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1、拉深工艺与拉深模具设计,概述4.1 拉深变形过程分析4.2 审图与拉深工艺性分析4.3 拉深件毛坯尺寸计算4.4 圆筒形件拉深计算4.5 拉深凸、凹模结构设计4.6 拉深件成形模具总体结构设计4.7 其它旋转体件的拉深4.8 盒形件的拉深4.9 其它拉深方法4.10拉深次品分析及拉深中的辅助工序,返回目录,1 、拉深的基本概念 拉深也称拉延，是利用模具使平板毛坯成为开口空心零件的冲压加工方法。,2 、拉深件分类 (如图所示),直壁旋转体圆筒形零件 （无凸缘圆筒形件、有凸缘圆筒形件）、阶梯形件直壁非旋转体盒形件曲面旋转体球面、锥面零件曲面非旋转体复杂形状零件,4.1 拉深变形分析,直壁旋转,直壁
2、非旋转,曲面旋转,复杂形状零件,4.1 拉深变形分析,拉深变形过程拉深过程中毛坯的应力应变状态拉深过程中的力学分析拉深过程中出现的问题及其防止措施,4.1 拉深变形过程的分析4.1.1 拉深变形过程1金属的流动过程(如图所示) 工艺网格实验2拉深变形过程 在拉深力的作用下，毛坯内部的各个小单元体之间产生了内应力，在径向产生拉应力，在切向产生压应力，在这两种压力的作用下，凸缘区的材料发生塑性变形并不断的被拉入凹模内,成为圆筒形零件。,1 、平面凸缘区主要变形区2 、凸缘圆角部分过渡区3 、筒壁部分传力区4 、底部圆角部分 过渡区5 、圆筒底部分小变形区,4.1.2 拉深过程中毛坯的应力与应变状态
3、 根据应力应变状态不同，可将拉深过程的毛坯分成五个部分：,法兰部分变形区：径向拉应力，切向压应力；材料主要向径向流动，同时也向厚向流动而加厚凹模圆角部位过渡区：除与法兰部分相同特点外，还承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生的压应力侧壁部分已变形区、传力区：继续拉深时，将凸模拉深力传递到法兰区，受单向拉应力作用；发生少量的纵向伸长和变薄凸模圆角部位过渡区：底部圆角稍上处，变薄最严重，为零件的危险断面，直接影响极限变形程度底部不变形区、传力区：基本不变形，由于底部圆角部分的拉深力，材料受两向拉应力作用，厚度略有变薄,拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况(如图4.1.4),厚度变化：底部略有变薄，壁部
4、上段增厚，下部变薄，侧壁靠近底部圆角处最严重，甚至断裂，为危险断面, 、凸缘变形区的应力分析,其中Rw瞬时法兰外半径,筒壁传力区的受力分析 凸模的压力通过筒壁传递至法兰的内边缘，将变形区的材料拉入凹模，筒壁区所受的拉应力由以下各部分组成 使变形区产生塑性变形所必须的拉应力,克服变形区上下两个表面的摩擦阻力所必须的力,克服毛坯沿凹模圆角运动必须克服的弯曲阻力,所以，筒壁的拉应力总和为,材料流过凹模圆角时的摩擦阻力,4.1.3 拉深成形过程中出现的问题及防止措施 1 、起皱,起皱主要是由于凸缘处的切向压应力超过了板料的临界压应力所引起的。,起皱首先产生在法兰外缘处。,1）起皱的影响 起皱不利于拉深
5、变形 a、由于起皱，毛坯不能被拉过凸凹模间隙面而拉断 b、轻微起皱的毛坯即使拉过凸凹模间隙，也会在筒壁上留下起皱痕迹而影响质量。,2）起皱的影响因素：a:凸缘部分材料的相对厚度t/D,b:切向压应力的大小 拉深时，变形程度越大，就越容易起皱。 c:材料的力学性能 板料的屈强比小，则屈服极限小，变形区内的切向压应力也相对减小，因此板料不容易起皱,3）防皱措施：主要采用压边圈防皱 a:用于双动冲床的刚性压边圈,主要靠调整压边圈与凹模表面间隙保证防皱。 b:用于单动冲床的弹性压边圈，常用动源为橡胶、弹簧、气垫。,2 、拉裂 拉深时筒壁总拉应力超过筒壁最薄弱处的材料强度时，拉深件产生破裂。,原因： 1
