矩形件工藝分析及拉伸模設計

曹九英

摘要：本文對矩形件拉伸工藝進行了較為詳細的分析。在此基礎上設計了凸凹模，主要對模具的圓角半徑及間隙進行了分析和計算，使該公司的接線盒外觀質量得到很大改善，具有實用價值。

Abstract： This article analyzes the drawing process of rectangular parts in detail. Based on this， a convex and concave mold is designed. The corner radius and clearance of the mold are mainly analyzed and calculated， which greatly improves the appearance quality of the company's junction box and has practical value.

關鍵詞：矩形件;拉伸;毛坯尺寸;潤滑

Key words： rectangular part;stretching;blank size;lubrication

中圖分類號：TG385.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）02-0162-03

0? 引言

為拓展民品市場，我公司接受了生產一種金屬接線盒的任務，材料厚為1.6mm的矩形件，需要設計該矩形件的引伸模，圖1為該零件圖。由零件圖分析，零件變形程度相對較大，公司決定零件材料采用國產08F，因為08F具有良好的塑性，易拉延、深沖。現以此為例，對矩形件進行工藝分析及拉伸模設計。

1? 矩形件拉伸的變形特點

矩形件的拉伸，在毛坯變形區（突緣上）是徑向受拉、切向受壓的應力狀態，因此從變形性質上來說，與圓筒形制件基本相同。但其最大的差別是在拉伸件周邊上的變形是不均勻的。由此而引起一系列和圓筒形件成形過程不同的特點。

矩形拉伸件，它的側壁由直壁和圓角兩部分組成。直壁部分的變形并不是簡單彎曲，而是近似于彎曲，拉伸時，因為圓角部分的材料要向直壁流動，使得直邊部分會受到切向壓縮。圓角部分的變形近似于圓筒件拉伸，但并不完全相同，因為有兩個相鄰的直邊存在，使得拉伸時圓角部分的材料會向直邊流動，從而減輕圓角部分的變形。因此在沖壓工藝和模具設計中，矩形件與圓筒形件需要解決問題的方法并不完全相同。

2? 零件工藝分析及毛坯尺寸確定

2.1 零件工藝分析

矩形件拉伸時，確定毛坯形狀與尺寸的原則是在保證零件質量的前提下，盡可能減小毛坯面積，節約原材料，有利于毛坯變形。如果毛坯尺寸過大或局部尺寸過大，則會增大危險斷面上拉應力，造成變形不均，導致零件起皺或斷裂，從而影響零件質量。

2.2 矩形件毛坯形狀和尺寸的確定

矩形件拉伸毛坯尺寸是根據制件的相對高度H/B和相對圓角半徑R角/B決定的，因為這兩個比值決定了材料由圓角部分轉移到側壁，并決定增加了制件高度的程度。由圖1已知尺寸A=135.5，B=112.5，H=56，R凸=25.4，r凸=6.35，R角=16.9，R底=11.2，[其中H為計入修邊余量的制件高度，H=H0+ΔH，ΔH是矩形件修邊余量=（0.03～0.08）H0，H0=52]可計算出，R角/B=16.9/112.5=0.15，H/B=56/112.5=0.498。由此可見，在矩形件不同拉伸情況分布圖中，該零件屬于Ⅱb區，即0.17

待修正展開圖形，其面積等于拉伸面積。但圓弧與直線的連接不符合展開圖形應圓滑過渡的要求，故在基本上不改變面積的條件下對原展開圖作適當修正。為此，從a1b1及a2b2的中點向弧線a1a2作切線，這里切線向外交叉，然后以半徑為R的圓弧連接切線與直邊的展開部分，完成展開圖形的修正，如圖2（b）。修正后的展開圖與待修正的展開圖相比，減少的面積等于增加的面積，f1=F1，f2=F2，所以面積基本不變。

