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金属汽眼纽扣模具产品设计原理

金属鸡眼金属汽眼纽扣-级进拉伸模具产品设计原理


现在很多钮扣厂鸡眼拉伸师傅问鸡眼及拉伸模具如何开发的，都説是凭之前的多年鸡眼的经验，问为什么都説不出所以然。


在此我找了很多网上资料，结合本行业特点，综合了一些网友的信息，以后有时间，尽在本文中再完善给大家参考。同时大家也可以购一些冲压的教材回来学习，亚洲钮扣行政部也购了一些参考书籍，五金部周洪广正在借读中。


定义：
——凸缘的相对直径（dp包括修边余量）
——相对拉伸高度
（所有数据均取中性层数值）
带凸缘圆筒形件拉伸一般分为两类:
第一种： 窄凸缘 = 1.1～1.4（亚洲钮扣的人称为窄边鸡眼）
第二种： 宽凸缘 ＞ 1.4 （亚洲钮扣的人称为宽边鸡眼）
计算宽凸缘圆筒形件工序尺寸原则：

  1. 在第一次拉伸时，就拉成零件所要求的凸缘直径，而在以后的各次拉伸中，凸缘直径保持不变。

  2. 为保证拉伸时凸缘不参加变形，宽凸缘拉伸件首次拉入凹模的材料应比零件最后拉伸部分实际所需材料3%-10%（按面积计算，拉伸次数多去上限，拉伸次数少去下限），这些多余材料在以后各次拉深中逐次将1.5%-3%的材料挤回到凸缘部分，使凸缘增厚避免拉裂。这对材料厚度小于0.5mm的拉伸件效果更显著。

实际应用中这也可以称为安全系数。
凸缘圆筒形件拉伸工序计算步骤：

  1. 选定修边余量（查表1）

  2. 预算毛胚直径

  3. 算出x100 和 ，查表2第一次拉深允许的最大相对高度之值，然后与零件的相对高度相比，看能否一次拉成。若≤则可一次拉出，若＞则许多次拉深，这是应计算各工序尺寸。

  4. 查表3第一次拉深系数m1，查表4以后各工序拉深系数m2、m3、m4……，并预算各工序拉深直径，得出拉深次数。

  5. 调整各工序拉深系数。

计算实例
1.产品件
凸缘直径（剪口）：dp=74.9
拉伸直径（鸡眼的管径）d=43.15
拉伸高度：H=19.5
材料厚度：t=1
2．修边余量
表1 带凸缘拉深件修边余量
凸缘尺寸
（剪口）dp
相对凸缘尺寸 dp/d
≤1.5
＞1.5～2
＞2～2.5
＞2.5～3
25
1.6
1.4
1.2
1
50
2.5
2
1.8
1.6
100
3.5
3
2.5
2.2
150
4.3
3.6
3
2.5
200
5
4.2
3.5
2.7
250
5.5
4.6
3.8
2.8
300
6
5
4
3
相对凸缘尺寸：=74/43.15=1.71 ；
根据上面的表格(表1) 1.5<=1.71<2 ；50<dp=74 4<100
则带凸缘的拉伸件修边余量：2～3，取值 3 则
带凸缘的拉伸件修边余量：Δd=3 mm

  1. 展开

根据成型前后中性层的面积不变原理(这是最核心的计算方式，很多钮扣厂师傅都是凭经验，实际应用中，这是有一套完整的公司。鸡眼产品计算面积时，要包括内部冲裁料部份）。
原理一：使用UG测量出拉深件中性层面积7379.0492 mm²（不推荐使用公式计算，个人感觉一般计算得数偏大，故本文省略公式）
则，展开尺寸D= = 96.95≈97 mm
原理二：为什么这样算,普及一下基本公式。
面积=3.14*R*R(半径） 即3.14*R*R=7379 即 3.14*D*D(D是直径）/4=7379
D*D=7379*4/3.14 D=97
原理三：我们很多时候找到一个鸡眼的样板，要马上计算表层面积，有些师傅不会用UG，这里给一个简单的方法方式。这是亚洲钮扣的20#鸡眼尺寸表
A 面及剪去底洞的面积（直接算整个顶面的面积）=3.14*11.5/2*11.5/2=104
B 底部管径的面积（展开之后是一个长方形）
长方形的长=3.14*6=18.85
长方形的面积为=18.85*5=94.2
C 总面积=104+18.85+94.2=217.05
D 则展开尺寸D= = 14.73≈15 mm
再回到正题，
A.74.9MM鸡眼，经过计算后，得知展开用料的直径是97
B.凸圆的直径=74.9+3+3=80.9 （3为修边余量）
C.展开用料直径为D=97
材料相对厚度：t/D=1/97×100=1.03≈1 (料厚/用料直径*100）
凸缘相对直径：dp/d1=80.9/43.15=1.87 （剪口/拉伸管径，确认是宽边还是窄边的鸡眼）
总的拉伸系数：M=d1/D=43.15/97=0.45 （拉伸管径/用料直径）

