高精密拉深件,源自技术领跑者


拉深技术是我们公司最先具备的核心竞争力。凭借在该领域数十年的经验、对创新理念和高精密拉深件的孜孜以求,我们为客户带来唯有行业领导者才能给予的解决方案。与在压力机备和机床领域的不断投资一样,研发对于新品开创亦至关重要。兼具极高成型度和独特轮廓、尺寸极小但几何要求甚高,或由难以成型材料制成的拉深件:均出自西德克之手。

  • 什么是拉深?

    拉深是现代制造技术中最重要的塑性成型工艺之一。根据 DIN8584 标准,拉深被描述为将金属板毛坯改型为单侧开口的中空体,以及将一个中空体改型为周长更小的中空体,而无需刻意改变金属板厚度。 

    由于成型温度介于室温和最高 250°C 之间,原本柔软的材料会发生冷作硬化现象。所以,经此工艺制成的零部件强度高。相较于切削加工而成的零部件,拉深件不仅壁厚薄,而且重量轻。 
    这使得拉深成为一种薄壁零部件的卓越批产工艺,具有尺寸精度高、强度大且次品率最低的特点。我们的拉深件可根据具体应用视需要完成后续热处理、表面涂装或其他形式的精整。 

    西德克拉深工艺的基本原理?
    通过多道成型工序,将材料加工成所需形状。这一切都离不开我们定制开发的模具。所谓“模具”是指包含冲头和凹模在内的整个加工工位。
    拉深工艺中用到的原材料为金属带材,通常以卷料形式供应。开卷后的带材被送入拉深压力机。在压力机内,依次布置有多个不同的成型工位。每个成型工位配有两个供成型之用的活动模具:即冲头和凹模。 
    这种压力机由两个主要部件构成:凹模(或用于零部件成型的模具)和冲头(负责将材料压入凹模中)。

    • 第一道成型工序:在使用多工位压力机进行拉深时,首先要从金属带材上冲切出一块板坯。随后,将其制成所谓的帽坯。这一过程通过冲头与凹模的协作完成,期间冲头会将板坯压入凹模内。模具的最优设计则借助计算机辅助成型仿真 (FEM) 实现。每次拉深后,冲头再次向上移动。然后,工件被顶料器顶回转运面,并在脱坯器的帮助下从冲头上剥离。抓具再将工件送入下一个工位,以便完成下一道成型工序。
    • 后续成型工序:在之后的成型工序中,继续将材料加工成所需的最终形状。期间,中空体的直径逐渐变小,而拉深件则越来越高。可以选择继续让壁厚保持不变,或者视需要减薄。这种壁厚减薄工艺也称之为拉延。在每一道成型工序中,还可以进行各种不同的操作,如冲孔、卷边成型或螺纹成型。
    • 最终加工:在最后一个工位内,零部件将完成最终成型,然后从压力机中导出。
       

    拉深是一种极为高效、快速且节约资源的批产工艺。西德克可在每套模具中通过多达 30 道成型工序直接完成拉深件的全流程生产,包括侧孔、底孔、螺纹以及诸多其他复杂的几何形状。甚至多线加工的情况都已司空见惯。产量越高,往往节约的成本也越可观。

  • 最先进的拉深制造能力

    西德克 400 多台可配备至多达 30 个模具工位的压力机可用于生产拉深件,并能够根据项目要求实现机械设备的灵活扩容,以满足您的个性化需求。

    西德克基本上使用三类压力机进行生产:

    • 60 1250 kN 的多工位压力机:在此设备中,首先从金属带材上冲裁出一个板坯。然后,只有这块坯料被送入压力机进行成型。经过一系列成型工位最终加工成制成品,期间通过抓具完成工件的逐站转运。多工位压力机生产效率高,特别适用于又长又大且几何形状复杂的零部件或需要侧孔的产品。模具采用单线设计,即在每次压力机滑块行程中加工出一个成品拉深件。典型的压力机滑块行程次数可达每分钟 300 次。
    • 180 800 kN 的连续模压力机(自动冲裁机):与多工位压力机不同,在连续模压力机中,板坯及由其制成的拉深件在整个加工过程中始终保留在带材中。在各个成型工位之间的转运并非通过抓具而是依靠带材本身的移动完成,期间零件通过细小的连接筋与带材相连。由于采用带材转运,所以模具可以设计为多线形式,也就是说在每次压力机滑块行程中加工出多个拉深件。如果零部件的复杂度相对较小,则会考虑使用这类机器。它们适合于大批量生产较为扁平的零部件,如薄壁衬套或简易外壳。典型的压力机滑块行程次数可达最多每分钟 1000 次。
    • 300 3200 kN 的液压机:这类压力机能够产生超高压力,适用于加工尺寸较大或材料较厚的工件。它们通常在样件阶段使用,因为此时最终的零部件轮廓尚未确定。 
       

