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1、第4章 拉 深 模,4.1 拉深变形特征,4.1.1 拉深过程,如图4.1（a）、（c）所示，平板或空心毛坯3，在凸模1的作用下，置于凹模4和压料圈2之间的毛坯的环形部分（d0dT，dn-1dn）产生塑性变形，并不断被凸模拉入凸模与凹模之间的间隙内而形成零件。,将平板毛坯拉成空心零件的过程见图4.1（a）称首次拉深，将较大直径的空心毛坯拉成直径更小的空心零件的过程称再次拉深见图4.1（c）。 首次拉深过程中毛坯的变形情况如图4.1（b）所示。,t0,（a）首次拉深过程 （b）首次拉深过程毛坯变形情况 （c）再次拉深过程 图4.1 拉深过程 1凸模 2压料圈 3毛坯 4凹模 小变形区 侧壁传力区
2、（已变形区） 变形区 待变形区,由图可知:变形发生在（D5D1）的环形部分，D5为拉深过程中毛坯的瞬时外径；D1为首次拉深后所得直筒部分的平均直径，并称此区为法兰变形区。 毛坯在变形区的切向（变形圆周方向）为压缩变形，径向为伸长变形。毛坯切向变形的绝对值在其最外边缘达到最大，为|=1d1d0。,对于再次拉深，变形区为（dn-ldn）的环形部分，拉深过程中的较长一段时间内变形区的宽度o=（dn1dn）2保持不变，只是待变形区的高度h2不断减小，已变形区h1不断增加。,当h2=0之后变形区的宽度a逐渐减小，直至变形结束。切向为压缩变形，径向为伸长变形。,4.1.2 拉深变形过程的起皱现象,拉深过程
3、中，变形区部分材料的小单元面积由扇形变为矩形如图4.2（a）所示。 小单元在径向受拉应力1的作用，在切向受压应力3的作用。变形区的材料在压应力3的作用下，一旦失去稳定，就会起拱弯曲见图4.2（b）. 变形区在起拱后会形成波浪形的皱折，这一现象称为起皱。,（a）变形区受力分析 （b）起皱成因 图4.2 拉深变形过程的起皱现象,4.1.3 拉深件的壁厚变化,拉深件的厚度分布如图4.3所示。 根据应变分析可知，变形一开始时凹模口部附近坯料变薄最大。靠近凸模圆角的材料发生弯曲和胀形，此处厚度减薄。,于是，在凸模圆角与直壁交界处的材料形成拉深件的第一个厚度极小值（A点），而材料在凹模圆有处发生反复弯曲后
4、再度减薄，形成拉深件的第二个厚度极小值（B点）。,随着拉深进行，A、B点随凸模下行，A、B点位于筒壁的底部，变形区的外部在压应力的作用下会增厚。 因此，拉深件的口部最厚,，,图1.3 九种主应力图,拉深件外沿起皱和底部拉破是拉深过程中要解决的两大工艺问题。,4.2.1 拉深件毛坯尺寸的确定,4.2 筒形件拉深,在工艺过程设计时，可以按拉深前后表面积不变的原则进行毛坯尺寸的计算。,1修边余量的确定 在拉深过程中，拉出工件的顶端是不整齐的，因此需在拉深后进行修边。 所以，在计算拉深工件的毛坯尺寸前，应确定如图4.4所示的修边余量h或df。 无法兰拉深件与带法兰拉深件的修边余量可分别参照表4.1与表
5、4.2选取。,（a）无法兰拉深件 （b）带法兰拉深件 图4.4 修边余量,表4.1 无法兰拉深件的修边余量（mm）,表4.2 带法兰拉深件的修边余量（mm）,（1）解析法 在进行毛坯计算时，首先将拉深件划分成若干个便于计算的具有简单几何形状的组成部分。分别求出各部分的表面积后，相加即得到零件的总面积Ai，之后再用下式计算出毛坯直径d0（见图4.5）。,2毛坯尺寸的确定,图4.5 毛坯尺寸计算举例（分三部分）,（2）形心法 此法也称图解法，原理是： 任意形状的母线，绕同一平面内轴线旋转所成的旋成体，其表面积等于母线长度与其形心旋转轨迹长度的乘积。 为了确定毛坯的尺寸，常采用解析法。,1变形量表示
