拉深工艺及模具设计课件

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,第三级,第四级,第五级,2021/2/1,南昌航空大学,#,第四章 拉深工艺与拉深模设计,本章教学目的：,了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素；,掌握拉深工艺计算方法；,掌握拉深件的工艺性分析内容；,认识拉深模典型结构及特点，掌握拉深模工,作零件设计方法。,4-1,概述,拉深,(,Drawing,),：又称拉延，是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成,开口空心零件,的加工方法。,它是冲压基本工序之一。,可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件。,拉深工艺,分类,：,拉深模,特点,：,结构相对较简单，与冲裁模比较，,拉深凸、凹模的,工作部分,不应有锋利的刃口，而应,有较大的,圆角,，表面质量要求高，凸、凹模,间的单边,间隙,略大于板料厚度。,不变薄拉深,：,把毛坯拉压成空心体，或者把空心体拉压成外形更小而板厚没有明显变化的空心体的冲压工序。,变薄拉深,：,是指凸、凹模之间间隙小于空心毛坯壁厚，把空心毛坯加工成侧壁厚度小于毛坯壁厚的薄壁制件的冲压工序。,4-2,圆筒形件拉深变形分析,圆筒形件是最典型的拉深件。,一、拉深变形过程,拉深成形时板料的受力分析,2024/11/26,拉深变形过程,平板圆形坯料的凸缘,弯曲绕过凹模圆角，,然后拉直 形成竖直筒壁。,变形区,平面凸缘；,已变形区,筒壁；,不变形区,底部。,底部和筒壁为传力区。,2024/11/26,材料流动,工艺网格实验,2024/11/26,材料转移：,高度、厚度发生变化。,扇形单元体的变形,2024/11/26,二、拉深变形过程中材料的应力与应变状态,I,凸缘部分,II,凹模圆角部分,III,筒壁部分,IV,凸模圆角部分,V,筒底部分,坯料各区的应力与应变是很不均匀的。,划分为五个区：,下标,1,、,2,、,3,分别代表坯料径向、,厚向,、切向的应力和应变,2024/11/26,I,II,III,IV,V,2024/11/26,三、拉深变形过程中凸缘变形区的应力分布,拉深至某一瞬时,可知：,增厚与减薄的分界点,2024/11/26,拉深整个过程,知：,由,加工硬化,使,出现在,即拉深早期。,2024/11/26,四、,筒壁传力区的受力分析,（,1,）压边力,Q,引起的摩擦应力,（,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,拉深初期凸模圆角处的弯曲应力,2024/11/26,（,4,）材料流过凹模圆角时的摩擦阻力,通讨凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为：,将影响拉深力的因素，如拉深变形程度，材料性能，零件尺寸，凸、凹模圆角半径，压边力，润滑条件等都反映了出来，有利于研究改善拉深工艺。,时,，,达最大值，此时包角,接近于,/2,故,，,五、拉深缺陷及防止措施,拉深过程中的,质量问题,：,主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。,凸缘区起皱,：,传力区拉裂,：,由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；,由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。,凸缘变形区的起皱,主要决定于,：,一方面是切向压应力,3,的大小，越大越容易失稳起皱；,另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。,凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越小。,最易起皱的位置,：,凸缘边缘区域,起皱最强烈的时刻,：,在,R,t,=,（,0.7,0.9,）,R,0,时,防止,起皱常用方法,：,采用压边装置,2024/11/26,拱起的皱褶很难通过凸、凹模间隙被拉入凹模，如果强行拉入，则拉应力迅速增大，容易使毛坯受过大的拉力而导致破裂报废；,即使模具间隙较大，或者起皱不严重，拱起的皱褶能勉强被拉进凹模内形成筒壁，皱折也会留在工件的侧壁上，从而影响零件的表面质量；,起皱后的材料在通过模具间隙时与模具间的压力增加，导致与模具间的摩擦加剧，磨损严重，使得模具的寿命大为降低。