第二章第5节冲压模具设计——拉伸模方案

3）1/4凸球环 4）圆板
5.3.2 复杂旋转体拉伸件坯料尺寸的确定
相似原则
1.解析法 若拉伸件可由若干个简单几何形状组成，
则先分别求出各部分的表面积F，再相加得出 拉伸件的总面积∑F，最后按下式计算毛坯直 径。
D 4 F 1.13 F

5.3.2 复杂旋转体拉伸件坯料尺寸的确定
5.2.2 拉伸件圆角半径的要求
1.凸缘圆角半径rdΦ 凸缘圆角半径rdΦ ：指壁与凸缘的转角半径。
要求：
12））r当dΦr＞dΦ 2＜t0.5m一m时般，取应：增rd加Φ =整（形4工8序）。t
pg
pg
py
ห้องสมุดไป่ตู้ 2.底部圆角半径rpg 底部圆角半径rpg：指壁与底面的转角半径。
要求：
1）rpg≥t，一般取：rpg≥（35）t 2）rpg＜t，增加整形工序，每整形一次，rpg
m总——需多次拉伸成形制件的总拉伸系数。
注意：拉伸系数系愈小，表示拉伸变形程度愈大。
极限拉伸系数：指当拉伸系数减小至使拉伸件起 皱、断裂或严重变薄超差时的临界拉伸系数。
5.4.2 圆筒形拉伸件拉伸次数及工序尺寸计算
1.拉伸次数
当md=d/D>m极限时，可以一次拉伸，否则需多 次拉伸。
1）推算法：根据极限拉伸系数和毛坯直径，从第 一道拉伸工序开始逐步向后推算各工序的直径，
教学要求： 能够利用等面积法，计算圆筒形
拉伸件的毛坯尺寸；能够查表确定 常见的旋转体拉伸件的毛坯尺寸。
5.3.1 简单旋转体拉伸件坯料尺寸的确定
计算原则：按等面积（即拉伸前后材料面积 不变）原则进行计算，再加上修边余量。
数学计算法： 1）将制件分成若干简单几何形状（包括修边余
量），以其中间层进行计算；
（1）由直线和圆弧相连接的形状
（2）曲线连接的形状
5.4 圆筒形件拉伸计算
学习目标： 了解拉伸系数的概念，能够计算圆筒形件的
拉伸次数及各次拉伸的工序件尺寸；计算圆筒形 件的拉伸力。
教学要求： 能够利用推算法或查表法确定无凸缘圆筒形
件的拉伸次数及工序件尺寸；查表确定带凸缘圆 筒形件的拉伸次数；分别掌握宽凸缘及窄凸缘圆 筒形件的多次拉伸的工序计算步骤。
教学要求： 根据弯曲件的结构工艺性要求改善拉伸件的结
构设计；能够根据拉伸件的工艺条件，确定拉伸件 圆角半径，确定带孔拉伸件的孔的位置。
5.2.1 对拉伸件形状尺寸的要求
1）拉伸件形状应尽量简单、对称，尽可能 一次拉伸成形。
2）尽量避免半敞开及非对称的空心件，应 考虑设计成对称（组合）的拉伸，然后剖 开；
教学要求： 能够计算凸、凹模的圆角半径、
间隙、工作部分的尺寸等工艺参数； 掌握有/无压料、首次/再次拉伸模的 凸模和凹模结构。
5.5.1 凸、凹模的圆角半径 1.凹模圆角半径 （1）根据经验公式确定凹模圆角半径 首次（包括只有一次）拉伸凹模圆角半径：
rd1 0.8 D d t
式中
rDd—1—坯首料次直拉径伸；凹模圆角半径； d—凹模内径；
一直算到得出的直径小于或等于工件直径，即可 确定所需的拉伸次数。
式中
d1=[ m1]D
d2=[ m2]d1 。。。。。。
dn=[ mn]dn-1
d1、d2…dn-1、dn—第1、2、…（n-1）、n道工序的直径； [m1]、[m2]…[mn]—第1、2、…n道工序的极限拉伸系数； D—毛坯直径。
2）根据工件的相对高度h/d和毛坯的相对厚度 t/D，查表确定拉伸次数n。
金属（铝、黄铜、纯铜）的拉伸，rd=5t。
注： 1．第一次拉伸和较薄的材料，取表中的最大极限值； 2．以后各次拉伸和较厚的材料，取表中的最小极限值。
2.凸模圆角半径 首次拉伸凸模圆角半径：
rp1=（0.61.0）rd1
中间各次拉伸凸模圆角半径：
5.4.1 拉伸系数
拉伸系数：指用于表示拉伸变形程度的工艺指数。 其值为拉伸后制件直径与拉伸前毛坯 直径之比值。
m=d/D
若需经过多次拉伸方能成形，则：
首次拉伸
m1=d1/D
以后各次拉伸
m2=d2/d1 m3=d3/d2
……
mn=dn/dn-1 m总=d/D=m1•m2•m3•…•mn
式中：
m——拉伸系数； d——拉伸后制件直径； D——拉伸前毛坯直径； m1、m2、m3、…、mn——各次的拉伸系数； d1、d2、d3、…、dn-1、dn——各次拉伸制件的直径；
2）拉伸件侧壁上的冲孔与底边或凸缘边的距离
h 2d t
3）拉伸件凸缘上的孔距：
D1 (d1 3t 2r2 d )
4）拉伸件底部孔距： d d1 2r1 t
5.2.3 拉伸件的精度等级 主要指其横断面的尺寸精度；一般在IT13级
以下，不宜高于IT11级，高于IT13级的应增加整 形工序。
概述 拉伸：指将一定形状的平板毛坯通过拉伸模冲压
成各种形状的开口空心件，或以开口空心 件为毛坯通过拉伸进一步使空心件改变形 状和尺寸的一种冷冲压加工方法。
拉伸变形过程
类型：不变薄拉伸、变薄拉伸
不变薄拉伸：在拉伸过程中不产生较大的变薄， 筒壁与筒底厚度较一致的拉伸工艺。
变薄拉伸：指以空心开口零件为毛坯，通过减小 壁厚成形零件的拉伸工艺。
上表只适合08及10号钢的拉伸件
2.拉伸件工序件尺寸
1）直径 确定拉伸次数后，应调整拉伸系数，使首
次拉伸尽可能接近极限拉伸系数，其余拉伸逐 渐增加，使m1<m2<…<mn，并且d/D=m1•m2 •…mn， 再算出各工序件直径。
d1=m1D d2=m2d1
……
式中
dn=mndn-1
d1、d2…dn-1、dn—第1、2、…（n-1）、n道工序的直径； m1、m2…mn—第1、2、…n道工序的拉伸系数； D—毛坯直径。
2.形心法：
任何形状的母线ＡＢ绕轴线ＹＹ旋转，所得 到的旋转体面积等于母线长度Ｌ与其重心旋转所 得周长２Ｘ的乘积（Ｘ是该段母线重心至轴线 的距离）。
旋转体面积： A 2 LX
毛坯面积：
因： A A0 故
D2
A0 4
D 8LX 8(l1x1 l2x2 l3x3 ... lnxn ) 8lx
FY

