拉延模的设计

拉延模的设计

第一章、综述

第一节、拉延模的概念

拉延模是在压床的作用下，通过凸模、压边圈、凹模的联合作用使平板状坯料经过塑性变形获得稳定的空间形状的一种工艺装备。

第二节、拉延模的种类

根据使用设备的不同，拉延模可分为单动拉延模和双动拉延模；

单动拉延模：（两种类型的图形上下模都反了）

单动拉延模是利用机床的气垫机构进行压料，靠凸模和凹模进行成形。其特点是结构较简单，模具安装较方便。

双动拉延模：

双动拉延模是利用机床外滑块机构压料，靠凸模和凹模进行成形。其特点是四角的压料力可分别调整，但模具安装、调整较费时间，现采用较少。

以下仅对单动拉延模结构加以介绍。

单动拉延模可分为以下多种形式：

1、按下模铸造结构特点分：分体，整体；

2、按压边圈与凸模的导向形式特点分：内导向，外导向；

3、按制件形状特点分：沿形，不沿形；（何时出现?如很少见可不介绍。）

4、按凸模轮廓线封闭与否分：开口，闭口；

……

详见拉延模设计规范

第三节、拉延模的设计要点

一、根据制件的大小、形状、受力情况确定采用哪种形式的结构

二、确定数模中心、压床中心、模具中心三者之间的关系，尽量使三心重合

三、确定压边圈的行程

四、确定气垫顶杆的数量、位置以及长度

……

1、充分分析工

艺要求，了解制件的产品部分和工艺补充部分，确定拉延是否必须镦实，以及冲压方向、送料方向、料厚及方向等。

2、建立模具中

心、数模中心、压床中心之间的关系，尽量使三心重合。

3、分析拉延所

需行程，确定压边圈工作行程。

4、气垫顶杆布

置。

5、其它结构设

计。

第二章、单动拉延模的设计

第一节、单动拉延模的基本结构

基本结构简图

第二节、单动拉延模的行程计算

一、压料行程

1、定义：当压料面为曲面时，从凹模接触板料到被凹模与压边圈固定住，上模在垂直方向运

动的距离。（当制件比较大或者拉延深度较深时）当压料面起伏较大时（如行李箱盖板），压料过程中如果不对板料加以约束，将会影响坯料定位。（压料行程的确定对于板料的定位有着决定性作用。）