,拉深起皱带来的后果：,2024/11/26,拉深系数,m,（,切向压应力的大小）,拉深过程中影响起皱的主要因素,模具工作部分几何形状,板料的相对厚度,t/D,t/D,越小，拉深变形区抗失稳的能力越差，越易起皱。,m,越小，拉深变形程度越大，切向压应力的数值越大；另外，变形区的宽度越大，抗失稳的能力变小，越易起皱。,用锥形凹模拉深时，由于毛坯的过渡形状使,拉深变形区有较大的抗失稳能力，与平端面凹模相比可允许用相对厚度较小的毛坯而不致起皱。,材料的力学性能,屈强比 小，板料不容易起皱。,2024/11/26,拉深过程中起皱条件,平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件：,锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件：,拉深方法,首次拉深,以后各次拉深,用压边圈,可用可不用,不用压边圈, 2.0, 0.6, 1.5, 0.8,采用或不采用压边圈的条件,2024/11/26,采用压边圈,采用锥形凹模,采用拉深筋、拉深槛,采用反拉深,防止起皱的措施,正拉深,反拉深,2024/11/26,压边装置,弹性压边装置,橡皮压边装置,（,a,）,弹簧压边装置,（,b,）,气垫式压边装置,（,c,）,带限位装置的压边圈,刚性压边装置,：,带刚性压边装置的拉深模,2024/11/26,双动压力机用刚性压边装置工作原理,1-,曲柄,2-,凸轮,3-,外滑块,4-,内滑块,5-,凸模,6-,压边圈,7-,凹模,带限位装置的压边圈,筒壁的拉裂,主要取决于,：,一方面是筒壁传力区中的拉应力；,另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。,当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处,“,危险断面,”,产生破裂。,防止,拉裂的措施：,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，合理设计模具工作部分的形状，选用屈强比 小、 值和 值大的材料等。,仅针对圆筒形件拉深而言,硬化,拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加工硬化。,由于拉深时变形不均匀，从底部到筒口部塑性变形由小逐渐加大，因而拉深后变形材料的性能也是不均匀的，拉深件硬度的分布由工件底部向口部是逐渐增加的，这恰好,与工艺要求相反,，从工艺角度看工件底部硬化要大，而口部硬化要小。,加工硬化一方面使工件的强度和刚度高于毛坯材料，另一方面塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。,工艺设计时，特别是多次拉深时，应正确选择各次的变形量，并考虑半成品件是否需要退火以恢复其塑性。对一些硬化能力强的金属（不锈钢、耐热钢等）更应注意。,凸耳的出现,拉深后的圆筒端部出现凸耳，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。凸耳需用,修边,去除掉，这样增加了工序。,2024/11/26,4-3,直壁旋转体零件的拉深,拉深毛坯尺寸的确定原则：,一、拉深毛坯尺寸的确定,体积不变原则,:,若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。,相似原则,:,拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。,但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。,形状复杂的拉深件,：,需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。,拉深件的模具设计顺序：先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设,计冲裁模。,以中线为基准,2024/11/26,确定修边余量,修边余量：,拉深件口部或凸缘周边不整齐,;,特别是经过多次拉深后的制件，口部或凸缘不整齐的现象更为显著,;,因此必须增加制件的高度或凸缘的直径，拉深后修齐增加的部分即为修边余量。,简单旋转体拉深件毛坯尺寸计算,计算步骤,将拉深件划分为若干个简单的几何体；,分别求出各简单几何体的表面积；,把各简单几何体面积相加即为零件总面积；,根据表面积相等原则，求出坯料直径。,2024/11/26,按图得,：,故：,整理后可得坯料直径为,:,中径,工件中线在圆角处的圆角半径,2024/11/26,【,例,4-1】,如图所示的圆筒形拉深件，材料为,08,钢，料厚为,1 mm,，求其毛坯尺寸。