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1、第四章 拉深工艺与拉深模设计 第三节 圆筒形件的拉深系数第四节 圆筒形件的拉深次数及工序尺寸确定第五节 圆筒形件拉深的压边力与拉深力第九节 拉深件的工艺性第十节 拉深模第一节 拉深的基本原理第二节 旋转体拉深件毛坯尺寸的确定本章目录第一节 拉深的基本原理一.拉深变形过程、特点及拉深分类拉深(俗称拉延):是利用模具将平板毛坯制成开口空心零件的一种冲压工艺。图5-1 拉深示意图 1凸模 2 压边圈 3 毛坯 4 凹模第一节 拉深的基本原理第四章 拉深工艺与拉深模设计 拉深不变薄拉深不变薄拉深变薄拉深拉深模拉深模：拉深模特点特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角。拉深所使用的模具。
2、用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形、盒形和其它不规则形状的薄壁零件。特点:生产效率高,省材料,零件的强度和刚度好,精度较高,拉深可加工范围非常广泛,直径从几毫米的小零件直至23m的大型零件。拉深过程拉深过程:在凸模的作用下,直径为D0的毛坯被拉进凸凹模之间的间隙里形成圆筒件。变形区变形区:毛坯的外部环形部分。不变形区不变形区:底部。已变形区已变形区:被拉入凸、凹模之间的直壁部分。拉深过程中出现的现象(1):高度变化多余的三角形废料没有被裁去,而是通过塑形变形被转移到增加圆筒形零件的高度,使h(D0-d)/2 圆筒形拼装成形拉深过程中出现的现象(2):厚度变化 图5-3 圆筒形拉深件壁厚
3、的变化(%)拉深件厚度和硬度的分布a1a2 a3 .ab1=b2=b3=.=b0拉深时扇形单元的受力与变形情况二.拉深过程中毛坯的应力和应变状态图5-4 拉深时毛坯的变形特点 图5-5 拉深时毛坯内各部分的内应力 a)平板毛坯的一部分 b)毛坯在拉深过程中的变形 c)拉深成圆筒形件第一节 拉深的基本原理第五章 拉深拉深件的起皱与拉裂 拉深过程中的质量问题质量问题：主要是凸缘变形区的起皱起皱和筒壁传力区的拉裂拉裂。凸缘区起皱凸缘区起皱：传力区拉裂传力区拉裂：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。1.凸缘变形区的起皱第四章 拉深工艺与拉深模设计 三、拉深件的
4、起皱与拉裂（续）主要决定于主要决定于：一方面是切向压应力3的大小，越大越容易失稳起皱；另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越小。最易起皱的位置最易起皱的位置：凸缘边缘区域起皱最强烈的时刻起皱最强烈的时刻：在Rt=（0.70.9）R0时防止防止起皱：压边第四章 拉深工艺与拉深模设计 拉深件的起皱与拉裂（续）2.筒壁的拉裂主要取决于主要取决于：一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险断面”产生破裂。防止防止拉裂：一方面要通过改善材料
5、的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。三.拉深时凸缘变形区的应力分布和起皱 图5-7 圆筒形件拉深时的应力分析1.凸缘变形区的力学分析2.起皱起皱:在拉深过程中,毛坯凸缘在切向压应力作用下,可能产生塑性失稳而拱起的现象。图5-8 凸缘起皱 1凸模 2 毛坯 3 凹模2.起皱危害:1.毛坯凸缘起皱严重时不能通过凸模和凹模间隙而被拉断。2.轻微起皱的毛坯凸缘虽可通过间隙,但会在筒壁上留下皱痕,影响零件的表面质量。影响因素:1.32.t/(Rt-r0)四.拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断 图5-9 拉深时压边力引起的摩擦阻力 四.拉深时筒壁传力区的
