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1、第第4章章 拉深模拉深模 4.1 拉深变形过程的分析拉深变形过程的分析 4.2 拉深件的质量分析拉深件的质量分析 4.3 回转体拉深件板料尺寸的确定回转体拉深件板料尺寸的确定 4.4 圆筒形件的拉深圆筒形件的拉深 4.5 带凸缘圆筒形件的拉深带凸缘圆筒形件的拉深 4.6 特殊形状的制件拉深特殊形状的制件拉深 4.7 变薄拉深变薄拉深 4.8 压边力和拉深力的确定压边力和拉深力的确定 4.9 凸、凹模工作部分的设计凸、凹模工作部分的设计 4.10 拉深模设计应用拉深模设计应用 4.1 拉深变形过程的分析拉深变形过程的分析4.1.1 拉深的变形过程拉深的变形过程4.1.2 拉深过程中板料的应力应变
2、状态拉深过程中板料的应力应变状态 4.1.1 拉深的变形过程拉深的变形过程拉深过程如拉深过程如图图4.2所示。拉深所用的模具主要由所示。拉深所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈三部分组成。与冲裁所不凸模、凹模和压边圈三部分组成。与冲裁所不同的是，凸模刃口、凹模刃口部位的形状变成同的是，凸模刃口、凹模刃口部位的形状变成具有一定半径值的圆角，凸、凹模之间的间隙具有一定半径值的圆角，凸、凹模之间的间隙稍大于板料的厚度。拉深时，板料毛坯受到凸稍大于板料的厚度。拉深时，板料毛坯受到凸模、凹模和压边圈所产生的力作用，凸模使板模、凹模和压边圈所产生的力作用，凸模使板料进入凹模型腔，将板料拉深成开口的圆筒形料进
3、入凹模型腔，将板料拉深成开口的圆筒形状。压边圈的作用是防止板料在拉深过程中四状。压边圈的作用是防止板料在拉深过程中四周翘起周翘起(起皱起皱)。图图4.2 拉深过程拉深过程 4.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态拉深过程中板料的应力应变状态 从拉深件的纵截面上观察，厚度和硬度沿筒壁纵从拉深件的纵截面上观察，厚度和硬度沿筒壁纵向是变化的，变化规律如向是变化的，变化规律如图图4.6所示。底部略所示。底部略有变薄，但基本上等于原板料的厚度；筒壁上有变薄，但基本上等于原板料的厚度；筒壁上端增厚，越接近上边缘厚度越大；筒壁下端变端增厚，越接近上边缘厚度越大；筒壁下端变薄，越靠近圆角处变得越薄；由筒壁向底
4、部转薄，越靠近圆角处变得越薄；由筒壁向底部转角偏上处，出现明显变薄，严重时可产生破裂。角偏上处，出现明显变薄，严重时可产生破裂。硬度沿高度方向也是变化的，越接近上边缘硬硬度沿高度方向也是变化的，越接近上边缘硬度越高，这说明，压缩变形和板料的冷作硬化度越高，这说明，压缩变形和板料的冷作硬化越严重。越严重。图图4.6 硬度和壁厚沿筒壁纵向变化硬度和壁厚沿筒壁纵向变化 4.2 拉深件的质量分析拉深件的质量分析4.2.1 起皱起皱4.2.2 拉裂拉裂 4.2.1 起皱起皱1. 影响起皱的主要因素(1)板料的相对厚度板料的相对厚度t/D (2)拉深系数拉深系数m 2. 防皱措施(1)采用压边圈。采用压边
5、圈。 (2)采用锥形凹模，如采用锥形凹模，如图图4.10所示。所示。 (3)采用拉深筋采用拉深筋 (4)采用反拉深采用反拉深 图图4.10 锥形凹模锥形凹模 4.2.2 拉裂拉裂 1. 拉裂原因如如图图4.14所示，在拉深过程某一时刻，凸缘上的拉应力所示，在拉深过程某一时刻，凸缘上的拉应力在凹模入口处的达到最大值。由实验显示，在整个拉在凹模入口处的达到最大值。由实验显示，在整个拉深过程中，当减小到深过程中，当减小到(0.80.9)R0时，出现最大值。时，出现最大值。此时危险截面承受最大的拉应力，即此时危险截面承受最大的拉应力，即 2. 影响拉深变薄和拉裂的因素影响拉深变薄和拉裂的因素 (1)