,解：,而高度,查,表,4-3,可知，修边余量,，因而毛坯直径为,因该零件相对高度,2024/11/26,【,例,】,如图所示的圆筒形拉深件，材料为,08,钢，料厚为,2 mm,，求其毛坯尺寸。,解：,而高度,查,表,4-3,可知，修边余量,，因而毛坯直径为,因该零件相对高度,2024/11/26,【,例,】,如图所示的圆筒形拉深件，材料为,10,钢，料厚为,2 mm,，求其毛坯尺寸。,解：,而高度,查,表,4-3,可知，修边余量,因该零件相对高度,因而毛坯直径为,2024/11/26,复杂旋转体拉深件毛坯尺寸计算,久里金法则,求其表面积：,任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。,如右图所示，旋转体表面积为,因拉深前后面积相等，故坯料直径,D,：,旋转体各组成部分母线的重心至旋转轴的距离,2024/11/26,二、无凸缘,圆筒形件的拉深,1,、拉深系数,拉深系数表示方法,拉深系数,m,：拉深后的直径与拉深前的坯料（或半成品）直径之比表示。,第一次拉深系数：,第二次拉深系数：,第,n,次拉深系数：,拉深系数的倒数称为拉深比,2024/11/26,拉深系数,m,表示拉深前后坯料（工序件）直径的,变化率,。,m,愈小，说明拉深变形程度愈大，相反，变形程度愈小。,拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即,如果,m,取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。,从工艺的角度来看，,m,越小，越有利于减少工序数。,极限拉深系数,m,2024/11/26,（,1,）材料的组织与力学性能,（,2,）板料的相对厚度,（,3,）拉深工作条件,模具的几何参数,摩擦润滑,压料圈的压料力,（,4,）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等,m,影响极限拉深系数的因素,为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于极限拉深系数,m,的值。,2024/11/26,m,时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。,当,多次拉深时，拉深次数按以下方法确定：,取首次拉深系数,取第二次拉深系数,，则,，故,取第三次拉深系数,依次类推，则第,次拉深时，工件直径则为,，则,故,，则,故,No,No,No,此时的,n,即为拉深次数。,2,、拉深次数,2024/11/26,式中 ，,d,冲件直径；,D,坯料直径；,m,1,第一次拉深系数；,m,均,第一次拉深以后各次的平均拉深系数。,拉深次数的计算方法：,2024/11/26,在 中，若 ，则确定的,d,1,d,2, ,d,n,即为所求。,若 ，需要,适当放大,各次拉深的极限拉深系数，并加以,调整,。,3,、圆筒件各次拉深件的半成品工序尺寸计算,工序件直径的确定,调整原则是：,设实际采用的拉深系数为,且,最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：,2024/11/26,工序件高度的计算,计算前应先定出各工序件的底部圆角半径：,取,0.5,的倍数,2024/11/26,4,、,圆筒件以后各次拉深特点及方法,以后各次拉深特点,首次拉深时，平板毛坯的壁厚及力学性能都是均匀的；而以后各次拉深时，圆筒形毛坯的壁厚及力学性能都不均匀，材料不仅已有加工硬化，它的极限拉深系数要比首次拉深大得多，而且后一次都应略大于前一次。,首次拉深时，凸缘变形区是逐渐缩小的；而以后各次拉深时，变形区,保持不变，直至拉深终了之前。,首次拉深时，破裂往往出现在拉深的初始阶段；而以后各次拉深时，破裂往往出现在拉深的终了阶段。,以后各次拉深中，变形区的外缘受到筒壁的刚性支撑，所以稳定性较首次拉深为好，不易起皱。只是在拉深的终了阶段，筒壁边缘进入变形区后，变形区的外缘失去了刚性支撑才有起皱的可能。,2024/11/26,以后各次拉深方法：正拉深与反拉深,2024/11/26,【,例,4-2】,如图所示的圆筒形拉深件，材料为,08,钢，料厚为,1 mm,，求其拉深各工序件尺寸。,解：（,1,）,修边余量,（,2,）,毛坯直径,（,3,）是否采用压边圈,坯料相对厚度为,查,表,4-18,，应采用压边圈,（,4,）,确定拉深次数,:,先判断能否一次拉出。