6、法 直径为d0的毛坯，拉深成直径为d1、高为h1的圆筒形件，变形基本集中在从直径为d0至直径为d1的圆环范围内。 可以近似地认为径向尺寸h（见图4.6）通过变形成为圆筒件的高度h1,4.2.2 无法兰筒形件的拉深,图4.6 变形系数的确定,（4.3）,对于多次拉深，变形系数为,（4.4）,式中，dn经过n次拉深后工件侧壁的平均直径 t0毛坯厚度； tn经过n次拉深后工件侧壁的平均厚度。,其首次变形系数为,习惯上常用拉深系数m来表示变形量。 对于首次拉深，ml=d1/d0； 对于第二次拉深m2=d2/d1； 对于第n次拉深，mn=dn/dn-1。 在制定拉深工艺时，通常采用尽可能小的拉深系数。,
7、2拉深系数,但所能采用的拉深系数不能低于某一极限值，该极限值称为极限拉深系数。 数次拉深的极限拉深系数分别用m1、m2、m3等来表示。 制定拉深工艺时，极限拉深系数可参照表4.3、表4.4、表4.5来选取。,表4.3 无法兰筒形件采用压料圈时的极限拉深系数,表4.4 无法兰筒形件不用压料圈时的极限拉深系数,表4.5 其他材料的极限拉深系数,注： 1）凹模圆角半径rA6t时，极限拉深系数取大值；凹模圆角半径rA（78）t时，则取小值。 2）材料相对厚度（tdo）1000.62时，极限拉深系数取小值；反之，取大值。,3拉深次数,把毛坯直径d0依次乘以极限拉深系数m 1、m2、mn，即得工件在各中间
8、拉深工序的直径为 d1= m 1 d0 d2= m2 d1 dn=mndn-1 （4.5）,当工件中间直径逐渐减小，所得的dn等于或小于工件最终直径d时，dn的下角标n即表示拉深次数。 拉深次数n也可按下式估算：,n=1 （4.6） 式中 mA第二次拉深以后各次拉深的极限拉深系数m2-mn的平均值。,工序件高度h可按下式计算 h=0.25 0.43r（10.32 ）（4.7） 式中 d0坯料直径； d工序件直径； r工序件圆角半径。,4工序件高度,1拉深系数 实际上，带法兰筒形件的拉深是无法兰筒形件拉深的某一中间状态，如图4.7所示。带法兰筒形件的拉深系数以mf来表示： mf （4.8）,4.
9、2.3 带法兰筒形件的拉深,图4.7 筒形件拉深过程,表4.6 带法兰筒形件首次拉深的极限相对深度 h1/d1（10钢）,表4.7 带法兰筒形件首次拉深的极限拉深系数mf （10钢）,表4.8 带法兰筒形件首次拉深的极限拉深系数 （10钢）,2多次拉深,需要多次拉深的带法兰工件，应在首次拉深中就获得工件所要求的法兰直径。在以后各工序中，法兰直径不再变化，只要逐次减小筒形部分的直径而已，如图4.8所示。 同时需要注意，在首次拉深中，应该拉入比工件最后拉深部分多出5%左右的表面积。,图4.8 带法兰筒形件的多次拉深,3工序件高度,工序件高度h可按下式计算： h=0.25 1.72（Rr）0.56
10、（4.9） 式中 df 法兰直径； d 工序件直径； d 0坯料直径；,图4.9 阶梯形件,由于多次拉深时，部分材料重新回到法兰上而引起工件表面积减少的系数， 一般取0.960.98； R 法兰处圆角半径； R 工件底部圆角半径； a 拉深次数 首次拉深a =1， 二次拉深a =2， 依此类推。,4.3 复杂旋转体件拉深,1阶梯形件的一次成形条件 满足下式条件时，可以一次拉深成形；否则，需要多次拉深成形：,4.3.1 阶梯形件的拉深,图4.10 第一种拉深顺序,（4.10）,式中， h1，h2，hn每个阶梯的高度（见图4.9）； dn最小阶梯的直径； h直径为dn的圆筒形件能够一次拉深成形的极
