紧固连接件螺母板是某汽车上的紧固件，如图1所示，材料为镀锌板，板厚为2.5 mm。该制件的传统工艺是将1个普通的冲压件与1个外六角螺母焊接成1个连接组件，如图2所示。该工艺虽然冲模结构简单、设计及维修方便、模具制造成本低，但需要多副冲模生产才能完成，且焊接速度慢、成本高，满足不了日益增长的大批量生产需求，还存在虚焊问题导致冲压件与螺母在使用过程中出现脱落、松动现象，影响安全性。为确保制件的质量和满足年产量的需求，将该制件成形工艺改为先拉深后镦挤的一体化成形，采用1模2件级进模进行冲压，成形的制件强度满足使用要求，也降低了冲压件的成本。
图1 螺母板
图2 螺母与冲压件焊接
1工艺分析
从图1可以看出，该制件整体料厚不均匀，拉深部分内孔为直筒形，尺寸为φ（8.2±0.04） mm，拉深后在专用设备上加工M10螺纹，因此拉深部分的强度是该制件成形的关键，外形为锥形，底部直径为 φ（15±0.1） mm，双面锥度为7.2°，可以计算拉深件的壁厚为3.4～3.88 mm，其余厚度为2.5 mm。经分析，采用料厚为2.5 mm的卷料进行冲压成形，制件壁厚大于原材料厚度，需经过8次拉深和4次镦挤实现，该成形工艺给模具设计、制造及调试增加了难度。
2工艺计算
2.1 毛坯计算
计算制件的毛坯尺寸首先要计算制件的弯曲部分和翻边部分的展开尺寸，最后在弯曲和翻边的展开图上增加拉深件的修边余量和拉深底部的工艺补充，再计算制件拉深的毛坯尺寸即可。制件展开尺寸计算步骤如下。
（1）弯曲部分展开。从图1可以看出，弯曲R角不规则，可按照弯曲展开公式计算或用专业的钣金展开软件计算，展开后形状及尺寸如图3所示。
图3 弯曲部分展开
（2）翻边部分展开。翻边部分的展开也可按相关公式或采用相关软件展开，展开后如图4所示。
图4 翻边部分展开
（3）拉深部分工艺图绘制及展开。该制件结构较特殊，因此计算拉深部分的展开，要先将制件底部进行工艺补充并在凸缘周边加上修边余量，如图5（a）所示。计算及优化后的展开尺寸如图5（b）所示，图5（b）中单点画线φ77 mm的圆用于后续计算拉深工序及凹模圆角半径。
图5 拉深部分工艺
2.2 拉深工艺计算及工序图绘制
（1）计算拉深系数和拉深直径。因制件采用工艺伸缩带进行连接，在首次拉深时应留出凸缘，即拉深系数可按带凸缘筒形拉深件计算。考虑制件原材料的拉深性能较差，因此拉深系数取略大些，拉深系数的选取及具体计算如表1所示。从第8次拉深的直径可以看出，其直径小于计算拉深毛坯工艺图的中心线φ13.58 mm，可以确定该制件为8次拉深，最后结合经验调整拉深系数及拉深直径。
表1 拉深系数及拉深直径计算参数
（2）计算各次拉深凸、凹模圆角半径。
1）拉深凹模圆角计算。首次拉深凹模的圆角半径按经验公式计算，即
=
≈7.36 mm（取7.5 mm）
式中：D——假想毛坯直径，mm；
——凹模圆角半径，mm；t——材料厚度，mm；d——凹模内径，mm。
以后各次拉深时，rd值应逐渐减小，可以按式
=（0.6～0.9）
计算得
=5.0 mm，
=
=4.5 mm，
=3.5 mm，
=2.5 mm。凹模圆角半径
等于制件的圆角半径，那么
、
均为2.5 mm。
2）凸模圆角半径计算。拉深凸模的圆角半径rp对拉深的影响虽没有rd显著，但也要选用合适。一般除最后一次拉深外，其他各次拉深工序中，凸模圆角半径rp可取与凹模圆角半径相等或略小的数值，可按
=（0.6～1）
计算，计算得到
=6.0 mm，
=3.0 mm，
=2.0 mm，
=1.5 mm，
=1.0 mm，
=1.0 mm，
=0.8 mm，
=0.5 mm。
（3）拉深高度计算。厚料小型拉深件的高度按理论计算会导致后工序各次拉深过程中的坯料难以进入凹模内，造成底部变薄严重，甚至出现断裂或脱底现象。通常采用经验值，以拉深高度相等的原则来选取，即各工序的拉深高度等于制件的高度，具体在模具调试中进一步调整拉深高度即可。因此可按图5（a）的拉深高度为基准，各工序的拉深高度等于图5（a）的高度，即拉深高度为13.0 mm。
