冲压模现代设计4课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,第,4,章 拉深工艺及拉深模具的设计,拉深,概述,4.1,拉深变形过程的分析,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,4.3,非直壁旋转体零件拉深成形的特点,4.4,盒形件的拉深,4.5,拉深工艺设计,4.6,拉深模具设计,4.7,其他拉深模,1.,拉深的基本概念,拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。,(,如图,4.0.1,),2.,典型的拉深件,(,如图,4.0.2,),3.,拉深模具的特点,结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。,4.,拉深工艺分类,拉深概述,不变薄拉深,变薄拉深,拉深概述,1-,凸模,2,压边圈,3,凹模,4,坯料,5,拉深件,图,4.0.1,圆筒件的拉深,a),轴对称旋转体零件,b),轴对称盒形件,c),不对称复杂件,图,4.0.2,拉深件示意图,4.1,拉深变形过程分析,4.1.1,板料拉深变形过程及其特点,圆筒形零件拉深变形过程简单说是从直径为D的平面圆形毛坯变形为直径为d的圆筒形零件。,如图,4.1.1,。,在毛坯上画作出距离为,a,的等距离的同心圆与相同弧度,b,辐射线组成的网格,(,如图,4.1.2,),，然后将带有网格的毛坯进行拉深。,工件底部的网格变化很小，而侧壁上的网格变化很大，以前的等距同心圆，变成了与工件底部平行的,不等距,的水平线，,以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。形成了筒壁高度大于,(D-d)/2,的圆筒件,图,4.1.1,毛坯的三角形阴影部分材料,4.1,拉深变形过程分析,在拉深过程中，在,凸缘毛坯的径向产生拉伸应力 ，切向产生压缩应力,。如图,4.1.3,图,4.1.3,网格的挤压模型,4.1.2,拉深变形毛坯的应力应变状态,图,4.1.4,拉深中毛坯的应力应变情况,1,、平面凸缘部分主要变形区,2,、凹模圆角区过渡区,3,、筒壁部分传力区,4,、凸模圆角部分过渡区,5,、圆筒底部分小变形区,4.1,拉深变形过程分析,4.1.3,拉深变形过程的力学分析,1,、凸缘变形区的应力分析,1),拉深中某时刻变形区应力分布,(,如图,4.1.5),在变形区取微元体，其受力情况如图,4.1.6,图,4.1.5,圆筒件拉深时的应力分布,图,4.1.6,首次拉深某瞬间毛坯凸缘部分单元体的受力状态,根据,因为,4.1,拉深变形过程分析,在凸缘中间必有一交点存在，在此点处有 ，所以：,化简得：,即交点在 处。用,R,所作出的圆将凸缘变形区分成两部分，由此圆向凹模洞口方向的部分拉应力占优势，拉应变 为绝对值最大的主变形，厚度方向的变形 是压缩应变。由此圆到毛坯边缘的部分，压应力占优势，压应变 为绝对值最大的主应变，厚度方向的应变是伸长应变,(,增厚,),。,交点处就是变形区在厚度方向发生增厚和减薄的分界点。,在变形区内边缘处径向拉应力最大：,在变形区外边缘处切向压应力最大：,2,）拉深过程中的 变化规律,4.1,拉深变形过程分析,2,、筒壁传力区的受力分析,(,如图,4.1.7),(1),压边力 引起的摩擦力,(2),材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力,(3),材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯曲力及拉深初期凸模圆角处的弯曲应力,(4),材料流过凹模圆角时的摩擦阻力,凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为,:,拉深力：,4.1,拉深变形过程分析,4.1.4,拉深成形的障碍及防止措施,1.,起皱,(,如图,4.1.8),拉深件在拉深过程中，其凸缘部分由于切向压应力过大，造成材料失稳，使得拉深件沿凸缘切向形成高低不平的皱纹，这种现象叫起皱。,拉深件的起皱直接影响其表面质量及尺寸精度，起皱严重时，还将引起板料在拉深过程中难于通过凸模和凹模之间的间隙，增大拉深变形力，甚至拉裂。,4.1,拉深变形过程分析,1),影响起皱的因素,凸缘部分材料的相对厚度,切向压应力的大小,的值决定于变形程度，变形程度越大需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则 越大，就越容易起皱,材料的力学性能,板料的屈强比小，变形区内的切向压应力也相对减小，板料不容易起皱。材料的弹性模量越小，抵抗失稳的能力越小。