《模具设计与制造 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 杨占尧 第8章 拉深工艺及模具设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具设计与制造 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 杨占尧 第8章 拉深工艺及模具设计（116页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 拉深工艺及模具设计,学习目的及要求 了解拉深变形过程及特点 熟悉拉深过程的起皱与破裂现象 熟悉拉深件的工艺性 了解圆筒形件拉深的工艺计算 掌握拉深模工作部分的设计 掌握拉深模的典型结构,8.1 概述,拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件或将开口空心零件进一步改变形状和尺寸的一种冲压加工方法。拉深工艺广泛应用于汽车、拖拉机、仪表、电子、航空航天等各个工业部门和日常生活用品的生产中, 是冷冲压的基本工序之一，不仅可以加工旋转体零件,还可加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件,如图8-1所示。,图8-1 拉深件的类型,返回,依据毛坯形状划分拉深工艺：由平板毛坯塑变成带底的开口空心件的成
2、形方法称之为平板（首道）拉深；由大口径空心件再塑变成为小口径空心件的成形方法称之为以后各次拉深。依据壁厚变化划分拉深工艺：拉深后制件的壁厚与毛坯厚度相比变化不大的拉深工艺称之为不变薄拉深；拉深后制件的壁厚与毛坯厚度相比明显变薄的拉深工艺称之为变薄拉深。不变薄拉深工艺在生产上广泛应用，本章节就其工艺分析与模具设计进行重点阐述。,8.2圆筒形件拉深工艺分析,8.2.1 拉深变形过程及特点 图8-2是圆筒型件的拉深过程。直径为D、厚度为t的圆形平板毛坯经过拉深模具的拉深，得到具有内径为d、高度为h的开口直壁圆筒型件，并且h（D-d）/2。 那么圆形平板毛坯在模具的作用下到底产生了怎样的塑性流动而得到
3、开口的空心件？图8-3表明了平板毛坯在拉深时的材料转移情况。,如果不用模具，则只要去掉图8.3中的三角形阴影部分，再将剩余部分狭条沿直径d的圆周弯折起来，并加以焊接就可以得到直径为d，高度为 ，周边带有焊缝，口部呈波浪的开口筒形件。这说明圆形平板毛坯在成为筒形件的过程中必须去除“多余材料”。但圆形平板毛坯在拉深成形过程中并没有去除多余材料，而拉深获得的工件高度大于了h，工件的壁厚增加了，因此只能认为三角形阴影部分材料是多余的材料，在模具的作用下产生了流动，发生了转移。,图8-2圆筒形件拉深,返回,图8-3 拉深时材料转移,返回,通过网格试验分析拉深时材料的转移，可进一步说明拉深时金属的流动情况
4、，如图8-4所示。,图8-4 拉深件的网格试验,拉深前，在圆形平板毛坯上画出由等间距为的同心圆和等分度的辐射线组成的网格。拉深后，可以看到不同区域的网格发生了不同程度的变化，以下通过网格的变化分析金属在拉深过程中流动情况： （1）筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，说明凸模底部的金属没有明显的流动。 （2）切向不等径的同心圆转变为筒壁上平行的同周长圆，间距增大，愈靠近筒的上部增加越多 ，说明金属径向应变为拉应变，越靠近外圆的金属径向流动越大。,（3） 径向等分度的同心辐射线转变为筒壁上平行的竖直线，且竖直线间距相等均为 b。说明切向应变为压应变，越靠近外圆的金属切向流动越大。 （4）如图8-
5、4b所示，若从网格取一单元体，在拉深前是扇形网格，面积为A1，拉深后变为矩形网格，面积为A2，相当于在一个楔形槽中拉着扇形网格通过一样，受到切向压应力和径向拉应力的作用，金属产生径向伸长变形和切向压缩变形形成矩形网格。,（）经测量获知，底部厚度略有变小（一般忽略不计），筒壁厚度由底部向口部逐渐增厚，如图8-5所示，说明筒壁口部变形程度大，转移金属量多。但因为获得拉深件的厚度平均值与毛坯厚度几乎相等，忽略微小的厚度变化可近似认为拉深前后小单元的面积不变，即A1=A2，说明拉深前后毛坯与工件的表面积相等。 此外，由于毛坯各处的变形程度不同，加工硬化程度也不同，则沿高度方向筒壁各部分的硬度也不同，越