,由,t,/,D,100=1.28,，,h,/,D,=3.7,查,表,4-8,得：,拉深次数,n,= 4,2024/11/26,（,5,）确定各次拉深直径,查,表,4-5,取各次拉深极限拉深系数,(,小值,),为,m,1,=0.50,、,m,2,=0.75,、,m,3,=0.78,、,m,4,=0.80,则各半成品直径为：,d,1,=0.578=39 mm,；,d,2,=0.7539=29.3 mm,；,d,3,=0.7829.3=22.8 mm,；,d,4,=0.8022.8=18.3 mm,。,d,4,=18.3 mm 20mm,，应对拉深系数作适当的调整，使其均,大于,相应的极限拉深系数，现调整为：,m,1,=0.53,、,m,2,=0.76,、,m,3,=0.79,、,m,4,=0.81,，则：,d,1,=0.5378=41.3mm,；,d,2,=0.7641.3=31.4mm,；,d,3,=0.7931.4=24.8mm,；,d,4,=0.8124.8=20mm,。,2024/11/26,（,6,）选取半成品底部圆角半径,工序号,凹模圆角半径,凸模圆角半径,半成品底部圆角半径,1,2,3,4,2024/11/26,（,7,）计算半成品拉深高度,2024/11/26,（,8,）工序件草图,中线,高度,表示,内径,表示,2024/11/26,三、有凸缘,圆筒形件的拉深,该类零件的拉深过程，其变形区的应力状态和变形特点与无凸缘圆筒形件是相同的。但坯料凸缘部分不是全部拉入凹模。,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,有凸缘圆筒形件的拉深系数取决于三个因素：,d,t,/,(,凸缘的相对直径,),、,/,(,零件的相对高度,),、,r,/,(,相对圆角半径,),，,影响程度为递减。,2024/11/26,（,1,）窄凸缘圆筒形件的拉深,窄凸缘筒形件,：,2,、带凸缘筒形件的拉深方法,2024/11/26,宽,凸缘筒形件,：,（,2,）,宽,凸缘圆筒形件的拉深,中小零件：如图,a,）,大型零件：如图,b,）,减小筒形直径，增加高度，而圆角半径基本不变,零件的高度在第一次拉深时就基本形成，以后基本保持不变，通过减小圆角半径逐渐缩小筒形部分的直径,2024/11/26,在形成凸缘直径 之后，在以后各次拉深中，凸缘直径 不再变化。,宽凸缘圆筒形件拉深应注意以下几点：,必须正确计算拉深高度，严格控制凸模进入凹模的深度。,在设计模具时，通常把第一次拉深时拉入凹模的表面积比实际所需的面积多拉进,3,5,（有时可增加到,10,，拉深次数多者取上限，少者取下限），即筒形部的深度比实际的要大些。这部分多拉进的材料从第二次开始以后的拉深中逐步分次返回到凸缘上来，使凸缘增厚，从而避免拉裂，同时补偿计算上的误差和板材在拉深中的厚度变化，方便试模时的调整。,！,2024/11/26,【,例,4-3】,试确定如图所示的有凸缘圆筒形拉深件（材料：,08,钢）的工序尺寸。,解：（,1,）选取,修边余量,查,表,4-4,，,故实际凸缘外径,（,2,）初算,毛坯直径,2024/11/26,（,3,）判别能否一次拉成,查,表,4-9,，,故不能一次拉成，需多次拉深,（,4,）计算拉深次数及各次拉深直径,凸缘相对直径假定值,毛坯相对厚度,第一次拉深直径,实际拉深系数,极限拉深系数,拉深系数相差值,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.77,1.77,1.77,1.77,1.77,0.59,0.55,0.50,0.47,0.44,0.49,0.49,0.47,0.47,0.45,+0.1,+0.06,+0.03,0,-0.01,由,表,4-10,查,得,应取,2024/11/26,由,表,4-11,查,得,从上述数据看出，各次拉深变形程度分配不合理，现调整如下：,极限拉深系数,实际拉深系数,各次拉深直径,/,mm,拉深系数相差值,+ 0.025,+ 0.04,+ 0.04,+ 0.04,颇接近，即变形程度分配合理,2024/11/26,工序号,凹模圆角半径,凸模圆角半径,半成品底部圆角半径,1,2,3,4,（,5,）计算各工序的圆角半径,2024/11/26,为该零件凸缘部分的表面积。,其中，,为该零件除去凸缘部分的表面积，即零件最后拉深部分实际所需材料；为该零件凸缘部分的表面积。,（,6,）计算第一次拉深高度,以第一次拉入凹模材料比零件最后拉深部分实际所需材料多,5%,计算，毛坯直径（假想直径）应修正为：,则第一次拉深高度：,2024/11/26,（,7,）校核第一次拉深相对高度,查,表,5-10,，,安全,（,8,）计算以后各次拉深高度,设第二次拉深时多拉入,3 %,的材料（其余,2 %,的材料返回到凸缘上）。为了计算方便，先求出假想的毛坯直径：,2024/11/26,再设第三次拉深时多拉入,1.5 %,的材料（其余,1.5 %,的材料返回到凸缘上）。