2、计算方法：根据模具的实际情况，按照理想状态估计压料行程再加上5-10的余量即可（加

10～20较好，对行李箱盖还应在挡料机构上对坯料约束,如对坯料运动过程分析后，将挡料板做斜度，或做摆动结构等）。

二、拉延工作行程

1、定义：从压边圈与凹模压住板料开始直至拉延工序完成，上模在垂直方向运动的距离。

2、计算方法：在UG中模拟将坯料向上移动直至制件的最低点，将得到的距离取整5或者整

10再加上10～15 即可得到拉延工作行程。

第三节、单动拉延模气垫顶杆的选取

一、从工艺数模中调取数模中心和凸模轮廓线，从资料调取所需的甲方、乙方的压床平面图及

相关参数

二、确定模具中心

模具中心一般取工件的压力中心，若工件的压力中心与几何中心相差太大，则倾向于取工件的几何中心，以便使模具结构布置符合对称性要求（看上去协调、紧凑）。

三、气垫顶杆的布置

在工具软件中将调取的数模中心、凸模轮廓线按数模中心与压床中心重合的关系对应到一起，遵循以下原则选择气垫顶杆：

1、气垫顶杆的布置应尽可能使气垫受力均匀，避免偏载，若偏载则偏载量必须小于或等于压

床顶杆间距的一半（75mm）。

2、气垫顶杆应布置在凸模轮廓线以外，并尽量靠近（围绕）轮廓线均匀布置。布置方法：一

种是从某一边的中间开始向两边布置，最后围成圈。另一种是从角部开始向中间布置。

3、气垫顶杆的间距一般取150-300mm。

4、模座应做出相应的气垫顶杆的过孔（直径一般在Φ80～Φ100，最小Φ60。60/80/100mm），

压边圈上应有相对应的加强筋确保顶杆受力合理（能顶实），加强筋与顶杆的位置偏移应小于顶杆直径的1/3。

四、循以上的原则，尽量使数模中心、模具中心、压床中心三者重合，保证压床不偏载；但必

须偏载时，尽量沿Y向偏载，且偏载量必须小于或等于压床顶杆间距的一半（75mm）。

（注意：偏载量必须是整0或整5）

第四节、单动拉延模压边圈的设计

一、确定有效压料面积

一般取工艺数模中的坯料线单边外扩（15-）20mm即可得到（实际）所需的有效压料面积。但应注意有效压料面边界距拉延筋中心的最小距离不应小于40，最大距离一般不应大于100。当压料面为曲面，且曲面落差较大时，应注意按坯料预弯后的边界扩大有效压料面，以免压料面过大而增加研合工作量。