  1. 拉深系数确定

表2 带凸缘拉深件的首次拉深系数
凸缘相对直径dp/d1
材料相对厚度x100
≤0.2
＞0.2～0.5
＞0.5～0.1
＞1～1.5
＞1.5
≤1.1
0.64
0.62
0.6
0.58
0.55
＞1.1～1.3
0.60
0.59
0.58
0.56
0.53
＞1.3～1.5
0.57
0.56
0.55
0.53
0.51
＞1.5～1.8
0.53
0.52
0.51
0.50
0.49
＞1.8～2
0.47
0.46
0.45
0.44
0.43
表3 带凸缘拉深件的首次拉深最大相对高度h1/d1
凸缘相对直径dp/d1
材料相对厚度x100
≤0.2
＞0.2～0.5
＞0.5～0.1
＞1～1.5
＞1.5
≤1.1
0.45
0.50
0.57
0.65
0.75
＞1.1～1.3
0.40
0.45
0.50
0.56
0.65
＞1.3～1.5
0.35
0.40
0.45
0.50
0.58
＞1.5～1.8
0.29
0.34
0.37
0.42
0.48
＞1.8～2
0.25
0.29
0.32
0.36
0.42
表4 带凸缘拉深件的以后各次拉深系数
凸缘相对直径dp/d1
材料相对厚度x100
≤0.2
＞0.2～0.5
＞0.5～0.1
＞1～1.5
＞1.5
m2
0.80
0.79
0.78
0.76
0.75
m3
0.82
0.81
0.80
0.79
0.78
m4
0.85
0.83
0.82
0.81
0.80
m5
0.87
0.86
0.85
0.84
0.82

  1. 验证可否一次完成拉伸

材料相对厚度：t/D=1/97×100=1.03≈1 (料厚/用料直径*100）
凸缘相对直径：dp/d1=80.9/43.15=1.87 （剪口/拉伸管径，确认是宽边还是窄边的鸡眼）
总的拉伸系数：M=d1/D=43.15/97=0.45 （拉伸管径/用料直径）
根据上表（附表2）：0.5< t/D ≤1；1.8< dp/d1 <2
则有工艺切口的首次最小拉伸系数 M1=M
根据上表（附表3）
有工艺切口的首次拉伸最大相对高度：h/d=19.5/43.15=0.45>0.32
所以，根据 M1=M 和 h/d=0.45>0.32
判定一次拉伸不能成功，需要多步拉伸。
如果此时 h/d<0.32，则表示可以一次拉伸成功

  1. 初步取第一次拉伸系数 M1=0.51

根据上表（附表2）,第一次初步取第一次拉伸系数 M/1=0.51
则，第一次拉伸的直径：d1=D×M1=97×0.51=49.47≈50
第一次拉伸的凹模入口R角：rd===5.48,
取值rd=6.5（保证拉伸顺利）
第一次拉伸的冲头R角：rp=(0.7～1)×rd=4.55～6.5≈4.5
根据中性层的面积不变原理,UG计算（根据已知数据逐一尝试拉深高度），第一次拉伸高度：h1=18.9
第一次拉伸的相对高度：h1÷d1=18.9÷50=0.378
第一次拉伸的凸缘相对直径：dp÷d1=80.9÷50=1.62
根据上表（附表73）,dp÷d1=1.62；t/D=1；h1÷d1=0.378>0.37
所以，经过以上验证，M1=0.51 不合适

  1. 初步取第一次拉伸系数 M1=0.55

根据上表（附表2）,第二次初步取第一次拉伸系数 M1=0.55
则，第一次拉伸的直径：d1=D×M1=97×0.55=53.35≈54
第一次拉伸的凹模入口R角：rd===5.86,取值rd=6.5（保证拉伸顺利）
第一次拉伸的冲头R角：rp=(0.7～1)×rd=4.55～6.5≈4.5
根据中性层的面积不变原理,UG计算，第一次拉伸高度：h1=17.9
第一次拉伸的相对高度：h1÷d1=17.9÷54=0.332
第一次拉伸的凸缘相对直径：dp÷d1=80.9÷54=1.498≈1.5
根据上表（附表3）,dp÷d1≈1.5；t/D=1；h1÷d1=0.332<0.37(很接近)
所以，经过以上验证，虽然0.332<0.37，但是两者很接近，为保险起见，M1=0.55 也不合适