为了计算方便，先求出假想的毛坯直径：,2024/11/26,2024/11/26,四、阶梯,形零件的拉深,判断能否一次拉深成形,对于大、小直径差值小，高度又不大，台阶只有,2 3,个，一般,可以一次拉成。,对于高度较大，阶梯较多，能否一次拉成，可按以下方法判断：,按相对高度判断,直径为,d,n,的圆筒形件一次拉深的极限高度，可,查,表,4-8,得到。,2024/11/26,若 ，则可一次拉成；,按假想拉深系数（,m,y,）判断,设圆筒形件的第一次极限拉深系数为,m,1,若 ，则需多次拉深。,2024/11/26,由,表,4-5,查得,m,1,=,0.50.53,故可以一次拉成。,【,例,4-4】,试确定如图所示零件的拉深系数，材料为,08,钢，料厚,t,=1.5 mm,，毛坯直径,D,=103 mm,。,解：,2024/11/26,由,表,4-8,查得,由于,0.630.65,，故可以一次拉深成形。,显然两种方法判断结果相同。,2024/11/26,阶梯形件多次拉深的方法,（,1,）当,任意,两相邻阶梯直径之比（,d,n,/,d,n-1,）都不小于相应的圆筒形件的极限拉深系数。拉深方法见图,a,),（,2,）若,某,相邻两阶梯直径之比,(,d,n,/,d,n-1,),小于相应圆筒形件的极限拉深系数。拉深方法见图,b,),通过工序,1,、,2,、,3,成形,d,2,，之后通过工序,4,成形,d,n,，最后通过工序,5,成形,d,1,d,2,/,d,1,m,2,2024/11/26,（,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。,过渡形状,曲面形状,(,如球面、锥面及抛物面,),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，所以在拉深中出现的各种问题和解决方法亦与圆筒形件不同。对于这类零件就,不能简单地用拉深系数衡量成形的难易程度,，并把拉深系数作为制定拉深工艺和模具设计的依据。,4-4,非直壁旋转体零件的拉深,2024/11/26,（,1,）拉深球面零件时,(,如图,）,，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，球面零件、锥形零件和抛物面零件等其他旋转体零件的,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。,一、曲面形状零件的拉深特点,2024/11/26,拉伸类变形,压缩类变形,由于存在悬空区，起皱成为,非直壁旋转体,拉深要解决的主要问题。,球面零件,可分为半球形件,(,图,a),和非半球形件,(,图,b,，,c,，,d),两大类。不论哪一种类型，,均不能用拉深系数来衡量拉深成形的难易程度,。对于半球形件，根据拉深系数的定义可知，其拉深系数是与零件直径无关的常数，即：,二、球面零件拉深方法,2024/11/26,当 时，采用带拉深筋的凹模或反拉深凹模成形。,当 时，采用带压边圈的拉深模拉深。,当 时，可以采用不带压边装置的简单有底凹模一次拉成。,(,a,),反拉深,(,b,),带拉深筋拉深,(,c,),双弯曲拉深,2024/11/26,抛物面零件常见的拉深方法,：,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。,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,）就是采用有两道拉深筋的模具成形的。,三、抛物面零件拉深方法,2024/11/26,2024/11/26,锥形件的拉深次数及拉深方法取决于锥形件的几何参数，即相对高度,、锥角 和相对料厚 。,四、锥形零件拉深方法,一般当相对高度较大，锥角较大，而相对料厚较小时，变形困难，需进行多次拉深。,为保证拉深工艺的稳定性，不论锥形件本身是否有凸缘，在拉深过程中一般都需拉深出凸缘，再采用切边工艺，切去多余部分。,拉深锥形件的方法有如下几种,:,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。,应增大压边力，减小回弹。,对于中锥形件,拉深方法取决于相对料厚,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。,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。,因料较薄而容易起皱，需采用压边圈经多次拉深成形。,2024/11/26,对于高锥形件,易产生变薄严重而拉裂和起皱。,这时需采用特殊的拉深工艺。