,凹模工作部分的几何形状,平端面凹模首次拉深时不起皱的条件是：,锥形凹模首次拉深时不起皱的条件是：,4.1,拉深变形过程分析,2),防止起皱的措施,采用压料装置,加压边圈后，材料被强迫在压边圈和凹模平面的间隙中流动，稳定性得到增加，起皱不容易发生。,采用反拉深,反拉深时将空心毛坯翻转装在拉深模上，凸模从空心毛坯底部反向压下，使其内壁外翻。由于凸模对毛坯的拉深方向与上一道工序相反，故称,反拉深,。采用反拉深时毛坯与凹模内的摩擦阻力较大，同时还增加了弯曲力，因而使变形区的径向拉应力增加较大，切向压应力作用相应减小，能有效防止起皱。,采用拉深筋,对于一些形状复杂的曲面拉深件，尤其是凸缘较小的拉深件，应设有拉深筋，以提高拉深时的径向拉应力来预防起皱。, 采用软模拉深, 采用锥形凹模,4.1,拉深变形过程分析,2.,拉裂,拉裂是拉深工艺中出现的主要问题之一。当筒壁处所受拉应力超过了材料的强度极限时，工件会拉裂。拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的,(,如图,4.1.9,),，裂口一般出现在凸模圆角稍上一点的筒壁处。,防止拉裂措施,:,可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，增加凸模的表面粗糙度，改善凸缘部分变形材料的润滑条件，合理设计模具凸凹模圆角半径，选用屈强比小、硬化指数,n,值和厚向异性指数,r,值大的材料。,4.1,拉深变形过程分析,3.,凸耳,拉深后的圆筒端部出现凸耳，如下图，一般有四个凸耳，有时是两个或六个、甚至八个凸耳，产生凸耳的原因是毛坯的各向异性。在低,R,值的角度方向，板料变厚，筒壁高度较低。在高,R,值的方向板料厚度变化不大，故筒壁高度较高。,4.,残余应力,拉深后的圆筒中留有大量残余应力。外表面为拉应力，内表面为压应力，这是由于弯曲,-,反向弯曲所引起，靠近圆筒口部最大，因为弯曲发生在拉深后期，此处只有少量的拉伸。这种周向拉伸应力的存在，会使筒壁由于应力腐蚀而开裂，如图。,4.1,拉深变形过程分析,图,4.1.9,拉深件材料厚度和硬度的变化,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,4.2.1,拉深毛坯尺寸的确定,拉深毛坯尺寸的确定原则：,体积不变原理、相似性原理,毛坯的计算方法：,等重量、等体积、分析图解法、作图法,(1),确定修边余量 由于材料的各向导性以及拉深时金属流动条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上,(,无凸缘件,),或凸缘上增加修边余量,(2),毛坯尺寸的确定，表,4.2.3,工件总面积,=,底部表面积,+,直壁部分表面积,+,圆角球台部分表面积,图,4.2.1,毛坯尺寸的确定,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,4.2.2,无凸缘圆筒形件的拉深工艺计算,1,、拉深系数,拉深系数是指拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比 （如图,4.2.2,）,图,4.2.2,拉深工序示意图,工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数：,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：,拉深系数是拉深工艺的重要参数，它表示拉深变形过程中坯料的变形程度,，,m,值越小则变形程度越大,。,拉深系数的减小有一个限度，这个限度称为,极限拉深系数,。,2,、影响极限拉深系数的因素,拉深材料：,机械性能、料厚、表面质量。,拉深模具：,间隙、凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模形状,(,如图,4.2.3,）、凹模表面质量。,拉深条件：,压边圈、次数、润滑、工件形状。,3,、拉深系数的值与拉深次数,查表,4.2.4,4.2.6,确定，通常,。,4,、后续拉深的特点,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,1,）首次拉深时，平板毛坯厚度和力学性能可视为是均匀的；而以后各次拉深时，筒形毛坯的壁厚及力学性能是不均匀的。,2,）首次拉深时，凸缘变形区是逐渐缩小；而以后各次拉深时，其变形区保持不变，只是在拉深终了以前，才逐渐缩小。,3,）拉深力,-,行程曲线（,如图,4.2.4,）。,4,）首次拉深的最大拉深力发生在初始阶段，所以破裂也发生在拉深的初始阶段；而以后各次拉深的最大拉深力发生在拉深的终结阶段，所以破裂就往往出现在拉深的终结阶段。,5,）以后各次拉深时的变形区，因其外缘有筒壁刚性支持，所以稳定性较好。只是在拉深最后阶段，筒壁边缘进入变形区以后，变形区的外缘失去了刚性支持才易起皱。