4
d
2 i
1
(di

2rAi )2
p
（ｉ＝2、3、…、ｎ）
3. 压力机公称压力（ Fg）的确定 工艺总压力为：Fz=F+Q
浅拉伸 深拉伸
Fg（1.6~1.8）Fz Fg（1.8~2.0）Fz
5.5 拉伸凸、凹模结构设计
学习目标： 能够理解拉伸凸模和凹模结构尺
寸的计算，掌握拉伸凸模、凹模的 结构。
5.2.4 拉伸件的材料 1）具有较大的硬化指数； 2）具有较低的径向比例应力σr/σb峰值； 3）具有较小的屈强比σs/σb； 4）具有较大的厚向异性指数r。
5.2.5 拉伸件工序安排的一般原则
l）在大批量生产中，在凹、凸模壁厚强度允许 的条件下，应采用落科、拉伸复合工艺；
2）除底部孔有可能与落料、拉伸复合冲压外， 凸缘部分及侧壁部分的孔、槽均需在拉伸工 序完成后再冲出；
为保持在以后拉伸工序中的凸缘直径不 变，通常第一次拉入凹模的材料要比工件最 后拉伸部分实际材料多约5%，这些多余材料 在后面的拉伸中，部分材料被挤回到凸缘。
（3）计算程序 1）选取修边余量； 2）预算毛坯直径D； 3）判断能否一次拉伸； 4）计算拉伸次数； 5）计算各工序件的拉伸直径； 6）合理选配各次拉伸的圆角半径； 7）重新修整毛坯直径； 8）计算第一次拉伸高度，并校核其相对高度； 9）计算以后各次的拉伸高度； 10）画出工序图。
次拉伸应先按零件 要求的尺寸拉出凸 缘直径（包括修边 余量），并在以后 拉伸工序中保持凸 缘直径不变，只是 逐渐地缩小圆筒部 分的直径。
（2）保持凸缘直径不变 凸缘一经形成，在后续的拉伸中就不能变
动。因为后续拉伸时 ，凸缘的微量缩小会使中 间圆筒部分的拉应力过大而使危险断面破裂。 为此，必须正确计算拉伸高度，严格控制凸模 进入凹模的深度。
工序计算步骤： 1）选取修边余量； 2）计算毛坯直径D； 3）判断能否一次拉伸； 4）判断是否窄凸缘筒形件，确定拉伸方法； 5）计算各工序件的拉伸直径； 6）合理选配各次拉伸的圆角半径； 7）确定各工序件的拉伸高度 8）画出工序图。
3. 宽凸缘圆筒形件（dF/d>1.4）的多次拉伸计算
（1）拉伸方法 宽凸缘零件多
3）当拉伸件的尺寸精度要求高或带有小的圆角 半径时．应增加整形工序；
4）修边工序一般安排在整形工序之后；
5）修边冲孔常可复合完成。
电线插座外壳的冲压程序
实例分析 生产批量：大批量 材料：Al 料厚：0.3mm
5.3 拉伸件毛坯尺寸计算
学习目标： 能够计算圆筒形拉伸件的毛坯尺
寸，了解复杂旋转体拉伸件的毛坯 计算方法。
2）工序件底部圆角半径 合理选配各次拉伸工序件的底部圆角半径
3）高度
无凸缘圆筒形件拉伸工序计算流程
5.4.3 有凸缘圆筒形的拉伸计算 1.判断能否一次拉伸成形 （1）利用极限相对高度进行判断（查表）
如果工件的相对高度h/d小于或等于 表中对应的极限相对高度[h1/d1]值时， 则可以一次拉伸成形；否则需多次拉伸。
5.4.4 圆筒形件拉伸的拉伸力与压料力 1. 拉伸力的计算 （1）采用压边圈 首次拉伸 以后各次拉伸 （2）不采用压边圈 首次拉伸 以后各次拉伸
2. 压料力
Q＝Ap
式中 Ａ——压料圈下坯料的投影面积；
ｐ——单位面积压料力。
圆筒形件首次拉伸
FY

4
D2 (d1 2rA1)2