二、根据凸模轮廓线的形状确定压边圈与凸模的导向方式

1、内导向：适用范围、导板的选取、安装

1）定义：在压边圈内轮廓线以下布置与凸模的导向称内导向。

2）适用范围：适合制件较宽、形状较规则，凸模轮廓线变化较小以及压边圈侧向力较小的情况。

3）导板的选取、安装：

a、首先要满足导板高度（h）≥拉延工作行程（st）+50～80mm，其次导板宽度应与所在导滑

边总长相协调。具体参见《模具设计规范》

b、导板在凸模上安装高度（H）≥75mm，以方便数控加工。

c、导板在凸模上的安装在保证铸造壁厚的情况下，尽量不要超出或缩进凸模边界太多，且压

边圈上的相应导滑面在保证正常导滑的情况下，尽量做出相应的避让，一般避让20mm以上以免与下模干涉。具体参见《模具设计规范》

d、在导板规格或模具闭合高度的限制下，压边圈上的导滑面可以向下做一定的延长，若延长

超过30mm时，下模就需要做出相应的避让。见图：

e、导滑面应在凸模轮廓线以外约10，最少5以上。

f、压边圈内导滑面上方的轮廓为曲面时，有时导滑面要凹入铸件墙，这时导滑面距上方的墙

在高度上应有足够的余量（一般应30以上），以免与导板干涉。

2、四角导向（外导向）避免与上下模导向名称混淆：适用范围、导板的选取、安装

1）定义：压边圈外部与下模座铸起的立柱（通常在模具的四角处）导向称外导向。

2）适用范围：适用制件的形状太不规则导致压边圈不便于使用内导向（如细长梁类件）的情况，或者拉延行程很大造成压边圈不便于使用内导向的情况。

3）导板的选取、安装：

a、首要满足导板高度（h）≥拉延工作行程（st）+50mm，其次导板宽度应与所在导滑边总长

相协调。具体参见《模具设计规范》

3、对于一模双腔一个压边圈的设计，一模双腔二个压边圈的设计

三、制件定位装置的设计

1、定位方式：上节已经确定了压料面积，即压边圈上的压料面边界。一般采用8点定位的方

式，即选用8个定位标准件将方形板料的四边，每边定位2点以保证板料在拉延过程中不会窜动。（其他形状的板料参照8点定位）

2、定位标准件的选取与布置原则：定位标准件一般有三类：

1）定位标准件的选取

定位标准件一般有三类：

a、板状定位装置，此为最常用定位标准件，分前后、左右2种标准。

b、柱状定位装置，此种定位标准件较之板状标准件其安装面积较小，适用于压边圈上空间不

足的情况。

c、带导轮的定位装置，此种定位装置是在普通定位标准件上安装了一个橡胶导轮，主要用于

外板件的定位，防止制件被划伤。

d、气动翻转的定位装置，适用于大型外板类拉延的出料方向的板料定位。

2）定位标准件的布置原则

同一方向上的2个定位标准件的间距应尽可能的大，确保定位的平衡，其定位面或点应与工艺坯料线相齐；定位标准件的定位部分高度至少要超出板料20mm以上。具体见图

3、对于大型零件定位的特殊要求，非标挡料块

当压料面形状不规则变化较大，板料无法水平放置且容易窜动，此时就需要根据模具的实际情况对定位标准件做必要的改造。

如：行李箱盖的拉延板料定位，可以采用倾斜定位，也可采用采用水平定位，这2种定位方式所采用的定位装置就有所区别：见图

四、上、下调整垫块的设计

1、上调整垫块的设计

1）作用：调整凸、凹模间隙控制走料，保证拉延出合格的制件。

2）布置原则：

a、压边圈沿形时，上调整垫块高度随压料面的起伏作相应改变，若手工取件或气缸侧推自动

取件时，出件方向的垫块上平面应低于压料面。

b、垫块间距最好是300-500mm，且下面应有立筋支撑。

c、为了便于加工，垫块的安装面边界距离压料面边缘应大于或等于30mm。

2、下调整垫块的设计

1）作用：当模具需要墩实时，下调整垫块用来承受机床加载在模具上的压力。

2）布置原则：

a、垫块间距最好是300-500mm，且下面应有立筋支撑。

b、模具需要墩实时，下调整垫块应尽量多，尽量靠近凸模轮廓线布置。

3、墩实与不墩实的条件

当制件的修边线位于凸模轮廓线以内时，模具不用墩实，即模具闭合时下调整垫块与压边圈之间空开5mm；反之，则需要墩实。

注意：有些情况下，第2序的修边线并不完全被凸模轮廓线包围，但是产品件的轮廓位于凸模轮廓线以内，这是模具也不需要墩实。

4、调整垫块的选取

一般常用垫块的规格为：Ф60和Ф80，参考许用压力为：20吨和40吨，具体根据模具的大小、压床的公称压力来确定选用规格，模具墩实时最好使垫块的叠加承载力达到压床公称压力的80%。

五、行程限位装置的设计

1、退料螺钉的选用

1）根据拉延工作行程来选择螺钉，保证螺钉长度比拉延工作行程大15-20mm。

2）当螺钉长度不够时，可以选用相应规格的加长器与之配合使用。见图

2、布置原则

1）尽量往压边圈的外围处布置，一般在四角对称布置。

2）下模座起安装面，压边圈加工过孔和避让孔。

六、压边圈的结构尺寸（长宽高）的确定

1、确定压边圈的高度：保证与上、下模导滑面的长度，保证合理的导板避让空间，保证足够

的铸件强度后，即可得到大致的压边圈高度。

2、确定压边圈的长宽：在调整垫块、定位板、卸料螺钉、气垫顶杆等都合理的布置完成后，

结合与上模的导向部分尺寸，即可确定压边圈的大致长宽。

3、合理的减轻：为了节约成本、提高强度、美观模具，需要对压边圈进行合理的减轻，使之

成为一个协调、牢固的框架结构，减轻原则如下：

1）一般对压边圈采用前后侧掏、左右下掏的减轻方法。（相对送料方向）见图

2）保证所有调整垫块下都有立筋，保证所有气顶接柱上都有立筋，立筋与垫块或接柱的位置偏移应小于顶杆直径的1/3。若不能保证有立筋，也可做单个柱状加强筋来保证强度。3）减轻的结构尺寸、筋厚等尺寸请参见《模具设计规范》。

