拉深变形过程及拉深工艺

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,*,*,*,拉深,概述,6.1,拉,拉深变形过,程,程的分析,6.2 直,壁,壁旋转体零,件,件拉深工艺,的,的设计,6.3 非,直,直壁旋转体,零,零件拉深成,形,形的特点,6.4 盒,形,形件的拉深,6.5 拉,深,深工艺设计,6.6 拉,深,深模具设计,6.7 其,他,他拉深方法,1.拉深的,基,基本概念,拉深是利用,拉,拉深模具将,冲,冲裁好的平,板,板毛坯压制,成,成各种开口,的,的空心件，,或,或将已制成,的,的开口空心,件,件加工成其,他,他形状空心,件,件的一种冲,压,压加工方法,。,。(如图6.0.1),2.典型的,拉,拉深件,(,如图,6.0.2,),3.拉深模,具,具的特点,结构相对较,简,简单，与冲,裁,裁模比较，,工,工作部分有,较,较大的圆角,，,，表面质量,要,要求高，凸,、,、凹模间隙,略,略大于板料,厚,厚度。,4.1,拉,拉深变形过,程,程的分析,4.1.1,板料拉深变,形,形过程,及其特点(,如图4.1.1,),在毛坯上画,作,作出距离为,a,的等距离的,同,同心圆与相,同,同弧度,b,辐射线组成,的,的网格(如图,4.1.2,)，然后,将,将带有网格,的,的毛坯进行,拉,拉深。,在拉深过程,中,中，毛坯受,凸,凸模拉深力,的,的作用，在,凸,凸缘毛坯的,径向产生拉,伸,伸应力,，,，切向产生,压,压缩应力,。在它们的,共,共同作用下,，,，凸缘变形,区,区材料发生,了,了塑性变形,，,，并不断被,拉,拉入凹模内,形,形成筒形拉,深,深件。,在拉深后我,们,们发现如图,4.1.2,：工件底部,的,的网格变化,很,很小，而侧,壁,壁上的网格,变,变化很大，,以,以前的等距,同,同心圆，变,成,成了与工件,底,底部平行的,不,不等距的水,平,平线，并且,愈,愈是靠近工,件,件口部，水,平,平线之间的,距,距离愈大，,同,同时以前夹,角,角相等的半,径,径线在拉深,后,后在侧壁上,变,变成了间距,相,相等的垂线,，,，如图,4.1.3,所示，,以前的扇形,毛,毛坯网格变,成,成了拉深后,的,的矩形网格,。,4.1.2,拉深过程中,变,变形毛坯各,部,部分的应力,与,与应变状态,拉深过程中,某,某一瞬时毛,坯,坯变形和应,力,力情况(如图4.1.5,),1.平面凸,缘,缘部分,主要变形区,2.凹模圆,角,角区,过渡区,3.筒壁部,分,分,传力区,4.凸模圆,角,角部分,过渡区,5.圆筒底,部,部分,小变形区,图,4.1.5,拉深中毛坯,的,的应力应变,情,情况,4.1.3,拉深变形过,程,程的力学分,析,析,1.凸缘变,形,形区的应力,分,分析,（1）拉深,中,中某时刻变,形,形区应力分,布,布,根据微元体,的,的受力平衡,可,可得,因为,取,取,并,并略去高,阶,阶无穷小，,得,得:,塑性变形时,需,需满足的塑,性,性方程为:,由上述两式,，,，并考虑边,界,界条件(当,时,时，),，,，经数学推,导,导就可以求,出,出径向拉应,力,力，和切向,压,压应力的大,小,小为：,在变形区的,内,内边缘（即,处,处）径向拉,应,应力最大，,其,其值为：,在变形区外,边,边缘处压应,力,力最大，其,值,值为：,凸缘外边向,内,内边,由,由低到高,变,变化，,则,则由高到,低,低变化，在,凸,凸缘中间必,有,有一交点存,在,在（如右图,所,所示），在,此,此点处有,所,所以,：,：,化简得：,即：,即交点在,处,处。用,R,所作出的圆,将,将凸缘变形,区,区分成两部,分,分，由此圆,向,向凹模洞口,方,方向的部分,拉,拉应力占优,势,势（,）,），拉应变,为,为绝对值最,大,大的主变形,，,，厚度方向,的,的变形 是,压,压缩应变。,（2）拉深,过,过程中的,变,变化,规,规律,和,是,是当毛,坯,坯凸缘半径,变,变化到,时,时,，,，在凹模洞,口,口的最大拉,应,应力和凸缘,最,最外边的最,大,大压应力。