,6,）以后各次拉深时，由于已经存在加工硬化，加上拉深时变形较复杂，所以它的极限拉深系数要比首次拉深大得多，而且通常后一次都大于前一次。,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,4.2.3,无凸缘圆筒形件拉深次数和工件尺寸的计算,试确定如下图所示零件的拉深次数和各拉深工序尺寸。计算步骤如下：,1.,确定切边余量,查表,4.2.1,，并取, 。,2.,按表,4.2.3,序号,1,的公式计算毛坯直径,3.,确定拉深次数, 判断能否一次拉出,对于图示的零件，由毛坯的相对厚度：,从表,4.2.4,中查出各次的拉深系数：,m,1,=0.54,，,m,2,=0.77,，,m,3,=0.80,，,m,4,=0.82,。,图,4.2.5,零件图,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,则该零件的总拉深系数 。 即 ，故该零件需经多次拉深才能够达到所需尺寸。,（,2,） 计算拉深次数,采用推算法辅以查表法进行，例,，拉深次数定为,4,次。,4.,半成品尺寸确定,（,1,）半成品直径,拉深次数确定后，再根据计算直径 应等于 的原则对各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数。,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,调整原则：,零件实际需拉深系数应调整为：,调整好拉深系数后，重新计算零件的各次半成品直径为,：,（,2,）半成品高度,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,各次拉深的直径,(,中线值,),；,各次半成品底部的圆角半径,(,中值,),，见,4.6.2,节,各次半成品底部平板部分的直径；,各次半成品底部圆角半径圆心以上的筒壁高度；,各次半成品的总高度为：,拉深后得到的各次半成品尺寸,如图,4.2.6,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,4.2.4,有凸缘圆筒件拉深方法及工艺计算,有凸缘筒形件的拉深变形原理与一般圆筒形件是相同的，但由于带有凸缘,(,如图,4.2.7),，其拉深方法及计算方法与一般圆筒形件有一定的差别。,1.,有凸缘筒形件的拉深特点,有凸缘筒形件的拉深系数,该式说明，,拉深系数决定三个因素,：,相对凸缘直径、相对高度、相对转角半径，,影响程度为递减。,采用相同毛坯直径,D,和相同零件直径,d,时，可以拉深出不同凸缘直径和不同高度的制件，,如图,4.2.8,，因此 并不能表达在拉深有凸缘零件时各种不同的,d,t,和,h,的实际变形程度。,图,4.2.7,有凸缘圆形件与坯料图,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,有凸缘筒形件分类,：,窄凸缘：,宽凸缘：,窄凸缘件法兰边很小，可当作圆筒件拉深，只在倒数第二道才拉深出法兰边或锥形法兰边，再整形得到水平凸缘，如图,4.2.9,所示。若 较小时，则第一次即可拉深成锥形法兰边的圆筒件，最后整形得到。,图,4.2.9,窄凸缘件拉深,宽凸缘筒形件的拉深特点：,宽凸缘变形程度不能用拉深系数来衡量；,首次拉深系数比圆筒件要小；,首次拉深极限变形程度与,有关。,2.,宽凸缘圆筒件多次拉深的计算程序,(1),预算毛坯直径,式中,d,t,凸缘直径（包括修边余量）。,(2),算出 和 从带凸缘圆筒形零件的第一次拉深相对高度限制值表中查出第一拉深时允许的最大相对高度 值，并与冲件的相对高度 相比。,当 时，冲件可一次拉成。,当 时，则需经过多次拉深，并计算各工序间尺寸,(3),从表,4.2.8,中查出,m,1,值，同时从表,4.2.4,中查出以后各工序的拉深系数,m,2,m,3,，并预算各工序拉深直径,d,1,=,m,1,D,d,2,=,m,2,d,1,d,3,=,m,3,d,2,通过计算，当 时，总的拉深次数,n,就确定了。,(4),确定拉深次数后，调整各工序的拉深系数，使各工序变形程度的分配趋于更合理。,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,(5),根据调整后的拉深系数，计算各工序的拉深直径,(6),计算各工序的拉深高度,h,1,、,h,2,、,、,h,n,(7),根据计算工序尺寸的原则（即适当加大第一次拉深时筒形部分的高度,h,1,，,将拉入凹模的材料表面积比实际所需面积多,3%,5%,）重新计算毛坯直径，并调整各拉深直径和拉深高度。多拉进凹模的材料从以后的各次拉深中会逐步分次返回到凸缘上来。,(8),核算第一次拉深的相对高度。若计算所得的 值大于表列的极限值，则需重新调整各工序的拉深直径或拉深高度。