變成一個(gè)“杯子”或者“盒子”的形狀。這里面有兩個(gè)力在較勁：一個(gè)是凸模往下拉的徑向拉應(yīng)力，這個(gè)力幫材料流進(jìn)模腔；另一個(gè)是材料在邊緣堆積產(chǎn)生的切向壓應(yīng)力，如果這個(gè)力太大，邊緣就會(huì)起皺。拉伸工藝的核心就是平衡這兩個(gè)力。

關(guān)鍵參數(shù)決定成敗

先說(shuō)材料的拉伸性能。不同材料的延伸率差別很大，比如普通冷軋板SPCC延伸率大概38%，而不銹鋼304能達(dá)到45%以上。延伸率越高，材料能拉得越深而不開(kāi)裂。還有一個(gè)叫硬化指數(shù)（n值），不銹鋼的n值能到0.45，這個(gè)值越高，材料在變形過(guò)程中越不容易局部變薄開(kāi)裂。

拉伸比是判斷能不能一次拉成的關(guān)鍵指標(biāo)。它等于毛坯直徑除以沖頭直徑。如果拉伸比太大，比如超過(guò)材料能承受的極限，那零件就會(huì)在底部圓角附近開(kāi)裂。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)拉伸深度與直徑的比值超過(guò)0.8時(shí)，就得考慮分兩次甚至多次來(lái)拉了。

壓邊力是防止起皺的主要手段。壓邊力太小，材料在邊緣會(huì)自由堆積起皺；壓邊力太大，材料流不動(dòng)，就會(huì)被拉裂。理想的壓邊力其實(shí)不是恒定的，最好是在拉伸初期小一點(diǎn)讓材料容易流進(jìn)去，到后期大一點(diǎn)防止起皺。這就是所謂的變壓邊力技術(shù)，現(xiàn)在高端設(shè)備已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)了。壓邊力通常按壓邊面積乘以單位壓邊力來(lái)估算，鋼件一般取每平方毫米2到3牛頓。

模具圓角半徑是個(gè)容易被忽略但非常重要的細(xì)節(jié)。無(wú)論是凸模頂部的圓角還是凹模入口的圓角，如果做得太小，材料流過(guò)的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，很容易拉裂。通常建議圓角半徑不小于板厚的1.5倍。凹模的圓角尤其重要，因?yàn)椴牧鲜菑倪@個(gè)拐角流進(jìn)去的。

凸凹模之間的間隙也不容忽視。間隙太小，材料被擠得死死的，摩擦力大增，容易拉裂；間隙太大，零件尺寸精度差，而且側(cè)壁容易起皺。一般來(lái)說(shuō)，單邊間隙控制在板厚的1.1到1.2倍比較合適。

拉伸速度也有影響。速度太快，材料來(lái)不及均勻變形，容易在薄弱處開(kāi)裂。常規(guī)材料的速度通?？刂圃诿棵?到20毫米。當(dāng)然，不同材料對(duì)速度敏感度不一樣，鋁合金比鋼更敏感一些。

極限拉伸系數(shù)是另一個(gè)常用的衡量指標(biāo)，等于拉伸后的直徑除以拉伸前的直徑。這個(gè)系數(shù)一般在0.5到0.8之間，越小代表單次變形程度越大，風(fēng)險(xiǎn)也越高。對(duì)于深拉伸件，通常第一次拉伸的系數(shù)取大一些，后面逐次減小。

材料怎么選，有講究

不同材料在拉伸時(shí)的表現(xiàn)差異很大，選對(duì)材料能省去很多麻煩。

冷軋鋼板是最常見(jiàn)的選擇，性?xún)r(jià)比高，其中SPCC是普通級(jí)，SPCD是深拉專(zhuān)用級(jí)，塑性更好。如果對(duì)成本敏感、外觀要求不高的內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，用冷軋板就夠了。

不銹鋼的塑性其實(shí)比普通鋼還好，304的延伸率能達(dá)到45%到60%，但它的回彈比較大，而且容易加工硬化。也就是說(shuō)拉幾下材料就變硬了，再繼續(xù)拉就容易裂。所以不銹鋼深拉伸要么一次拉到位，要么中間加退火。不銹鋼的好處是不用做表面處理就防銹，適合做廚具、醫(yī)療設(shè)備這些。

鋁合金在拉伸中的應(yīng)用越來(lái)越多，主要是為了輕量化。但鋁合金比鋼難拉得多。5052鋁合金延展性還可以，適合中等深度的拉伸；6061就硬得多，容易開(kāi)裂，不太適合深拉伸。拉鋁合金的時(shí)候?qū)δ＞邼?rùn)滑要求很高，而且很容易出現(xiàn)“起皺”和“開(kāi)裂”并存的情況。

銅合金延展性極佳，但加工硬化很快，而且容易把模具表面拉毛。電器接插件、裝飾性零件常用銅合金拉伸。

還有一類(lèi)專(zhuān)門(mén)為深拉伸設(shè)計(jì)的材料，比如DC04深沖鋼、08Al鋁鎮(zhèn)靜鋼，這些材料的延伸率很高，雜質(zhì)控制得好，適合做汽車(chē)油箱、拉深杯這類(lèi)復(fù)雜件。

如果材料本身的拉伸性能不夠用，可以做一些預(yù)處理。比如退火處理，把材料加熱到300到350度保溫一兩個(gè)小時(shí)，消除加工硬化，塑性就恢復(fù)了。另外，下料時(shí)注意材料的軋制紋路方向，讓最大變形方向與紋路成45度角，也能改善拉伸性能。當(dāng)然，最省事的辦法是直接換成拉伸專(zhuān)用牌號(hào)，比如用DC04代替普通SPCC。

