抽引连续模设计步骤及要点解析.docx

1、抽引连续模设计步骤及要点解析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)

2、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

3、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;

4、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(0.10.3)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

5、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

6、積.如下圖三: (圖三)抽制品面積A=+毛坯面積=D2/4 故D=(4A/)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

7、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: (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

8、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m1m2 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*

9、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. 用壓邊圈時筒形件許可抽引系數拉伸 抽引系數 系數毛坯相對厚度(t/D)*10021.51.51.01.00.50.50.2m 10.460.500.500.530.530.560.560.58m 20.700.720.720.740.740.760.760.78m 30.720.740.740.760.760.780.780.80m 40.740.760.760.780.780.800.800.82d. 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，

10、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=（812）t, 後續各抽r凹n=（0.60.8）r凹n-1 沖子頭部圓角設計為r凸n=(0.61.0)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T0.70mm時 =30 , 0.7mm1.4mm時 =45 (圖七)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

11、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n+n+n+n+n=產品面積A 由前面計算已知r凹，r凸以及d n, 故n，n，n也可計算得出，因此有 n=3.14dH=A-n-n-n-n 推出 H=( A-n-n-n-n)/(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。 它們的主要區別在與切口料帶抽引時毛坯完全獨立,前

12、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) 3）下料與撕破綜合式（如圖十一），其特點是：i. 材料利用率高； ii.

13、料帶剛性好。 (圖十一) 在抽引連續模料帶設計時，必須保証：1) 連接抽引毛坯與兩側浮料定位之搭邊的carry必須有一定弧度（圖十二）,可隨抽引毛坯向中心流動時而延伸。這樣才能保証浮料定位搭邊不致被拉變形或者是carry被拉斷,這才能使得後續各工站送料順暢,定位準確； (圖十二)2)為保証料帶之剛性，最好在兩側搭邊中間加一橫向carry，如圖十三所示。(圖十三)6. 抽引連續模之壓料與脫料設計 抽引模設計時，必須從抽引工藝上充分考量壓料與脫料的可靠性。如果壓料不充分，材料容易起皺失穩。如果壓料過死，則不利於材料流動，容易造成抽裂。同樣，如果脫料機構設計不好，也容易造成卡料與帶料現象，無法送料順

14、暢。抽引工站結構如圖示： 剝料板通過兩側限位，使得抽引毛坯（包括carry）與剝料板間有0.020.05mm間隙，這樣既有利材料流動，又可避免起皺。剝料板必須用彈簧強壓。在下模設計頂料塊，避免產品卡死在模仁中，其浮升的高度必須使產品脫離模仁r角。 抽引後，材料勢必會緊包在抽引沖子上,為達到脫料目的,除了使沖子完全退回到剝料板裡面,達到完全剝料外，還應在抽引沖子上設計氣孔，以避免沖子與產品在剝料過程中產生真空,發生帶料現象。7. 抽引連續模之定位設計 抽引連續模料帶在模具中的定位設計與彎曲連續模有本質區別.抽引時材料流動,carry變形,因而無法再通過carry上的定位工藝孔對整料帶定位,為保証

15、產品尺寸精度。其成形工藝必須為：分離抽引毛坯 抽引以抽引體為基準切出彎曲展開毛坯彎曲成形產品從料帶分離。如圖十四： (圖十四) 在模具前段為抽引毛坯分離工站,包括下料與撕裂,是在抽引前完成,可通過料帶上定位孔定位；模具中間段為抽引工站,此時料帶上定位孔功能已喪失,它們的 的定位是靠抽引外形自動導入抽引模仁保証；在模具後段為下料彎曲工站,為保証產品精度,必須以最後一抽抽引體為基準進行定位。針對模具後段定位,設計時有三種方案：a. 以抽引體外形定位,在模具後段各工站設計外形與抽引體外形一致，配合間隙0.02mm之定位結構。此結構必須在抽引件底部加頂出裝置。如圖十五： (圖十五)b. 以抽引體內部輪

16、廓定位,在模具後段各工站設計與抽引體內形一致，間隙0.02m之定位Block固定於剝料板上。此Block必須在頭部進行導引結構和剝料機構設計，如圖十六： (圖十六)c. 凸緣工藝孔定位：以上兩種定位方案往往佔用模具空間大,也不便於設計剝料和脫料機構。因此,可借鑒carry定位孔原理,先以抽引體外形或內形定位,在凸緣上沖出定位工藝孔,在後續工站中以凸緣上的工藝孔作為抽引件在模具中的定位。因為凸緣與抽引體位置固定，因此凸緣上工藝孔與抽引體在料帶定位功能上有等效作用,如圖十七所示： (圖十七) 主要參考文獻1. 陳炎嗣 郭景儀主編. 沖壓模具技術手冊,北京出版社,1991.2. 王孝培主編,沖壓設計資料,機械工業出版社,1983.3. 陳永繼,D型鐵殼抽引初步分析,富士康企業集團內部刊物技術暨品質第5.6期專題論文,1999.