,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,宽凸缘圆筒件拉深工艺计算要点,（,1,）毛坯尺寸计算,毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行。,（,2,）判别能否一次拉成,这只需比较工件实际所需的总拉深系数和,与凸缘件第一次拉深的,极限拉深系数,和,极限拉深相对高度,即可 。当 、,时可一次拉成。,（,3,）半成品尺寸计算,宽凸缘件的拉深次数仍可用推算法求出。,（,4,）防止凸缘缩小，第一次必须多拉入凹模圆筒面积。,76,2,60,32,r,3,r,3,宽凸缘筒形件,？,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,3.,宽凸缘零件的拉深方法,宽凸缘件拉深方法有两种：（,如图,4.2.10,),一种是中小型（ ）、料薄的零件，如图,a,),；用多次拉深逐步减小筒径和增加高度。各次拉深中凸、凹模圆角半径保持不变。本法冲压的零件直壁和法兰边上留有中间工序中弯曲和厚度局部变化的痕迹，需要加一道整形工序。,二种是大型拉深件（ ），如图,b,),。零件高度在第一次拉深时就基本形成，在以后各道工序毛坯高度不变，只减少筒径和凸、凹模圆角半径，制件表面光滑平整，厚度均匀。,图,4.2.10,宽凸缘零件的拉深方法,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,4.2.5,阶梯形零件的拉深,1.,拉深次数的确定,(,如图,4.2.11,),判断能否一次拉深 ，即,2.,拉深方法的确定,(1),若任意两个相邻阶梯的直径比 均大于或等于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则,如图,4.2.12a,；,(2),若相邻两阶梯直径比 均小于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则按带凸缘圆筒形件的拉深进行,如图,4.2.12b,a),从大阶梯到小阶梯的拉深,b),先小直径后大直径的拉深,图,4.2.12,阶梯形多次拉深方法,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,(3),若最小阶梯直径 过小，即 过小， 又不大时，最小阶梯可用胀形法得到。,(4),若阶梯形件较浅，且每个阶梯的高度又不大，但相邻阶梯直径相差又较大而不能一次拉出时，可先拉成圆形或带有大圆角的筒形，最后通过整形得到所需零件，,如图,4.2.13,。,图,4.2.13,直径差较大的浅阶梯形件的拉深方法,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,图,4.2.3,锥形凹模,1-,首次拉深；,2-,二次拉深,图,4.2.4,首次拉深与二次拉深的拉深力,4.2,直壁旋转体零件拉深工艺设计,图,4.2.8,拉深时凸缘尺寸的变化,图,4.2.11,阶梯形零件,4.3,非直壁旋转体零件拉深成形特点,4.3.1,曲面形状零件的拉深特点,曲面形状零件的拉深，其变形区的位置、受力情况、变形特点等都与圆筒形零件不同。,1),拉深,球面,零件时,(,如图,4.3.1,),，毛坯的凸缘部分与中间部分都是变形区，而且在很多情况下中间部分反而是主要变形区,.,2,）,锥形,零件的拉深与球面零件一样，除具有凸模接触面积小、压力集中、容易引起局部变薄及自由面积大、压边圈作用相对减弱、容易起皱等特点外，还由于零件口部与底部直径差别大，回弹特别严重，因此锥形零件的拉深比球面零件更为困难。,3,）,抛物面,零件,其拉深时和球面以及锥形零件一样，材料处于悬空状态，极易发生起皱。,总之,:,非直壁旋转体零件的拉深是,拉深和胀形,两种变形方式的复合，其应力、应变既有,拉伸类,、又有,压缩类,变形的特征。,4.3,非直壁旋转体零件拉深成形特点,4.3.2,球面零件的拉深方法,球面零件可分为半球形件,(,图,4.3.2a),和非半球形件,(,图,4.3.2b,，,c,，,d),两大类 。拉深系数是与零件直径无关的常数，即,使用相对料厚 来确定拉深的难易和拉深方法。,图,4.3.3,反拉深模具,4.3,非直壁旋转体零件拉深成形特点,4.3.3,抛物面零件的拉深方法,抛物面零件常见的拉深方法有下面几种：,(1),浅抛物面形件,( ),因其高径比接近球形，因此拉深方法同球形件。,(2),深抛物面形件,( ),其拉深难度有所提高。这时为了使毛坯中间部分紧密贴模而又不起皱，通常需采用具有拉深筋的模具以增加径向拉应力。如汽车灯罩的拉深,(,如图,4.3.4,),就是采用有两道拉深筋的模具成形的。,图,4.3.4,灯罩拉深模,4.3,非直壁旋转体零件拉深成形特点,4.3.4,锥形零件的拉深方法,拉深锥形件,（,如图,4.3.5,）,的方法有如下几种,:,（,1,）对于浅锥形件,( ),，可一次拉成，但精度不高，因回弹较严重。