冲压模具设计步骤

给个实例。由于无法上图，只有文字，见谅。

抽引连续模设计步骤及要点,

[摘要] 文章在对抽引加工工艺作了简单的概述後,著重总结了抽引连续模设计步骤及要点,并列举了较实用之模具结构形式.

关键词抽引连续模冲压冲模排样

1. 概述

抽引加工工艺在连接器五金件制造中应用极为广泛. 它是一种将平片毛坯抽制成立体空心件的冲压加工方法,在工业及生活用品的制造中应用极为广泛. 诸如汽车覆盖件,连接器中的D型铁壳,生活用品中的易拉罐等都离不开抽引加工工艺.抽引加工一般分为旋转件抽引(如Audio Jack Shell),盒形件抽引(如D-SUB Shell) 及复杂曲面抽引(汽车覆盖件)等.

抽引加工的成形机理是材料内部产生塑性流动,平片毛坯向径向流动逐步转移到筒壁的过程,如图一所示:

（图一）

由此可见,抽引加工必然存在以下特点:

a. 材料内部塑性流动, 必然产生加工硬化;

b. 材料从外围向径向流动时,在切向相互间产生挤压应力,由此导致材料失稳起皱,甚至抽裂.

签于抽引成形机理是材料整体流动,变数太多,故模具设计时光靠理论计算往往不够,需在实际试模中加以修正.在抽引连续模设计时,由於连续模之结构特点以及料带之送料顺畅要求,使得模具设计时有更多的考量要点.以下就抽引连续模设计步骤及要点作些许总结.

2. 抽引件工艺性评估及成形工序确定

在抽引连续模设计之前,首先应对抽引件图面进行工艺性审查评估,评估内容主要包括以下几部分:

a. 抽引件之精度要求:一般而言抽引件在圆筒侧壁之材料厚度无法做到等料厚t, 故产品尺寸标注时不能同时对圆筒内外同时有尺寸要求, 只能满足其中一项, 其精度要求可达±0.05mm.在高度方向也可控制到±0.05mm, 其标注方式最好以抽引件底部为基准；

b. 抽引件之外观要求: 材料在抽引流动时与模仁摩擦剧烈,外观无法做到车制零件那麼光滑,筒侧壁可能会有内凹或弧形；

c. 零件之抽引工艺性: 由於抽引连续模之模具结构特点决定,抽引过程中无法加退火工序,故必须对制件之连续抽引进行工艺评估.如果其总抽引系数小於材料所允许之最小总抽引系数,那麼就不具备连续抽引工艺;

d. 如果抽引件深度太高,无法连续抽引完成时,可考虑先抽引後翻底工艺,看能否达到目的,此时产品侧壁外观不平整.另外当总抽引系数太小时, 可考虑用胀形工艺完成;

e. 产品形状尽量简单对称,有利於材料均匀流动;

f. 产品之圆角半径不宜过小,一般底部圆角r和口部圆角R都应大於

(0.1~0.3)t;

g. 评估抽引件凸缘及侧壁之成形或冲孔是否在连续模中易实现.诸如凸缘上冲孔太靠近抽引主体,很可能为了闪开抽引主体而使刀口太弱;侧壁上冲孔能否有效排屑等都须考量;

h. 抽引件底部冲孔时,其孔径必须小於抽引直径;否则可考虑侧切底工艺,将底部圆角切除;

3. 抽引件毛坯展开

抽制工件所需毛坯直径必须在实际的抽引试模中加以修正才能得到正确数值.但理论计算必不可少,它可大致确定出毛坯之形状与面积.对於零件成本预估,抽引工艺性评估及抽数确定等都有重要的指导意义和实用价值.

一般在抽引件毛坯展开中,面积相等法利用最为广泛.其理论来源於抽引前後质量守恒定律. 当假定料厚t均匀时, 由於密度一定,故可推得抽引前後面积相等结论.在计算抽制品面积时,一般是以料厚t之中心线(如图二中虚线)所旋转而成的面作为平均面.