6、受力情况与拉断 图5-10 凹模圆角处的受力状态四.拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断 图5-11 毛坯的弯矩示意图筒壁危险断面上的有效抗拉强度为:若PK,拉深件即产生拉裂。2.拉裂 图5-12 拉深件拉裂影响拉裂的因素(1)压边力(2)相对圆角半径凹模 (rd/t)2凸模(rp/t)5 (rp/t)=520(3)润滑凹模与凸模润滑效果相反(4)凸模和凹模间隙(5)表面粗糙度第二节 旋转体拉深件毛坯尺寸的确定(1)计算法:简单形状(2)图解法和解析法:复杂形状一.计算法(1)确定修边余量表4-2 无凸缘拉深件的修边余量(mm)工件高度h 工件的相对高度h/d0.5 0.8 0.8 1.6 1.6
7、 2.5 2.5 4 10 1.0 1.2 1.5 210 20 1.2 1.6 2 2.5(2)计算工件表面积圆筒直壁部分表面积圆角球台部分表面积底部表面积工件总面积:(3)求出毛坯尺寸二.解析法三.图解法 图5-16 求拉深件毛坯尺寸图解法第三节 圆筒形件的拉深系数一.拉深变形程度的表示方法-拉深系数拉深系数(m):每次拉深后圆筒形零件的直径与拉深前毛坯(或前道工序件)的直径之比。第一次拉深系数第二次拉深系数第n次拉深系数(1)m1(2)m,拉深变形程度三.极限拉深系数的确定 表4-6 圆筒形件的极限拉深系数(带压边圈)拉深系数 坯料相对厚度(t/D0)(%)2.01.51.51.01.0
8、0.60.60.30.30.150.150.08m10.480.500.500.530.530.550.550.580.580.600.600.63m20.730.750.750.760.760.780.780.790.790.800.800.82m30.760.780.780.790.790.800.800.810.810.820.820.84m40.780.800.800.810.810.820.820.830.830.850.850.86m50.800.820.820.840.840.850.850.860.860.870.870.88第四节 圆筒形件的拉深次数及工序尺寸确定一.拉深次数
9、的确定(1)mm1,一次拉深成形;(2)mm1,多次拉深成形。常用两种方法确定拉深次数。1.根据拉深系数确定拉深次数各次拉深直径分别为:d1=m1d0;d2=m2d1;dn=mndn-1(1)根据已知条件,由表5-3查出各次极限拉深系数。(2)选取各次拉深系数时,按照极限拉深系数计算出各次拉深直径,直到直径dn略小于或等于工作直径时,计算的次数即为拉深次数。(3)经调整各次拉深系数m1;m2;mn的值,最后确定各次拉深直径d1;d2;dn.2.根据零件的相对高度确定拉深次数表5-4 拉深件相对高度h/d与拉深次数的关系(无凸缘圆筒形件)拉深 次数 坯料的相对厚度(t/D)(%)21.51.51
10、.01.00.60.60.30.30.150.150.08 10.970.770.840.650.710.570.620.50.520.450.460.38 21.881.541.601.321.361.11.130.940.960.830.90.7 33.52.72.82.22.31.81.91.51.61.31.31.1 45.64.34.33.53.62.92.92.42.42.02.01.5 58.96.66.65.15.24.14.13.33.32.72.72.0二.不带凸缘的圆筒形件拉深工序尺寸计算(1)底部无圆角圆筒形件第一次拉深:h1=0.25(D0k1-d1)第二次拉深:h2
11、=h1k2+0.25(d1k2-d2).(2)底部有圆角圆筒形件第一次拉深:h1=0.25(D0k1-d1)+0.43(r1/d1)(d1+0.32r1)第二次拉深:h2=0.25(D0k1k2-d2)+0.43(r2/d2)(d2+0.32r2).式中:D0 毛坯直径;d1、d2 第一、第二工序拉深的工序件直径;k1、k2 第一、第二工序拉深的拉深程度;r1、r2 第一、第二工序拉深的工序件底部圆角半径;h1、h2 第一、第二工序拉深的工序件高度;例:无凸缘圆筒件的拉深次数和工序件尺寸的确定1.判断能否一次拉出 h=200-1=199 h/d=199/(90-2)=2.26查表4-2得修边余