,2.筒壁传,力,力区的受力,分,分析,（1）压边,力,力,引,引起的摩擦,力,力,该摩擦应力,为,为：,（2）材料,流,流过凹模圆,角,角半径产生,弯,弯曲变形的,阻,阻力 可,根,根据弯曲时,内,内力和外力,所,所作功相等,的,的条件按下,式,式计算：,（3）材料,流,流过凹模圆,角,角后又被拉,直,直成筒壁的,反,反向弯曲力,仍,仍按式上式,进,进行计算:,拉深初期凸,模,模圆角处的,弯,弯曲应力也,按,按上式计算,，,，即：,（4）材料,流,流过凹模圆,角,角时的摩擦,阻,阻力,通讨凸模圆,角,角处危险断,面,面传递的径,向,向拉应力即,为,为：,由上式把影,响,响拉深力的,因,因素，如拉,深,深变形程度,，,，材料性能,，,，零件尺寸,，,，凸、凹模,圆,圆角半径，,压,压边力，润,滑,滑条件等都,反,反映了出来,，,，有利于研,究,究改善拉深,工,工艺。,拉深力可由,下,下式求出：,4.1.4,拉深成形的,障,障碍及防止,措,措施,1.起皱(,如图,4.1.8,)，影响起,皱,皱的因素,：,(1)凸缘,部,部分材料的,相,相对厚度,凸缘部分的,相,相对料厚，,即,即为:,(2)切,向,向压,应,应力,的,的大,小,小,拉深,时,时,的,的,值,值决,定,定于,变,变形,程,程度,，,，变,形,形程,度,度越,大,大，,需,需要,转,转移,的,的剩,余,余材,料,料越,多,多，,加,加工,硬,硬化,现,现象,越,越严,重,重，,则,则越,大,大,，,，就,越,越容,易,易起,皱,皱。,(3)材,料,料的,力,力学,性,性能,板料,的,的屈,强,强比,小,小,，,，则,屈,屈服,极,极限,小,小，,变,变形,区,区内,的,的切,向,向压,应,应力,也,也相,对,对减,小,小，,因,因此,板,板料,不,不容,易,易起,皱,皱。,(4)凹,模,模工,作,作部,分,分的,几,几何,形,形状,平端,面,面凹,模,模拉,深,深时,，,，毛,坯,坯首,次,次拉,深,深不,起,起皱,的,的条,件,件是:,用锥,形,形凹,模,模首,次,次拉,深,深时,，,，材,料,料不,起,起皱,的,的条,件,件是,：,：,如果,不,不能,满,满足,上,上述,式,式子,的,的要,求,求，,就,就要,起,起皱,。,。在,这,这种,情,情况,下,下，,必,必须,采,采取,措,措施,防,防止,起,起皱,发,发生,。,。,最简,单,单的,方,方法(也,是,是实,际,际生,产,产中,最,最常,用,用的,方,方法)是,采,采用,压,压边,圈,圈,。,2.,拉,拉裂,拉深,后,后得,到,到工,件,件的,厚,厚度,沿,沿底,部,部向,口,口部,方,方向,是,是不,同,同的(如图4.1.9),防止,拉,拉裂:,可根,据,据板,材,材的,成,成形,性,性能,，,，采,用,用适,当,当的,拉,拉深,比,比和,压,压边,力,力，,增,增加,凸,凸模,的,的表,面,面粗,糙,糙度,，,，改,善,善凸,缘,缘部,分,分变,形,形材,料,料的,润,润滑,条,条件,，,，合,理,理设,计,计模,具,具工,作,作部,分,分的,形,形状,，,，选,用,用拉,深,深性,能,能好,的,的材,料,料。,3.,硬,硬化,拉深,是,是一,个,个塑,性,性变,形,形过,程,程，,材,材料,变,变形,后,后必,然,然发,生,生加,工,工硬,化,化，,使,使其,硬,硬度,和,和强,度,度增,加,加，,塑,塑性,下,下降,。,。,加工,硬,硬化,的,的好,处,处是,使,使工,件,件的,强,强度,和,和刚,度,度高,于,于毛,坯,坯材,料,料，,但,但塑,性,性降,低,低又,使,使材,料,料进,一,一步,拉,拉深,时,时变,形,形困,难,难。