,阶梯拉深成形法,锥面逐步成形法,整个锥面一次成形法,2024/11/26,（,a,）,阶梯拉深法,（,b,）,锥面逐步成形法,（,c,）,整个锥面一次成形法,2024/11/26,直壁零件,曲面零件,成形机理,拉深成形,拉深,+,胀形的复合,变形区位置,平面凸缘区,平面凸缘区（拉深）,+,坯料中部区（胀形）,变形区的受力状态和变形特点,在切向压应力，径向拉应力作用下，产生切向收缩、径向伸长的拉深变形,平面凸缘区,：在切向压应力，径向拉应力作用下，产生切向收缩、径向伸长的拉深变形；,坯料中部区,：在两向拉应力的作用下，产生两向伸长的胀形变形,材料冲压性能,要求,r,值，,n,值要求不大,同时要求,r,值和,n,值,悬空部分,无明显的悬空部分,有明显的悬空部分,凸模侧壁的摩擦作用,凸模与侧壁接触，存在有凸模侧壁的摩擦作用,凸模与侧壁不接触，不存在凸模侧壁的摩擦作用,成形极限,受侧壁承载能力的限制,受侧壁承载能力、失稳起皱及胀形破裂的限制,成形难易,传力的危险断面受凸模侧壁摩擦的补强作用，比曲面零件成形容易,传力的危险断面不受凸模侧壁摩擦的补强作用，且存在易失稳起皱的悬空部分，比直壁零件成形的难度大,直壁零件和曲面零件成形特点比较,（,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。,（,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。,4-5,盒形件的拉深,一、盒形件的拉深特点,网格实验法（,如图,）,盒形零件的拉深是,拉深和弯曲,两种变形方式的复合。,2024/11/26,盒形件拉深时的应力分布,盒形件拉深变形特点,A,B,矩形件,方形件,按弯曲计算直边部分的展开长度为,l,0,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,R,通过作图用光滑曲线连接直边和圆角部分，即得毛坯的形状和尺寸,二、盒形件拉深毛坯形状与尺寸确定,一次拉深成形的低盒形件,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。,计算步骤如下,（,如图,）：,查表,4-17,，,判别,2024/11/26,低矩形盒毛坯作图法,2024/11/26,该类零件的变形特点是在多次拉深过程中，直边与圆角部分的变,形相互渗透，其圆角部分将有大量材料转移到直边部分。毛坯尺寸,仍根据工件表面积与毛坯表面积相等的原则计算。,方形件,：可采用圆形毛坯（,如图,），其直径为：,多次拉深高盒形件毛坯形状和尺寸的确定,若 ：,2024/11/26,方形件毛坯的形状与尺寸,2024/11/26,矩形件,：可采用长圆形毛坯（,如图,）,宽为,B,的方形件的毛坯直径,三、,盒形件多次拉深的工艺计算,1,、方形件拉深工序形状和尺寸确定,采用直径为,D,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件的形状和尺寸。,计算时，应采用从,n-1,道工序，即倒数第二次拉深开始，确定拉深半成品件的工序直径,。,方形件角部壁间距离,2024/11/26,2,、矩形件拉深工序形状和尺寸的确定,矩形件的拉深方法与方形件相似，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。,同样由,n-1,道,(,倒数第二次拉深,),工序开始，由内向外计算。,2024/11/26,4-6,压边力、拉深力和拉深功的计算,一、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,),。,如果,Q,太大，会增加危险断面处的拉应力而导致破裂或严重变薄，,Q,太小时防皱效果不好。,在生产中，第一次拉深时的压边力可按拉深力的,1/4,选取，即：,或：,2024/11/26,二、拉深力的计算,第一次拉深,以后各次拉深,K,1,、,K,2,查表,4-20,可得,总拉深力：,浅拉深时：,深拉深时：,F,0,压力机的公称压力,2024/11/26,三、拉深功的计算,第一次拉深,以后各次拉深,1,、,2,=0.60.8,，,F,N,，,h,mm,，,W,J,深拉深时，尤其要注意,四、拉深功率的计算,不均衡系数，取,1.21.4,压力机每分钟的行程次数,电动机效率，,取,0.90.95,压力机效率，,取,0.60.8,2024/11/26,0.55,0.57,0.60,0.62,0.65,0.67,0.70,0.72,0.75,0.77,0.80,1.00,0.93,0.86,0.79,0.72,0.66,0.60,0.55,0.50,0.45,0.40,0.80,0.77,0.74,0.70,0.67,0.64,0.70,0.72,0.75,0.77,0.80,0.85,0.90,0.95,1.00,0.95,0.90,0.85,0.80,0.70,0.60,0.50,0.80,0.80,0.75,0.70,2024/11/26,4-7,拉深模工作部分的设计计算,一、结构参数,凹模圆角半径,r,d,凸模圆角半径,r,p,最后一次拉深凸模圆角半径,r,pn,即等于零件圆角半径,r,2024/11/26,拉深模凸、凹模间隙,有压边圈的拉深模,无压边圈的拉深模,精度要求较高的拉深件,最后一次拉深,：尺寸标注在外径的拉深件，以凹模为准，间隙取在凸模上；尺寸标注在内径的拉深件，以凸模为准，间隙取在凹模上。