可采用带拉深筋的凹模或压边圈，或采用软模进行拉深。,（,2,）对于中锥形件（ ），拉深方法取决于相对料厚：, 当 时，可不采用压边圈一次拉成。为保证工件的精度，最好在拉深终了时增加一道整形工序, 当 时，也可一次拉成，但需采用压边圈、拉深筋、增加工艺凸缘等措施提高径向拉应力，防止起皱 当 时，因料较薄而容易起皱，需采用压边圈经多次拉深成形,4.3,非直壁旋转体零件拉深成形特点,（,3,）对于高锥形件（ ），因变形程度大，很容易产生变薄严重而拉裂和起皱。这时常需采用特殊的拉深工艺，,如图,4.3.6,所示,阶梯拉深成形法 锥面逐步成形法 整个锥面一次成形法,图,4.3.6,高锥形件拉深成形法,4.3,非直壁旋转体零件拉深成形特点,图,4.3.5,锥形件,4.4,盒形件拉深,4.4.1,盒形零件的拉深特点,(,如图,4.4.1,),变形前横向尺寸为,变形后变为 。,纵向尺寸则由 变为,。 由此可知直壁中间变形最小（接近弯曲变形），靠近圆角的拉深变形最大。变形沿高度分布也不均匀，靠近底部最小，靠近口部最大。圆角变形与圆筒件拉深相似，但其变形程度比圆筒小，即变形后的网格，不是与地面平行的平行线，而是变为上部间距大，下部间距小的斜线。这说明盒形件拉深时圆角的金属向直边流动，使直边产生横向压缩，从而减轻了圆角的变形程度。,4.4,盒形件拉深,根据网格的变化可知盒形件拉深有以下变形特点：,1,）盒形件拉深的变形性质与圆筒件一样，也是径向伸长，切向缩短 。,2,）变形的不均匀导致应力分布不均匀,(,如图,4.4.2,),。在凸缘,变形区内径向拉应力 和切向压应力 圆角部分最大，直边最小。但平均拉应力小于相应圆筒形件，因而盒形件的极限变形程度更大。,3,）盒形件拉深时，直边部分除了产生弯曲变形外，还产生了径向伸长，切向压缩的拉深变形。,4.4,盒形件拉深,4,）盒形件的最大应力出现在圆角部，因而破裂、起皱等现象也多在圆角部产生。,5,）盒形件变形时，圆角与直边相互影响的大小，取决于相对圆角半径,r/B,和相对高度,H/B,，,B,为盒形件短边宽度。,r/B,数值越小，直边部分对圆角部分的影响越显著。当,r/B,=,0.5,时，盒形件就变成圆筒件了。,H/B,越大，,r,相同时，圆角部分的拉深变形大，转移到直边部分的材料越多，则圆角部分的影响就越大。,6,）盒形件拉深时，除了在圆角侧壁底部与凸模圆角相切处发生拉裂外（拉深拉裂），还会因凹模圆角半径过小等原因，引起盒形件凸缘根部圆角附近侧壁产生拉裂（侧壁破裂）。,4.4,盒形件拉深,4.4.2,盒形件拉深毛坯的形状与尺寸确定,1,一次拉深成形的低盒形件（,H,0.3,B,）,低盒形件是指一次可拉深成形，或虽两次拉深，但第二次仅用来整形的零件。,(,图,4.4.3,),计算步骤如下：,(1),按弯曲计算直边部分的展开长度,(2),把圆角部分看成是直径为,d,=2,r,高为,h,的圆筒件，则展开的毛坯半径为：,(3),通过作图用光滑曲线连接直边和圆角部分,:,以,ab,线段中点,c,向圆弧作切线，再以,R,为半径作圆弧与直边及切线相切，使阴影部分面积,+,f,与,-,f,基本相等，这样修正后即得毛坯的外形。,4.4,盒形件拉深,2,多次拉深高盒形件毛坯的计算（,H,0.5,B,）,图,4.4.4,方盒件毛坯的形状与尺寸,该类零件的变形特点是在多次拉深过程中，圆角部分将有大量材料转移到直边部分。按工件表面积与毛坯表面积相等的原则，当零件为正方盒形且高度比较大，需要多道工序拉深时，如图,4.4.4,，可采用圆形毛坯，其直径为：,4.4,盒形件拉深,对高度和圆角半径都比较大的盒形件 （,H/B,0.70.8,），拉深时圆角部分有大量材料向直边流动，直边部分拉深变形也大，这时毛坯的形状可做成长圆形或椭圆形，,如图,4.4.5,，长圆形毛坯的圆弧半径为：,则长圆形毛坯的长度为：,长圆形毛坯的宽度为：,图,4.4.5,高盒形件的毛坯形状与尺寸,4.4,盒形件拉深,4.4.3,盒形件多次拉深的工艺计算,1,盒形件初次拉深的成形极限,盒形件初次拉深的极限变形程度受到圆角部分侧壁传力区强度的限制。由于直边部分对圆角部分拉深变形的减轻作用和带动作用，因此，盒形件初次拉深可能成形的极限高度大于圆筒形零件。,盒形件初次拉深的极限变形程度，可用盒形件的,最大相对高度,H/r,来表示。 该值取决于盒形件的尺寸,r/B,、,t/B,和板材的性能，如表,4.4.2.,当盒形件的相对高度,H/r,不超过上表所列的极限值，则盒形件可一次拉深成形。,拉深时圆角部分的变形程度仍用拉深系数表示,:,当 时，与圆角部相应的圆筒体毛坯直径为：,则,4.4,盒形件拉深,2,.,方形盒拉深工序形状和尺寸确定,(,如图,4.4.6,),采用直径为 的圆形毛坯，中间工序都拉深成圆筒形的半成品，在最后一道工序才拉深成方形盒的形状和尺寸。计算时，应采用从,道工序，确定拉深半成品件的工序直径,方形盒角部壁间距离,(mm,),。