Ⅱb區屬于角部圓角半徑較大的低矩形區，即0.17

根據以上計算數據可繪出如圖3所示毛坯圖。

2.3 矩形件的工序計算

低矩形件（區域Ⅱb區）圓角部分的拉伸系數為m=R角/R=0.377>[m]=0.33，因m大于矩形件第一次拉深系數0.33，故此零件可一次拉成。

3? 拉伸力計算和設備選擇

拉伸力P=hLδσb

其中L=（A-2R角）×2+（B-2R角）×2+2R角π，

其中h=0.5～0.8、δ=1.6mm、σb=255～343N/mm，

故P=94～202kN，壓邊力Q=Fq，其中q=0.37N/mm（拉伸時單位壓邊力）

F=29931.7mm（F為在壓邊圈下毛坯投影面積），故Q=11kN

P總=P+Q=105～213kN，

根據以上計算，結合現有設備情況，選擇了400kN的雙噸沖床。

4? 拉伸模結構及其設計要點

拉伸模結構，是根據零件圖幾何形狀、材料和使用的壓力機來確定，模具總體設計見圖4所示。

4.1 凸、凹模的結構

在設計拉伸模時，凸模與凹模的結構是否合理，直接影響到拉伸件的質量和拉伸過程中材料的變形程度。根據拉伸工藝的特點，在生產中常用的拉伸凸模與凹模主要有不用壓邊圈的拉伸凸模、凹模結構和用壓邊圈的結構。本模具根據零件特點采用有壓邊圈的拉伸凹模結構。此外，為了減少拉伸過程中材料的流動陰力，并且為了保證零件外觀質量，防止引伸時制件壁部產生劃線，模具的凹模表面采用淬硬的工具鋼鑲塊，鑲塊硬度為58～65HRC，表面粗糙度值Ra小于0.8mm。

4.2 凸、凹模的圓角半徑

由于拉伸時，凹模的圓角半徑對拉伸工序影響大，因此凹模圓角半徑盡可能設計大一些，以降低拉伸系數，提高拉伸件的質量。但圓角半徑過大，模具壓邊圈就起不到作用，會引起拉伸件起皺，不利于拉伸。此凹模工作部分尺寸圓角設計成了1個復合角，如圖5所示，該圓角雖不能滿足零件最終要求（法蘭邊與直壁處R6.35），但對基本成型是有利的，R6.35由拉伸后的整形工序滿足。

4.3 凸、凹模的間隙

矩形拉伸凸、凹模的間隙有直邊和圓角兩部分，直邊間隙各次逐漸遞減，而圓角部分因拉伸過程使材料變厚，所以圓角間隙按次遞增，其值比直邊間隙增大ΔZ，如圖6所示，該矩形件直壁部分取正常間隙Z1=1.1t=1.76，角部采用加大間隙的方法，取Z2=Z1+ΔZ=2.42，（ΔZ=0.414Z）Δ對于凹模和凸模來說，凸、凹模圓角的圓心不在同一個點上。相差1個數值a。

由圖6知? ?b=a? ? a=R凸+Z1-R凹

b=R凸+Z2-R凹

式中R凸——凸模圓角半徑;R凹——凹模圓角半徑，單位為mm。

整理得：

R凸=R凹-（2+）Z1+（1+）Z2? ?（以凹模為基準求凸模）

R凹=R凸+（2+）Z1-（1+）Z2? ? （以凸模為基準求凹模）

本零件以凸模為基準，得R凹=R凸+0.66=18.08mm

實際取R凹=18-0.13mm

5? 潤滑

在拉伸成形過程中，由于材料的流動與凹模、壓邊圈之間可產生磨擦熱，造成不良影響，因此潤滑就顯得尤為重要。

矩形件拉伸時，因為矩形件凸緣部分向凹模流動的速度，在直邊部分和轉角部分是不同的。轉角部分在拉伸開始成形時的流動速度較慢，其不足部分由凸模圓角附近的伸長和從凸模底部流出的材料予以補充。如果潤滑不良，則上述兩部分材料流動就少，而且在凸模圓角處受到磨擦支承作用的部分材料基本上不變形，而在剛剛離開凸模圓角處的不受磨擦支承作用的另一部分材料，因變形集中就容易破裂。所以矩形件拉伸時，其凸模的潤滑應區別于圓筒形件的凸模潤滑。

此矩形件生產過程中，采用動物油和植物油配比，作為潤滑介質，涂在與凹模接觸的毛坯一面，使用效果極佳。

通過對矩形件工藝分析及拉伸模設計，提高了模具的使用性能及產品的質量，滿足客戶的需求，為企業贏得市場提供保障。

參考文獻：

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