,4.2,直,直壁,旋,旋转,体,体零,件,件拉,深,深工,艺,艺的,设,设计,4.2.1,拉,拉深,毛,毛坯,尺,尺寸,的,的确,定,定,拉深,毛,毛坯,尺,尺寸,的,的确,定,定原,则,则：,体积,不,不变,原,原理,（,（,拉深,前,前毛,坯,坯表,面,面积,等,等于,拉,拉深,后,后零,件,件的,表,表面,积,积,）、,相,相似,性,性原,理,理。,毛坯,的,的计,算,算方,法,法：,等,等重,量,量、,等,等体,积,积、,分,分析,图,图解,法,法、,作,作图,法,法。,（1,）,）确,定,定修,边,边余,量,量,由于,材,材料,的,的各,向,向导,性,性以,及,及拉,深,深时,金,金属,流,流动,条,条件,的,的差,异,异，,拉,拉深,后,后工,件,件口,部,部不,平,平，,通,通常,拉,拉深,后,后需,切,切边,，,，因,此,此计,算,算毛,坯,坯尺,寸,寸时,应,应在,工,工件,高,高度,方,方向,上,上(,无,无凸,缘,缘件)或,凸,凸缘,上,上增,加,加修,边,边余,量,量,。,。,（2,）,）计,算,算工,件,件表,面,面积,圆筒,直,直壁,部,部分,的,的表,面,面积,为,为:,4.2.2无,凸,凸缘,圆,圆筒,形,形件,的,的拉,深,深工,艺,艺计,算,算,1.,拉,拉深,系,系数,拉深,系,系数,是,是表,示,示拉,深,深后,圆,圆筒,形,形件,的,的直,径,径与,拉,拉深,前,前毛,坯,坯（,或,或半,成,成品,）,）的,直,直径,之,之比,。,。,（如图4.2.2）,工件的直,径,径与毛坯,直,直径之比,称,称为总拉,深,深系数，,即,即工件所,需,需要的拉,深,深系数,图,4.2.2,拉深工序,示,示意图,拉深系数,的,的倒数称,为,为拉深程,度,度或拉深,比,比，其值,为,为：,拉深系数,表,表示了拉,深,深前后毛,坯,坯直径的,变,变化量，,反,反映了毛,坯,坯外边缘,在,在拉深时,切,切向压缩,变,变形的大,小,小，因此,可,可用它作,为,为衡量拉,深,深变形程,度,度的指标,。,。拉深时,毛,毛坯外边,缘,缘的切向,压,压缩变形,量,量为：,由此可知,，,，拉深系,数,数是一个,小,小于1的,数,数值，其,值,值愈大表,示,示拉深前,后,后毛坯的,直,直径变化,愈,愈小，即,变,变形程度,小,小。其值,愈,愈小则毛,坯,坯的直径,变,变化愈大,，,，即变形,程,程度大。,2.影响,拉,拉深系数,的,的因素,拉深材料,：,：机械性,能,能、料厚,、,、表面质,量,量。,拉深模具,：,：间隙、,凸,凸模圆角,半,半径、凹,模,模圆角半,径,径、凹模,形,形状(如图4.2.3）凹模表,面,面质量。,拉深条件,：,：压边圈,、,、次数、,润,润滑、工,件,件形状。,3.,拉深系数,的,的值与拉,深,深次数,查表确定,。,。,4.后续,拉,拉深的特,点,点,压力行程,曲,曲线（如图4.2.4）。,图4.2.3,锥,锥,形,形凹模,1-首次,拉,拉深；2-二次,拉,拉深,图 4.2.4,首,首次拉深,与,与二次拉,深,深的拉深,力,力,4.2.3,无凸缘圆,筒,筒形拉深,件,件的拉深,次,次数和工,序,序件尺寸,的,的计算,试确定如,下,下图所示,零,零件,(,材料,08,钢，材料,厚,厚度,=2mm),的拉,深次数和,各,各拉深工,序,序尺寸。,计算步骤,如,如下：,1.,确定切边,余,余量,根据,，,查教材表,4.2.1,，并取：,。,。,2.,按教材表,4.2.3,序号,1,的公式计,算,算毛坯直,径,径,3.,确定拉深,次,次数,判断能否,一,一次拉出,对于图,示,的零件，,由,由毛坯的,相,相对厚度,：,：,从表,4.2.4,中查出各,次,次的拉深,系,系数：,=0.54,，,=0.77,，,=0.80,，,=0.82,。则该零,件,件的总拉,深,深系,数,。,。即：,，,，,故,故该零件,需经多次,拉,拉深才能,够,够达到所,需,需尺寸。,（2）计,算,算拉深次,数,数,例如:,可知该零,件,件要拉深,四,四次才行,。,。,半成品尺,寸,寸确定,（1）半,成,成品直径,拉深次数,确,确定后，,再,再根据计