凸缘矩形件的拉深工艺分析与模具设计
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在进行模具结构设计时，首先需要解决以下 问题：
1）该拉深件需要的毛坯尺寸及形状大小； 2）能不能通过一次拉深获得该拉深件； 3）拉深过程中零件是否会出现严重起皱和破 裂； 4）拉深后零件壁厚减薄量和增厚量会达到多 少。 DYNAFORM软件是由美国工程技术联合公司 （ETA）开发的一个基于LS-DYNA的板料成形模 拟专用软件包，可方便地求解板料成形工艺及模 具设计涉及到的复杂问题，是目前该领域中应用 最为广泛的CAE分析软件之一[2]。
关键词：凸缘矩形件；DYNAFORM；落料拉深复合成形；模具结构
中图分类号：TG386.2；TG385.2 文献标识码：B
文章编号：1009-0134(2013)03(上)-0038-03
Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2013.03(上).12
0 引言
如图1所示零件是某家电产品上的结构件，材 料采用DC03冷轧板，厚度1 mm。该结构件虽然尺 寸精度要求不高（IT13级），但是属于较复杂的 拉深件，成形过程中存在起皱、破裂的可能性， 在确定毛坯的形状和尺寸时，缺少恰当的经验公 式来应用，采用传统的方法来设计该产品的模 具，需要较长的“试错”过程，准确性和可靠性 低，设计、制造成本较高。
4 注意事项
该模具装配后落料凹模16与拉深凸模24之间 要有一定的高度差，一般为板料厚度t +（1~2） mm，以实现先落料后拉深。拉深过程中，为了防 止板料起皱，拉深凸模24、凹模镶块12、拉深凹 模13以及压边圈27要压紧板料。由于落料凸模13 与落料凹模16之间相对行程较大，为了减少模具 的磨损，落料凸、凹模采用斜壁形式，同时冲裁 间隙取合理间隙的较大数值[9]。
图5 落料拉深复合模结构图
模具工作过程如下：待冲条料通过导料销29 和挡料销22的定位，由落料凸模13和凹模16实现 落料。落料凸模13继续下行，进入凹模16的深度 达到2mm后，落料件在拉深凸模24、拉深凹模 13、凹模镶块12以及压边圈27作用下开始拉深， 拉深行程为19mm。拉深结束后，拉深件由凹模镶 块12推出，卸料板15实现冲裁搭边与落料凸模13 的分离。
参考文献：
[1] 贺军涛.盒形件拉深的研究[D].长春:吉林大学,2004. [2] 皮克松,郑南松.DYNAFORM在冲压成形中的应用研究
[J].航空制造技术,2011,(10):40-44. [3] 王秀凤,郎利辉.板料成形CAE设计及应用[M].北京:北京
航空航天大学出版社,2010. [4] 刘普襄.超薄板材拉深成形的数wk.baidu.com模拟分析[D].杭州:浙
3 模具结构及工作过程
利用DYNAFORM软件BSE（毛坯尺寸工程） 模块确定的毛坯形状（包含3mm的余量修边）如 图4所示。提取坯料轮廓线，以IGS文件格式导 出，由Pro/ENGINEER软件转换成2D图形后进行 拉深模的结构设计。
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图2 成形极限图（FLD）
单击工具栏中的Thickness（厚度）按钮，同 样只保留毛坯层，选择最后一帧得到厚度变化分 布云图如图3所示。
收稿日期：2012-10-16 作者简介：杨太德（1970 -），男，副教授，研究方向为模具设计与制造技术。
【38】 第35卷 第3期 2013-03(上)
2 DYNAFORM软件拉深成形数值模 拟[3~6]
1）首先在CAD软件（Pro/ENGINEER、UG或 CATIA等）中根据拉深件建立拉深件和凹模的曲 面模型，然后存为IGS文件格式，将上述曲面模型 数据导入到DYNAFORM系统中。
社,2003. [8] 王孝培.冲压手册[M].北京:机械工业出版社,2003. [9] 杨 太 德 . 多 孔 盘 冲 压 工 艺 与 模 具 设 计 [ J ] . 锻 压 技
术,2011,(5):104-107.
