第4章拉深工艺与拉深模讲义

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1、第4章 拉深工艺与拉深模,4.1 拉深工艺及拉深件的工艺性,4.2 拉深变形的过程分析,4.3 拉深工艺计算,4.4 拉深模设计,4.5 拉深模典型结构,0 绪论,拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件尺寸冲压工艺， 如右图4-1所示。通过拉深可获得筒形、阶梯形、球形、抛物线等轴对称空心件，也可获得矩形、方形或其他不规则形状的空心件。 按毛坯形状分，拉深工艺可分为第一次拉深(以平板作毛坯)和以后的各次拉深(以空心件作毛坯)；按壁厚变化可分为一般拉深(工件壁厚不变)和变薄拉深(工件壁厚变薄)。变薄拉深用于制造薄壁厚底、变壁厚、大高度的筒形件。本章主要介绍般拉深。,4.1.1 拉深工艺概述,

2、4.1 拉深工艺及拉深件的工艺性,图 4-1圆筒件拉深 1-凸模；2-压边圈；3-凹模； 4-坯料；5-拉深件,0 绪论,4.1.2 拉深件的工艺性,1.拉深件的形状,拉深件的结构形状应简单、对称，尽量避免急剧的外形变化。,2.拉深件的高度,拉深件的高度h对拉深成形的次数和成形质量均有重要的影响，常见零件一次成形的拉伸高度为： 无凸缘筒形件 h(0.50.7)d (d为拉深件壁厚中径)； 带凸缘筒形件 dtd1.5时，h(0.40.6)d (dt为拉深件凸缘直径)。,拉深件凸缘与筒壁间的圆角半径应取rd2t，为便于拉深 顺利进行，通常取rd(48)t图 当rd2t时，需增加整形工序。拉深件底与

3、筒壁间的圆角 半径应取rp2t，为便于拉深顺利进行，通常取rp(35)t；当零件要求rpt时，需增加整形工序。,3.拉深件的圆角半径,4，拉深件的尺寸精度,拉深件的径向尺寸精度一般不高于IT11级，如高于IT11，则需增加校形工序。,0 绪论 一、冲压概念,4.2 拉深变形的过程分析,4.2.1 拉深的变形过程,拉深的变形过程可用图4-2来描述。 拉深开始时凸模周围的板料竖直，图4-2b； 继续拉深则“2”变成侧壁，筒高增加而毛坯外径继续缩小(图4-2c)； 直到最后“3”也变成侧壁时拉深即告完成(图4-2d)。 由此可见平板上等宽度的圆环，在变成筒形时则变成了筒形的侧壁，且越向外的环变成的侧

4、壁的高度越高，使筒形件的总高度大于这三个圆环高度的总和。 其原因是凸模以外的金属在形成筒形时直径收缩，把多余”的三角形金属(图4-3中的剖面线部分)挤去，使其径向流动，从而增加了筒形高度。如果把图中多余的金属剪去，则该圆片正好围成一个高度为h=(Dd)2的筒形件。,0 绪论 一、冲压概念,（a） （b）,（c） （d） 图4-2 拉深过程金属的流动过程,图4-3 拉深时的“多余”三角形,0 绪论 一、冲压概念,4.2.2 拉深过程中材料的应力应变状态,分析拉深过程中的应力应变状态，有助于分析拉深过程中出现的工艺问题和质量问题。现以带压边圈的筒形件为例(如下图4-6)， 变形过程中毛坯各部位的应

5、力应变状态：,图 4.6 拉深变形中材料的应力应变状态,平面凸缘部分(主要变形区见右图4-6中I) 凹模圆角部分(过渡区见图4-6中) 筒壁部分(传力区见图4-6中III) 凸模圆角部分(过渡区见图4-6中) 筒底部分(小变形区见图4-6中V),0 绪论 一、冲压概念,4.2.3 拉深过程的起皱与破裂,起皱,在拉深时，由于凸缘材料存在着切向压缩应力3，当这个压应力大到一定程度时板料切向将因失稳而拱起，这种在凸缘四周产生波浪形的连续弯曲称为起皱，如右图4-7所示。 起皱与3大小有关，也与毛坯的相对厚度tD有关，而3与拉深的变形程度有关。 防止起皱可以通过加压边圈来限制毛坯拱起。当然，减小拉深变形