,该值直接影响毛坯变形区拉深变,形程度是否均匀的最重要参数。,图,4.4.6,方形盒多工序拉深的,半成品形状和尺寸,其它各道工序可参照圆筒形零件：,直到算出的直径 为止。,4.4,盒形件拉深,3,.,长方形盒拉深工序形状和尺寸确定,长方形盒的拉深方法与正方形盒相似，中间过渡工序可拉深成,椭圆形或长圆形,，在最后一次拉深工序中被拉深成所要求的形状和尺寸，,如图,4.4.7,所示。其计算与作图同样由倒数第二次拉深工序开始，由内向外计算。,n,-,1,道半成品的曲率半径：,图,4.4.7,高长方形盒多工序拉深的半成品形状和尺寸,n,-,1,半成品长、短边与高度：,n,-,2,道拉深工序应保证：,4.4,盒形件拉深,图,4.4.3,低盒形件毛坯作图法,4.5,拉深工艺设计,4.5.1,拉深件的结构工艺性分析,拉深件的结构工艺性是指拉深件采用拉深成形工艺的难易程度。良好的工艺性应是坯料消耗少、工序数目少，模具结构简单、加工容易，产品质量稳定、废品少和操作简单方便等。,1),对拉深材料的要求,2),对拉深零件形状和尺寸的要求,拉深件高度尽可能小，以便通过,12,次拉深成形。圆筒件一次拉成的高度见表,4.5.1,；当盒形件角部的圆角半径,r,=(0.050.20),B,时，一次拉深高度,h,(0.30.8),B,；凸缘件一次制成的条件为：零件的圆筒形部分直径与毛坯的比值,d/D,0.4,。,拉深件的形状尽可能简单、对称，以保证变形均匀。,对半敞开的非对称的空心件，应组合成对进行拉深后再剖切,(,如图,4.5.1),拉深复杂外形的空心件时，要考虑工序间毛坯定位的工艺基准。,4.5,拉深工艺设计,有凸缘的拉深件最好满足 ，且外轮廓与直壁断面形状相似。在凸缘面上有下凹的拉深件,(,如图,4.5.2),，如下凹的轴线与拉深方向一致，可以拉出；若下凹的轴线与拉深方向垂直，则只能在最后校正时压出 。,为了使拉深顺利进行，凸缘圆角半径 且底部圆角半径 。盒形件四壁间的圆角半径 。否则应增加整形工序。,3),对拉深零件精度的要求,设计拉深件时，应明确注明必须保证的是外形还是内形，不能同时标注内外形尺寸。,一般情况下不要对拉深件的尺寸公差要求过严。其断面尺寸公差等级一般都在,IT12,以下。如果公差等级要求高，可增加整形工序。,4.5,拉深工艺设计,4.5.2,拉深工艺力的计算,1,.,压边力的计算,施加压边力是为了防止毛坯在拉深变形过程中的起皱，压边力的大小对拉深工作的影响很大,(,如图,4.5.3),。如果压边力太大，会增加危险断面处的拉应力而导致破裂或严重变簿；太小时防皱效果不好。,通常是使压边力稍大于防皱作用所需的最低值，并按下列公式进行计算 ：,式中,A,在开始拉深瞬间的压边面积，,q,单位压边力。,在生产中，一次拉深时的压边力可按拉深力的,1/4,选取，即：,拉深中凸缘起皱的规律与 的变化规律相似，,如图,4.5.4,所示。起皱趋势最严重的时刻是 毛坯外缘缩小到 时。,4.5,拉深工艺设计,压边装置,(1),弹性压边装置,，这种多用于普通压力机。通常有三种：,a),橡皮压边装置，,b),弹簧压边装置，,c),气垫式压边装置。这三种压边装置的压边力变化曲线如图,d),所示。,图,4.5.5,弹性压边装置,4.5,拉深工艺设计,在拉深宽凸缘件时，为了克服弹簧和橡皮的缺点，可采用如图,4.5.6,所示的限位装置,(,定位销、柱销或螺栓,),，使压边圈和凹模间始终保持一定的距离,s,。,a),第一次拉深；,b),后续拉深,图,4.5.6,有限位的压边装置,(2),刚性压边装置,，这种用于双动压力机。其特点是压边力不随行程变化，拉深效果较好，且模具结构简单。,是否采用压边装置参照表,4.5.4,4.5,拉深工艺设计,2,.,拉深力的计算,圆筒形工件采用压边拉深时可用下式计算拉深力 ：,第一次拉深 ：,后续工序拉深 ：,如果采用落料、拉深复合模时，根据压力机的压力曲线，如图,4.5.7,，总工艺力用下式计算：,浅拉深 ：,后续工序拉深 ：,图,4.5.7,拉深力与压力机的压力曲线,4.5,拉深工艺设计,3,.,拉深功,拉深功可按下式计算 ：,第一次拉深 ：,后续工序拉深 ：,拉深所需压力机的电动机功率为： ：,4.5,拉深工艺设计,4.5.3,拉深成形过程中的辅助工序,1.,润滑,在凹模圆角、平面、压边圈表面及与这些部位相接触的毛坯表面，应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油，并保持润滑部位干净,.,2.,热处理,在多道拉深时，为了恢复冷加工后材料的塑性，应在工序中间安排退火，以软化金属组织。拉深工序后还要安排去应力退火。一般拉深工序间常采用低温退火 。各种材料不需热处理可以拉深的次数，见表,4.5.5,。,3.,酸洗,退火后工件表面必然有氧化皮和其他污物，在继续加工时会增加模具的磨损，因此必需要酸洗，否则使拉深不能正常进行。