图3 成形后的厚度变化分布云图
通过板材的厚度变化分布云图可以看出，厚 度最小值是0.733642，处在矩形件的四个底部圆 角处，厚度减小值是0.266358，减薄量占总厚度 的26.6%，该部位有拉裂的趋势，但仍在安全线以 内。厚度最大值是1.078504，处在矩形件的凸缘部 分，厚度增加值是0.078504，增厚量占总厚度的 7.8%，该部位有起皱现象。通过调整压边位置的 结构、压边力的大小以及抛光凹模工作面可以有 效降低起皱和拉裂的风险。因此，可以判断该拉 深件能够通过一次拉深成形。
江理工大学,2011. [5] 赵佳峰,张骞,张云峰.汽车中门边梁冲压成形工艺模拟研
究[J].制造技术与机床,2011,(11):43-46. [6] 龚红英,何丹农,张质良.计算机仿真技术在现代冲压成形
过程中的应用[J].锻压技术,2003,(5):35-38. [7] 王新华,袁联富.冲模结构图册[M].北京:机械工业出版
7）后处理分析。 打开后缀名为.d3plot的文件，单击工具栏中的 Forming Limit Diagram （FLD）按钮，只保留毛坯 层，选择最后一帧得到的结果如图2所示。通过板 材的成形极限图，可以看到毛坯在成形后没有破 裂区域，只是在矩形件的底部圆角处有部分材料 处于破裂的危险区，在毛坯的底部和边缘部分有 起皱现象。拉深件大部分面积处于安全区域，初 步判断该拉深件可以通过一次拉深成形。
（a）实体
（b）零件图 图1 凸缘矩形件
1 拉深工艺分析
矩形件是一种非轴对称的零件，它的筒壁是 由直边部分和圆角部分构成，拉深变形时应力、 应变在变形区内沿周边的分布很不均匀，因而在 拉深过程中变形过程较为复杂[1]。
如图1所示零件属于矩形件的一种类型，但是 和大多数设计参考资料上所提供的矩形件又有较 大区别。该零件不属于直壁式矩形件，同时还带 有凸缘，因此该零件的拉深工艺比一般的矩形件 还要复杂。
5 结束语
针对复杂拉深件，通过DYNAFORM软件进行 数值模拟，减少了对设计经验的依赖程度，提高
【40】 第35卷 第3期 2013-03(上)
了模具设计的准确性和可靠性，缩短了模具设计 与制造调试的周期，对同类零件的冲压模具设计 具有一定的参考价值。该冲压件采用落料拉深复 合成形，生产效率高，模具结构简单，操作安全 方便，具有良好的经济效益。
2）对曲面模型进行网格划分，检查并修正网 格缺陷。
3）利用BSE（毛坯尺寸工程）模块确定毛坯 尺寸及形状大小（包含修边余量）。
4）对毛坯轮廓进行网格划分，检查并修正网 格缺陷。
5）进入成形设置界面定义工具：凸模、凹 模、压边圈等。
6）提交运算。运算结果会产生包括后缀名 为.d3plot、.dynain、.idx、.mod等多种类型的文 件。
图4 毛坯形状确定过程示意图
该零件通过落料拉深复合模冲压成形，模具 结构如图5所示，采用400×200×195~240ⅠJB/ T7181.3－1995标准模架[7,8]。
第35卷 第3期 2013-03(上) 【39】
1. 上模座 2. 17.导套 3. 18.导柱 4. 垫板 5. 卸料螺钉 6. 25、28.沉头螺钉 7. 螺塞 8. 弹簧 9. 限位导柱 10. 小导套 11. 固定板 12. 凹模镶块 13. 落料拉深凸凹模 14. 橡皮 15. 卸料板 16. 落料凹模 19. 下模座 20、21、23. 销钉 22. 挡料销 24. 拉深凸模 26. 顶杆 27. 压边圈 29. 导料销
摘 要：根据凸缘矩形件的结构特点及技术要求，用DYNAFORM软件进行拉深成形数值模拟分析，确
定了落料拉深复合成形的工艺方案，缩短了复杂零件成形模具“试错”的过程，减少了对设
计经验的依赖程度，提高了模具设计的准确性和可靠性，对同类零件的冲压模具设计具有一
定的参考价值。介绍了模具结构及工作过程，对设计注意事项进行了分析、归纳和总结。
加工与制造
凸缘矩形件的拉深工艺分析与模具设计
The stretching technology analysis and die design of the flange drawing