4）在与下模干涉或可能干涉处要尽量做出避让，一般避让20mm以上，但必须保证合理的壁厚。

七、切角拉延

1、定义

板料拉延成型时，因局部材料流动困难、易破裂，需要去除局余料，为了节约一套落料模，而把此项冲裁工序结合到拉延工序上称切角拉延。

2、切刀的设计

1）据料厚确定镶块的材料，根据修边线的长度确定镶块的分界。

2）下切边镶块按安装在压边圈上，上、下切边镶块刃入量为6-8mm，根据工艺分析确定何时开始刃入。

3）注意镶块的防侧，加键或者起靠墙。

3、废料的处理，根据甲方要求确定废料的处理方式：

1）存料空间的设计：甲方若要求废料回收，则在切角处设计一尺寸大于废料的凹槽状结构，深度要保证大概能存住15-20片废料。

2）溜料空间的设计：甲方若无特殊要求时，一般采用斜溜方式将废料排出模具外，这时就需再压边圈上做出≥15°的斜面。

4、导向的变化

1）当料厚t ≤1.2mm时，压边圈与上模之间必须加导柱导向。

2）当料厚t > 1.2mm时，可不加导柱导向。

八、拉延筋处弹顶销的设计

为了方便取件，在拉延筋中设置顶销合件：

1）测量出拉延筋的半径r ，顶销合件的直径要满足d<2r 。（推荐规格M10x5x30）

2）顶销合件沿拉延筋均布，间距200-250mm。

九、压边圈的完善

１、起吊、翻转装置

在实际生产、制造过程中，压边圈设置起吊、翻转装置是非常有必要的，一般在压边圈的前后方向（相对送料方向）各设计２处标准起重棒，规格根据压边圈的重量确定；如有特殊要求，起重棒也可设计在压边圈的左右２端。无论是哪种情况，压边圈的翻转均可通过所设计的起重棒来实现。

２、安全区的设计

一般情况下，安全区都设计在下模座和上模座上，这时压边圈就需要做出相应的避让，一般每边10mm；但有些时候，下安全区设计在压边圈上，分布在压边圈的四角，尺寸为150x150x10mm，在模具闭合时与上安全区的距离为110mm。

第五节、单动拉延模下模的设计

一、结构形式

1、下模分体：优缺点，结构形式，固定方式

1）优点：凸模采用MoCr合金，下模座则是HT300，从材料上节约了成本。

2）缺点：凸模安装到下模座上，其位置精度受到影响，需要用键来调整，则加工难度有所增加。

3）分体时，凸模是通过螺钉紧固在下模座上的，其精度是通过键来确保的。一般从凸模下面铸出螺钉固定台，尺寸大致保证（60x60x40mm）即可，数量则要依据凸模的大小来确定。

2、下模整体：优缺点，结构形式

1）优点：省掉一些加工，节约加工成本；不用担心凸模与下模座的相对位移，从根本上保证了精度。

2）缺点：整个下模都是MoVr合金，从材料上增加了模具成本。

3）凸模与下模座是一体的。

二、确定下模结构尺寸（长宽高）核对压床台面

1、参考压边圈的尺寸，一般压边圈的长度尺寸与上、下模是一致的，宽度尺寸比上、下模少

了2倍的压板台宽（240mm）。

2、对照所需压床的尺寸，确定压板槽、快速定位的位置，调整下模的长、宽尺寸。

3、下模座的厚度根据模具的大小会有适当的变化。具体参见《模具设计规范》

三、结合上一章的内容设计气垫顶杆接柱

1、上一章中我们已经确定了气垫顶杆的具体位置，在此只需根据拉延行程，压床气垫行程和

配套顶杆尺寸来确定顶杆模内长度。

顶杆模内长度=拉延工作行程+模具闭合时底面到顶杆接柱面的距离见图

顶杆模内长度要小于所使用的压床的气垫行程10mm以上。

对顶杆模内长度有特殊要求时请参见甲方的设计要求或压床资料。

2、气顶接柱的设计

1）结构形式

气顶接柱一般与压边圈铸为一体，也有少数情况下采用装配形式；当对模具有一定寿命要求时，则要在接柱上加钢垫。

2）强度要求

保证接柱的高宽比H/D≤2.5，当超出此范围而接柱又不能缩短时，可将接柱的后部直径加粗来弥补强度的不足。

3）下模座过孔尺寸

接柱的直径一般有（50、60、80mm）三种规格，而下模座上的过孔则对应为（60、80、100mm）。具体根据模具的大小来选用。

四、下模座的完善

1、压板槽、快速定位的设计

依据压床平面图或垫板平面图确定压板槽和快速定位顶杆的具体位置，设计尺寸详见

《模具设计规范》。

2、导板窥视孔的设计

在压边圈和凸模内导向时，为了使钳工在模具装配时能直接观察到导板导滑情况，就需要在下模座上开导板窥视孔，一般开孔尺寸大于（40x40mm）即可；若开孔位置与气顶过孔距离太近，可以将窥视孔和气顶过孔连通。