（图二）

利用面积相等法原则求毛坯直径的程序为: 先计算出抽制品平均面积,再利用此面积计算毛坯直径D.如何求得抽制品面积呢?我们必须先将复杂形状之抽制件分解为多个简单的几何单元,然後利用面积累积法求得整个产品之面积.如下图三:

(图三)

抽制品面积A=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ

毛坯面积=πD2/4 故D=(4A/π)1/2 =1.128A1/2

对於盒形件(如D-SUB Shell)等,由於直边段的变形机理为折弯原理, 抽引机理主要存在於圆角处,故直边处的毛坯按折弯展开,圆角处按圆筒抽引展开.因此较常用到几何单元体为以下几种,其面积计算公式附後

4. 抽引工艺参数之计算与分配

在连接器抽引件开发中往往都需要多道抽引才能完成。因此抽引道次的计算和抽引系数之分配等工艺参数的确定至关重要.其计算步骤一般为:

a. 计算修边余量;

b. 对补偿有修边余量之抽引件进行毛坯面积计算并确定展开毛坯形状;

c. 确定抽引道次,并进行抽引系数分配;

d. 抽引凸凹模工作部分设计;

e. 确定各抽抽引高度.

具体分解如下:

a. 在抽制过程中, 常因材料机械的各向异性以及抽引间隙不均匀,摩擦阻力不等以及定位误差等因素导致抽引件口部或凸缘周边不齐,须修边.因此在毛坯展开前必须补偿修边余量.在连接器类小抽引件设计时一般按1mm的修边余量补偿.

b. 毛坯面积的计算如上文所讲,利用面积分段法求出的产品总面积,就是毛坯面积. 针对圆筒件,其毛坯为圆形,因此可确定其直径.对於盒形件,在四个圆角按1/4圆筒计算,直边段按折弯展开计算,圆角和直边单独展开,再平滑过渡，如图四:

c. 在毛坯展开後, 就必须确认抽引道次了.在计算抽引道次前,我们须计算出抽引件之总抽引系数（图五）.

m总=产品之筒径/展开毛胚直径（<1）

(图五)

当m总小於此材料所能允许的最小抽引系数时, 将无法连续抽引,中间必须通过退火工序.

在计算出m总後,有两种方法进行抽引参数计算:

1) 计算法:

抽引道次n=m总/m均(其中m均为材料之平均抽引系数)

当抽引道次确认後,查相关冲压手册选取相对应材料各道抽引系数,选取时必须保证以下原则m1＊m2＊m3---＊mn=m总

当各道次抽引系数确认後,即可根据

d1=m1*D d2=m2*d1 ……. dn=mn*dn-1

公式计算出各抽冲子直径.

2) 推算法:

通过冲压手册推荐表格查出各抽允许之抽引系数m1, m2….. mn然后根据

d1=m1*D d2=m2*d1 ……. dn=mn*dn-1

推算直到d n=抽制件直径为止,此时n就为抽引次数。并同时已确定出各抽抽引直径.

用压边圈时筒形件许可抽引系数

拉伸抽引

系数系数毛坯相对厚度(t/D)*100

2~1.5 1.5~1.0 1.0~0.5 0.5~0.2

m 1 0.46~0.50 0.50~0.53 0.53~0.56 0.56~0.58

m 2 0.70~0.72 0.72~0.74 0.74~0.76 0.76~0.78

m 3 0.72~0.74 0.74~0.76 0.76~0.78 0.78~0.80

m 4 0.74~0.76 0.76~0.78 0.78~0.80 0.80~0.82

d. 抽引凸凹模工作部分设计

抽引凸凹模工作部分设计包括抽引间隙设计，凸凹模圆角设计，凸模头部形状设计；

1）抽引间隙：在各抽冲子直径确认後，凹模直径=冲子直径+2＊抽引间隙。

其中抽引间隙一般由第一抽的1.1t到最後一抽t逐步递减。

2）在凹模头设计（图六）,一般第一抽r凹=（8~12）t,

後续各抽r凹n=（0.6~0.8）r凹n-1

冲子头部圆角设计为r凸n=(0.6~1.0)r凹n

最後整形抽，r凹=抽制件口部圆角r凸=抽制件底部圆角

(图六)

3）为保证抽引件成形,有利於材料流动，往往将抽引冲子头部作成一定斜角,如图七所示：

,?=30α0.70mm时≤一般而言, 当T 0.7mm

T>?=45α1.4mm时

e. 确定各抽抽引高度

如图八所示: 当抽引到最後一抽时，产品尺寸应全部到位，故抽引高度就是产品高度。选定一区域作为等面积计算单位，由此得

Ⅰn+Ⅱn+Ⅲn+Ⅳn+Ⅴn=产品面积A

由前面计算已知r凹，r凸以及d n, 故Ⅰn，Ⅱ，Ⅳn，Ⅴn也可计算得出，因此有

Ⅲn=3.14＊d＊H=A-Ⅰn-Ⅱn-Ⅳn-Ⅴn

推出H=( A-Ⅰn-Ⅱn-Ⅳn-Ⅴn)/(3.14*dn)

