图1  单动拉延模结构

在实际生产中，由于各种原因造成了拉延模发生磨损、拉毛等问题，大大影响拉延件的质量和精度，通过解决拉延模产生磨损的方法和基本条件，可以避免在生产过程中出现拉延面磨损、拉毛等缺陷。

拉延模的作用、结构及工作原理

1.拉延模的作用

拉延模是保证压制出合格覆盖件最重要和关键的工艺装备，其作用是将平板状的板料经过拉延工序的塑性变形，使板料成形为稳定的立体空间形状的工件。

图2  制件形状

2.拉延模的结构

（1）拉延模由单动和双动两种基本结构组成。拉延模的结构主要由三大件组成：拉延凹模、拉延凸模(若分体拉延凸模结构须设计拉延凸模本体)和压边圈，图1所示是单动拉延模结构。

（2）拉延凹模的作用是通过凹模压料面和凹模圆角进行拉延；拉延凸模的作用是通过凸模的形状，使板料成形为稳定的立体空间形状的制件；压边圈的作用是通过压边圈、压料面与凹模压料面将板料压紧，起到压料作用。

（3）拉延模的工作原理：拉延模在开始工作时，凹模在冲压机床的上滑块带动下行至压边圈的压料面，凹模的压料面将板料压紧在压边圈的压料面上，凹模、压边圈继续下行，此时拉延开始，板料通过凹模圆角经凸模拉入凹模，直至下死点，板料被拉延成凸模形状，拉延工作完成。

拉延模的磨损

在机械化水平较高的汽车厂家中，冲压机床设备的冲程次数从15～30次/min不等，同时每个月大约生产1～5万件，如果拉延模工作部分材料选择不合理，必然会出现不同程度的拉延面的拉毛、磨损以及制件出现划痕等情况，甚至破裂。

1.拉延模产生磨损的部位

产生磨损的部位主要有以下3处：材料流动量多的地方（凹模压料面、拉延筋、凹模圆角处及压边圈压料面），板厚增加较大的部位以及容易产生褶皱的部位。

2.解决拉延模产生磨损的方法和基本条件

（1）解决拉延模磨损问题可采用以下方法：根据板料在拉延过程中变厚的情况来选定间隙值，防止磨损；进行润滑，尽可能减少加工部位的褶皱，消除由于褶皱产生的磨损；在产生磨损部位选择耐磨性好的材料，如：碳素工具钢、合金工具钢镶块的结构以及改变形状（改变拉延条件）。

（2）解决拉延模产生磨损的基本条件：在产生磨损部位选择耐磨性好的材料。

常规的拉延模材料是以铸件为主，如选择材质HT300的铸铁和MoGr的铸铁，可应用于拉延成形形状简单平缓的制件和局部较复杂的制件，经过表面火焰淬火处理，提高模具工作部位（即上述磨损部位）的硬度，以增加耐磨性。但对于形状复杂，局部变化剧烈的制件，应将模具结构设计为镶入碳素工具钢和合金工具钢镶块的结构，通过对镶块采用整体的热处理工艺，使其硬度达到HRC60以上，获得良好的耐磨性和硬度，可避免在生产过程中出现拉延面磨损、拉毛等缺陷。为拉延件获得稳定的立体空间形状，良好的刚度、精度及质量奠定了坚实的基础。

图5  流入量分布

利用CAE辅助工具

对于设计、生产加工制造模具而言，计算机仿真技术的“CAE辅助计算”是冲压工艺分析的辅助工具。要得到良好的汽车覆盖件成形的冲压工艺可行性分析，需要艰苦细致、长期的实践经验积累，并需要有着丰富实践工作经验的工程师利用基本冲压工序的计算方法进行类比分析和计算来制定冲压工艺方案，还需要周全考虑将各部分连在一起并互相制约和牵连的覆盖件的不同部位的相互影响，并借鉴同类型制件的经验，才不会造成大的失误。如今，我们利用计算机仿真技术的“CAE辅助计算”与生产现场积累的经验和数据相结合，并应用到模具设计的冲压工艺分析中，解决了许多以前靠解析方法无法深入解决的问题。尤其是在设计拉延模选择拉延模材料时，参考CAE辅助计算中关于材料流入量的数值，为选择拉延模的凹模、凸模和压边圈的材料及热处理工艺，提供了可行性的参考数据，满足了可加工制造、装配调试的工艺性，最大限度地避免了拉延模在使用时产生磨损和拉毛等现象。

图6  压边圈平面图

1. 实例1

如图2所示，我公司承揽某项目中的一个制件。此制件形状变化明显，最高处达140mm。通过CAE计算得出材料流入量分布图（见图3）。图3中右侧中心部位流入量的数值高达150.9mm，逐渐减少至角部的40.98mm，由于流入量变化剧烈，在成形过程中对拉延凹模的压料面及压边圈的压料面会有很大磨损。

我们满足客户要求，拉延模三大件材料采用钼铬铸铁，该材料通过表面热处理后硬度最高可达HRC50。在模具投产后由于产量大、冲压速度快，模具出现严重磨损，甚至把制件拉破的严重质量问题。图4所示是投产现场的破裂制件，问题最严重处恰好是流入量最大的位置。

图7  拉延凹模平面图

鉴于投产现场破裂制件的状态，必须满足和保证生产的要求，我们立即对拉延面进行了特殊处理，对模具表面采用镀铬技术，使压料面硬度达到HRC60以上，提高了耐磨性。

由此可见，如利用CAE辅助计算提供的材料流入量的数值作为选择拉延模材料的参考，在图3制件右侧中心部位流入量变化剧烈的位置，拉延凹模的压料面和压边圈的压料面采用局部镶入钢块；通过TD表面处理，提高模具表面耐磨、抗拉伤等性能，可以避免压料面磨损问题的发生。

2. 实例2

图5所示为轿车前围板制件通过利用CAE辅助计算提供的材料流入量的分布图，从图5可以看出流入量最大值是86.9mm，红色标识位置为危险区域，同时局部形状复杂，变化剧烈。我们在拉延模结构设计中，将拉延凹模及压边圈采用局部镶入钢块的方法，通过镶块采用整体的热处理工艺使拉延面的硬度达到HRC60以上。在生产过程中避免出现拉延面磨损，拉毛等缺陷，如图6、图7和图8所示。

图8  拉延模具结构断面图

结语

综上所述，我们在拉延模具结构设计中选择材料时，利用CAE辅助计算提供的材料流入量数值作为选择拉延模材料的参考，在产生磨损部位选择耐磨性好的材料，这是最基本的条件。同时在保证和满足具体项目要求的前提下，还需有诸多考虑的方面，如年产量、制件形面、制件料厚、钢板材料性能（屈服强度）及在成形过程中板料厚度变化，乃至制件应力应变分布等。这需要我们考虑周密、分析准确，才能设计出既经济合理，又保证精度和质量，满足客户使用要求的精品模具。