工藝分幾種，看情況選

一次拉伸用于變形量不大的淺拉深件，比如淺盤(pán)、蓋子之類(lèi)，工序簡(jiǎn)單，成本低。

多次拉伸用于深度與直徑比值超過(guò)0.8的情況。每次拉伸的直徑縮減量通常控制在30%以?xún)?nèi)，否則材料受不了。在多次拉伸之間，如果材料變硬了，需要做中間退火來(lái)恢復(fù)塑性。深拉伸還可以細(xì)分為正向拉伸（凸模向下壓）和反向拉伸（凸模向上頂）。反向拉伸的材料流動(dòng)路徑更曲折，適合拉更深的腔體，但壁厚均勻性更難控制。

變薄拉伸是在普通拉伸的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步縮小模具間隙，讓材料厚度被“擠薄”，從而獲得比原始板厚更薄的壁厚。彈殼、電池殼就是典型例子。變薄拉伸對(duì)模具和潤(rùn)滑的要求極高。

常見(jiàn)問(wèn)題，怎么解決

開(kāi)裂是最頭疼的問(wèn)題。開(kāi)裂通常發(fā)生在底部圓角與側(cè)壁相切的位置，因?yàn)槟抢飸?yīng)力最集中。開(kāi)裂的原因可能是拉伸深度太深、模具圓角太小、壓邊力太大、材料延伸率不夠，或者模具間隙不均勻。解決辦法通常是：加大凹模圓角半徑、減小并優(yōu)化壓邊力、換延伸率更高的材料、改用多次拉伸工藝，以及在凹模上涂拉伸油充分潤(rùn)滑。

起皺是另一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題。起皺的本質(zhì)是切向壓應(yīng)力太大，材料失穩(wěn)堆積。原因主要是壓邊力太小、凹模圓角太大、壓邊圈間隙大，或者沒(méi)有設(shè)置拉延筋。解決辦法是增大壓邊力、在模具上設(shè)置拉延筋來(lái)增加材料流動(dòng)阻力、減小凹模圓角半徑、嚴(yán)格控制模具間隙。

回彈是材料成形后的彈性恢復(fù)。高強(qiáng)度的材料回彈更明顯，比如高強(qiáng)鋼、不銹鋼。回彈的解決辦法有兩種：一是用補(bǔ)償模具法，在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)設(shè)一個(gè)反向的回彈角，讓回彈后正好到目標(biāo)尺寸；二是增加整形工序，在拉伸后再壓一下，把形狀定住。當(dāng)然，換用屈服強(qiáng)度更低的材料也能從源頭減輕回彈。

拉毛和劃傷是材料表面與模具表面摩擦產(chǎn)生的痕跡。這個(gè)問(wèn)題在拉不銹鋼和鋁的時(shí)候尤其突出。解決辦法是對(duì)模具進(jìn)行表面處理，比如鍍硬鉻或者做PVD涂層，同時(shí)使用高性能拉伸油，并保持模具表面光潔度在Ra0.2微米以下。

設(shè)計(jì)的時(shí)候注意什么，能少走彎路

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段注意以下幾點(diǎn)，能從源頭避免很多問(wèn)題。

形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)。不對(duì)稱(chēng)的形狀會(huì)導(dǎo)致材料流動(dòng)不均，一邊流得快一邊流得慢，容易起皺或開(kāi)裂。

所有轉(zhuǎn)角都應(yīng)設(shè)計(jì)成大圓角，建議不小于板厚的1.5倍，以減少應(yīng)力集中。尖角是拉伸的大忌。

盡量避免設(shè)計(jì)寬凸緣、大深度的零件，比如凸緣直徑超過(guò)三倍零件直徑、深度超過(guò)兩倍直徑的那種。這種零件拉伸次數(shù)多、難度大，成本也高。

圖紙上標(biāo)注尺寸時(shí)，要明確是控制內(nèi)尺寸還是外尺寸，不可同時(shí)標(biāo)注內(nèi)外尺寸，否則模具設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生矛盾。

新技術(shù)在往哪走

液壓拉伸成形是近年發(fā)展較快的一項(xiàng)技術(shù)。它用液體壓力代替剛性凸模，特別適合加工復(fù)雜曲面零件，而且壁厚分布比傳統(tǒng)拉伸更均勻。

高柔性拉伸成形采用柔性力加載，能顯著降低模具開(kāi)發(fā)費(fèi)用，尤其適合小批量、多品種的生產(chǎn)模式。

智能化檢測(cè)與控制也在普及。在拉伸過(guò)程中集成3D掃描、應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量和在線(xiàn)厚度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)并動(dòng)態(tài)調(diào)整壓邊力，實(shí)現(xiàn)高精度質(zhì)量控制。一些高端沖壓線(xiàn)已經(jīng)能做到每沖一個(gè)零件就自動(dòng)檢測(cè)一次。

變壓邊力技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向了生產(chǎn)線(xiàn)。根據(jù)拉伸行程動(dòng)態(tài)調(diào)整壓邊力，前期用小壓邊力讓材料容易流進(jìn)去，后期用大壓邊力防止起皺。這個(gè)技術(shù)在汽車(chē)覆蓋件沖壓中已經(jīng)比較成熟了。

總結(jié)一下

鈑金拉伸是一項(xiàng)非常精密的金屬塑性加工技術(shù)，核心在于對(duì)材料、模具和工藝參數(shù)三者的綜合把控。材料要選對(duì)牌號(hào)，必要時(shí)做退火預(yù)處理；模具圓角、間隙、壓邊圈要設(shè)計(jì)合理；工藝上壓邊力、速度、潤(rùn)滑要匹配得當(dāng)。只要這三者配合好了，哪怕是深寬比接近1的深拉伸件也能穩(wěn)定做出來(lái)。