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1、金属塑性加工金属塑性加工金属塑性加工金属塑性加工 Metal Forming ProcessesMetal Forming Processes (5)(5)清华大学机械工程系清华大学机械工程系材料加工课程工艺部分材料加工课程工艺部分? ?5.1 5.1 拉深零件分类拉深零件分类( (按变形特点按变形特点) )? ?5. 2 5. 2 拉深件不同部位的变形分析拉深件不同部位的变形分析? ?5. 3 5. 3 拉深系数、拉深比拉深系数、拉深比? ?5. 4 5. 4 拉深件的缺陷拉深件的缺陷? ?5. 5 5. 5 拉深方法拉深方法拉深工艺（拉深工艺（拉深工艺（拉深工艺（Deep drawingD
2、eep drawing）拉深也称拉延，是利用模具使冲裁后得到的平面毛坯 变成为开口的空心零件的冲压工艺方法5.1 5.1 5.1 5.1 拉深零件分类拉深零件分类拉深零件分类拉深零件分类( (按变形特点按变形特点按变形特点按变形特点) ) ?直壁类拉深件 ?轴对称零件 ?圆筒形件、带法兰边圆筒形件、阶梯形件 ?非轴对称件 ?盒形件、带法兰边的盒形件、其他形状的零件 ?曲面法兰边的零件?曲面类拉深件 ?轴对称零件 ?球面类零件、锥形件、其他曲面零件 ?非轴对称零件 ?平面法兰边零件、曲面法兰边零件直壁类拉深件直壁类拉深件直壁类拉深件直壁类拉深件圆筒形件、带法兰边圆筒形件、阶梯形件盒形件、带法兰边
3、的盒形件、其他形状 的零件平面法兰边零件、曲面法兰边零件曲面类拉深件曲面类拉深件曲面类拉深件曲面类拉深件球面类零件、锥形件、其他曲面零件平面法兰边零件、曲面法兰边零件航空及国防工业中的拉深件航空及国防工业中的拉深件航空及国防工业中的拉深件航空及国防工业中的拉深件工业产品及日用品中的拉深件工业产品及日用品中的拉深件工业产品及日用品中的拉深件工业产品及日用品中的拉深件汽车工业中的拉深件汽车工业中的拉深件汽车工业中的拉深件汽车工业中的拉深件5.2 5.2 拉深件不同部位的变形分析拉深件不同部位的变形分析拉深件不同部位的变形分析拉深件不同部位的变形分析平面凸缘区 （法兰）底部圆角部分 （凸模圆角）凸缘
4、圆角 （凹模圆角）筒壁部分 筒底部分平面凸缘区应力应变 1 2 3 1 2 3 凸缘圆角应力应变 1 2 3 1 2 3 筒壁部分应力应变 2 1 2 1 底部圆角部分应力应变 1 3 2 1 2 3 筒底部分应力应变 1 3 1 2 3 5.3 5.3 拉深系数、拉深比拉深系数、拉深比拉深系数、拉深比拉深系数、拉深比1 1 拉深后零件的直径拉深后零件的直径d d与拉深前毛坯直径与拉深前毛坯直径DD0 0之之 称为拉深系数称为拉深系数mm。 m=d/Dm=d/D0 02 2 拉深系数反映了拉深时毛坯的变形程度拉深系数反映了拉深时毛坯的变形程度 （切向压缩变形）。（切向压缩变形）。3 3 拉深系
5、数的倒数称为拉深程度或拉深比拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比 K=1/mK=1/m5.3 5.3 拉深系数、拉深比拉深系数、拉深比拉深系数、拉深比拉深系数、拉深比4 4 在多道次拉深时，后续的拉深系数为：在多道次拉深时，后续的拉深系数为：mmn n=d=dn n/d/dn n- -1 15 5 在拉深时，筒壁不被拉破的最小拉深系数称在拉深时，筒壁不被拉破的最小拉深系数称 为极限拉深系数为极限拉深系数6 6 极限拉深系数示确定拉深间拉深道次的主要极限拉深系数示确定拉深间拉深道次的主要 参数参数圆筒件多道次拉深成形圆筒件多道次拉深成形变形力及拉深载荷分析变形力及拉深载荷分析变形力及拉深载荷分析变