杨太德1，徐永萍2，王 娟1
YANG Tai-de1，XU Yong-ping2，WANG Juan1
（1.连云港职业技术学院，连云港 222006；2.本特勒投资(中国)有限公司，嘉定 201807）
1）该拉深件需要的毛坯尺寸及形状大小； 2）能不能通过一次拉深获得该拉深件； 3）拉深过程中零件是否会出现严重起皱和破 裂； 4）拉深后零件壁厚减薄量和增厚量会达到多 少。 DYNAFORM软件是由美国工程技术联合公司 （ETA）开发的一个基于LS-DYNA的板料成形模 拟专用软件包，可方便地求解板料成形工艺及模 具设计涉及到的复杂问题，是目前该领域中应用 最为广泛的CAE分析软件之一[2]。
关键词：凸缘矩形件；DYNAFORM；落料拉深复合成形；模具结构
中图分类号：TG386.2；TG385.2 文献标识码：B
文章编号：1009-0134(2013)03(上)-0038-03
Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2013.03(上).12
0 引言
如图1所示零件是某家电产品上的结构件，材 料采用DC03冷轧板，厚度1 mm。该结构件虽然尺 寸精度要求不高（IT13级），但是属于较复杂的 拉深件，成形过程中存在起皱、破裂的可能性， 在确定毛坯的形状和尺寸时，缺少恰当的经验公 式来应用，采用传统的方法来设计该产品的模 具，需要较长的“试错”过程，准确性和可靠性 低，设计、制造成本较高。
4 注意事项
该模具装配后落料凹模16与拉深凸模24之间 要有一定的高度差，一般为板料厚度t +（1~2） mm，以实现先落料后拉深。拉深过程中，为了防 止板料起皱，拉深凸模24、凹模镶块12、拉深凹 模13以及压边圈27要压紧板料。由于落料凸模13 与落料凹模16之间相对行程较大，为了减少模具 的磨损，落料凸、凹模采用斜壁形式，同时冲裁 间隙取合理间隙的较大数值[9]。
图5 落料拉深复合模结构图
模具工作过程如下：待冲条料通过导料销29 和挡料销22的定位，由落料凸模13和凹模16实现 落料。落料凸模13继续下行，进入凹模16的深度 达到2mm后，落料件在拉深凸模24、拉深凹模 13、凹模镶块12以及压边圈27作用下开始拉深， 拉深行程为19mm。拉深结束后，拉深件由凹模镶 块12推出，卸料板15实现冲裁搭边与落料凸模13 的分离。
参考文献：
[1] 贺军涛.盒形件拉深的研究[D].长春:吉林大学,2004. [2] 皮克松,郑南松.DYNAFORM在冲压成形中的应用研究
[J].航空制造技术,2011,(10):40-44. [3] 王秀凤,郎利辉.板料成形CAE设计及应用[M].北京:北京
航空航天大学出版社,2010. [4] 刘普襄.超薄板材拉深成形的数wk.baidu.com模拟分析[D].杭州:浙
3 模具结构及工作过程
利用DYNAFORM软件BSE（毛坯尺寸工程） 模块确定的毛坯形状（包含3mm的余量修边）如 图4所示。提取坯料轮廓线，以IGS文件格式导 出，由Pro/ENGINEER软件转换成2D图形后进行 拉深模的结构设计。
㞘㑰㔷㎋
㎎㪏ミ
㎎㪏ミ㗌㞘 㾿⢀䈁㑠
图2 成形极限图（FLD）
单击工具栏中的Thickness（厚度）按钮，同 样只保留毛坯层，选择最后一帧得到厚度变化分 布云图如图3所示。
收稿日期：2012-10-16 作者简介：杨太德（1970 -），男，副教授，研究方向为模具设计与制造技术。
【38】 第35卷 第3期 2013-03(上)
2 DYNAFORM软件拉深成形数值模 拟[3~6]
1）首先在CAD软件（Pro/ENGINEER、UG或 CATIA等）中根据拉深件建立拉深件和凹模的曲 面模型，然后存为IGS文件格式，将上述曲面模型 数据导入到DYNAFORM系统中。
社,2003. [8] 王孝培.冲压手册[M].北京:机械工业出版社,2003. [9] 杨 太 德 . 多 孔 盘 冲 压 工 艺 与 模 具 设 计 [ J ] . 锻 压 技
术,2011,(5):104-107.