,2024/11/26,凸、凹模工作部分尺寸计算及凸、凹模制造公差,（,a,）,外形有要求时,（,b,）,内形有要求时,凸、凹模的制造公差 和 ，可根据工件的公差来选定。工件公差为,ITl3,级以上时， 和 可按,IT6,8,级选取；工件公差在,ITl4,级以下时， 和 按,ITl0,级选取，或查表,4-23,。,2024/11/26,凸模的通气孔,工件在拉深时，由于拉深力的作用或润滑剂等因素，使得工件很容易被粘附在凸模上，在工件与凸模间形成真空，会增加卸件的困难，造成工件底部不平。为了便于取出工件，拉深凸模应钻通气孔。,凸模直径,/mm, 200,通气孔直径,/mm,3.0,3.0 5.0,5.5 6.5,7.0 8.0, 8.5,拉深不锈钢件或大型工件时，可在通气孔中通高压气体或液体，以便拉深后将工件卸下。,2024/11/26,二、典型模具结构,无压边装置的首次简单拉深模,带压边装置的首次拉深模,1,、首次拉深模,2024/11/26,无压边装置的以后各次拉深模,2,、以后各次拉深模,带压边装置的以后各次拉深模,2024/11/26,正装落料拉深复合模,2024/11/26,落料,-,拉深,-,冲孔复合模,2024/11/26,1,凸凹模,2,反拉深凸模,3,拉深凸凹模,4,卸料板,5,导料板,6,压边圈,7,落料凹模,落料、正、反拉深模,2024/11/26,再次拉深、冲孔、切边复合模,2024/11/26,4-8,拉深工艺设计,一、拉深件的工艺性,1,、对拉深件外形尺寸的要求,设计拉深件时应,尽量减少其高度,，使其可能用一次或两次拉深工序来完成。对于各种形状的拉深件，用一次工序可制成的条件为：,圆筒件一次拉成的高度,材料名称,铝,硬铝,黄铜,软钢,相对拉深高度,0.730.75,0.600.65,0.750.80,0.680.72,对于盒形件一次制成的条件为：当盒形件角部的圆角半径,时，拉深件高度 。,对于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,2024/11/26,2,、对拉深件形状的要求,设计拉深件时，应明确注明必须保证的是外形还是内形尺寸，不能同时标注内、外形尺寸。,尽量避免采用非常复杂的和非对称的拉深件。对半敞开的或非对称的空心件，应能组合成对进行拉深，然后将其切成两个或多个零件,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。,在凸缘面上有下凹的拉深件，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。,2024/11/26,3,、对拉深件圆角半径的要求,为了使拉深顺利进行，拉深件的底与壁、凸缘与壁、盒形件的四壁间的圆角半径 应满足： ， ， ，,否则，应增加整形工序。,4,、拉深件的公差等级,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,IT13,级以下。如果零件公差等级要求高于,IT13,级，可增加整形工序。,2024/11/26,5,、拉深件的材料,屈强比,硬化指数,厚向异性系数,低碳钢：,65Mn,：,拉深件的材料主要有软钢、不锈钢、铝等。一般而言，软钢板的,值较大，拉深性能好；在深拉深性能方面，铝镇静钢（ ） 比沸腾钢（ ）要好；奥氏体不锈钢的 值大，对不规则形状或带有胀形成分的拉深容易成形，但 值不如软钢大，极限拉深系数也不太小；铁素体不锈钢虽然 值比奥氏体不锈钢大，但 值小，不好拉深；铝的 值大多在,1.0,以下，拉深极限约为软钢的,85%,左右，但 值比软钢稍大，又有利于拉深成形。,2024/11/26,二、拉深件工序安排的一般规则,多道工序的拉深成形中，务使先行工序不致妨碍后续工序的完成。,每道拉深工序的最大变形程度不能超过其极限值。,已成形部分和待成形部分之间，不应再发生材料的转移。,在批量生产中，若凸凹模的模壁强度允许，应采用落料、拉深,复合,工艺。,除底部孔有可能与落料、拉深复合冲出外，凸缘部分及侧壁部分的孔、槽均,需在拉深工序完成后再冲出；修边工序一般安排在整形工序之后，并常与冲,孔复合进行。,当拉深件的尺寸精度要求高或带有小的圆角半径时，应增加,整形,工序。