6、）由于法兰起皱，坯料不能通过凸凹模间隙，使筒壁拉应力增大 2）压边力过大，使径向拉应力增大 3）变形程度太大,防止拉裂的措施: 1）采用适当的拉深比和压边力 2）增加凸模的表面粗糙度，改善凸缘部分变形材料的润滑条件 3）合理设计模具工作部分的形状 4）选用拉深性能好的材料.,拉深模设计程序,4.2 审图与拉深工艺性分析学习目标： 掌握拉深件的结构工艺性要求，了解拉深件在公差、材料上的要求，掌握拉深件工序安排的一般原则。教学要求： 根据弯曲件的结构工艺性要求改善拉深件的结构设计；能够根据拉深件的工艺条件，确定拉深件圆角半径，确定带孔拉深件的孔的位置。,4.2.1 对拉深件形状尺寸的要求1）拉深件
7、形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉 深成形。2）尽量避免半敞开及非对称的空心件，应考虑设 计成对称（组合）的拉深，然后剖开；,3）在设计拉深件时，应注明必须保证外形或内形 尺寸，不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉 深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为 基准。 4）拉深件口部尺寸公差应适当。,5）一般拉深件允许壁厚变化范围0.6t1.2t,若 不允许存在壁厚不均现象，应注明；6）需多次拉深成形的工件，应允许其内、外壁 及凸缘表面上存在压痕；,4.2.2 拉深件圆角半径的要求1.凸缘圆角半径rd 凸缘圆角半径rd：指壁与凸缘的转角半径。要求：1）rd2t 一般取：rd=（48）t 2）当rd0
8、.5mm时，应增加整形工序。,2.底部圆角半径rpg 底部圆角半径rpg：指壁与底面的转角半径。要求：1）rpgt，一般取：rpg（35）t2）rpgt，增加整形工序，每整形一次，rpg可减小1/2。,3.矩形拉深件壁间圆角半径rpy矩形拉深件壁间圆角半径rpy：指矩形拉深件的四个壁的转角半径。要求：rpy3t及rpyH/5,4.2.2 拉深件上的孔位布置1）孔位应与主要结构面（凸缘面）在同一平面， 或孔壁垂直该平面，便于冲孔与修边在同一 道工序中完成。,2）拉深件侧壁上的冲孔与底边或凸缘边的距离,3）拉深件凸缘上的孔距：4）拉深件底部孔距：,4.2.3 拉深件的精度等级 主要指其横断面的尺寸
9、精度；一般在IT13级以下，不宜高于IT11级，高于IT13级的应增加整形工序。4.2.4 拉深件的材料1）具有较大的硬化指数；2）具有较低的径向比例应力r/b峰值；3）具有较小的屈强比s/b；4）具有较大的厚向异性指数r。,4.2.5 拉深件工序安排的一般原则l）在大批量生产中，在凹、凸模壁厚强度允许 的条件下，应采用落科、拉深复合工艺；2）除底部孔有可能与落料、拉深复合冲压外， 凸缘部分及侧壁部分的孔、槽均需在拉深工 序完成后再冲出；3）当拉深件的尺寸精度要求高或带有小的圆角 半径时应增加整形工序；4）修边工序一般安排在整形工序之后；5）修边冲孔常可复合完成。,电线插座外壳的冲压程序,课后
10、思考,1、什么情况下会产生拉裂？拉深工艺顺利进行的必要条件是什么？2、影响拉深时坯料起皱的主要因素是什么？防止起皱的方法有哪些？机理是什么？,4.3 拉深件毛坯尺寸计算学习目标： 能够计算圆筒形拉深件的毛坯尺寸，了解复杂旋转体拉深件的毛坯计算方法。教学要求： 能够利用等面积法，计算圆筒形拉深件的毛坯尺寸；能够查表确定常见的旋转体拉深件的毛坯尺寸。,4.3.1 简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定计算原则：,a、形状相似原则：拉深毛坯的形状一般与拉深件横截面形状相似。旋转体零件的拉深毛坯可采用圆形毛坯。 b、面积相等原则：拉深前后材料的体积不变，对于不变薄拉深，可按拉深前毛坯表面积等于拉深后工件表面积