注意：导板窥视孔不能开在立筋上，若导板下刚好有立筋，窥视孔可避开立筋，开在导板的一侧，只要保证能看到导板即可。

3、起吊、翻转的设计

在实际生产、制造过程中，下模设置起吊、翻转装置是非常有必要的，一般在下模座的前后方向（相对送料方向）各设计２处标准起重棒，规格根据下模座的重量确定；如有特殊要求，起重棒也可设计在下模座的左右２端。无论是哪种情况，下模座的翻转均可通过所设计的起重棒来实现。

注意：下模座的起重装置要按可以承载3套模具的规格来选取。

4、定位键槽，V形中心线的设计

1）定位键槽：利用安放在压床中心槽内的键定位模具，故要在模具上开与之相对应的键槽，对应的是模具中心。

2）V型中心线：是模具对准压床中心位置的V字型开槽，对应的是压床中心。

具体见《模具设计规范》

第六节、单动拉延模凹模的设计

一、确定上模的结构尺寸（长宽高）核对压床台面尺寸最大闭合高

1、参考压边圈

和上模的尺寸，长、宽方向和下模一致。

2、对照所需压

床的尺寸，确定压板槽位置。

3、上模座的厚

度根据模具的大小会有适当的变化，原则是保证凹模的强度且要考虑压床的最大装模高度的限制，拉延模具的闭合高（H）与压床最大装模高(Hz)的关系是：H≤Hz-10 。

具体参见《模具设计规范》

二、上模与压边圈的导向设计

1、上模座与压

边圈是通过导腿导向的，只是用来导正压边圈与上模的，与压边圈和凸模的导向无直接的联系。

2、导腿的具体

尺寸，与模具的大小存在一定的比例关系。具体见《模具设计规范》

3、在导板的高

度选取上要参考模具的压料行程，一般导板要先模具压料前导入50mm。

4、导板安装在

导腿和压边圈上时，要考虑加工刀具的大小、安装面是否能加工。

三、移动工作台，上滑块有垫板时快速定位孔的设计

实际生产中，存在一部分的压床上滑块加垫板的情况，为了使上模座更好更快地被安装上，常常使用到快速定位孔。具体见图

四、上模退料的设计

在拉延深度较深或其他制件有可能卡在凹模里时，需要在上模设计弹簧+顶销的退料装置，顶销应尽量顶在制件的后序要切除处或靠近拉延模口处。见图

五、上模座的完善

1、压板槽的设计

依据压床平面图或垫板平面图确定压板槽和快速定位孔的具体位置，设计尺寸详见

《模具设计规范》。

2、起吊翻转的设计

在实际生产、制造过程中，上模设置起吊、翻转装置是非常有必要的，一般在上模座的前后方向（相对送料方向）各设计２处标准起重棒，规格根据上模座的重量确定；如有特殊要求，起重棒也可设计在上模座的左右２端。上模座的翻转是通过设计在模座2端的翻转孔来实现的。

3、定位避让的设计

模具闭合时，上模和压边圈间的距离一般小于压边圈上定位装置的高度，这时就需要在上模座上开避让孔，为了减小因铸件收缩引发的干涉，避让孔一般比定位装置的安装面每边大20mm。

所以上模减轻时，立筋尽量避开避让孔；若避让孔上有立筋经过，则避让孔就不能打通了，采用折衷的办法，深度满足避让需要后还要保证立筋有一定的高度。见图

4、定位键槽，V形中心线的设计

参见第五节下模座定位键槽、V 型中心线的设计。

5、导板窥视孔的设计

参见第五节下模座导板窥视孔的设计。

注意只是导腿内侧的导板需要窥视孔。

第七节、单动拉延模其他设计项

一、送出料架的设计

在一些大型模具上，制件的尺寸也比较大，如果单要靠工人手工取送、取件就变得非常吃力，所以在模具的前后方向上加装送、出料架。

1、内板时，只需选择刚性送、出料架即可。

2、外板时，需选择带滚轮的柔性送、出料架。

二、运输连接板的设计

为保证模具在运输过程中不会窜动，需要在模具的2端安装运输连接板。

一般有35mm和50mm宽2种规格，根据模具大小来选取，连接板的长度则取决于上、下紧固螺钉的间距：L=2xC+S 见图

三、拉延护板的设计

拉延模为了保证压边圈的上下运动不受干扰而发生意外，需在模具的前后2侧安装护板，一般为2.5mm厚的钢板，由钳工打磨后安装在下模座上。护板高度要保证在压边圈顶到最高时护板还能护住它50mm以上。

