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1、冲压工艺与模具设计,四川信息职业技术学院 机电工程系 唐秀兰编制,第4章 拉 深,目 录 4.1拉深过程分析 4.2 旋转体拉深件毛坯尺寸的确定 4.3 圆筒形件的拉深系数和拉深次数的确定 4.4 拉深力与压料力 4.5 盒形件的拉深 4.6 拉深模设计 4.7 带料连续拉深 4.8 其它形状零件的拉深 4.9 拉深工艺的辅助工序,第4章 拉 深,把平面毛坯拉压成空心体，或者把空心体拉压成外形更小的空心体的冲压工艺叫拉深，拉深属于成形工序。 拉深工艺可分为不变薄拉深和变薄拉深两类，变薄拉深应用较少，本章主要讨论不变薄拉深。 用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、盒形、锥形、球形和其它各种不规则形状的
2、薄壁零件，生产效率高、精度较高、材料消耗少、零件的强度和刚性较高，因而，在电子、电器、仪表、汽车、航空、以及日常生活用品中，拉深工艺占居相当重要的地位。,4.1 拉深过程分析,4.1.1拉深变形过程,图4-1 拉深过程,图4-2 拉深过程材料的转移,图4-3 拉深变形过程,4.1.1拉深变形过程,拉深模与冲裁模工作部分区别在于拉深模凸模和凹模没有锋利的刃口，而是分别有一定圆角半径RT和RA，并且其单边间隙稍大于材料厚度。 拉深过程实质上就是将毛坯的凸缘部分材料逐渐转移到筒壁的过程。在转过程中,凸缘的材料由于受拉深力的作用，在径向产生拉应力，由于凸缘部分直径逐渐变小，凸缘部分材料之间产生挤压作用
3、，在切向产生压应力，在拉应力和压应力共同作用下，凸缘部分的金属产生塑性变形，径向伸长，尺寸增大，切向压缩，尺寸减小，且不断被拉入凹模洞口中变成圆筒形开口空心件。,4.1.2 拉深过程中毛坯内的应力与应变状态,图4-4 拉深过程中毛坯部分的应力应变状态,、凸缘部分 拉深时的主要变形区。材料在径向拉应力和切向压应力共同作用下产生切向压缩和径向伸长变形而逐渐被拉入凹模洞口 。板料略有变厚。 、凸缘的圆角部分 位于凹模圆角部分，是由凸缘进入筒壁的过渡变形区。拉应力的值最大，其相应的拉应变也最大 。 3、筒壁部分 拉深时形成的筒壁部分，是已变形区，又是传力区。 4、底部圆角部分 材料与凸模圆角部分接触，
4、材料变薄最严重，尤其是与筒壁相切部位，此处最容易出现拉裂，是拉深的“危险断面”。 5、筒底部分 这部分材料与凸模底面接触，在拉深开始时即被拉入凹模洞口，应力应变都不大 。,4.1.3 拉深时凸缘区的应力分布与起皱,1、凸缘变形区的起皱 起皱：是指在拉深过程中毛坯凸缘形成沿切向高底不平的皱纹，这种皱纹若很小，在通过凸模和凹模之间的间隙时会被烙平，但当皱纹严重时，不但因皱纹在通过凸模和凹模之间的间隙时的严重阻力而使拉深件断裂，而且即使通过凸模和凹模之间的间隙，也因为皱纹不能烙平而使零件报废。 起皱是拉深工艺中严重的问题之一。 起皱的原因：由于切向压应力过大而使凸缘部分失稳造成的。 防皱的方法：采用
5、压边圈把料压住进行拉深，但压料力太大,则会增加危险断面处的拉应力,导致拉裂破坏或严重变薄现象。因此，在不起皱的条件下应尽可能选用小的压料力。,4.1.3 拉深时凸缘区的应力分布与起皱,2、凸缘变形区的应力分布 在拉深过程中，作用在凸缘变形区的主要应力是径向拉应力与切向压力。 拉深过程中，凸缘变形区中以压应力为主的压缩变形部分比以拉应力为主的伸长变形部分大得多，故拉深成形后，凸缘区变为侧壁后板料略有增厚。拉深过程中，最可能起皱的时刻,必然在压应力占优势的区城内，一般在毛坯外径减小至R=(0.80.9)R 时，是起皱最严重的时刻。,4.1.4 筒壁传力区的受力分析与拉裂,在拉深过程中，筒壁所受的拉