    凭借我们多样化的压力机和自动化设备,为您在拉深件制造方面提供广阔空间。我们可以制造具有以下尺寸和材料厚度的零部件:

    • 尺寸从不足 1 mm 到最大 92 mm
    • 直径从 0.4 mm 75 mm
    • 材料厚度从 0.03 mm 2.2 mm
  • Deep Drawing illustrated

适合拉深工艺的材料有哪些?

为了能够让一块平整的板坯变成一个中空体,所用材料必须具有良好的可塑性,即拥有一定的延展性。衡量材料延展性的一个关键指标为断后伸长率,其可以在依据 DIN EN ISO 6892-1 标准进行的拉伸试验中测得。简单来说,一种材料的断后伸长率越大,就越容易制造出更长、更复杂的拉深件。带材材料通常采用软化退火工艺处理,所以此时材料的断后伸长率最大,因而成型能力也最强。 西德克具备加工多种材料的能力。目前最为常用的材料是钢和不锈钢。

主要材料类别及其在拉深工艺中的特点如下:

  • 铝及铝合金

    纯铝及铝合金等材料的性能请参阅 DIN EN 485-2 标准。铝合金按其主要合金元素可分为不同系列。 

    铝或铝合金尤其适用于需要材料重量轻、导电性好、导热性高、具有足够耐腐蚀性且对磁性有着一定要求的应用场合。在汽车工业、电子工业或航空航天技术等领域应用广泛,例如冷却板或散热器。与钢相比,铝的强度相对较低,这可能会限制其在需要承受高负荷的零部件中的使用。 

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  • 非合金钢或低合金钢

    非合金钢是指含碳量介于 0.05% 和 2.0% 之间的铁碳合金,除了铁之外,还含有自然伴生的铁杂质,如硫、锰、磷等。低合金钢通过掺入不超过 5% 的铬、硅、镍等合金元素来提升性能。 这类钢材制成的零部件被广泛用于工业品和消费品。

    钢材的特殊之处在于,其性能可以通过后续工艺(如热处理、电镀及其他表面涂装技术)在很大范围内进行调优。 在要求严苛的应用中,需要用到更高强度的合金钢,但与此同时也增大了成型过程中发生回弹和开裂的风险。为此,西德克凭借最先进的制造技术和全方位的表面处理工艺自行开发了创新解决方案。

    即使微合金钢以及具有高冷作硬化能力的多相钢(双相钢),亦能进行拉深加工。另外,西德克还为抗氢脆的不锈钢提供相应解决方案。

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  • 不锈钢

    不锈钢(即一种耐锈蚀、耐酸蚀和耐高温的钢), 当其含铬量达到 12% 时,在常规大气环境中呈现出良好的耐腐蚀性能。按类型可分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢以及铁素体-奥氏体(双相)不锈钢。卓越的耐腐蚀性和强度使其应用广泛。

    特别是在汽车、医疗或食品工业中,不锈钢零部件发挥着重要作用。不锈钢拉深需要更高的成型力,因为这种材料相比于非合金钢强度更高,这也让拉深工艺变得更加复杂。马氏体不锈钢,如 X15Cr13,可以通过之后的热处理变淬硬。奥氏体不锈钢,如 X5CrNi 18-10 (1.4301;"V2A"),通常仅在成型过程中通过冷作硬化来提高强度。但是,经过西德克 SWEP15® 表面淬硬专利工艺处理后可以进一步提高表面硬度,常见硬度值约达 1300 HV 0.1。 

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  • 铜及铜合金

    除了各种纯铜外,黄铜 (CuZn)、青铜 (CuSn) 和锌白铜 (CuNiZn) 也在西德克铜合金成型加工范畴内。 

    黄铜和铜被广泛用于电气工程、电动交通以及卫浴技术。这些金属相对容易加工,其导电性和导热性主要集中在优秀到良好的等级范围内。通常还会对其进行电镀处理,以提高耐腐蚀性。 