6、形力及拉深载荷分析smQtpdPp=圆筒拉深件侧壁受力径向拉应力屈服应力摩擦系数压边力强度极限dp凸模直径t 板料厚度Rd凹膜圆角半径r 圆筒半径R 法兰外缘半径（瞬间）bp12)6 . 11)(2ln1 . 1 (+=tRtdQ rRpdbpsm拉深载荷的影响因素拉深载荷的影响因素拉深载荷的影响因素拉深载荷的影响因素12)6 . 11)(2ln1 . 1 (+=tRtdQ rRpdbpsm拉深系数材料的机械性能零件的尺寸凹膜的圆角直径润滑经验公式经验公式经验公式经验公式11KtdPb=第一次拉深力的经验值22KtdPb=第二次拉深力的经验值5.4 5.4 拉深件的缺陷拉深件的缺陷拉深件的缺陷
7、拉深件的缺陷1 .破裂2. 起皱3. 回弹1 1 拉裂的防止办法拉裂的防止办法拉裂的防止办法拉裂的防止办法筒的侧壁被拉破，往往发生在靠近筒件底部的凸模 圆角处，产生的原因是拉深系数选得太小、拉深变形程 度太大，板料厚度变小。解决的措施是: 1) 减小拉深变形程度，采用多次拉深的办法。 2) 在有些工艺中，每道工步之间还需要对工件（毛坯）进行退火处理 3) 调整毛坯尺寸和形状 4) 改变模具（软模）2 2 起皱的预防起皱的预防起皱的预防起皱的预防最常用的防止拉深变形区的起皱的方法是 1） 在拉深模上设置压边圈。 2） 设计拉延筋 3 ）调整毛坯尺寸和形状? ?拉深过程中影响毛坯是否起皱的主要因素
8、有拉深过程中影响毛坯是否起皱的主要因素有 ：? ?1 1）毛坯的相对厚度）毛坯的相对厚度 t/Dt/D0 0? ?相对厚度较小相对厚度较小, , 拉深变形区抗失稳能力越差拉深变形区抗失稳能力越差, , 也越容易起皱。也越容易起皱。? ?2 2）拉深系数）拉深系数 m=d/Dm=d/D0 0越小，拉深变形程度越大，拉深变形区内金属的硬化程度越小，拉深变形程度越大，拉深变形区内金属的硬化程度 也越高，所以切向压应力的数值也相应增大。另一方面，拉深系数越小，拉深变也越高，所以切向压应力的数值也相应增大。另一方面，拉深系数越小，拉深变 形区的宽度越大，所以其抗失稳的能力变小。上述两个因素综合作用的结果
9、，都形区的宽度越大，所以其抗失稳的能力变小。上述两个因素综合作用的结果，都 使毛坯变形区的起皱趋向增大。使毛坯变形区的起皱趋向增大。? ?3) 3) 凹模工作部分的几何形状凹模工作部分的几何形状. .与普通的平端面凹模相比，用锥形凹模拉深时，起与普通的平端面凹模相比，用锥形凹模拉深时，起 皱的趋势小一些，另外板料的机械性能，凹模的润滑等等对起皱也有影响。皱的趋势小一些，另外板料的机械性能，凹模的润滑等等对起皱也有影响。动态控制压边力动态控制压边力动态控制压边力动态控制压边力拉延筋拉延筋拉延筋拉延筋拉延筋的主要作用拉延筋的主要作用?设拉延筋的主要作用有如下几点。 （1）增加局部区域的进料阻力，使
10、整个拉延件进料速度达到平衡状 态。 （2）加大拉延成型的内应力数值，提高覆盖件的刚性。 （3）加大径向拉应力，减少切向压应力；延缓或防止起皱。设置拉延筋的主要原则设置拉延筋的主要原则（1）拉延件有圆角和直线部分，在直线部分敷设拉延 筋，使进料速度达到平衡。 （2）拉延件有直线部分，在深度浅的直线部分敷设拉延 筋，深度深的直线部分不设拉延筋。 （3）浅拉延件，圆角和直线部分均敷设拉延筋，但圆角 部分只敷设一条筋，直线部分敷设13条筋。当有多条拉 延筋时，注意使外圈拉延筋“松”些，内圈拉延筋“紧些”， 改变拉延筋高度可达到此目的。 （4）拉延件轮廓呈凸凹曲线形状，在凸曲线部分设较宽 拉延筋，凹曲线
11、部分不设拉延筋。 （5）拉延筋或拉延槛尽量靠近凹模圆角，可增加材料利 用率和减少模具外廓尺寸，但要考虑不要影响修边模的强 度5.5 5.5 拉深方法拉深方法拉深方法拉深方法( (压边压边压边压边) )(A) a double-acting press with two rams (B) a in single-acting press with a cushion system in the press table. (C) Hydraulic cylinders sometimes are installed in the four corner points of the press ta