6、应力除了与径向拉应力有关外，还与压料力引起的摩擦阻力，坯料在凹模圆角表面滑动所产生的摩擦阻力和弯曲变形所形成的阻力有关。当上述各力之和超过筒壁危险断面抗拉强度时，拉深件就会破裂。由于上述合力计算复杂，不于推导。,4.2 旋转体拉深件毛坯尺寸的确定,4.2.1 旋转体拉深件毛坯尺寸的确定依据 1、由于坯料在拉深过程中，材料没有增减，只是发生塑性变形，毛坯的形状应符合金属在塑性变形时的流动规律，其形状一般与拉深件的形状相似。 2、拉深前后，拉深件与毛坯的重量不变，体积不变，面积基本不变，因而可以按拉深件表面积等于毛坯表面积的原则计算。 3、由于材料是具有方向性和凸、凹模之间间隙不均等原因，拉深后的
7、工件端面一般都不平齐，通常需要修边后才能使用，所以，在计算毛坯尺寸时，在拉深件上要加上修边余量进行计算，修边余量见表4-1和表4-2。,4.2.2 简单旋转体拉深件毛坯尺寸的确定,如图4-6带凸缘拉深件（已加修边余量），首先将拉深件划成若干简单的几何形状，分别求出各部分的面积并相加，可求得拉深件毛坯尺寸D。,图4-6 带凸缘筒形件毛坯尺寸的确定,当r=R时,2、不带凸缘的筒形拉深件毛坯直径,1、带凸缘拉深件,在计算中，零件尺寸均按照厚度中线计算，但当材料厚度小于1mm时，也可按外形或者内形尺寸计算。常用旋转体零件毛坯直径计算公式见表4-3,4.3 圆筒形件的拉深系数和拉深次数的确定,4.3.1
8、 拉深系数及其极限 拉深变形程度的大小可以用拉深件的高度和直径的比值，即相对高度表示，比值小的变形程度小，比值大的变形程度大。 但在模具设计时，为了确定拉深次数，通常用拉深系数作为计算的依据。拉深系数是以拉深后的直径与拉深前的毛坯（工序件）直径之比表示（图-）即,第一次拉深系数,第二次拉深系数,第n次拉深系数,式中： 毛坯直径：d1，d2 ，dn各次拉深后的直径（中径）,图-,4.3.1 拉深系数及其极限,m称为拉深系数，它可以表示拉深变形程度的大小， m愈小，拉深变形程度愈大， m愈大，拉深变形程度愈小。 从拉深时凸缘变形区的应力分布与起皱和筒壁传力区的受力情况与拉裂的分析中已经知道，拉深变
9、形程度对凸缘区的径向拉应力和切向压应力以及对筒壁传力区拉应力影响极大,为了防止在拉深过程中产生起皱和拉裂的缺陷，就应减小拉深变形程度，即增大拉深系数,从而减小切向压应力和径向拉应力，减小起皱和拉裂的可能性。 为保证拉深工艺的顺利进行，就必须使拉深系数大于一定值，这个一定的数值即为在一定条件下的极限拉深系数。拉深系数小于极限拉深系数，就会使拉深件起皱，破裂或严重变薄。,4.3.2 影响极限拉深系数的因素,极限拉深系数的数值取决于筒壁传力区最大拉应力与危险断面的抗拉强度。因此,凡是影响筒壁传力区的最大拉应力和危险断面的抗拉强度的因素都会影响极限拉深系数。 1、材料的力学性能 一般来说，材料组织均匀
10、，晶粒大小适当，屈强比小，材料的伸长率大，塑性好，拉深性能好，极限拉深系数较小。 、材料相对厚度 t/D 相对厚度t/D愈大，拉深时抵抗失稳起皱的能力愈大，因而可减小压料力，减小摩擦阻力，有利于减小拉深系数。,4.3.2 影响极限拉深系数的因素,、拉深工作条件 （1）、模具工作部分的几何参数。 凸模圆角半径和凹模圆角半径太小，会降低极限变形程度。但凸，凹模圆角半径也不宜过大，过大的圆角半径，容易产生失稳起皱。 凸、凹模之间间隙也应适当，太小间隙材料受到太大的挤压作用和摩擦阻力，增大了拉深力，间隙太大，会影响拉深件的精度使零件产生锥度。 （2）、摩擦与润滑。凹模和压料圈与材料接触的表面应当光滑，
11、润滑条件要好，以减少摩擦阻力和筒壁传力区的拉应力。而凸模表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减少凸模与材料的相对滑动，降低危险断面变薄破裂的危险。 （3）、压料圈的压料力。压料是为了防止毛坯起皱，有利于拉深顺利进行。但压料力却增大了筒壁传力区的拉应力，压料力太大，可能导致拉裂。拉深时必须正确调整压料力，保证在不起皱的前提下，尽量减小压料力，提高拉深工艺的稳定性。 影响极限拉深系数因素很多，在实际生产中应尽量采取有利于减小拉深系数的措施，以减小拉深次数，提高生产率，降低制造成本。当拉深工艺及模具已经确定后，也应根据实际需要，尽可能采取上述降低拉深系数的措施，以提高拉深工艺的稳定性，减少废品率。,4.3
