拉深工艺及模具设计.ppt

第四章,拉深工艺及模具设计,第四章 拉伸工艺及模具设计,概念：拉伸成形利用拉深模具将冲裁好的平板坯料或工序件变成开口空心件的一种冲压工艺。 （p83） 加工对象：冲裁好的平板坯料或工序件 加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性） 加工设备：主要是压力机 加工工艺装备：拉深模具 加工的产品：开口空心件,第四章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 一、圆筒形件拉深的拉深变形过程及特点 1.变形过程,第四章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程,拉深的网格试验,第四章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 一、圆筒形件拉深的拉深变形过程及特点 2.特点,第四章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 一、圆筒形件拉深的拉深变形过程及特点 2.特点,第五章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态 1、凸缘的平面部分-主要变形区 2、凸缘的圆角部分-过渡变形区 3、筒壁部分-传力区 4、底部圆角部分-过渡区 5、底部圆角部分-小变形传力区,第五章 拉伸工艺及模具设计,拉深过程的应力与应变状态,下标1、2、3分别代表坯料径向、厚度方向、切向的应力和应变,第五章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 三、拉深时凸缘区的应力分布与起皱 1、凸缘变形区的应力分布,拉深件的壁厚和硬度的变化,第五章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 三、拉深时凸缘区的应力分布与起皱 1、凸缘变形区的应力分布,圆筒形件拉深时凸缘变形区的应力分布,第五章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 三、拉深时凸缘区的应力分布与起皱 2、整个拉深过程中 和 的变化规律,拉深过程凸缘区应力变化,第五章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 三、拉深时凸缘区的应力分布与起皱 3、凸缘变形区的起皱,第五章 拉伸工艺及模具设计,第一节 圆筒形件拉深的变形过程 三、筒壁传力区的受力分析与拉裂,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 一、拉深系数及拉伸次数 1.拉深系数及其极限,拉深系数m是以拉深后的直径d与拉深前的坯料d（工序件dn）直径之比表示。,第一次拉深系数：,第二次拉深系数：,第n次拉深系数：,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 一、拉深系数及拉伸次数 1.拉深系数及其极限,拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。 m愈小，说明拉深变形程度愈大，相反，变形程度愈小。,拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即,如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。 极限拉深系数m,从工艺的角度来看，m越小越有利于减少工序数。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 一、拉深系数及拉伸次数 2.影响极限拉深系数的因素 (1)材料的组织与力学性能 (2)板料的相对厚度 (3)材料的表面质量 (4)模具机构方面 (5)拉深条件,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 一、拉深系数及拉伸次数 3.极限拉深系数的确定 表5-2和表5-3是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极限拉深系数。 为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于极限拉深系数m的值 4. 后续各次拉深的特点,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 二、极限拉深系数的确定 1.坯料形状和尺寸确定的理论依据 （1）相似原理 。 （2）体积不变原理 。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 二、极限拉深系数的确定 2.坯料尺寸的确定,按图得：,故,整理后可得坯料直径为:,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 二、圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定 1.无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定 当m总m时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。 其拉深次数的确定有以下几种方法： （）查表（表5-7）法,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 二、圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定 1.无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定 （2）推算方法 1）由表5-4或表5-5中查得各次的极限拉深系数； 2）依次计算出各次拉深直径，即 11；221； 3）当时，计算的次数即为拉深次数。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 二、圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定 1.