（4）制件拉深工序图绘制。根据拉深系数、拉深直径、各次拉深凸、凹模圆角半径及拉深高度的计算，绘制图6所示的拉深工序。
图6 拉深工序
3排样设计
3.1 载体设计
各工序拉深件与载体连接方式均采用工艺伸缩带进行连接 ，其原因是各工序的拉深过程导致拉深直径不断缩小，但原则上载体不能有扭曲变形等现象，只有利用工艺伸缩带变形才能避免，有利于送料的同时也减小拉深时的阻力，使拉深顺利进行。
根据制件的成形特点设计1模1件和1模2件两种排样方案。
方案一：单排排列方式（即1模1件），排样如图7所示。计算料宽为114 mm，步距为82.5 mm，材料利用率为49.8%。优点：模具调试简单，制造成本低。缺点：生产效率低，制件单件成本高，翻边成形存在侧向力，制件质量稳定性差。
图7 1模1件排样
方案二：双排排列方式（即1模2件），排样如图8所示。计算料宽为210 mm，步距为82.5 mm，材料利用率为54.1%。优点：消除制件在翻边过程中的侧向力，生产效率高，制件单件成本低。缺点：模具调试复杂，制造成本高。
图8 1模2件排样
综上分析及结合制件年产量的需求，最终决定该制件采用1模2件排样较为合理。
3.2 制件排样设计
该制件冲压工艺较复杂，排样开始先冲切毛坯外形废料，再进行拉深、镦挤、翻边及弯曲等工序，最后落料，排样如图9所示，共26个工位：①冲导正销孔及中部外形废料；②预切外形废料；③预切外形废料；④空工位；⑤首次拉深；⑥空工位；⑦第2次拉深；⑧第3次拉深；⑨第4次拉深；⑩第5次拉深；11第6次拉深；12第7次拉深；13第8次拉深；14第1次镦挤；15冲底孔；16第2次镦挤；17第3次镦挤、冲中部导正销孔；18第4次镦挤；19精切外形废料；20精切外形废料；21空工位；22翻边；23空工位；24弯曲；25空工位；26制件与载体分离。
图9 制件排样
4模具结构
4.1 模具总体设计
模具结构如图10所示，主要分上、下模两部分。上模部分分为6组，主要模板由上模座22、凸模垫板23、上夹板24、卸料垫板26及卸料板27组成；下模部分分为5组，主要模板由凹模固定板59、凹模垫板65、下模座66、垫块63及下托板64组成。模具总体结构复杂，外形尺寸为2 300 mm×750 mm×470 mm。
图10 模具结构
1.冲导正销孔凸模组件 2.冲切外形废料凸模 3.冲切外形废料凸模 4.首次拉深凸模 5.第2次拉深凸模 6.第3次拉深凸模 7.第4次拉深凸模 8.第5次拉深凸模 9.第6次拉深凸模 10.第7次拉深凸模 11.第8次拉深凸模 12.第1次镦挤凸模组件 13.冲底孔凸模 14.第2次镦挤凸模组件 15.第3次镦挤凸模组件 16.第4次镦挤凸模组件 17.冲切外形废料凸模 18.冲切外形废料凸模 19.翻边凸模 20.弯曲凸模 21.分离凸模 22.上模座 23.凸模垫板 24.上夹板 25.外导套组件 26.卸料垫板 27.卸料板 28.内导柱组件 29.导正销 30.上限位柱 31.承料板 32.导料板 33.冲切外形废料凹模 34.冲切外形废料凹模 35.冲切外形废料凹模 36.首次拉深凹模组件 37.第2次拉深凹模组件 38.第3次拉深凹模组件 39.第4次拉深凹模组件 40.第5次拉深凹模组件 41.第6次拉深凹模组件 42.第7次拉深凹模组件 43.第8次拉深凹模组件 44.第1次镦挤凹模组件 45.冲底孔凹模组件 46.第2次镦挤凹模组件 47.第3次镦挤凹模组件 48.第4次镦挤凹模组件 49.冲切外形废料凹模 50.冲切外形废料凹模 51.浮料块组件 52.翻边凹模 53.弯曲凹模 54.反推块 55.检测装置组件 56.料斗 57.起吊装置 58.外导柱组件 59.凹模固定板 60.下限位柱 61.浮动导料销组件 62.反推秆 63.垫块 64.下托板 65.凹模垫板 66.下模座