(图八)

5. 抽引连续模之料带设计

抽引件展开成毛坯後要开发成连续模形式，必须对料带的carry连接方式给予确定。在料带设计时一般要考虑以下因素：利於抽引件成形,料带刚性良好,送料顺畅,在料宽与pitch选定时尽量提高材料利用率。

从大方面看抽引连续模料带可分为整料带方案和切口料带方案两种。

它们的主要区别在与切口料带抽引时毛坯完全独立,前後产品在抽引时材料流动不会相互影响；而整料带抽引时前後毛坯相关连,不但造成抽引凸缘过大，而且容易产生毛坯材料不够等现象，特别是在模具维修时不便维修。因此，在实际模具设计时，切口料带设计方案应用更为广泛。

公司目前所有抽引模均为切口料带式。在切口料带方案中，又有以下三种毛坯分离方式。

1）下料式（如图九），其特点是：

i. 废料多，材料利用率低；ii. 料带刚性差；

(图九)

2）撕破方式（如图十），其特点是：

i.材料利用率高，料带刚性好；

ii.毛胚通过撕破方式分开，容易与carry在撕开处相重叠,产生细小金属丝；

(图十)

3）下料与撕破综合式（如图十一），其特点是：

i. 材料利用率高；ii. 料带刚性好。

(图十一)

在抽引连续模料带设计时，必须保证：

1) 连接抽引毛坯与两侧浮料定位之搭边的carry必须有一定弧度（图十二）,可随抽引毛坯向中心流动时而延伸。这样才能保证浮料定位搭边不致被拉变形或者是carry被拉断,这才能使得後续各工站送料顺畅,定位准确；

(图十二)

2)为保证料带之刚性，最好在两侧搭边中间加一横向carry，如图十三所示。(图十三)

6. 抽引连续模之压料与脱料设计

抽引模设计时，必须从抽引工艺上充分考量压料与脱料的可靠性。如果压料不充分，材料容易起皱失稳。如果压料过死，则不利於材料流动，容易造成抽裂。同样，如果脱料机构设计不好，也容易造成卡料与带料现象，无法送料顺畅。

抽引工站结构如图示：

剥料板通过两侧限位，使得抽引毛坯（包括carry）与剥料板间有

0.02~0.05mm间隙，这样既有利材料流动，又可避免起皱。剥料板必须用弹簧强压。在下模设计顶料块，避免产品卡死在模仁中，其浮升的高度必须使产品脱离模仁r角。

抽引後，材料势必会紧包在抽引冲子上,为达到脱料目的,除了使冲子完全退回到剥料板里面,达到完全剥料外，还应在抽引冲子上设计气孔，以避免冲子与产品在剥料过程中产生真空,发生带料现象。

7. 抽引连续模之定位设计

抽引连续模料带在模具中的定位设计与弯曲连续模有本质区别.抽引时材料流动,carry变形,因而无法再通过carry上的定位工艺孔对整料带定位,为保证产品尺寸精度。其成形工艺必须为：

产品从料带分离。如图十四：?弯曲成形?以抽引体为基准切出弯曲展开毛坯?抽引?分离抽引毛坯

(图十四)

在模具前段为抽引毛坯分离工站,包括下料与撕裂,是在抽引前完成,可通过料带上定位孔定位；模具中间段为抽引工站,此时料带上定位孔功能已丧失,它们的的定位是靠抽引外形自动导入抽引模仁保证；在模具後段为下料弯曲工站,为保证产品精度,必须以最後一抽抽引体为基准进行定位。

针对模具後段定位,设计时有三种方案：

a. 以抽引体外形定位,在模具後段各工站设计外形与抽引体外形一致，配合间隙

0.02mm之定位结构。此结构必须在抽引件底部加顶出装置。如图十五：

(图十五)

b. 以抽引体内部轮廓定位,在模具後段各工站设计与抽引体内形一致，间隙

0.02m之定位Block固定於剥料板上。此Block必须在头部进行导引结构和剥料机构设计，如图十六：

(图十六)

c. 凸缘工艺孔定位：

以上两种定位方案往往占用模具空间大,也不便於设计剥料和脱料机构。因此,可借鉴carry定位孔原理,先以抽引体外形或内形定位,在凸缘上冲出定位工艺孔,在後续工站中以凸缘上的工艺孔作为抽引件在模具中的定位。因为凸缘与抽引体位置固定，因此凸缘上工艺孔与抽引体在料带定位功能上有等效作用,如图十七所示：