12、.3 极限拉深系数的确定,在模具设计时常采用实验的方法得出的经验数据确定极限拉深系数。见表4-4和表4-5。,4.3.4 无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序件尺寸的确定 1、拉深次数的确定 拉深次数通常用以下两种方法确定 （1）根据工件的相对高度，即高度H与直径d之比值，从表4-6中查得。这是冲压工艺常用的资料，以此决定模具数量。 （2）推算法，这是模具设计使用的方法，由表4-4和表4-5中查得各次的拉深系数，然后依次计算出各次拉深直径，即 d1=m1D；d2=m2d1； ；dn=mndn-1；直到dnd。当算到dnd时，计算的次数即为拉深次数。,4.3.4 无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序件尺寸的
13、确定,2、各次拉深工序件尺寸的确定 （1）工序件直径的确定，拉深次数确定之后，当dnd较多时，必须调整拉深系数，使每次拉深系数都增大些，以使每次拉深都能顺利进行。调整的原则是： 1）保证m1m2mn= d/D 2）使m1m2mn 最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径： d1=m1D d2=m2d1 dn=mndn-1 （2）工序件圆角半径的确定，圆角半径确定方法将在本章第六节详细讨论。 （3）工序件高度的计算，根据无凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算公式推导出各次工序件高度的计算公式为： 见公式（4-12）,4.3.5 带凸缘圆筒形件拉深方法及工序件尺寸的确定,拉深带凸缘圆筒形件分两种情况，一种是
14、dt/d=1.11.4称为小凸缘圆筒形件，dt/d1.4则称为宽凸缘件。 一、小凸缘筒形件的拉深： 可以将小凸缘筒形件当作无凸缘筒形件进行拉深，只是在最后两道拉深工序中才将工序件拉成具有锥形的凸缘，最后通过整形工序压成平面凸缘，图4-11为小凸缘圆筒形件拉深工艺过程。,图4-11 小凸缘件拉深方法 工序1:落料拉深 工序2：第二次拉深 工序3：第三次拉深 工序4：切边 工序5：压平,4.3.5 带凸缘圆筒形件拉深方法及工序件尺寸的确定,二、宽凸缘筒形件拉深,图4-12 拉深过程中凸缘尺寸的变化 图4-13 宽凸缘筒形件与毛坯图,4.3.5 带凸缘圆筒形件拉深方法及工序件尺寸的确定,二、宽凸缘筒
15、形件拉深 1、宽凸缘筒形件拉深系数的确定（见图4-13）。 宽凸缘圆筒形件的拉深系数为：mt= d/D,当r=R时，据表4-3序号4,由上式可以看出，宽凸缘圆筒形件的拉深系数取决于下列有关尺寸的三组相对比值。 宽凸缘筒形件的第一次拉深的极限拉深系数见表4-7,所以,4.3.5 带凸缘圆筒形件拉深方法及工序件尺寸的确定,2、宽凸缘筒形件拉深方法 如果根据极限拉深系数或相对高度判断，拉深件不能一次拉深成形时，则需要进行多次拉深。 多次拉深必须遵守一个原则，即第一次拉深成宽凸缘的工序件时，其凸缘的直径应等于零件凸缘直径加上修边余量，在以后各次拉深中仅仅使已拉深成的工序件的直筒部分参加变形，逐步地达到
16、零件尺寸要求，而第一次拉深已经成形的凸缘直径必须保持不变。因为在以后的拉深工序中，即使凸缘部分产生很小的变形，筒壁传力区也会产生很大的的拉应力，从而使危险断面拉裂。为防止这种情况的出现，在调节压力机的工作行程时，应严格控制凸模进入凹模的深度。但对普通压力机来讲，要做到这一点是困难的，而且在设计计算时也会有误差，所以，为了保证以后各次拉深中凸缘直径不再变化，通常有意把第一次拉深时拉入凹模的毛坯面积加大3%-5%，在以后各次拉深中，逐步将这多拉入面积转移到凸缘上去。,4.3.5 带凸缘圆筒形件拉深方法及工序件尺寸的确定,2、宽凸缘筒形件拉深方法 在实际生产中，宽凸缘筒形件多次拉深的工艺方法通常有两种：如图4-14,图4-14 宽凸缘筒形件的拉深方法,（1）通过多次拉深，逐步缩小筒形部分直径以增大其高度（图4-14a）。 （2）第一次拉深后的工序件，其凸缘处和底部的圆角半径很大，在以后各次拉深中，高度保持不变，逐