无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定 （2）推算方法 1）由表5-4或表5-5中查得各次的极限拉深系数； 2）依次计算出各次拉深直径，即 11；221； 3）当时，计算的次数即为拉深次数。,第五章 拉伸工艺及模具设计,例 求图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。 材料为10钢，板料厚度2。,解：因1，故按板厚中径尺寸计算。 （）计算坯料直径 根据零件尺寸，其相对高度为,查表5-4得切边量,坯料直径为,代已知条件入上式得98.2,第五章 拉伸工艺及模具设计,（）确定拉深次数 坯料相对厚度为,按表5-5可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。 根据/2.03，查表4.4.2得各次极限拉深系数10.50，20.75，30.78，40.80，。 故 110.5098.249.2 2210.7549.236.9 3320.7836.928.8 4430.828.823 此时42328，所以应该用4次拉深成形。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 三、圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定 2.有凸缘圆筒形件拉深方法及工序尺寸的确定 （1）有凸缘圆筒形件拉深变形程度 。 （2）有凸缘圆筒形件的拉深方法。 （3）有凸缘筒形拉深工序件高度的计算。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸 1.凸、凹模的圆角半径,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸 1.凸、凹模的圆角半径 1）凹模圆角半径的确定,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸 1.凸、凹模的圆角半径 2）凸模圆角半径的确定,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸 2. 拉深模间隙 1）无压料圈的拉深模 2）有压料圈的拉深模，其间隙可按表5-11确定,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸 2. 拉深模间隙 3）盒形件拉深模的间隙,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸 3.凸、凹模的结构 （1）不用压边的拉深模,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸 3.凸、凹模的结构 （2）有压料的拉深模,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸 4. 凸、凹模工作部分尺寸及公差,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 五、压料力的确定与压边装置 1.压料力的计算,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 五、压料力的确定与压边装置 2.压料装置 （1）弹性压料装置 （2）刚性压料装置,第五章 拉伸工艺及模具设计,第二节 圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计 六、拉深的工艺性 1.拉深件的公差等级 。 2.拉深件的结构工艺性 。 3.需多次拉深的零件，在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。在保证装配要求的前提下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度 。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第三节 阶梯圆筒形件的拉深 阶梯圆筒形件的拉深相当于圆筒形件多次拉深的过渡状态。即圆筒形件各次拉深时不拉到底就得到阶梯形体，故阶梯圆筒形件拉深的变形特点与圆筒形件拉深的特点相同。 一、拉深次数的确定 二、阶梯形件多次拉深方法,第五章 拉伸工艺及模具设计,第四节 曲面形状零件的拉深 一、曲面形状零件的拉深特点 1.曲面形状零件的成形过程 图所示是球形零件拉深成形的过程。凸模向下运动接触坯料，位于顶点o及其附近的金属首先开始变形而贴紧凸模，凸模继续向下运动，中心 附近以外的金属以及压边圈下面的环形部分金属也逐步产生了变形，并由里向外贴紧凸模，最后形成了凸模表面一致的球形零件 。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第四节 曲面形状零件的拉深 一、曲面形状零件的拉深特点 2.曲面形状零件的成形特点 面形状零件的拉深成形是涨形和拉深变形的复合变形。 一定界限的位置是随着压边力等冲压条件的变化而变化的。 提高曲面形状零件成形质量的措施： 加大坯料直径这种防皱简单，但增加材料消耗，建议尽量不采用。 加大压边力，甚至采用压边筋。 采用反拉深 。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第四节 曲面形状零件的拉深 二、球形件拉深方法 球面形状的零件可分为半球形件和非半球形件两大类,第五章 拉伸工艺及模具设计,第四节 曲面形状零件的拉深 二、球形件拉深方法 1. 半球形件,第五章 拉伸工艺及模具设计,第四节 曲面形状零件的拉深 三、球形件拉深方法 1.浅抛物面零件拉深方法 2.抛物面形零件拉深方法 四、锥形零件的拉深,第五章 拉伸工艺及模具设计,第五节 盒形件的拉深 一、盒形件拉深的变形特点 1.盒形件拉深的变形性质与圆筒形件相同，坯件变形区（凸缘）也是一拉一压的应力状态，如图所示。 2.盒形件拉深时，沿坯料周边无论是直边部分，还是圆角部分上的应力和变形分布是不均匀的。 3.直边部分流入凹模快，而圆角部分流入凹模慢。毛坯在这两部分连接处产生了剪切变形和切应力。