  1. 初步取第一次拉伸系数 M1=0.58

根据上表（附表2）,第三次初步取第一次拉伸系数 M1=0.58
则，第一次拉伸的直径：d1=D×M1=97×0.58=56.26≈57
第一次拉伸的凹模入口R角：rd===5.66,取值rd=6.5（保证拉伸顺利）
第一次拉伸的冲头R角：rp=(0.7～1)×rd=4.55～6.5≈4.5
根据中性层的面积不变原理,UG计算，第一次拉伸高度：h1=17.2
（？这个我还没有弄明白，等我弄明白，我解释给大家）
第一次拉伸的相对高度：h1÷d1=17.2÷57=0.302
第一次拉伸的凸缘相对直径：dp÷d1=80.9÷57=1.42
根据上表（附表73）,dp÷d1=1.42；t/D=1；h1÷d1=0.302<0.45
所以，经过以上验证，M1=0.58 合适

  1. 初步取第二次拉伸系数 M1=0.8

根据上表（附表4）,初步取第二次拉伸系数 M2=0.8(取高一个规格)
则，第二次拉伸的直径：d2=d1×M2=57×0.8=45.6≈46 (粗算需拉深三次)
第二次拉伸的凹模入口R角(rdn-1=（0.6～0.8）rdn) ：
rd=R6.5-->R5.5-->R4.5，
则,拉伸凹模入口R角： rd=5.5
同理，第二次拉伸的冲头R角：rp=R4.5-->R3.5-->R2.5=3.5
根据中性层的面积不变原理,UG计算，第二次拉伸高度：h2=19.3

  1. 初步取第三次拉伸系数 M1=0.82

根据上表（附表4）,初步取第三次拉伸系数 M2=0.82
则，第三次拉伸的直径：d/3=d/2×M/3=46×0.82=37.72<><>

  1. 调整拉深系数

调整第二次和第三次的拉伸系数。
第二次:M2=0.84 ==> d2=47.88≈48；rd=5.5；rp=3.5；h2=18.7；
第三次:M3=43.15÷48=0.899≈0.9 ==> d3=43.15；rd=4.5；rp=2.5；h3=19.5；

  1. 总结

  1. 拉深力计算

表5 系数k1、k2
m1
0.55
0.57
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
K1
1.0
0.93
0.86
0.72
0.60
0.55
0.40








m2
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95

K2
1.0
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50

带凸缘筒形拉伸件拉伸力：F=π×d/n×t×σ×K
F：拉伸力
Dn：第n次的拉伸直径
t：材料厚度
σ:材料的抗拉强度
K：调整系数（参考上表5）
注：K1是首次拉伸时的系数；
K2是首次以后的系数;
(1)第一次拉伸的拉伸力：
d1=57 m1=0.58 k1=0.91
F/1 =π×d1×t×σ×K1
=3.14×57×1×350×0.91
=57005.13 (N)
=5700.5 (KG)
≈5.7 (吨)
(2)第二次拉伸的拉伸力：
d2=48 m2=0.84 K2=0.72
F2 =π×d2×t×σ×K2
=3.14×48×1×350×0.72
=37981.44 (N)
=3798.2 (KG)
≈3.8 (吨)
(3)第三次拉伸的拉伸力：
d3=43.15 m3=0.90 K3=0.60
F/3 =π×d/3×t×σ×K/3
=3.14×43.15×1×350×0.60
=28453.11 (N)
=2845.3 (KG)
≈2.9 (吨)

  1. 压边力计算


拉伸件压边力：F压=A×p ；
压边力或者是：F压 = π/4×[dn-1²-(dn+2rdn)²]×p ；
F压：压边力；
A：压边圈内的毛料面积；
p：单位压边力（查上表 3-3）；
dn：第n次的拉伸直径；
dn-1：第(n-1)次的拉伸直径；n=1时，dn-1=D；
rdn：第n次拉伸凹模的入口R角；
d0=D=97；d1=57；d2=48；d3=43.15；rd1=6.5；rd2=5.5；rd3=4.5；
查上表：p=2.5

  1. 第一次拉伸的压边力：F压1=0.9 ton

  2. 第二次拉伸的压边力：F压2=负数 ，不需压边力

  3. 第三次拉伸的压边力：F压3=负数 ，不需压边力

画出排样
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