图3 成形后的厚度变化分布云图
通过板材的厚度变化分布云图可以看出，厚 度最小值是0.733642，处在矩形件的四个底部圆 角处，厚度减小值是0.266358，减薄量占总厚度 的26.6%，该部位有拉裂的趋势，但仍在安全线以 内。厚度最大值是1.078504，处在矩形件的凸缘部 分，厚度增加值是0.078504，增厚量占总厚度的 7.8%，该部位有起皱现象。通过调整压边位置的 结构、压边力的大小以及抛光凹模工作面可以有 效降低起皱和拉裂的风险。因此，可以判断该拉 深件能够通过一次拉深成形。
江理工大学,2011. [5] 赵佳峰,张骞,张云峰.汽车中门边梁冲压成形工艺模拟研
究[J].制造技术与机床,2011,(11):43-46. [6] 龚红英,何丹农,张质良.计算机仿真技术在现代冲压成形
过程中的应用[J].锻压技术,2003,(5):35-38. [7] 王新华,袁联富.冲模结构图册[M].北京:机械工业出版
7）后处理分析。 打开后缀名为.d3plot的文件，单击工具栏中的 Forming Limit Diagram （FLD）按钮，只保留毛坯 层，选择最后一帧得到的结果如图2所示。通过板 材的成形极限图，可以看到毛坯在成形后没有破 裂区域，只是在矩形件的底部圆角处有部分材料 处于破裂的危险区，在毛坯的底部和边缘部分有 起皱现象。拉深件大部分面积处于安全区域，初 步判断该拉深件可以通过一次拉深成形。
（a）实体
（b）零件图 图1 凸缘矩形件
1 拉深工艺分析
矩形件是一种非轴对称的零件，它的筒壁是 由直边部分和圆角部分构成，拉深变形时应力、 应变在变形区内沿周边的分布很不均匀，因而在 拉深过程中变形过程较为复杂[1]。
如图1所示零件属于矩形件的一种类型，但是 和大多数设计参考资料上所提供的矩形件又有较 大区别。该零件不属于直壁式矩形件，同时还带 有凸缘，因此该零件的拉深工艺比一般的矩形件 还要复杂。
5 结束语
针对复杂拉深件，通过DYNAFORM软件进行 数值模拟，减少了对设计经验的依赖程度，提高
【40】 第35卷 第3期 2013-03(上)
了模具设计的准确性和可靠性，缩短了模具设计 与制造调试的周期，对同类零件的冲压模具设计 具有一定的参考价值。该冲压件采用落料拉深复 合成形，生产效率高，模具结构简单，操作安全 方便，具有良好的经济效益。
2）对曲面模型进行网格划分，检查并修正网 格缺陷。
3）利用BSE（毛坯尺寸工程）模块确定毛坯 尺寸及形状大小（包含修边余量）。
4）对毛坯轮廓进行网格划分，检查并修正网 格缺陷。
5）进入成形设置界面定义工具：凸模、凹 模、压边圈等。
6）提交运算。运算结果会产生包括后缀名 为.d3plot、.dynain、.idx、.mod等多种类型的文 件。
图4 毛坯形状确定过程示意图
该零件通过落料拉深复合模冲压成形，模具 结构如图5所示，采用400×200×195~240ⅠJB/ T7181.3－1995标准模架[7,8]。
第35卷 第3期 2013-03(上) 【39】
1. 上模座 2. 17.导套 3. 18.导柱 4. 垫板 5. 卸料螺钉 6. 25、28.沉头螺钉 7. 螺塞 8. 弹簧 9. 限位导柱 10. 小导套 11. 固定板 12. 凹模镶块 13. 落料拉深凸凹模 14. 橡皮 15. 卸料板 16. 落料凹模 19. 下模座 20、21、23. 销钉 22. 挡料销 24. 拉深凸模 26. 顶杆 27. 压边圈 29. 导料销
摘 要：根据凸缘矩形件的结构特点及技术要求，用DYNAFORM软件进行拉深成形数值模拟分析，确
定了落料拉深复合成形的工艺方案，缩短了复杂零件成形模具“试错”的过程，减少了对设
计经验的依赖程度，提高了模具设计的准确性和可靠性，对同类零件的冲压模具设计具有一
定的参考价值。介绍了模具结构及工作过程，对设计注意事项进行了分析、归纳和总结。
加工与制造
凸缘矩形件的拉深工艺分析与模具设计
The stretching technology analysis and die design of the flange drawing
杨太德1，徐永萍2，王 娟1
YANG Tai-de1，XU Yong-ping2，WANG Juan1
（1.连云港职业技术学院，连云港 222006；2.本特勒投资(中国)有限公司，嘉定 201807）