11、进行计算。c、在计算毛坯尺寸时，必须计入修边余量。,（ 2 ）求毛坯尺寸：,圆筒直壁部分表面积为:球台部分的表面积为 :底部表面积为：,工件的总面积为 部分之和，即 :,（1）计算工件表面积,所以：,=8mmD=282.12mm,4.3.2 复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定1、作图法 任何形状的母线绕轴线旋转，所得到的旋转体面积等于母线长度与其重心旋转所得周长的乘积（是该段母线重心至轴线的距离）。旋转体面积：毛坯面积：因：故,2、解析法,4.4 圆筒形件拉深计算学习目标： 了解拉深系数的概念，能够计算圆筒形件的拉深次数及各次拉深的工序件尺寸；计算圆筒形件的拉深力。 教学要求： 能够利用推算法或查
12、表法确定无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序件尺寸；查表确定带凸缘圆筒形件的拉深次数；分别掌握宽凸缘及窄凸缘圆筒形件的多次拉深的工序计算步骤。,1、拉深系数：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 。 m=d/D,4.4.1 拉深系数,工件的直径与毛坯直径D之比称为总拉深系数，即工件所需要的拉深系数，mz,拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，拉深系数是一个小于1的数值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直径变化愈小，即变形程度小。其值愈小则毛坯的直径变化愈大，即变形程度大。可用它作为衡量拉深变形程度的指标。,拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：,2、极限拉深系数 在保
13、证侧壁不破坏的情况下所能得到的最小拉深系数称为极限拉深系数（可查表）。拉深时，要保证拉深顺利进行，每次拉深系数应大于极限拉深系数。,影响极限拉深系数的因素： 1）材料的内部组织和力学性能： 塑性好，组织均匀，晶粒大小适当；屈强比小，塑性应变比大，板料的拉深性能好，极限拉深系数就小。 2）毛坯相对厚度t/D： t/D越小，极限拉深系数越大 3）拉深模具：凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模表面质量 4）拉深条件：压边圈、次数、润滑,1）推算法：根据极限拉深系数和毛坯直径，从第一道拉深工序开始逐步向后推算各工序的直径，一直算到得出的直径小于或等于工件直径，即可确定所需的拉深次数。d1= m1D d2=
14、 m2d1 。 dn= mndn-1式中 d1、d2dn-1、dn第1、2、（n-1）、n道工序的直径； m1、m2mn第1、2、n道工序的极限拉深系数； D毛坯直径。,1.拉深次数 当m=d/Dm极限时，可以一次拉深，否则需多次拉深。,4.4.2 圆筒形拉深件拉深次数及工序尺寸计算,2）根据工件的相对高度h/d和毛坯的相对厚度t/D，查表确定拉深次数n。,上表只适合08及10号钢的拉深件,无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程,2、无凸缘圆筒件的工序计算步骤,查表4-18知，应采用压边圈。,4、确定拉深次数 1）判断能否一次拉深,由 t/D=0.7%,查表得各次拉深的极限拉深次数：,3、确定是否用压
