抽引连续模设计步骤及要点解析

1 抽引連續模設計步驟及要點 CCBG NB產品群金屬零件部 彭新全 [摘要] 文章在對抽引加工工藝作了簡單的概述後,著重總結了抽引連續模設計步驟及要點,

並列舉了較實用之模具結構形式. 關鍵詞 抽引 連續模 沖壓 沖模排樣

1. 概述 抽引加工工藝在連接器五金件制造中應用極為廣泛. 它是一種將平片毛坯抽制成立體空心件的沖壓加工方法,在工業及生活用品的制造中應用極為廣泛. 諸如汽車覆蓋件,連接器中的D型鐵殼,生活用品中的易拉罐等都離不開抽引加工工藝.抽引加工一般分為旋轉件抽引(如Audio Jack Shell),盒形件抽引(如D-SUB Shell) 及復雜曲面抽引(汽車覆蓋件)等. 抽引加工的成形機理是材料內部產生塑性流動,平片毛坯向徑向流動逐步轉移到筒壁的過程,如圖一所示:

（圖一） 由此可見,抽引加工必然存在以下特點: a. 材料內部塑性流動, 必然產生加工硬化; b. 材料從外圍向徑向流動時,在切向相互間產生擠壓應力,由此導致材料失穩起皺,甚至抽裂. 簽于抽引成形機理是材料整體流動,變數太多,故模具設計時光靠理論計算往往不夠,需在實際試模中加以修正.在抽引連續模設計時,由於連續模之結構特點以及料帶之送料順暢要求,使得模具設計時有更多的考量要點.以下就抽引連續模設計步驟及要點作些許總結.

2. 抽引件工藝性評估及成形工序確定 在抽引連續模設計之前,首先應對抽引件圖面進行工藝性審查評估,評估內容主要包括以下幾部分: a. 抽引件之精度要求:一般而言抽引件在圓筒側壁之材料厚度無法做到等料厚t, 故產品尺寸標注時不能同時對圓筒內外同時有尺寸要求, 隻能滿足其中一項, 其精度要求可達±0.05mm.在高度方向也可控制到±0.05mm, 其標注方式最好以抽引件底部為基準； b. 抽引件之外觀要求: 材料在抽引流動時與模仁摩擦劇烈,外觀無法做到車制零件那麼光

材料流動方向徑向擠壓毛 胚產 品 2

滑,筒側壁可能會有內凹或弧形； c. 零件之抽引工藝性: 由於抽引連續模之模具結構特點決定,抽引過程中無法加退火工序,故必須對制件之連續抽引進行工藝評估.如果其總抽引系數小於材料所允許之最小總抽引系數,那麼就不具備連續抽引工藝; d. 如果抽引件深度太高,無法連續抽引完成時,可考慮先抽引後翻底工藝,看能否達到目的,此時產品側壁外觀不平整.另外當總抽引系數太小時, 可考慮用脹形工藝完成; e. 產品形狀盡量簡單對稱,有利於材料均勻流動; f. 產品之圓角半徑不宜過小,一般底部圓角r和口部圓角R都應大於(0.1~0.3)t; g. 評估抽引件凸緣及側壁之成形或沖孔是否在連續模中易實現.諸如凸緣上沖孔太靠近抽引主體,很可能為了閃開抽引主體而使刀口太弱;側壁上沖孔能否有效排屑等都須考量; h. 抽引件底部沖孔時,其孔徑必須小於抽引直徑;否則可考慮側切底工藝,將底部圓角切除; 3. 抽引件毛坯展開 抽制工件所需毛坯直徑必須在實際的抽引試模中加以修正才能得到正確數值.但理論計算必不可少,它可大致確定出毛坯之形狀與面積.對於零件成本預估,抽引工藝性評估及抽數確定等都有重要的指導意義和實用價值. 一般在抽引件毛坯展開中,面積相等法利用最為廣泛.其理論來源於抽引前後質量守恆定律. 當假定料厚t均勻時, 由於密度一定,故可推得抽引前後面積相等結論.在計算抽制品面積時,一般是以料厚t之中心線(如圖二中虛線)所旋轉而成的面作為平均面.

（圖二） 利用面積相等法原則求毛坯直徑的程序為: 先計算出抽制品平均面積,再利用此面積計算毛坯直徑D.如何求得抽制品面積呢?我們必須先將復雜形狀之抽制件分解為多個簡單的幾何單元,然後利用面積累積法求得整個產品之面積.如下圖三:

(圖三) ⅠⅡⅢⅣⅤ 3

抽制品面積A=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ 毛坯面積=πD2/4 故D=(4A/π)1/2 =1.128A1/2 對於盒形件(如D-SUB Shell)等,由於直邊段的變形機理為折彎原理, 抽引機理主要存在於圓角處,故直邊處的毛坯按折彎展開,圓角處按圓筒抽引展開.因此較常用到幾何單元體為以下幾種,其面積計算公式附後

4. 抽引工藝參數之計算與分配 在連接器抽引件開發中往往都需要多道抽引才能完成。因此抽引道次的計算和抽引系數之分配等工藝參數的確定至關重要.其計算步驟一般為: a. 計算修邊余量; b. 對補償有修邊余量之抽引件進行毛坯面積計算並確定展開毛坯形狀; c. 確定抽引道次,並進行抽引系數分配; d. 抽引凸凹模工作部分設計; e. 確定各抽抽引高度.