四、排气孔的设计

1、原则上设置

在凸模和凹模的凹角及最后成形墩死部位，保证每200×200mm2上有一个。

2、外覆盖件φ

4-φ6，内覆盖件φ6-φ8。

3、上模排气孔

设置时需考虑防尘，应加聚乙烯排气管或出气孔上方整体加盖板。

五、CH孔、到底标记的设计

1、为了研模，需要在制件上设置2处CH孔。CH 孔应尽量设置在平面上（在斜面上最大不

超过5°）。结构尺寸按图：

2、到底标记：为了验证拉延的充分程度，需要在凹模上安装到底标记销，结构简图如下：原则上设置于废料处，并与板料较晚接触的平面部位；

外板件应设置于非产品处；

原则上每制件设置2 点，且距离不宜太近。

第八节、单动拉延模带破裂刀时，切刀结构的设计

拉延切口位置和切口时机按工艺设计要求进行设计，并注意留出一定调整量。

一、当切口位置处于凸模较高处时，下模切口模块形面与凸模形面一致，上模切口模块高出上模

形面，并保证提前切入量。（如图一）

二、当切口位置在凸模较低处或切口周围区域有高出的形状时，下模切口模块应高出凸模形面，

该中情况又可分为3类：

1、切口处形面低于周围的形面2mm以下时，切口下模形面可按

凸模形面，不必高出。（如图一）

2、切口处形面低于周围形面，但高度差小于提前切入量时，下模块形面高出安装处形面，但不

应高于周围形面，上模切口模块也高出形面并保证提前切入量。（如图二）

3、切口处形面低于周围形面，高度差大于提前切口量时，下模切口模块高出安装处形面，高出

量为提前切口量，上模切口模块形面与上模形面一致。（如图三）

三、切口拉延导柱导向方式

原则上切口拉延时必须加导柱导向。如不加导柱导向的必须在二维图中切角切口的间隙应大于导向的间隙。切口拉延时导柱导向是下模和上模导向。

第九节、单动拉延模带镶块时的结构设计

1、适用范围

1）当料厚1.5 ≤t < 2mm时，凹模与压边圈的工作部分采用Cr12MoV镶块，HRC 58-62，凸模还是MoCr合金，棱线与凸模圆角表面淬火HRC>50 。

2）当料厚t ≥2mm时，所有工作部分都采用Cr12MoV镶块，HRC 58-62 。

2、分块原则、拼口方向

分析拉延时板料的进料方向，镶块的拼口方向要与进料方向呈5°夹角，且上、下模镶块的拼口应错开5mm以上。见图

3、定位、紧固、防侧

1）紧固镶块的螺钉位置要在压料面以外或直接从镶块的反面紧固，从背面紧固镶块时，模座只能从竖直方向减轻，且要保证足够大的空间去加工螺钉过孔以及伸进螺钉紧固装置。2）凸模镶块、压边圈镶块要加键防侧，凹模镶块起靠墙防侧。

3）压边圈镶块上要做出相应的定位避让。

第十节、单动拉延模模具材料的选取

1）当料厚t <1.5mm 时

分体拉延时，下模座为HT300，人工时效；上模、凸模、压边圈都用MoCr合金，HRC>50。整体拉延时，上、下模和压边圈都是MoCr合金，HRC>50。

2）当料厚1.5 ≤t < 2mm时，凹模与压边圈的工作部分采用Cr12MoV镶块，HRC 58-62，凸模还是MoCr合金，棱线与凸模圆角表面淬火HRC>50 。

3）当料厚t ≥2mm时，所有工作部分都采用Cr12MoV镶块，HRC 58-62 。

第十一节、单动拉延模凸、凹模间隙的确定

拉延凸、凹之间的间隙直接决定了制件的质量，一般对于外板件，凸、凹模间隙取料厚的1.05t；对于内板件，凸、凹模间隙取料厚的1.1t 。