6、程度、加大毛坯厚度也可以降低起皱倾向。,图4-7 拉深件的起皱,0 绪论 一、冲压概念,破裂,起皱并不表示板料变形达到了极限，因为通过加压边圈等措施后变形程度仍然可以提高，随着变形程度的提高，变形力也相应地提高，当变形力大于传力区(筒形件的壁部)的承载能力时拉深件则被拉破，筒形件的破裂都发生在壁部凸模圆角切点稍上一点的位置，如下图4-8所示，如下图4-9为用1mm厚的低碳钢拉深后各部位壁厚变化情况。,图4-8 拉深间的破裂 图4-9 拉深件壁厚的变化,0 绪论 一、冲压概念,4.3 拉深工艺计算,4.3.1 毛坯尺寸计算,修边余量的确定,由于板料存在着各向异性，实际生产中毛坯和凸、凹模的中心也

7、不可能完全重合，因此拉深件口部不可能很整齐，通常都要有修边工序，以切去不整齐部分。为此，在计算毛坯尺寸时，应预先留有修边余量，筒形件和凸缘件的修边余量值可查表4-1和表4-2，表中符号参见图4-10。,0 绪论 一、冲压概念,表4-1 筒形件的修边余量,注：1.对正方形或矩形可用h/B代替相对高度，B为矩形件的短边宽度； 2.对多次拉深件应有中间修边工序； 3.对材料厚度小于0.5mm的薄壁多次拉深件应按表值放大30%。,0 绪论 一、冲压概念,表4-2 带凸缘件的修边余量,图4-10 修边余量,0 绪论 一、冲压概念,拉深件平板毛坯尺寸的确定,计算拉深件毛坯尺寸的方法很多，常用的是等面积法。

8、 对于简单几何形状的拉深件，在计算其毛坯尺寸时，一般可将制件分解为若干简单几何体，然后求其表面积之和，并算出毛坯直径为了计算方便，简单几何形状的表面积可从表4-3（p108）中查取 一些规则的旋转体制件的毛坯计算公式可从表4-4（p109p110）中查取。,4.3.2 拉伸系数,拉深系数及拉深变形量,拉深系数是指拉深后工件直径与拉深前工件(或毛坯)直径之比。如下图4-11所示是用直径为D的毛坯经多次拉深制成直径为 高度为 的工件的工艺过程。,图4-11 圆筒形件多次拉深,即总拉深系数为各次拉深系数的乘积。,其各次的拉深系数为： 第1次拉深 m1=d1/d0 第2次拉深 m2=d2/d1 第3次

9、拉深 m3=d3/d2 第n次拉深 mn=dn/dn-1 式中 m1、m2、m3、mn第1、2、3、n次拉深系数； d1、d2、d3、dn-1、dn第1、2、3、n-1，n次拉深件直径 D毛坯直径。 工件直径dn与毛坯直径之比称为总拉深系数：,拉深系数是拉深变形工艺中一个非常重要的参数，是拉深工艺计算的基础，在实际生产中采用的拉深系数是否合理是拉探工艺成败的关键。若采用的拉深系数过大，即拉深变形程度小，材料塑性潜力未被充分利用，拉深次数就会增加，模具数量也就增加，成本随之提高；反之若拉深数过小，即拉深变形程度过大，拉深就可能无法进行。因此，实际生产中选用拉深系数时应在充分利用材料塑性的基础上又

10、不使工件拉裂，这个使拉深件不拉裂的最小拉深系数称为极限拉深系数。,极限拉深系数,影响极限拉深的主要因素,材料的力学性能 材料的屈强比s/b小，极限拉深系数就小。 材料的厚向异性系数材料的越大，允许的 越小。 毛坯的相对厚度t/D，t/D大则毛坯的稳定性好，不易起皱，压边力可以减小甚至不需压边，从而减小了拉深力，因此允许的 值可以小些。 拉深模的几何参数 主要是凸、凹模的圆角半径。凹模圆角半径小，将使弯曲应力增大，拉深系数变大；凸模圆角半径大小对拉深系数影响不大，但凸模圆角半径过小则该处材料变薄严重，降低了传力区的承载能力，拉深系数会变大。,润滑 良好的润滑条件可以减小摩擦系数，减小拉深力，从而

11、可以减小拉深系数：但凸模与工件之间的摩擦力有利于提高传力区的承载能力，因此凸模与工件之间不必进行润滑。 由于影响拉深系数的因素很多，所以各次拉深的极限拉深系数都是在 一定拉深条件下用试验方法求得的(见下表4-5、表4-6),表4-5筒形件带压边圈的极限拉深系数,0 绪论,表4-6筒形件不带压边圈的极限拉深系数,4.3.3 拉深次数,拉伸次数：使拉深件的直径与毛坯直径之比(总拉深系数)大于表4-5、表4-6中的m1，而拉伸的总次数。,即 第n次拉深后工件直径：,另外 拉深次数也可根据拉深件相对高度和毛坯相对厚度 查表4-7得到。,表4-7筒形件相对高度h/d与拉深次数的关系,4.3.4 各次拉深

