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1、冲压模具设计与制造冲压模具设计与制造第四章第四章 拉深工艺与模具设计拉深工艺与模具设计 第一节第一节 拉深变形分析拉深变形分析一一.拉深的概念拉深的概念 拉深：利用模具使平板毛坯加工成开口带底空心零件的冲压工艺。4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析二二.拉深模的特点拉深模的特点(1)凸模和凹模都没有锋利的刃口，具有较大的圆角半径(2)凸、凹模之间的间隙一般稍大于板料的厚度(3)在凸模上开设有通气孔 4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析三三.拉深变形的过程拉深变形的过程1.1.平面塑性变形平面塑性变形2.2.立体塑性变形立体塑性变形 4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析四四.拉深变形
2、的特点拉深变形的特点 4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析(1)变形区主要集中在 D 与 d 之间的环形部分(2)径向受到不均匀拉伸塑性变形 4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析(3)切向受到均匀压缩塑性变形；(4)材料沿高度方向产生了塑性流动；(5)圆筒底部没有产生塑性变形。4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析五五.起皱与防皱起皱与防皱1.1.起皱起皱起皱起皱 起皱：起皱：在拉深过程中，毛坯凸缘产生塑性失稳而拱起。(1)(1)决定因素决定因素决定因素决定因素 a.凸缘部分材料的相对厚度 b.切向压应力的大小 c.板料的屈强比 d.板料的塑性应变比 e.凹模工作部分的几何形状 4.
3、1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析(2)(2)危害危害危害危害 a.影响表面质量及尺寸精度；b.板料难于通过凸、凹模间隙而被拉断；c.起皱后的板料与模具间的摩擦加剧，磨损严重，使得模具的寿命大为降低。(3)(3)起皱趋势起皱趋势起皱趋势起皱趋势 a.凸缘外边缘的切向压应力在拉深过程中不断增加；b.凸缘变形区材料厚度不断增大，凸缘的相对厚度逐渐增大；c.凸缘失稳起皱最强烈的时刻是 时。4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析2.2.2.2.防皱措施防皱措施防皱措施防皱措施(1)(1)用压边圈用压边圈用压边圈用压边圈 4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析(2)(2)模具采用拉深肋或拉深圈模具
4、采用拉深肋或拉深圈模具采用拉深肋或拉深圈模具采用拉深肋或拉深圈 (3)(3)采用反拉深采用反拉深采用反拉深采用反拉深 4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析(4)(4)改进拉深零件设计改进拉深零件设计改进拉深零件设计改进拉深零件设计 a.尽量降低拉深高度 b.设计加强肋提高零件刚度 c.选用屈服点低的材料 d.增大板料厚度 4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析六六.拉裂与防裂拉裂与防裂1.1.拉裂拉裂拉裂拉裂 拉裂：筒壁拉应力大于危险断面的抗拉强度而产生破裂。2.2.2.2.影响因素影响因素影响因素影响因素 导致筒壁所受的拉应力过大，或危险断面强度过低的因素。4.1 4.1 拉深变形分析
5、拉深变形分析3.3.3.3.防裂措施防裂措施防裂措施防裂措施(1)减小拉深高度，减小拉深变形量；(2)减小压边力；(3)增加凸缘和凸缘圆角的凸缘润滑；(4)增大凸缘圆角半径和底圆圆角半径；(5)增大凸模和筒壁的摩擦；(6)选用抗拉强度高，屈服强度小的材料；(7)防止凸缘起皱。4.1 4.1 拉深变形分析拉深变形分析七七.拉深硬化拉深硬化(1)拉深后材料变形的硬度分布由工件底部向口部是逐渐增加；(2)硬化的好处是使工件的强度和刚度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难；(3)多次拉深时，应正确选择各次的变形量，并考虑半成品件是否需要退火以恢复其塑性。4.2 4.2 直壁旋转体零件的
6、拉深直壁旋转体零件的拉深 第二节第二节 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 一一.毛坯尺寸的计算毛坯尺寸的计算 1.1.1.1.计算原则计算原则计算原则计算原则(1)体积不变；(2)形状相似；(3)t1，按工件中线尺寸计算；t1，按内或外形尺寸计算；(4)毛坯尺寸要加上修边余量 4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 2.2.2.2.拉深件的修边余量拉深件的修边余量拉深件的修边余量拉深件的修边余量 修边余量 ：为了避免拉深件外缘的不平齐、不规则，在原本得到理论毛坯面积上的放大量。4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 3.3.3.3.形状简单的拉深件毛