,4.5,拉深工艺设计,图,4.5.1,组合拉深后剖切,图,4.5.2,凸缘面上带下凹的拉深件,4.5,拉深工艺设计,图,4.5.3,压边力对拉深工作的影响,图,4.5.4,首次拉深压边力的理论曲线,4.6,拉深成形模具设计,4.6.1,拉深模的典型结构,按拉深模使用的设备分为：,单动压力机,双动压力机,三动压力机,按工序组合分为：,单工序拉深模,级进式拉深模,复合模,按工序完成顺序分为：,首次拉深模 后续各工序拉深模,按有无压边装置分为：,有压边装置拉深模 无压边装置拉深模,4.6,拉深成形模具设计,4.6.1,拉深模的典型结构,1.,首次拉深模,1,）无压边装置的首次拉深,(,如图,4.6.1,，,图,4.6.2,),2,）有压边装置的简单拉深模,(,如图,4.6.3,，,图,4.6.4,),3,）双动压力机上使用的首次拉深模,图,4.6.5,双动压力机工作原理,因双动压力机有两个滑块,(,图,4.6.5),，在双动压力机上使用的首次拉深模,如图,4.6.6,。此模具因装有刚性压边装置，所以模具结构显得很简单，制造周期也短，成本也低，但压力机设备投资较高。,1-,曲轴,2-,肘杆,3-,外滑块,4-,内滑块,5-,拉深凸模,6-,压边圈,7-,拉深凹模,4.6,拉深成形模具设计,2.,后续工序拉深模,后续工序拉深的毛坯不是平板形状，而是壳体的半成品。,1,）无压边圈的后续工序拉深模，采用特定的定位板,(,如图,4.6.7),2,）有压边圈的后续工序拉深模,(,如图,4.6.8,),；,3,）落料拉深复合模,(,如图,4.6.9,),；,图,4.6.7,无压边装置的后续工序拉深模,1-,上模座,2-,垫板,3-,凸模固定板,4-,凸模,5-,定位板,6-,凹模,7-,凹模固定板,8-,下模座,4.6,拉深成形模具设计,4.6.2,拉深模工作零件的结构和尺寸,拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圆角半径 ，凸模圆角半径 ，凸、凹模的间隙,c,，凸模直径 ，凹模直径 等，,(,如图,4.6.10,),。,图,4.6.10,拉深模工作部分的尺寸,4.6,拉深成形模具设计,1.,凹模圆角半径,1),拉深力的大小,小时材料流过凹模时产生较大的弯曲变形，结果需承受较大的弯曲变形阻力，此时凹模圆角对板料施加的厚向压力加大，引起摩擦力增加,.,2),拉深件的质量,当 过小时，坯料在滑过凹模圆角时容易被刮伤，使工件的表面质量受损。而当 太大时，拉深初期毛坯没有与模具表面接触的宽度加大,(,如图,4.6.11),，由于这部分材料不受压边力的作用，因而容易起皱,.,图,4.6.11,拉深初期毛坯与凸模、,凹模的位置关系,4.6,拉深成形模具设计,3),拉深模的寿命,小时，材料对凹模的压力增加，摩擦力增大，磨损加剧，使模具的寿命降低。所以 的值既不能太大也不能太小。,通常可按经验公式计算，或查表,4.6.1,。,2.,凸模圆角半径,凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大，但其值也必须合适。,太小，拉深初期毛坯在该处弯曲变形大，危险断面受拉力增大，工件易产生局部变薄或拉裂，影响零件的表面质量。,过大时凸模端面与毛坯接触面积减小，易使拉深件底部变薄和圆角处出现内皱。,4.6,拉深成形模具设计,3.,凸模与凹模之间的间隙,拉深模间隙是指单面间隙。间隙的大小对拉深力、拉深件的质量、拉深模的寿命都有影响 。间隙过大，拉深件口部小的皱纹得不到挤平而残留在表面，同时零件回弹变形大，有锥度、精度差；间隙过小，摩擦阻力大、零件变薄严重，甚至拉裂，同时模具磨损加大。 确定间隙的原则：既要考虑板料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。不用压边圈拉深时，考虑到起皱的可能性取间隙值为,:,采用压边拉深时其值可查表,4.6.2,。,最后一道拉深，当零件要求外形尺寸时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；当零件要求内形尺寸时，间隙取在凹模上。,4.6,拉深成形模具设计,4.,凸模与凹模工作尺寸及公差,应考虑拉深件的回弹、壁厚的不均及模具的磨损。零件回弹使口部尺寸变大；筒壁上下厚度不均使零件精度不高；模具磨损最严重的是凹模，凸模磨损最小。,最后一道工序，若以凹模为基准时，因凹模尺寸在拉深中随磨损的增加而逐渐变大，故凹模尺寸开始时应取小些，,如图,4.6.12a,所示，凹模尺寸为 ：,凸模尺寸为：,若以凸模为基准，,如图,4.6.12b,，考虑到凸模基本不磨损，以及工件的回弹，凸模的开始尺寸不要取得过大。其值为：,凹模尺寸为：,4.6,拉深成形模具设计,5.,拉深,凸模与凹模结构形式,拉深凸模与凹模的结构形式取决于工件的形状、尺寸以及拉深方法、拉深次数等工艺要求，不同的结构形式对拉深的变形情况、变形程度的大小及产品的质量均有不同的影响。