具體分解如下: a. 在抽制過程中, 常因材料機械的各向異性以及抽引間隙不均勻,摩擦阻力不等以及定位誤差等因素導致抽引件口部或凸緣周邊不齊,須修邊.因此在毛坯展開前必須補償修邊余量.在連接器類小抽引件設計時一般按1mm的修邊余量補償. b. 毛坯面積的計算如上文所講,利用面積分段法求出的產品總面積,就是毛坯面積. 針對圓筒件,其毛坯為圓形,因此可確定其直徑.對於盒形件,在四個圓角按1/4圓筒計算,直邊段按折彎展開計算,圓角和直邊單獨展開,再平滑過渡，如圖四:

幾何單元體面 積序 號

1

2345

圓 盤圓 環

圓 筒

筒 底 筒 口 4

(圖四) c. 在毛坯展開後, 就必須確認抽引道次了.在計算抽引道次前,我們須計算出抽引件之總抽引系數（圖五）. m總=產品之筒徑/展開毛胚直徑（<1）

(圖五) 當m總小於此材料所能允許的最小抽引系數時, 將無法連續抽引,中間必須通過退火工序. 在計算出m總後,有兩種方法進行抽引參數計算: 1) 計算法: 抽引道次n=m總/m均(其中m均為材料之平均抽引系數) 當抽引道次確認後,查相關沖壓手冊選取相對應材料各道抽引系數,選取時必須保証以下原則m1＊m2＊ m3---＊mn=m總

當各道次抽引系數確認後,即可根據 d1=m1*D d2=m2*d1 ……. dn=mn*dn-1 公式計算出各抽沖子直徑. 2) 推算法: 通過沖壓手冊推薦表格查出各抽允許之抽引系數 m1, m2….. mn然后根据 d1=m1*D d2=m2*d1 ……. dn=mn*dn-1 推算直到d n=抽制件直徑為止,此時n就為抽引次數。並同時已確定出各抽抽引直徑. 5

用壓邊圈時筒形件許可抽引系數 伸 抽引 數 系數

毛坯相對厚度(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設計 抽引凸凹模工作部分設計包括抽引間隙設計，凸凹模圓角設計，凸模頭部形狀設計； 1）抽引間隙：在各抽沖子直徑確認後，凹模直徑=沖子直徑+2＊抽引間隙。 其中抽引間隙一般由第一抽的1.1t到最後一抽t逐步遞減。 2）在凹模頭設計（圖六）,一般第一抽r凹=（8~12）t, 後續各抽r凹n=（0.6~0.8）r凹n-1 沖子頭部圓角設計為r凸n=(0.6~1.0)r凹n 最後整形抽，r凹=抽制件口部圓角 r凸=抽制件底部圓角

(圖六) 3）為保証抽引件成形,有利於材料流動，往往將抽引沖子頭部作成一定斜角,如圖七所示： 一般而言, 當T0.70mm時 =30 , 0.7mm1.4mm時 =45

(圖七)

凹凸

α 6

e. 確定各抽抽引高度 如圖八所示: 當抽引到最後一抽時，產品尺寸應全部到位，故抽引高度就是產品高度。選定一區域作為等面積計算單位，由此得 Ⅰn+Ⅱn+Ⅲn+Ⅳn+Ⅴn=產品面積A 由前面計算已知r凹，r凸以及d n, 故Ⅰn，Ⅱ，Ⅳn，Ⅴn也可計算得出，因此有 Ⅲn=3.14＊d＊H=A-Ⅰn-Ⅱn-Ⅳn-Ⅴn 推出 H=( A-Ⅰn-Ⅱn-Ⅳn-Ⅴn)/(3.14*dn)

(圖八) 5. 抽引連續模之料帶設計 抽引件展開成毛坯後要開發成連續模形式，必須對料帶的carry連接方式給予確定。在料帶設計時一般要考慮以下因素：利於抽引件成形,料帶剛性良好,送料順暢,在料寬與pitch選定時盡量提高材料利用率。 從大方面看抽引連續模料帶可分為整料帶方案和切口料帶方案兩種。

ⅤⅣⅢⅡⅠ

整料帶式 7

它們的主要區別在與切口料帶抽引時毛坯完全獨立,前後產品在抽引時材料流動不會相互影響；而整料帶抽引時前後毛坯相關連,不但造成抽引凸緣過大，而且容易產生毛坯材料不夠等現象，特別是在模具維修時不便維修。因此，在實際模具設計時，切口料帶設計方案應用更為廣泛。 公司目前所有抽引模均為切口料帶式。在切口料帶方案中，又有以下三種毛坯分離方式。 1）下料式（如圖九），其特點是： i. 廢料多，材料利用率低； ii. 料帶剛性差；

(圖九) 2）撕破方式（如圖十），其特點是： i.材料利用率高，料帶剛性好； ii.毛胚通過撕破方式分開，容易與carry在撕開處相重疊,產生細小金屬絲；

(圖十)

切口料帶式