6、到零件口部硬度越高（如图8-5）。,图8-5 拉深件材料厚度与硬度的变化,返回,综上所述，拉深变形时的变形特点为: 1.位于凸模下面的材料基本不变形，拉深后成为筒底，变形主要集中在位于凹模表面的平面凸缘区（即D-d的环形部分），该区是拉深变形的主要变形区。 2变形区的变形不均匀，沿切向受压而缩短，沿径向受拉而伸长，越往口部，压缩和伸长的越多。在口部板料的厚度增加。,8.2.2 拉深过程中的应力与应变,通过分析板料在拉深过程中的应力与应变，将有助于拉深工作中工艺问题的解决和保证产品质量。在拉深过程中，材料在不同的部位具有不同的应力状态和应变状态。筒形件是最简单、最典型的拉深件。图8-6是筒形件在
7、有压边圈的首次拉深中某一阶段的应力与应变情况。图中： 1，1径向的应力与应变； 2 ， 2厚度方向的应力与应变； 3 ， 3切向的应力与应变。,图8-6 拉深过程中的应力与应变状态,返回,根据应力与应变状态的不同，可将拉深毛坯划分为五个区域：区为凸缘部分，是拉深工艺的主要变形区；区为凹模圆角部分，是一个过渡区域；区为筒壁部分，起传递力的作用；区为凸模圆角部分，也是一个过渡区域；区是筒形件的底部，可认为没有塑性变形。,在筒壁与底部转角处稍上的地方，由于传递拉深力的截面积较小，因此产生的拉应力1较大。同时，在该处所需要转移的材料较少，故该处材料的变形程度很小，加工硬化较低，材料的强度也就较低。而与
8、凸模圆角部分相比，该处又不像凸模圆角处那样存在较大的摩擦阻力。因此在拉深过程中，在筒壁与底部转角处稍上的地方变薄便最为严重，成为整个零件强度最薄弱的地方，通常称此断面为“危险断面”。若危险断面上的应力1超过材料的强度极限，则拉深件将在该处拉裂。或者即使没有拉裂，但由于应力过大，材料在该处变薄过于严重，以致超差而使工件报废。 从上述分析可知，拉深时的主要质量问题是平面凸缘区的起皱和“危险断面”的拉裂。,8.2.3拉深过程中的起皱与破裂,1.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，这种在凸缘四周沿切向产生波浪形的连续弯曲称为起皱，如图8
9、-7(a)所示。当拉深件产生起皱后，轻者凸缘变形区材料仍能被拉进凹模，但会使工件口部产生波纹, 如图8-7(b)所示，影响工件的质量。起皱严重时，由于起皱后的凸缘材料不能通过凸、凹模间隙而使拉深件拉裂,如图8-7(c)所示。起皱是拉深中产生废品的主要原因之一。,图8-7 拉深件的起皱破坏,返回,拉深时是否起皱与3大小有关，也与毛坯的相对厚度t/D有关，而3与拉深的变形程度有关。当每次拉深的变形程度较大而毛坯的相对厚度t/D较小时就会起皱。防止起皱最有效的措施（也是生产中最常用的）是采用压边圈。当然减小拉深变形程度、加大毛坯厚度也可以降低起皱倾向。,2.破裂 起皱并不表示板料变形到达了极限，因为
10、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增大，当变形力大于危险断面的承载能力时拉深件则被拉破,如图8-8所示，因此危险断面的承载能力是决定拉深能否顺利进行的关键。 拉深时危险断面是否被拉破，取决于材料的性能、变形程度的大小、模具的圆角半径、润滑条件等。生产实际中通常选用硬化指数大、屈强比小的材料进行拉深，采用适当增大拉深凸、凹模圆角半径，增加拉深次数，改善润滑等措施来避免拉裂的产生。,图8-8 拉深件的破裂,返回,8.2.4 拉深件的工艺性,拉深件的工艺性是指拉深件对拉深工艺的适应性，这是从拉深加工的角度对拉深产品设计提出的工艺要求。具有良好工艺性的拉深件，能
11、简化拉深模的结构，减少拉深的次数、提高生产效率。拉深件的工艺性主要从拉深件的结构形状、尺寸、精度及材料选用等方面提出。,1.拉深件的公差等级,一般拉深件的尺寸精度不宜要求过高，应在IT13级以下，不宜高于IT11级。如果公差等级要求高，可增加整形工序达到尺寸要求。拉深件由于各处变形不均匀，上下壁厚变化可达，为板料厚度。对于不变薄拉深，壁厚公差要求一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律。,2拉深件的形状与尺寸,（1）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）标注尺寸时，不能同时标注内、外形尺寸，产品图上的尺寸应注明必须保证外形尺寸或內形尺寸；带台阶的拉深件，其高度方向的尺寸标注一般