15、边圈：,2、计算毛坯直径：,D=282mm,1、修边余量：,h=8mm,即：故该零件需经多次拉深才能够达到所需尺寸。,5、半成品尺寸确定 1）确定各次拉深直径,所以：该零件要拉深四次才行.,d4=79.6mm88mm，说明目前采用的各次拉深系数可以适当放大一点，零件实际需拉深系数应调整为：,2）计算拉深次数,调整好拉深系数后，重新计算各次拉深的圆筒直径即得半成品直径。所示零件的各次半成品尺寸为：,2）计算各次半成品高度,式中： d1,d2,d3各次拉深的直径(中线值)； r1,r2,r3各次半成品底部的圆角半径(中值)； d10,d20,d30各次半成品底部平板部分的直径； h1,h2,h3各
16、次半成品底部圆角半径圆心以上的筒壁高度；,凸凹模圆角半径的选取,1）凹模圆角半径 首次拉深时，凹模圆角半径可由下式确定：,以后各次拉深的凹模圆角半径可逐渐缩小，一般可取：,但不应小于2t。,2）凸模圆角半径 最后一道拉深时等于零件的圆角半径，其余各次可取：,各次半成品的总高度为：,拉深后得到的各次半成品(如图4.2.7),即求出各次高度为：,4.4.3 有凸缘圆筒形的拉深计算有凸缘圆筒形件的拉深过程和无凸缘圆筒形件相比，其区别仅在于前者将毛坯拉深至某一时刻达到零件所要求的法兰直径时不再拉深，而不是将法兰变形区的材料全部拉入凹模内。 所以从变形过程的本质看，变形区的应力应变状态两者是相同的。,1
17、、有凸缘圆筒形件的拉深系数,根据变形前后面积相等的原则，当rp=rd=r时，有凸缘圆筒件毛坯直径为：,有凸缘圆筒形件第一次拉深系数为：,式中：dt/d凸缘的相对直径 h/d相对高度 r/d相对圆角半径,2.判断能否一次拉深成形（1）利用极限相对高度进行判断（查表） 如果工件的相对高度h/d小于或等于表中对应的极限相对高度h1/d1值时，则可以一次拉深成形；否则需多次拉深。（2）利用极限拉深系数进行判断（查表） 如果工件的相拉深系数mF1大于或等于表中对应的极限拉深系数mF1值时，则可以一次拉深成形；否则需多次拉深。,圆角半径基本不变，缩小筒形直径来达到增加高度高度基本不变，仅减少圆角半径、逐渐
18、减小筒形直径的方法。,第一种方法：零件表面质量较差，适用于材料较薄，拉深深度比直径大的中小型零件。 第二种方法：零件表面质量较好，适用于毛坯相对厚度较大，直径和深度相近的大中型零件。,3、宽凸缘圆筒形件（dF/d1.4）的拉深方法 对于宽凸缘圆筒形件，在第一次拉深时，就拉成零件所要求的凸缘直径，在以后各次拉深中，凸缘直径不变。,宽凸缘圆筒形件的工序计算要点,（1）毛坯尺寸计算（2）判别能否一次拉成（3）半成品尺寸计算 宽凸缘件的拉深次数仍可用推算法求出。 第n次拉深后的直径为：,各次拉深后的筒部高度可按下式计算：,Dn考虑每次多拉入筒部的材料量后求得的修正毛坯直径Df凸缘直径（包括修边余量）,
19、为保持在以后拉深工序中的凸缘直径不变，通常第一次拉入凹模的材料要比工件最后拉深部分实际材料多约5%，这些多余材料在后面的拉深中，部分材料被挤回到凸缘。,保持凸缘直径不变 凸缘一经形成，在后续的拉深中就不能变动。因为后续拉深时 ，凸缘的微量缩小会使中间圆筒部分的拉应力过大而使危险断面破裂。为此，必须正确计算拉深高度，严格控制凸模进入凹模的深度。,1）选取修边余量；2）预算毛坯直径D；3）判断能否一次拉深；4）计算拉深次数；5）计算各工序件的拉深直径；6）合理选配各次拉深的圆角半径；7）重新修整毛坯直径；8）计算第一次拉深高度，并校核其相对高度；9）计算以后各次的拉深高度；10）画出工序图。,窄凸缘圆筒形件应先拉成圆筒形，然后形成锥形凸缘，最后再经校平获得平凸缘； 所以窄凸缘圆筒形件的拉深工序的计算，可用无凸缘的圆筒形件的计算方法进行计算。,4 、窄凸缘圆筒形件（dF/d=1.11.4）的多次拉深计算,