7、坯计算形状简单的拉深件毛坯计算形状简单的拉深件毛坯计算形状简单的拉深件毛坯计算 4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 (1)(1)底圆面积底圆面积底圆面积底圆面积 (2)(2)底部圆角面积底部圆角面积底部圆角面积底部圆角面积 (3)(3)圆筒面积圆筒面积圆筒面积圆筒面积(4)(4)毛坯面积毛坯面积毛坯面积毛坯面积 (5)(5)毛坯直径毛坯直径毛坯直径毛坯直径 4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 二二.圆筒形件拉深变形程度表示拉深系数圆筒形件拉深变形程度表示拉深系数1.1.1.1.拉深系数的概念和意义拉深系数的概念和意义拉深系数的概念和意义拉深系数的概念
8、和意义 (1)(1)拉深系数拉深系数拉深系数拉深系数 m m 的特点的特点的特点的特点 a.a.m 1 b.b.m 越小，表示拉深变形程度越大 4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 (2)(2)拉深系数拉深系数拉深系数拉深系数 mm 的计算的计算的计算的计算 第一次拉深系数：第二次拉深系数：第 n 次拉深系数：总理论拉深系数：4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 2.2.2.2.极限拉深系数极限拉深系数极限拉深系数极限拉深系数 mmminmin 极限拉深系数 ：把材料既能拉深成形又不被拉裂时的最小拉深系数。3.3.3.3.极限拉深系数极限拉深系数极限拉深
9、系数极限拉深系数 mmminmin 的确定的确定的确定的确定 无凸缘圆筒形工件有压边圈和无压边圈时的拉深系数分别可查表，实际生产中采用的拉深系数一般均大于表中所列数字。4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 4.4.4.4.拉深次数的确定拉深次数的确定拉深次数的确定拉深次数的确定(1)(1)查表法查表法查表法查表法 根据拉深件的相对高度和毛坯相对厚度查表。(2)(2)推算法推算法推算法推算法 4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 5.5.5.5.实际拉深系数的确定实际拉深系数的确定实际拉深系数的确定实际拉深系数的确定 (1)(1)实际拉深系数大于极限拉深系
10、数实际拉深系数大于极限拉深系数实际拉深系数大于极限拉深系数实际拉深系数大于极限拉深系数 (2)(2)均匀分配各次拉深变形程度均匀分配各次拉深变形程度均匀分配各次拉深变形程度均匀分配各次拉深变形程度(3)(3)满足总拉深系数要求满足总拉深系数要求满足总拉深系数要求满足总拉深系数要求 4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 三三.无凸缘圆筒形件拉深工序设计计算步骤无凸缘圆筒形件拉深工序设计计算步骤(1)确定修边余量(2)计算毛坯直径(3)确定拉深次数(4)调整各次的实际拉深系数(5)计算各工序件尺寸(6)画出工序图 4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 四四.
11、其它旋转体零件的拉深特点其它旋转体零件的拉深特点 4.2 4.2 直壁旋转体零件的拉深直壁旋转体零件的拉深 (1)不能简单地用拉深系数衡量成形的难易程度(2)凸缘部分、悬空部分和中间部分都是主要变形区 a.坯料的凸缘及悬空部分产生拉深变形；b.坯料靠近球形冲头顶部的中间部分产生是胀形变形。(3)凸缘部分和悬空部分容易起皱(4)中间部分容易拉裂(5)切向应力分布不均 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算 第三节第三节 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算 拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圆角半径，凸模圆角半径，凸、凹模的间隙 c，凸模直径，凹模直径等。4.3
12、 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算一一.凸、凹模单边间隙凸、凹模单边间隙 1.1.1.1.间隙确定原则间隙确定原则间隙确定原则间隙确定原则(1)保证板材不起皱的条件下能够顺利通过间隙；(2)中间拉深工序或者要求不高的工件，取较大的间隙值；(3)最后工序尺寸精度高、表面粗糙度低时，应取较小的间隙值2.2.2.2.使用压边圈的间隙计算使用压边圈的间隙计算使用压边圈的间隙计算使用压边圈的间隙计算3.3.3.3.不使用压边圈的间隙计算不使用压边圈的间隙计算不使用压边圈的间隙计算不使用压边圈的间隙计算 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算二二.压边凸缘