12、后半成品尺寸的计算,半成品直径尺寸的计算 第一次,第二次,第n次,半成品高度尺寸的计算 拉深后工件高度可按求毛坯尺寸的公式演变求得，其计算公式为：,4.3.5 拉深力的计算,生产中常用经验公式计算拉深力，对于圆筒形件，采用压边装置时拉深力可以用下列公式计算 第一次拉深,以后各次拉深,式中：,系数，查表4-8：,各次拉深后工件直径 ，,表4-8修正系数,4.3.6 拉深功的计算,一般可按下式作概略计算： 浅拉深时 F(0.70.8)F0 深拉深时 F(0.50.6)F0,4.4 拉深模设计,4.4.1 压边力及压边装置,压边装置的作用及应用 压边装置的作用就是在凸缘变形区施加轴向力，以防止在拉深

13、过程中起皱。至于是否需要采用压边圈，是一个相当复杂的问题，载实际生产中可按表4-9的条件决定。,表4-9 采用或不采用压边圈的条件,压边力的计算,压边力的大小可采用以下公式计算：,式中,在压边圈上毛坯的投影面积 ，, 单位压边力 ，见表4-10,表4-10单位压边力,生产中常用的压边装置有两大类，即弹性压边装置和刚性压边装置。,弹性压边装置 该类压边装置多用于普通冲床，如图4-12所示。通常有三种形式：橡胶压边装置(图4-14a)、弹簧压边装置(图4-14b)、气垫压边装置(图4-14c),（d） （c） （b） 图4-14弹簧压边装置 1-弹簧；2-橡胶；3-凹模；4-压边圈；5-下模板；6

14、-凸模；7-压力机；8-汽缸,压边装置设计,压边装置缺点： 橡胶及弹簧结构通常只用于浅拉深；气垫压边力随行程变化极小，可认为是不变的，压边效果好，但气垫结构复杂，制造、维修不易，且使用压缩空气，许多工厂不具备此条件，故限制了其应用。,为了克服弹簧和橡胶压边的缺点，可采用图4-15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 ，这样在某种程度上限制了压边力的增大。,。,固定式 固定式 调节式 （a）第一次拉深 （b）第二次拉 图4-15 有限位的压边装置,刚性压边装置 刚性压边装置的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。这种结构用于双动压力机，凸模装在压

15、力机的内滑块上，压边装置装在外滑块上，参见图4-16。,图4-16 双动压力机上使用的首次拉深模 1-凸模；2-上模座；3-压边圈；4-凹模；5-下模座；6-顶件块,4.4.2 拉深凸、凹模的圆角半径,凸、凹模的圆角半径对拉深成形影响很大，确定模具的圆角半径尺寸时，应综合考虑各方面的因素。 首次拉深凹模的圆角半径可按下式计算：,式中,首次拉深凹模的圆角半径（）； d0毛坯直径（）； d第一次拉深后半成品直径（）； t毛坯材料厚度（）。,首次拉深凹模圆角半径也可按表4-11选取。 以后各次拉深的凹模圆角半径逐渐减小，一般可按下式确定：,（0.60.7）,（i2，3，n）,表4-11 首次拉深凹模

16、圆角半径,首次拉深凸模圆角半径按下式确定：,为各工序件的外径。,以后各次拉深凸模圆角半径为：,（0.71.0）,式中,（i=3，4，n）,4.4.3 拉深凸、凹模间隙,拉深模的间隙，是指凸、凹模之间横向尺寸的差值。它直接影响拉深件的质量、拉深力的大小以及模具的寿命。 确定间隙大小的一般原则是，既要考虑板厚公差的影响，又要考虑拉深件口部增厚现象。因此，间隙值一般要比毛坯厚度略大一些。 不使用压边圈拉深时：,（11.1）,使用压边圈时，模具的间隙可按表4-12选取。 一般圆筒形零件最后一道拉深工序的间隙，尺寸标注在外径上，应当以凹模为基准，间隙取在凸模上，即减小凸模尺寸取得间隙。 尺寸标注在内径上的圆筒形拉深件，应以凸模为基