12、应以底部为基准，若以上部为基准，高度尺寸不容易保证；筒壁和底面连接处的圆角半径只能标注在內形。 （3）拉深件的底部或凸缘上有孔时，孔边到侧壁的距离应满足：ard+0.5t（rp+0.5t），如图8-9所示； （4）多次拉深件的筒壁和凸缘的内、外表面应允许出现压痕； （5）非对称的空心件应组合成对进行拉深，然后将其切成两个或多个零件。,图8-9 拉深件的孔边距,返回,3.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深高度为： 无凸缘筒形件 h(0.50.7)（d为拉深件壁厚中径）； 带凸缘筒形件 当dt/d1.5时，h(0.40.6)d（dt为拉深件
13、凸缘直径）。,4.拉深件的圆角半径 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；当rd 2t时，需增加整形工序。 拉深件底与筒壁间的圆角半径应取rp 2t，为便于拉深顺利进行，通常取rp (35)t；当零件要求rp t时，需增加整形工序。 5拉深件的材料选用 用于拉深的材料一般要求具有较好的塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。,8.3 圆筒形件拉深的工艺计算,拉深工艺计算包括：毛坯尺寸的确定、拉深次数的确定、半成品尺寸的计算以及拉深工艺力的计算等。 8.3.1 毛坯尺寸的计算 1.确定修边余量 由于板料存在着各向异性，实际生产中毛坯
14、和凸、凹模的中心也不可能完全重合，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可分别查表8-1和表8-2，表中符号参见图8-10。,表8-1 无凸缘拉深件的修边余量h,注：1. B为正方形的边宽或长方形的短边宽度； 2. 对于高深件必须规定中间修边工序； 3. 对于材料厚度小于0.5mm的薄材料作多次拉深时， 应按表值增加30%。,返回,表8-2 带凸缘拉深件的修边余量h,注：1. B为正方形的边宽或长方形的短边宽度； 2. 对于高深件必须规定中间修边工序； 3. 对于材料厚度小于0.5mm的薄材料作多次拉深
15、时， 应按表值增加30%。,返回,2. 计算工件表面积,为了便于计算，把零件分解成若干个简单几何体，分别求出其表面积后相加。图8-10的零件可看成圆筒直壁部分1，圆弧旋转而成的球台部分2以及底部圆形平板3三部分组成。,图8-10 圆筒形件毛坯尺寸计算,返回,工件的总面积为圆筒直壁部分表面积A1，球台部分表面积A2和底部圆形平板表面积A3三部分之和，即:,（8-1）,（8-2）,（8-3）,（8-4）,式中 d拉深件圆筒部分中径； H 拉深件高度； r 工件中线在圆角处的圆角半径； D 毛坯直径。,3. 求出毛坯尺寸 求毛坯的直径为D，为：,（8-5）,对于上式，若毛坯的厚度t1mm，则以外径
16、和外高或内部尺寸来计算。若毛坯的厚度t1mm， 则各个尺寸应以零件厚度的中线尺寸代入进行计算。 对于常用的旋转体拉深件，可选用相关手册获取其 坯料直径的计算公式。其他复杂形状零件的 毛坯计算可查有关资料。,8.3.2 拉深次数的确定,1.拉深系数的概念和意义 拉深的变形程度大小可以用拉深件的高度和直径的比值来表示，比值小的变形程度小，可以一次拉深成形；而比值大的，需要两次或两次以上拉深才能成形。但在设计拉深工艺过程与确定必要的拉深工序数目时，通常用拉深系数作为计算的依据。,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8-11所示，即： 第一次拉深系数 第二次拉深系数 第n次拉深系数 式中 D毛坯直径； d1、d2、dn各次拉深后圆筒部分的中径。,图8-11 圆筒形件的多次拉深,返回,拉深件的中径dn与毛坯直径D之比称之为总拉深系数，即拉深件所