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第五节 盒形件的拉深 二、盒形体坯料的形状和尺寸的确定 1.一次拉深成形的低盒形件坯料的确定,第五章 拉伸工艺及模具设计,第五节 盒形件的拉深 二、盒形体坯料的形状和尺寸的确定 2.多次拉深成形的高盒形件坯料的确定,第五章 拉伸工艺及模具设计,第五节 盒形件的拉深 二、盒形体坯料的形状和尺寸的确定 2.多次拉深成形的高盒形件坯料的确定,第五章 拉伸工艺及模具设计,第五节 盒形件的拉深 三、盒形件拉深变形程度,盒形件拉深变形程度,第五章 拉伸工艺及模具设计,第五节 盒形件的拉深 四、盒形件的多工序拉深方法及工序件尺寸的确定 确定盒形件多次拉深工序件形状和尺寸步骤： （1）确定拉深次数 盒形件所需的拉深次数见教材表5-22 （2）确定盒形件多次拉深工序件形状和尺寸,第五章 拉伸工艺及模具设计,第五节 盒形件的拉深 四、其它盒形零件的拉深 1.有凸缘盒形件的拉深 2.阶梯形盒形件的拉深 五、盒形件拉深力的计算,第五章 拉伸工艺及模具设计,第六节 其它拉深方法 一、柔性模拉深 二、带料连续拉深,第五章 拉伸工艺及模具设计,第七节 拉深模设计程序 一、接受任务书 任务书通常由设计者提出，其内容包括： 1、经过审签的正规图纸，并注明原材料要求； 2、制品说明书或技术要求 3、生产数量,第五章 拉伸工艺及模具设计,第七节 拉深模设计程序 二、搜集分析和消化原始资料 搜集整理有关拉深件设计成形工艺、冲压设备、机械加工及特殊加工等技术资料，以备模具设计时使用 1、分析制品 （1）明确设计要求 通常模具设计人员通过制品的零件图就可以了解制品的设计要求，但对形状复杂和精度要求较高的制品，有必要了解其使用目的，装配要求及外观要求等。 （2）对拉深件进行工艺分析 工艺分析包括技术和经济两方面内容。在技术方面，根据产品图纸，主要分析该拉深件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求。在经济方面，主要根据生产批量分析产品成本，阐明采用冲压工艺生产可以取得的经济效益。因此，拉深件的工艺分析主要讨论在不影响零件使用的前提下，能否以最简单最经济的方法冲压出来。能够做到的，表示该拉深件的的冲压工艺性好，反之则工艺性差,第五章 拉伸工艺及模具设计,第七节 拉深模设计程序 二、搜集分析和消化原始资料 生产批量 模具的制造费用很高，约占冲压件总成本的1030。因此，制品的生产批量与模具结构关系十分密切。小批量生产时，为了缩短模具制造周期，降低成本，常采用结构比较简单的单工序模和复合模；而对于大批量生产时，为了提高生产效率，则常采用自动化程度较高、机构较完善的连续模和高效冲压设备。 总之应根据制品所用材料的工艺性能（如塑性）及使用性能（如机械强度）及制品的结构、形状、尺寸、及其公差、表面粗糙度、模具结构及其加工工艺，对制品的工艺性进行全面分析，深入了解制品成形工艺的技术性及经济性，必要时应与设计者探讨结构修改的可能性，以满足冲压工艺要求。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第七节 拉深模设计程序 二、搜集分析和消化原始资料 影响冲压工艺性的因素有很多，从技术和经济方面考虑，主要因素有： 拉深件形状和尺寸 对于拉深件，圆角半径不能过小。底部与壁部之间的圆角半径取板料厚度的35倍；壁部与凸缘之间的圆角半径取板料厚度的510倍。当圆角半径小于上述规定时，需增加整形工序。拉深件形状应尽可能对称，避免急剧转角或凸台，拉深件高度应尽可能小，以减少拉深次数，提高制品质量。 拉深件精度 拉深件精度与模具结构形式及其制造精度等因素有关，拉深件的径向尺寸精度以及所能达到的高度方向尺寸精度分别见表5-30和表5-32， 尺寸标注 拉深件尺寸标注应符合冲压工艺要求，拉深件的径向尺寸应注明是保证外壁尺寸，还是保证内壁尺寸，内、外壁尺寸不能同时标注。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，若以上部为基准，高度尺寸不易保证。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第七节 拉深模设计程序 二、搜集分析和消化原始资料 （3）设备选型 根据冲压工艺的性质，冲压力（包括压边力、卸料力），变形功，模具结构形式，模具闭合高度和轮廓尺寸，以及生产批量等因素，结合本单位现有的设备条件，合理地选择冲压设备类型和吨位。 2、分析工艺资料 分析工艺任务书中提出的成形方法、冲压设备、材料牌号、模具类型等要求是否合理，能否落实。 3、熟悉有关参考资料及技术标准 常用的有关参考资料有冲压设计资料、冲压设备说明书等，常用的有关技术标准有机械制图标准等。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第七节 拉深模设计程序 三、熟悉冲压设备的技术规范 设计冲压工艺时，只是对冲压设备的类型、型号等作了粗略的选择，这种选择远远不能满足模具设计的需要，因此，模具设计人员必须熟悉成形设备与模具安装和工作有关的所有参数。 四、确定模具结构 理想的模具结构必须满足制品的工艺技术要求和生产经济要求。工艺技术要求是要保证拉深件的几何形状、尺寸公差及表面粗糙度。生产经济要求是要使制品的成本低、生产率高、模具使用寿命长、操作安全方便等。在确定模具结构时，主要考虑以下问题： 1、根据生产批量及使用性质，确定模具类型（如单工序模、复合模或连续模）； 2、模具工作零件的结构设计； 3、卸料机构的设计。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第七节 拉深模设计程序 五、模具设计的有关计算 1、工作零件的工作尺寸的计算 2、关键零件的强度、刚度计算 六、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制 在模具零部件设计的基础上，参照有关模架标准和结构零件标准，初步绘制模具的完整结构草图，并校核预选的冲压设备。,第五章 拉伸工艺及模具设计,第七节 拉深模设计程序 七、模具结构总装图和零件图的绘制 1、模具总装图的绘制 尽可能地按1：1比例绘制，并应符合机械制图国家标准； 绘制时先由工作零件开始绘制，主视图与其他视图同时画出，在模总装图的俯视图上，可以将上模去掉，只画出下模或部分的俯视图； 模具总装图应包括全部组成零件，要求投影正