,复杂形状零件，一般按,先内后外,的原则进行。,多次拉深中加工硬化严重的材料，必须进行中间,退火,。,2024/11/26,4-9,拉深工艺的辅助工序,一、润滑,摩擦力对于板料拉深成形,有害的：,1,、,2,、,3,有益的：,4,、,5,二、热处理,消除加工硬化和残余应力。,应,及时进行,，尤其不锈钢、耐热钢、黄铜更要注意这一点。,三、酸洗,去除热处理工序件的表面氧化皮及其它污物,，以提高制件表面光洁度,。,2024/11/26,退火、酸洗会延长生产周期、增加生产成本、造成环境污染，应尽可能加以避免。若能够通过增加拉深次数的办法以减少退火工序时，一般宁可增加拉深次数。若工序数在,6 10,次以上时，应该考虑能否使用连续拉深或者将拉深与冷挤压、变薄拉深等工艺结合起来，以避免退火工序。,！,2024/11/26,4-10,其他,拉深方法,一、软模拉深,软凸模拉深,软凹模拉深,二、差温拉深,变形区,局部加热,，传力区危险断面,局部冷却,三、脉动拉深,四、变薄拉深,将压边圈的防皱作用改为,消皱,的作用。,改变拉深件筒壁的厚度，而毛坯的直径变化很小。,2024/11/26,思考题,拉深工序中的起皱、拉裂是如何产生的，如何防止它？,拉深系数的概念、极限拉深系数及其影响因素？,拉深件坯料尺寸的计算遵循什么原则？,拉深次数、各次拉深工序件尺寸如何确定？,判断所给阶梯形件能否一次拉深成形的方法？,曲面形状零件、盒形件的拉深有哪些特点？,拉深件的工艺性主要审查哪些内容？,拉深模的,压边装置有哪些类型？哪种压边效果比较好？,首次拉深模与以后各次拉深模有什么区别？,五、拉深缺陷及防止措施,拉深过程中的,质量问题,：,主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。,凸缘区起皱,：,传力区拉裂,：,由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；,由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。,2024/11/26,确定修边余量,修边余量：,拉深件口部或凸缘周边不整齐,;,特别是经过多次拉深后的制件，口部或凸缘不整齐的现象更为显著,;,因此必须增加制件的高度或凸缘的直径，拉深后修齐增加的部分即为修边余量。,简单旋转体拉深件毛坯尺寸计算,计算步骤,将拉深件划分为若干个简单的几何体；,分别求出各简单几何体的表面积；,把各简单几何体面积相加即为零件总面积；,根据表面积相等原则，求出坯料直径。,2024/11/26,（,7,）计算半成品拉深高度,2024/11/26,在形成凸缘直径 之后，在以后各次拉深中，凸缘直径 不再变化。,宽凸缘圆筒形件拉深应注意以下几点：,必须正确计算拉深高度，严格控制凸模进入凹模的深度。,在设计模具时，通常把第一次拉深时拉入凹模的表面积比实际所需的面积多拉进,3,5,（有时可增加到,10,，拉深次数多者取上限，少者取下限），即筒形部的深度比实际的要大些。这部分多拉进的材料从第二次开始以后的拉深中逐步分次返回到凸缘上来，使凸缘增厚，从而避免拉裂，同时补偿计算上的误差和板材在拉深中的厚度变化，方便试模时的调整。,！,2024/11/26,（,7,）校核第一次拉深相对高度,查,表,5-10,，,安全,（,8,）计算以后各次拉深高度,设第二次拉深时多拉入,3 %,的材料（其余,2 %,的材料返回到凸缘上）。为了计算方便，先求出假想的毛坯直径：,2024/11/26,该类零件的变形特点是在多次拉深过程中，直边与圆角部分的变,形相互渗透，其圆角部分将有大量材料转移到直边部分。毛坯尺寸,仍根据工件表面积与毛坯表面积相等的原则计算。,方形件,：可采用圆形毛坯（,如图,），其直径为：,多次拉深高盒形件毛坯形状和尺寸的确定,若 ：,2024/11/26,三、拉深功的计算,第一次拉深,以后各次拉深,1,、,2,=0.60.8,，,F,N,，,h,mm,，,W,J,深拉深时，尤其要注意,四、拉深功率的计算,不均衡系数，取,1.21.4,压力机每分钟的行程次数,电动机效率，,取,0.90.95,压力机效率，,取,0.60.8,2024/11/26,4-8,拉深工艺设计,一、拉深件的工艺性,1,、对拉深件外形尺寸的要求,设计拉深件时应,尽量减少其高度,，使其可能用一次或两次拉深工序来完成。对于各种形状的拉深件，用一次工序可制成的条件为：,圆筒件一次拉成的高度,材料名称,铝,硬铝,黄铜,软钢,相对拉深高度,0.730.75,0.600.65,0.750.80,0.680.72,对于盒形件一次制成的条件为：当盒形件角部的圆角半径,时，拉深件高度 。,对于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,