12、量=8 mmt/Dx100=2x100/283=0.7由表4-6查出各次的拉深系数:m1=0.54,m2=0.77,m3=0.80,m4=0.82.则零件的总拉深系数m总=d/D=88/283=0.31,即:m总小于m1=0.54,故该零件需经多次拉深才能达到所需尺寸。2计算拉深次数(两种方法)(1)d1=m1D=0.54283 mm=153 mm d2=m2d1=0.77 153 mm=117.8 mm d3=m3d2=0.80 117.8 mm=94.2 mm d4=m4d3=0.82 94.2 mm=77.2 mm 可知该零件要拉4次才行。(2)零件的相对高度h/d=207/88=2.3
13、6,相对厚度为0.7,从表5-4可知拉深次数在34之间,这样零件的拉深次数就确定为4次。2.半成品尺寸的确定(包括半成品的直径dn、筒底圆角半径rn和筒壁高度hn)(1)半成品的直径dn半成品拉深次数确定后,再根据计算直径dn应等于直径d的原则,对各次拉深系数进行调整,使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数。设实际采用的拉深系数为m1,m2 ,m3 ,m4 .,mn,应使各次拉深系数依次增加,即:m1m2 m3 m4 .mn 拉深系数应调整为:m1=0.57,m2=0.79,m3=0.82,m4=0.85 第一次 d1=160 mm m1=160/2830.57 第二次 d2
14、=126 mm m2=126/160 0.79 第三次 d3=104 mm m3=104/126 0.82 第四次 d4=88 mm m4=88/104 0.85(2)半成品高度的确定 应先定出各次半成品底部的圆角半径,查表5-17,式5-52,取 r1=6t=12,r2=12x0.78,r3=8x0.8 6.h1=0.25(D0k1-d1)+0.43(r1/d1)(d1+0.32r1)=0.25(283/0.57-160)+0.43(12/160)(160+0.3212)=89 mmh2=0.25(D0k1k2-d2)+0.43(r2/d2)(d2+0.32r2)=0.25(283/0.57
15、/0.79-126)+0.43(8/126)(126+0.32x8)=129 mmh3=0.25(D0k1k2k3-d3)+0.43(r3/d3)(d3+0.32r3)=0.25(283/0.57/0.79/0.82-104)+0.43(6/104)(104+0.32x6)=168 mm所示零件各次拉深的半成品尺寸第五节 圆筒形件拉深的压边力与拉深力一.拉深的起皱与防皱措施 图5-24 锥形拉深凹模的拉深过程(1)用锥形凹模时,毛坯不起皱的条件是:(t/D0)0.03(1-m)或 (t/d)0.03(K-1)(2)用普通平端面凹模拉深时毛坯不起皱的条件是:(t/D0)(0.090.17)(1-
16、m)或 (t/d)(0.090.17)(K-1)式中 d 拉深件直径;m 拉深系数;K 拉深程度,K=1/m.表5-8 平端面凹模是否采用压边圈的条件 拉深次数 第一次 以后各次(t/D0)x100 m1(t/dn-1)x100 mn采用压边圈 1.5 0.6 1 0.8可用可不用 1.52 0.6 11.5 0.8不用压边圈 2 0.6 0.5 0.8二.压边力的计算压边力太大:拉裂或严重变薄;压边力太小:起皱。当Rt=(0.70.9)R0时,凸缘起皱可能性最大,此时压边力应达到最大值。表5-9 单位压边力p总压边力 Fy=Ap 式中:A开始拉深时的压边面积。材料名称 p/MPa 材料名称
17、p/MPa 铝纯铜、硬铝(已退火)黄铜0.81.21.21.81.52.0 镀锡钢板 耐热板(软化状态)高合金钢、高锰钢、不锈钢2.53.02.83.53.04.5 t0.5 mm软钢 t0.5 mm 2.53.0 2.02.5对于多次拉深的圆筒形件,压边力按下式计算:圆筒形件第一次拉深时压边力:筒形件以后各次拉深时压边力(5-58avi):式中 rd1,rdn 凹模圆角半径;p 单位压边力,可由表5-9查得;Fy1,Fyn 各次拉深的压边力。三.压边装置的种类及其选择 图5-25 双动压力机用拉深模刚性压边原理(5-12avi)1-内滑块 2-外滑块 3-拉深凸模4-落料凸模兼压边圈 5-落