13、间隙压边凸缘间隙1.1.1.1.拉深有凸缘零件拉深有凸缘零件拉深有凸缘零件拉深有凸缘零件2.2.2.2.拉深铝合金零件拉深铝合金零件拉深铝合金零件拉深铝合金零件3.3.3.3.拉深钢零件拉深钢零件拉深钢零件拉深钢零件 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算三三.凸、凹模结构形式凸、凹模结构形式1.1.1.1.凸、凹模圆角半径凸、凹模圆角半径凸、凹模圆角半径凸、凹模圆角半径 (1)(1)凹模圆角半径凹模圆角半径凹模圆角半径凹模圆角半径 r rd d a.影响因素 拉深系数的大小 拉深件的质量 拉深模的寿命 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算
14、 b.计算但应大于或等于 2t 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算(2)(2)凸模圆角半径凸模圆角半径凸模圆角半径凸模圆角半径 r rp p a.影响因素 危险断面的强度；再次拉深滑动 拉深痕迹 b.计算 最后一次拉深，凸模圆角半径与零件底部的圆角半径相同。4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算2.2.2.2.凸、凹模圆角具体结构凸、凹模圆角具体结构凸、凹模圆角具体结构凸、凹模圆角具体结构 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算(1)注意前后两道工序的冲模在形状和尺寸上的协调，使前道工序得到的半成品形状有利于后道
15、工序的成形。4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算(2)为了使最后一道拉深后零件的底部圆角平滑，如果是圆角结构的冲模，其最后一次拉深凸模圆角半径的圆心应与倒数第二道拉深凸模圆角半径的圆心位于同一条垂线上。如果是斜角的冲模结构，则倒数第二道工序凸模底部的斜线应与最后一道的凸模圆角半径相切，4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算(3)凸模与凹模的锥角对拉深有一定的影响。锥角大对拉深变形有利，但过大时相对厚度小的材料可能要引起皱纹，因而的锥角大小可根据材料的厚度确定。3.3.3.3.拉深凸模应钻通气孔拉深凸模应钻通气孔拉深凸模应钻通气孔拉深凸模应钻
16、通气孔 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算四四.凸、凹模工作部分凸、凹模工作部分(筒壁筒壁)尺寸尺寸1.1.拉深模公差拉深模公差拉深模公差拉深模公差 凸、凹模的制造公差p和d可根据工件的公差来选定。(1)工件公差为 IT13 级以上时，模具公差可按IT68 级取，(2)工件公差在 IT14 级以下时，模具公差按 ITl0 级取。4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算2.2.最后工序拉深模尺寸最后工序拉深模尺寸最后工序拉深模尺寸最后工序拉深模尺寸 (1)(1)筒壁尺寸标注在外侧筒壁尺寸标注在外侧筒壁尺寸标注在外侧筒壁尺寸标注在外侧 4.3
17、4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算(2)(2)筒壁尺寸标注在内侧筒壁尺寸标注在内侧筒壁尺寸标注在内侧筒壁尺寸标注在内侧 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算3.3.3.3.中间工序拉深模尺寸中间工序拉深模尺寸中间工序拉深模尺寸中间工序拉深模尺寸 (1)(1)筒壁尺寸标注在外侧筒壁尺寸标注在外侧筒壁尺寸标注在外侧筒壁尺寸标注在外侧 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算(2)(2)筒壁尺寸标注在内侧筒壁尺寸标注在内侧筒壁尺寸标注在内侧筒壁尺寸标注在内侧 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算五五
18、.压边计算压边计算 压边：在凸缘变形区施加轴向压力，防止起皱。1.1.压边条件压边条件压边条件压边条件 (1)(1)首次拉深首次拉深首次拉深首次拉深(2)(2)以后各次拉深：以后各次拉深：以后各次拉深：以后各次拉深：4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算2.2.压边力压边力压边力压边力F FQ Q 计算计算计算计算 拉深中凸缘起皱的规律与 的变化规律相似。合理的压边力应随起皱趋势的变化而变化。但要实现这种变化是很困难的。4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算3.3.3.3.压边装置的形式压边装置的形式压边装置的形式压边装置的形式(1)(1)刚性压边圈刚性压边圈刚性压边圈刚性压边圈 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算(2)(2)弹性压边圈弹性压边圈弹性压边圈弹性压边圈 4.3 4.3 拉深模工作部分的设计计算拉深模工作部分的设计计算4.4.4.4.压力机的选择压力机的选择压力机的选择压力机的选择 冲压力曲线位于压力机滑块的许用压力曲线之下。