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  • 钛是一种轻金属,密度约为 4.5 g/cm³。这种金属充分展现出了轻盈和坚韧的完美结合。此外,它还具有很强的耐腐蚀性、非磁性和生物相容性。然而,钛也是一种难以加工的材料,因为模具需要承受极大应力。钛因重量轻和耐高温而在航空航天工业中优势明显。鉴于其强度和耐腐蚀性,它适合于制造需要承受极端条件的零部件。良好的生物相容性也使其在医疗器械领域广受青睐。西德克开发了一种能够安全地加工一级钛的技术。 

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  • 镍及镍合金

    镍及镍合金(如 Alloy 600)因其耐腐蚀性和耐高温而得到广泛应用。这类材料非常适合于制造电气工程所用的拉深件,以及电池套和化学工艺设备。但是,镍合金比大多数其他金属更硬,并且在拉深过程中需要特别调校的模具以防止裂纹形成。

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  • 钼具有卓越的耐热性和机械强度,这使其成为车灯和其他高温加热元件的不二之选。但钼相比于其他材料更脆,因此在拉深过程中需要格外小心。

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西德克拉深工艺有哪些优势?


主要优势总结如下:

  • 技术优势:
    西德克在拉深工艺中采用多工位压力机和配有连续模技术的自动冲裁机。我们自行开发的压力机构造为创造最佳生产条件保驾护航。凭借多工位压力机和自动冲裁机技术,我们为全球客户制造成千上万种不同的零部件。
     
  • 材料多样性:
    西德克可加工的材料种类繁多,从常见的钢、铜、镍和铝等金属到不锈钢和黄铜等合金直至钼、铌和钛等特种材料,不一而足。我们加工所有具备可拉深性的材料,并不断寻求突破自身的极限。
     
  • 经济效益和生态效益优势显著:
    我们从事高精度制造,即便是最小的超薄零部件也不在话下,并始终致力于实现材料的最大化利用。与其他工艺相比,我们的工艺成本更低、对环境的危害更小。得益于高冲程数以及可能的多线和多级生产,相较于切削工艺,我们在显著提升生产效率的同时将能耗降至极低。我们的拉深工艺不需要使用铅等有害环境的物质。 

使用拉深工艺可以制造何种产品?

凭借 400 多台压力机和从钢到特殊合金的宽泛材料加工能力,西德克为不同行业提供解决方案。

  • 交通行业

    拉深件在交通行业中发挥着至关重要的作用,与安全相关的高性能组件内不乏其身影。

    在汽车领域,拉深工艺可制造以下零部件:

    • ABS 系统:轭环、阀座、壳体盖、线圈壳、过滤器、盘片
    • 电动助力转向系统:轴承部件、旋转角度传感器
    • 燃油喷射系统:壳体、过滤器、连接件、管路
    • LED 和氙气灯:底座壳和外壳盖
    • 冷却系统:黄铜壳体、球阀
    • 安全气囊:盖板、罩套、点火室,即安全气囊点火具和安全气囊发生器的部件
    • 电动汽车零部件:电磁屏蔽罩、金属导电轨、高压连接组件、插接器、传感器外壳、传动部件
    • 温度传感器及其他传感器:套管
    • 旋扭(如通风/供暖系统用旋转开关)、挺杆
    • 废气温度传感器、废气再循环阀、油箱内燃油泵。
       

    另外,还包括在建筑机械、农用车辆、应急发电机和无人机方面的应用。我们的拉深件同样适用于自行车和电动自行车。 

  • 电子行业

    通过拉深工艺为电气设备和系统生产大量金属零部件。 

    西德克可生产的主要部件如下:

    • 屏蔽罩:用于敏感元件电磁屏蔽的拉深件
    • 电路中的二极管。
    • 用于电子设备频率控制的振荡器
    • 用于电子系统品控的测试探针
    • 电气设备和系统用开关
    • 电路保险丝
    • 可实现安全稳定电气连接的插接件
    • 电路中的电阻器
  • 暖通空调技术 (HVAC)

    拉深件在暖通空调技术领域应用广泛。它们在各类组件中发挥着核心作用,确保现代化系统的功能可靠性与安全性。 

    应用于该领域的拉深件示例:

    • 温度传感器及恒温器的杯形壳体
    • 暖气设备温度精准调控用套管组件
    • 换热器的密封件与阀门
    • 保障供暖与空调系统安全的安全阀
    • 冷却系统和空调的部件
    • 供暖设备中低压与高压管路的连接件
    • 用于管道及模块等系统组件的紧固元件
  • 医疗技术