12、ble. 单动冲床用拉深模弹性压边单动冲床用拉深模弹性压边单动冲床用拉深模弹性压边单动冲床用拉深模弹性压边1冲裁凸模兼拉深凹模2卸料板3拉深凸模4冲裁凹模5顶杆6弹簧双动冲床用拉深模刚性压边双动冲床用拉深模刚性压边双动冲床用拉深模刚性压边双动冲床用拉深模刚性压边1内滑块2外滑块3拉深凸模4落料凸模兼压边圈5落料凹模6拉深凹模双动拉深双动拉深双动拉深双动拉深1顶料器2拉深凸模3压力机工作台4拉深垫 （弹簧、橡胶或气垫）5滑块6拉深凹模7压边圈8顶杆动态控制压边力动态控制压边力动态控制压边力动态控制压边力拉深件毛坯尺寸的确定拉深件毛坯尺寸的确定拉深件毛坯尺寸的确定拉深件毛坯尺寸的确定基本原则：基本
13、原则： 1. 1. 不考虑厚度的变化；不考虑厚度的变化； 2. 2. 体积不变体积不变 3. 3. 以板料的中心线为准以板料的中心线为准 （为了计算方便，常以边缘尺寸计算）（为了计算方便，常以边缘尺寸计算）回转体件毛坯尺寸的确定回转体件毛坯尺寸的确定回转体件毛坯尺寸的确定回转体件毛坯尺寸的确定)(1rhdA=Ar drr22 4228=+()Adr32 42=()(48)2(2)2(22rhdrrdrrdD+=带法兰回转体的毛坯尺寸确定带法兰回转体的毛坯尺寸确定带法兰回转体的毛坯尺寸确定带法兰回转体的毛坯尺寸确定软模拉深软模拉深软模拉深软模拉深1.凸模采用气体、聚氨 酯、粘塑性介质以及 橡胶等
14、高分子材料； 同时采用刚性凹模2.凹模采用高压液体， 或橡胶，同时采用刚 性凸模，例如充液拉 深反向拉深反向拉深反向拉深反向拉深凸模对毛坯的作用方向与正拉深 相反主要是针对一些特殊形状的零件在一套模具上，通过一次正拉深 和一次反拉深，提高成形极限本部分重点本部分重点本部分重点本部分重点? ?拉深工艺的受力变形分析（圆筒件）拉深工艺的受力变形分析（圆筒件）? ?拉深系数、拉深比（极限）的概念拉深系数、拉深比（极限）的概念? ?拉深缺陷的起因及预防拉深缺陷的起因及预防? ?拉深载荷的影响因素拉深载荷的影响因素胀形工艺（胀形工艺（胀形工艺（胀形工艺（Bulging drawingBulging dr
15、awing）5.6 胀形工艺的特点及分类胀形工艺的特点及分类胀形工艺的特点及分类胀形工艺的特点及分类5.7 5.7 管材胀形管材胀形管材胀形管材胀形5.6 5.6 胀形工艺的胀形工艺的胀形工艺的胀形工艺的特点特点特点特点及分类及分类及分类及分类? ?利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增 大，以获取零件几何形状的冲压加工方法大，以获取零件几何形状的冲压加工方法 叫做胀形（叫做胀形（BulgingBulging）? ?胀形部分的金属主要以双向拉伸为主，变胀形部分的金属主要以双向拉伸为主，变 形部分金属减薄。形部分金属减薄。胀形工艺的分类胀形工艺的分类胀形工艺的分类胀形工艺的分类? ?根据零件形状分类：根据零件形状分类：? ?平板毛坯的局部成形平板毛坯的局部成形? ?圆柱形空心毛坯的胀形圆柱形空心毛坯的胀形? ?管类毛坯的胀形（波纹管）管类毛坯的胀形（波纹管）? ?平板毛坯的拉形平板毛坯的拉形? ?根据模具分类：根据模具分类：? ?刚模胀形刚模胀形? ?橡皮胀形橡皮胀形? ?液压胀形液压胀形5.7 5.7 管材胀形管材胀形管材胀形管材胀形管材胀形是依靠材料的 拉伸，在压力的作用下 使直径较小的管坯沿径 向向外扩张的成形工 序。根据要求，即可以 对管坯进行局部扩张， 也可以对整个管坯进行 扩张管材胀形的方法管