11、限高度。,如果阶梯形件需要采用多次拉深来成形，则需按以下两种情况分别对待。 当每相邻阶梯的直径比d2dl，d3d2，dndnl均大于相应筒形件的极限拉深系数时，则可以在每次拉深工序里成形一个阶梯。,2阶梯形件的多次拉深,拉深顺序是由大直径阶梯到小直径阶梯依次拉出，如图4.10所示, 当某相邻两个阶梯的直径比值小于相应圆筒形工件的极限拉深系数时，例如 d2dl m2，则拉深顺序应如图4.11所示。,图4.11 第二种拉深顺序,先成形阶梯d2 （通过工序I至工序先拉出d2） 然后由此阶梯向小阶梯直径依次成形（通过工序拉出dn） 最后再向大阶梯直径依次成形（通过工序V拉出d1）。,1浅锥形件 其母线
12、与轴线之间的夹角一般在50-80之间。如按一般工艺拉深，出模后的工件因回弹大而不能保持原有的形状，所以宜采用压料筋压住坯料（见图4.12），使金属在很大的应力状态下成形。,4.3.2 锥形件的拉深,图4.12 浅锥形件的拉深,2中等深度的锥形件,其母线与轴线之间的夹角一般在2545之间。拉深工艺可遵循如下原则： 坯料相对厚度100td02.5时，可以不用压料圈一次拉深成形。但在工作行程结束时，需要对工件进行校形精整，如图4.13所示。,图4.13 中等深度较厚坯 料的锥形件拉深, 坯料相对厚度100td0 =1.5-2时，应该采用压料圈一次拉深成形。 坯料相对厚度100td0 1.5，且锥形大
13、小端直径相差较小、母线斜度不得超过8时，可以一次拉深成形。, 坯料相对厚度100td0 1.5，且锥形大小端直径相差较大时，可先拉成简单的圆弧形，使其面积等于成品工件的面积，然后再压成锥形，如图4.14所示。,图4.14 中等深度较薄坯料母线斜度较 大时的锥形件拉深,3深锥形件,其母线与轴线之间的夹角一般在10-30之间，拉深工艺可遵循如下原则。 夹角较大的工件，需多次拉深才能完成,采用的方法是： 坯料先拉深成表面积等于或略大于工件的表面积、直径等于锥形件大端直径的圆筒形，以后各道工序拉圆锥形，最后形成所需的锥体，如图4.15所示。诸道工序的极限拉深系数可参照表4.9选用。,图4.15 高锥形
14、的拉深,表4.9 深锥形件的极限拉深系数, 夹角较小的工件，可以用两道工序拉成。 第一道拉成凸底的圆筒形，第二道用正拉深或反拉深成形，如图4.16所示。 采用这种工艺，所许用的工件大小端直径与参见表4.10。,（a）正拉深 （eb）反拉深 图4.16 从凸底圆筒形工序件拉成锥形件,表4.10 小斜度深锥形拉深件的大小端许用直径比,4.3.3 半球形和抛物线形件的拉深,1半球形件 半球形件的直径和坯料直径的比值总是0.707，不随球径而变化。因此，坯料相对厚度就成了制定拉深工艺的主要因素。 当100td03时，可以不用压料圈一次成形。, 当100td03时，采用压料圈后仍可一次成形。也可以采用反
15、拉深工艺拉出，如图4.17所示。,图4.17 半球形件的反拉深,2薄壁大尺寸球形件 可以采用正、反拉深相结合的方法，免去压料圈，如图4.18所示。 采用这种结构，凸凹模与凹凸模之间的单边间隙为（1.3-1.5）t；凸凹模与凹凸模之间的单边间隙为（1.2-1.3）t。,（a）模具示意图 （b）变形过程 图4.18 正、反拉深成形球形件,图4.19 汽车灯前罩的拉深,3抛物线形件 这类工件需用多道工序拉深，如图4.19所示。,4.4 矩形件e拉深,矩形件是一种非回转体形零件，它的侧壁是由两对长度分别为A-2r和B-2r的直边以及四个半径为r的转角所构成（见图4.20）。,图4.20 矩形件拉深的变形特点,表4.11 无法兰矩形拉深件的修边余量,无法兰矩形件的修边余量参见表4.11 带法兰举行拉深件的修边余量参见表4.2。,矩形件应力和应变分布是不均匀的。 矩形件可取较小的拉深系数。,1拉深次数 图4.2l所示为08钢可以一次拉深成矩形件的应用范围。下面一条曲线的以下部分是一次拉深的成熟应用区。两条曲线之间是一次拉深的发展突破区,4.4.1 无法兰矩形件的拉深工艺,图4.21 一次拉深矩形件的应用范围（08钢）,2多次拉深 矩形（方形）