6、拉深系数拉深系数m的影响的影响(2) 板料机械性能的影响板料机械性能的影响(3) 凹模凹模圆角半径的影响圆角半径的影响(4) 凸模圆角半径的影响凸模圆角半径的影响(5) 摩擦系摩擦系数的影响数的影响 (6) 压边力的影响压边力的影响 图图4.14 出现最大值出现最大值 的位置的位置 4.3 回转体拉深件板料尺寸的确定回转体拉深件板料尺寸的确定4.3.1 计算方法计算方法 4.3.2 简单回转体拉深件的板料尺寸计算简单回转体拉深件的板料尺寸计算 4.3.3 复杂形状回转体拉深件板料直径的计算复杂形状回转体拉深件板料直径的计算 4.3.1 计算方法计算方法常用的是等面积法，即假设拉深件表面积与板料
7、常用的是等面积法，即假设拉深件表面积与板料面积相等，作为计算板料面积的依据。但由于面积相等，作为计算板料面积的依据。但由于板料的机械性能差异、模具工作条件的一致性板料的机械性能差异、模具工作条件的一致性差异等因素，使拉深后由板料边缘形成的制件差异等因素，使拉深后由板料边缘形成的制件的口部或凸缘周边部不齐，达不到制件的形状、的口部或凸缘周边部不齐，达不到制件的形状、尺寸要求，必须对边缘处再加工。因此，在计尺寸要求，必须对边缘处再加工。因此，在计算板料尺寸时，要在拉深件的高度方向或带凸算板料尺寸时，要在拉深件的高度方向或带凸缘制件的凸缘半径上加一修边余量缘制件的凸缘半径上加一修边余量，如，如图图4
8、.16所示所示 图图4.16 拉深件修边余量拉深件修边余量 4.3.2 简单回转体拉深件的板料尺寸简单回转体拉深件的板料尺寸计算计算 1. 相加法由于拉深件是回转体形状，板料采用圆形。将回转体拉深件分成若干基本几何形体，按表4.6中的公式算出各部分的表面积，然后将各部分的表面积相加便得到所需要的板料面积。再计算出板料直径，即2. 公式法对于常用的回转体拉深件，可按对于常用的回转体拉深件，可按表表4.7列出的公式求得板列出的公式求得板料直径料直径D。表表4.7 旋转体制件板料直径计算公式旋转体制件板料直径计算公式 序号制件形状毛坯直径D1234.3.3 复杂形状回转体拉深件板料直复杂形状回转体拉
9、深件板料直径的计算径的计算 复杂形状回转体拉深件板料直径计算的关键是确定回转复杂形状回转体拉深件板料直径计算的关键是确定回转体拉深件的表面积。任何回转体表面积都可用形心法体拉深件的表面积。任何回转体表面积都可用形心法(久里金法则久里金法则)求得。形心法如求得。形心法如图图4.18所示，回转体表所示，回转体表面积面积F等于外形曲线等于外形曲线(母线母线)长度与其重心绕轴旋转所长度与其重心绕轴旋转所得周长的乘积，即得周长的乘积，即 1. 解析法2. 作图累加法3. 利用CAD软件求面积4. 条线段已添加到多段线图图4.18 形心法求面积形心法求面积 4.4 圆筒形件的拉深圆筒形件的拉深4.4.1
10、拉深系数拉深系数 4.4.2 拉深次数的确定拉深次数的确定 4.4.3 拉深件工序尺寸的计算拉深件工序尺寸的计算 4.4.1 拉深系数拉深系数1. 拉深系数的概念拉深系数的概念 图图4.24 多次拉深变形情况多次拉深变形情况 2. 极限拉深系数的主要影响因素(1) 板料机械性能(2) 板料的相对厚度t/D (3) 模具结构组成即尺寸(4) 拉深次数(5) 润滑条件(6) 拉深速度 3. 极限拉深系数的确定图图4.24 多次拉深变形情况多次拉深变形情况 4.4.2 拉深次数的确定拉深次数的确定 根据拉深件的相对厚度根据拉深件的相对厚度t/D，由表，由表4.10查出相对查出相对应的各次拉深系数应的
11、各次拉深系数m1，m2，mn。由式。由式(4.13)得知，总的拉深系数得知，总的拉深系数m和各次拉深系数和各次拉深系数mi的关系为的关系为 。通过计算，使通过计算，使 ，从而，从而得到拉深次数得到拉深次数n。 4.4.3 拉深件工序尺寸的计算拉深件工序尺寸的计算 无凸缘筒形拉深件相对高度无凸缘筒形拉深件相对高度h/d与拉深次数的关系如与拉深次数的关系如表表4.13所列所列 (1) 选取修边余量选取修边余量(2) 计算板料直径计算板料直径D(3) 计算板料相对厚度计算板料相对厚度(4) 计算总的拉深系数，并判断能否一次拉深成计算总的拉深系数，并判断能否一次拉深成(5) 确定拉深次数确定拉深次数n