,当毛坯的相对厚度较大，不易起皱，不需用压边圈压边时，应采用锥形凹模,(,如图,4.2.3,),。,当毛坯的相对厚度较小，必须采用压边圈进行多次拉深时，应该采用图,4.6.13,所示的模具结构。图,a),中凸、凹模具有圆角结构，用于拉深直径,d,100mm,的拉深件。,b),中凸、凹模具有斜角结构，用于拉深直径,d,100mm,的拉深件。,图,4.6.13,拉深凸模和凹模工作部分结构,4.6,拉深成形模具设计,采用有斜度的凸模和凹模，除具有锥形凹模的特点外，还可减轻毛坯反复弯曲变形的程度，提高零件侧壁的质量，使毛坯在下次工序中容易定位。须注意压边圈的形状和尺寸应与前道工序凸模的相应部分相同，拉深凹模的锥面角度也要与前道工序凸模的斜角一致，前道工序凸模的锥顶径,d,1,应比后续工序凸模的直径,d,2,小，以避免毛坯在,A,部可能产生不必要的反复弯曲，使工件筒壁的质量变差等,(,如图,4.6.14),图,4.6.14,斜角尺寸的变化,4.6,拉深成形模具设计,为了使最后一道拉深后零件的底部平整，如果是圆角结构的冲模，其最后一次拉深凸模圆角半径的圆心应与倒数第二道拉深凸模圆角半径的圆心位于同一条中心线上，如图,4.6.15a,。如果是斜角的冲模结构，则倒数第二道工序凸模底部的斜线应与最后一道的凸模圆角半径相切，如图,4.6.15b,。,为了便于取件，拉深凸模应钻排气孔 ，,如图,4.6.13,中虚线，其尺寸可查表,4.6.3,图,4.6.15,最后拉深中毛坯底部尺寸的变化,4.6,拉深成形模具设计,1,、,8,、,10-,螺钉；,2-,模柄；,3-,凸模；,5-,凹模；,6-,刮料环；,7-,定位板；,9-,拉簧；,11-,下模座,图,4.6.1,无,压边装置的简单拉深模,(,一,),1-,定位板；,2-,下模座；,3-,凸模；,4-,凹模,图,4.6.2,无压边装置的简单拉深模,(,二,),4.6,拉深成形模具设计,1-,上模座,2-,推杆,3-,推板,4-,凹模,5-,挡料钉,6-,压边圈,7-,拉深凸模,8-,凸模固定板,9-,下模座,图,4.6.3,有压边装置倒装拉深模,1-,模柄,2-,上模座,3-,凸模固定板,4-,弹簧,5-,压边圈,6-,定位圈,7-,凹模,8-,下模座,9-,弹压螺钉,10-,凸模,图,4.6.4,有压边装置顺装拉深模,4.6,拉深成形模具设计,1-,凸模；,2-,上模座；,3-,压边圈；,4-,凹模；,5-,下模座；,6-,顶件块,图,4.6.6,双动压力机上使用的首次拉深模,4.6,拉深成形模具设计,1-,推件板,2-,拉深凹模,3-,拉深凸模,4-,压边圈,5-,顶杆,6-,弹簧,7-,限位销,图,4.6.8,有压边装置的后续各工序拉深模,a) b),4.6,拉深成形模具设计,图,4.6.9,高矩形盒落料首次拉深的顺装复合模,1-,顶杆,2-,垫板,3-,推件板,4-,凸凹模,5-,落料凹模,6-,拉深凸模,8-,压边圈,9-,4.6,拉深成形模具设计,4.7,其他拉深法,4.7.1,软模拉深,1.,软凸模拉深,用液体,(,或粘性介质,),代替凸模进行拉深，其变形过程,如图,4.7.1,，毛坯凸缘产生变形所需的拉深液压力为,2.,软凹模拉深,1,）液压凹模拉深，,如图,4.7.2,。,2,）聚氨酯橡胶凹模拉深，,如图,4.7.3,。,4.7.2,变薄拉深,1.,变薄拉深的变形特点,变簿拉深凸模与凹模的间隙小于毛坯材料厚度，其变形过程,如图,4.7.4,所示。材料受切向和径向压应力 ，轴向是拉应力，产生的应变是平面应变。和普通拉深相比，变薄拉深有如下特点,:,4.7,其他拉深法, 由于材料是在周向和径向的压应力及轴向拉深应力作用下变形，材料产生很大的加工硬化，增强了强度。, 拉深件的表面粗糙度小。,因拉深过程的摩擦严重，故对润滑及材料的要求较高。,2.,工艺计算,毛坯尺寸按变形前后,体积不变原则,确定。毛坯直径为,变形程度用变薄系数表示，即,3.,变薄拉深模,1),典型结构，,如图,4.7.5,2),设计要点, 凹模锥角及工作高度，,如图,4.7.6, 凸模脱模斜度、排气孔, 多层凹模,4.6,其他拉深模,图,4.7.1,液体凸模拉深的变形过程,1-,凸模；,2-,压边圈；,3-,密封圈；,4-,凹模；,5=,溢流阀图,4.7.2,液压凹模拉深工作原理,4.6,其他拉深模,1-,容框,;2-,聚氨酯橡胶,;3-,毛坯,;4-,凸模,;5-,压边圈,a),不带压边圈的拉深模,; b),带压边圈的拉深模,图,4.7.3,聚氨酯橡胶拉深模,4.6,其他拉深模,图,4.7.4,变薄拉深变形特点,4.6,其他拉深模,1-,上模座,2-,凸模固定座,3-,紧固坯,4-,锥面套,5-,紧固圈,6-,下模座,7-,刮件坯,8-,弹簧,10-,下模座,11-,锥面套,12-,凹模,13-,定位圈,14-,校模圈,15-,凸模,图,4.7.5,变薄拉深通用模,图,4.7.6,变薄拉深的凹模,