18、料凹模 6-拉深凹模 图5-27 弹性压边圈结构示意图(5-61swf)1-落料凸模兼拉深凹模 2-卸料板 3-拉深凸模 4-落料凹模 5-顶杆 6-弹簧四.拉深力的计算采用压边圈拉深圆筒形零件所需拉深力首次拉深 F=d1t b K1以后各次拉深 F=dit b K2(i=2,3,n)不用压边圈拉深圆筒形零件所需拉深力首次拉深 F=1.25(D0-d1)t b 以后各次拉深 F=1.3(di-1-di)t b 式中 F 拉深力(N);t 毛坯厚度(mm);b 材料抗拉强度(MPa);K1、K2 修正系数,见表5-10.五.拉深压力机选用对于曲柄压力机来说,不管工作行程有多长,拉深力都必须处于压
19、力机滑块的许用负荷曲线之内。对于拉深较浅零件,一般情况下只要实际拉深力不超过压力机的公称压力即可。对于工作行程较长的拉深工序,在实际生产中,一般按总的拉深力小于或等于压力机公称压力的50%60%来选用。二.拉深件的结构工艺性1.拉深件的形状应尽可能简单、对称(1)轴对称旋转体拉深件的模具加工工艺性最好。(2)非轴对称的拉深件,应尽量避免急剧的轮廓变化。(3)非轴对称的半敞零件 图5-51 成双拉深2.拉深件各部分尺寸的比例要合适(宽大凸缘:dF3d 较大深度:h 2d)图5-52 上下部分成形后连接3.拉深件圆角半径拉深件的圆角半径大,有利于成形和减少拉深次数。应满足:r1t,r2 2t,r3
20、 3t 图5-53 拉深件的圆角半径4.拉深件上的孔位拉深件侧壁上的冲孔,只有当与底或凸缘距离h2d+t时才有可能,否则只能钻出。图5-54 拉深件侧壁上的孔拉深件凸缘上的孔距应为 D1(d1+3t+2r2+d)拉深件底部孔径应为 dd1-2r1-t 图5-55 拉深件上孔位的合理布置第十节 拉深模一.拉深模分类及典型拉深模结构(1)按拉深次数分:首次拉深模,以后各次拉深模;拉深可以和其它冲压工序组合成复合模或级进模,如落料、拉深和冲孔复合模等(5-61swf).(2)按拉深件大小分:大型覆盖件拉深模,中小型件的拉深模;(3)按使用的冲压设备分:单动压力机拉深模,双动压力机拉深模;1.单动压力
21、机用拉深模 图5-56 不用压边圈的拉深模 1-凸模 2-校模定位圈 3-凹模 4-紧固圈 5-定位板 6-凹模套圈 7-垫板 图5-57 带弹性压边圈的首次拉深模(5-2avi)1-弹簧 2-卸料螺钉 3-凸模 4-凸模气孔5-压边圈 6-限位螺钉 7-定位板 8-凹模二.拉深模工作部分结构和尺寸设计1.凹模圆角半径式中 rd1 凹模圆角半径;D0 毛坯直径;dd 凹模内径;t 板料厚度。表5-17 第一次拉深凹模圆角半径rd1 (mm)注:材料拉深性能好,且使用适当润滑剂时,可取小值 rd1 t2.01.51.51.01.00.60.60.30.30.1无凸缘 拉深(47)t(58)t(6
22、9)t(710)t(813)t有凸缘 拉深(67)t(813)t(1016)t(1218)t(1522)t以后各次拉深,可由下式决定:rd2=(0.60.8)rd1 rn=(0.7 0.9)rd(n-1)式中 rd2 第二次拉深凹模圆角半径;rn 第n次拉深凹模圆角半径2.凸模圆角半径rp(1)一般情况下,rp=(0.71.0)rd;(2)各道应逐次缩小,最后一道拉深时,rp与圆筒形零件的圆角半径相同;3.凸模和凹模单边间隙Z不用压边圈 Z=(1-1.1)tmax用压边圈 Z=tmax+kt式中 tmax材料最大厚度;Z 凸、凹模单面间隙;k 间隙系数,见表5-18.表5-18 间隙系数k 拉深工序数 材料厚度t/mm 0.52 24 46 1 第一次 0.2(0)0.1(0)0.1(0)2 第一次 第二次 0.3 0.1(0)0.25 0.1(0)0.2 0.1(0)图5-61 凸模和凹模尺寸确定 a)拉深件尺寸标注在外形 b)拉深件尺寸标注在内形 表5-19 凸模和凹模的制造公差 (mm)材料 厚度 拉深件直径 20 20100 100 d p d p d p 0.5 0.02 0.01 0.03 0.02 0.51.5 0.04 0.02 0.05 0.03 0.08 0.05 1.5 0.06 0.04 0.08 0.05 0.10 0.06