    西德克的高效清洁流程通过了 ISO 13485 标准认证,洁净室等级达到 ISO 14644 标准 7 级和 GMP 指南 C 级的要求,确保我们的拉深件满足医疗技术领域的严苛标准。

    我们产品的应用领域主要包括:

    • 使用安全的输液套件。
    • 透析机:符合最高卫生要求的连接与接口部件。
    • 心脏起搏器:符合最高质量和洁净度要求的外壳组件。
    • 胰岛素泵:可实现精准控制的密封件与装配组件。
    • 胰岛素笔:使用安全的保护套、密封件和连接元件。
    • 牙科植入体:用于安全封装植入体的精密部件。
    • 医用泵系统:既精密又可靠的壳体件、连接件及密封件。
    • 电磁阀:供控制系统、安全机构和密封件使用的组件。
  • 其他工业应用

    在工业制造领域,可靠、耐用且功能良好的零部件至关重要。拉深件为众多应用做出重大贡献,例如:

    • 厂房照明:确保工业设施最佳照明的反光镜和灯座。
    • 智能工厂:支持生产过程实现网络化和自动化的组件,如传感器。
    • 工业设备中的电磁阀:用于控制液体和气体的零部件,如阀体和密封件。
    • 生产技术中的传感器系统:用于监控和优化生产流程的传感器支架和外壳。
    • 楼宇技术中的监控系统:用于设施和空间监控的安全与报警系统部件。
    • 电动执行器:用于在工业系统中精准控制运动和过程的组件。
    • 测量与测试技术:用于生产中实现质量保证和故障诊断的设备部件。
    • 建筑物布线:用于在工业建筑物中确保稳定与功能性布线的连接元件和组件。

在每道拉深工艺中保证精准而不出差错


与任何工业制造工艺一样,为了达到预期的质量结果,拉深也同样面临诸多挑战。拉深工艺中最常见的技术难题主要包括以下几种:

  • 起皱:如果材料流动不均匀,或者成型过程调整不佳,则可能产生褶皱。当板材过硬或成型速度过快时,往往容易出现这种情况。
  • 过度拉伸:成型压力过大可导致材料撕裂。当材料达到延展极限或成型力过高时,易出现过度拉伸现象。
  • 隆起:加工期间材料支撑不到位可能导致板材的某些部位向外隆起。这往往是因工件未正确居中所致。
  • 裂纹:在处理极薄或难以成型的材料时,容易形成裂纹。拉深件中出现裂纹的最常见原因是带材缺陷。例如,熔炼冶金生产过程中引入的非金属夹杂物就属于这种材料缺陷。鉴于目前的技术水平,无法杜绝此类缺陷。 

为了避免出现上述缺陷,西德克重点关注模具设计精度以及相关成型参数的精准控制。通过可靠的工艺控制、训练有素的专业人员、先进的自动化技术和为产品量身定制的检测技术来确保产品的卓越品质。

与其他制造工艺的区别

与拉深最相关的工艺包括:

  • 深冲压(深冲压工艺)

    深冲压是拉深的一种变体。其不同之处在于增加了一道压印工序,即在零部件表面加工出一定的形状或纹理。深冲压常被用于为已拉深完的零件表面融入功能性或装饰性结构,例如生产汽车零部件、装饰件或医疗器械。

  • 拉延(拉伸)变薄拉深

    在拉延工艺中,会刻意减小零部件的壁厚,而根据拉深的工艺说明,加工期间壁厚保持不变。变薄拉深不仅可以加工出非常光滑的表面,而且还能提高零部件的冷作硬化度。例如,这种工艺适用于在装配过程中需要另行卷边的零部件。 

  • 冷冲挤压成型

    冲挤是一种实心金属加工成型法。在此工艺中,材料主要受到压应力的作用而形成一个紧实的小团块。与拉深一样,它也可以制作中空体。在冷冲挤压成型过程中,材料一般于室温下被压入模具,然后因塑性流动而变成所需形状,原理类似于拉深。冲挤常被用于生产将材料压成圆柱形的旋转件。冲挤用料必须非常柔软且具有良好的延展性。因此,铝、铜和非合金钢等材料乃首选。其模具应力要高于拉深工艺。

    拉深是一种拉伸压缩成型工艺,主要用于生产具有单侧开口的中空体或外壳。

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