12、。(6) 初步确定各次拉深系数初步确定各次拉深系数(7) 调整拉深系数，计算各次拉深直径调整拉深系数，计算各次拉深直径(8) 确定各次拉深凸模、凹模圆角半径确定各次拉深凸模、凹模圆角半径(9) 计算各次拉深半成品高度计算各次拉深半成品高度(10) 绘制工序图绘制工序图 表表4.13 无凸缘筒形拉深件相对高度无凸缘筒形拉深件相对高度h/d与拉深次数的关系与拉深次数的关系(材料材料 08F、10F) 拉延次数毛坯相对厚度(t/D)10021.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.0810.940.770.840.650.710.570.620.50.520.450.460
13、.3821.881.541.61.321.361.11.130.940.960.830.90.733.52.72.82.22.31.81.91.51.61.31.31.145.64.34.33.53.62.92.92.42.42.02.01.558.96.66.65.15.24.14.13.33.32.72.72.04.5 带凸缘圆筒形件的拉深带凸缘圆筒形件的拉深4.5.1 窄凸缘圆筒形件的拉深窄凸缘圆筒形件的拉深 4.5.2 宽凸缘圆筒形件的拉深宽凸缘圆筒形件的拉深 4.5.1 窄凸缘圆筒形件的拉深窄凸缘圆筒形件的拉深第一种方法是，在前几道工序中按无凸缘圆筒形第一种方法是，在前几道工序中按无
14、凸缘圆筒形件拉深及尺寸计算，而在最后两道工序中，将件拉深及尺寸计算，而在最后两道工序中，将制件拉深成为口部带锥形的拉深件，最终将锥制件拉深成为口部带锥形的拉深件，最终将锥形凸缘校平，如形凸缘校平，如图图4.29所示。所示。 第二种方法是，一开始就拉深成带凸缘形状，凸第二种方法是，一开始就拉深成带凸缘形状，凸缘直径为缘直径为 +t+2 ，以后各次拉深一直保持这，以后各次拉深一直保持这样的形状，只是改变各部分尺寸，直至拉到所样的形状，只是改变各部分尺寸，直至拉到所要求的最终尺寸和形状，要求的最终尺寸和形状， 图图4.29窄凸缘圆筒形件第一种拉深窄凸缘圆筒形件第一种拉深方法方法 4.5.2 宽凸缘圆
15、筒形件的拉深宽凸缘圆筒形件的拉深 宽凸缘圆筒形件的首次拉深，如图4.31所示。相当于按无凸缘圆筒形件拉深，只是拉深到凸缘板料并未全部进入凹模而已。此时两者的应力状态和变形的特点是一致的。1. 宽凸缘圆筒形件总的拉深系数、首次拉深系数2. 宽凸缘圆筒形件的拉深方法3. 宽凸缘圆筒形件拉深工序尺寸的计算图图4.31 宽凸缘圆筒形件的首次拉深宽凸缘圆筒形件的首次拉深 4.6 特殊形状的制件拉深特殊形状的制件拉深 4.6.1 阶梯形件的拉深阶梯形件的拉深4.6.2 球形制件的拉深球形制件的拉深 4.6.3 锥形件拉深锥形件拉深 4.6.4 抛物线形件拉深抛物线形件拉深 4.6.1 阶梯形件的拉深阶梯形
16、件的拉深如如图图4.36所示，阶梯形回转体制件的拉深与圆筒所示，阶梯形回转体制件的拉深与圆筒形件的拉深很相似，阶梯制件的每一个直筒的形件的拉深很相似，阶梯制件的每一个直筒的拉深相当于一个圆筒形件的拉深。阶梯制件的拉深相当于一个圆筒形件的拉深。阶梯制件的主要问题是确定拉深次数，这可用下述的方法主要问题是确定拉深次数，这可用下述的方法作近似判断，即以制件的高度与最小直径之比作近似判断，即以制件的高度与最小直径之比值值h/d，按圆筒形件的相对拉深高度查表，按圆筒形件的相对拉深高度查表4.13，确定拉深次数。如果拉深次数为，确定拉深次数。如果拉深次数为1，则可一，则可一次拉出。次拉出。图图4.36 阶梯形回转体制件阶梯形回转体制件 4.6.2 球形制件的拉深球形制件的拉深 对球形制件拉深，如图4.39所示，凸模形状是半球形。在拉深初始阶段，凸模与板料平面接触面积很小，接触处首先产生变形，易使该处的板料变薄。与此同时，接触面附近的板料未被压边圈压住，容易起皱(内皱)。由于间隙大，皱折不易消除。因此，球形制件的拉深难度较大。1. 半球形制件的拉深2. 浅球形制件的拉深3. 带有圆筒的球面形制件的拉
