第二章第5节 冲压模具设计——拉伸模

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。
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；
3）在设计拉伸件时，应注明必须保证外形或内形 尺寸，不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉 深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为 基准。
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。 （2）利用极限拉伸系数进行判断（查表） 如果工件的相拉伸系数mF1大于或等 于表中对应的极限拉伸系数[mF1]值时， 则可以一次拉伸成形；否则需多次拉伸。
D 8 LX 8(l1 x1 l2 x2 l3 x3 ... ln xn ) 8 lx
（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。
D
式中
4S


f
4
S——毛坯面积（包括修边余量）； f——简单旋转体拉伸件各部分面积； D——毛坯直径。
案例分析：
带凸缘制件 无凸缘制件
将制件分割为： 1）1/4凹球环
2）圆柱
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。
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
圆筒形件以后各次拉伸
（ｉ＝2、3、…、ｎ）
FY
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。 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。
Hale Waihona Puke pgpgpy2.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 可减小1/2。
pg
pg
py
3.矩形拉伸件壁间圆角半径rpy
矩形拉伸件壁间圆角半径rpy：指矩形拉伸 件的四个壁的转角半径。 要求：rpy≥3t及rpy≥H/5
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， 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。
d1=[ m1]D d2=[ m2]d1
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。
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。
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； 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。
。。。。。。
dn=[ mn]dn-1
式中 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。
上表只适合08及10号钢的拉伸件
pg
pg
py
5.2.2 拉伸件上的孔位布置 1）孔位应与主要结构面（凸缘面）在同一平面， 或孔壁垂直该平面，便于冲孔与修边在同一 道工序中完成。
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：
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 …… dn=mndn-1
式中 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。
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；
注：厚度小于1mm的拉伸件，可根据工件外壁尺寸计算
2）叠加各段中间层面积，求出制件中间层面积； 3）根据“等面积原则”求出毛坯直径。
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； 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。
5.5.1 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：
rd 1 0.8
D d t
式中 rd1—首次拉伸凹模圆角半径； D—坯料直径； d—凹模内径； t—材料厚度。
以后各次拉伸凹模圆角半径逐渐减小
rdi 0.6 ~ 0.9rdi 1
拉伸件
拉伸模
5.1 拉伸模设计程序
审图
拉伸工艺性分析 拉伸工艺方案制定 毛坯尺寸计算 拉伸次数确定
冲压力及压力中心计算 冲压设备选择
凸、凹模结构设计 总体结构设计 冲压模装配图绘制 非标零件图绘制
5.2 审图与拉伸工艺性分析
学习目标： 掌握拉伸件的结构工艺性要求，了解拉伸件在 公差、材料上的要求，掌握拉伸件工序安排的一般 原则。 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。
2. 窄凸缘圆筒形件（dF/d=1.1~1.4）的多次拉伸计算 窄凸缘圆筒形件 应先拉成圆筒形，然 后形成锥形凸缘，最 后再经校平获得平凸 缘；所以窄凸缘圆筒 形件的拉伸工序的计 算，可用无凸缘的圆 筒形件的计算方法进 行计算。
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。
D 4 d 4

2
( d1 2rA1 ) 2 p
i 1

2
( d i 2rAi ) 2 p

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。 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。
4）拉伸件口部尺寸公差应适当。
5）一般拉伸件允许壁厚变化范围0.6t1.2t,若 不允许存在壁厚不均现象，应注明；
6）需多次拉伸成形的工件，应允许其内、外壁 及凸缘表面上存在压痕；
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： 1）rdΦ ＞2t 一般取：rdΦ =（48）t 2）当rdΦ ＜0.5mm时，应增加整形工序。
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 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。