第四章 拉深工艺与模具设计课件

1、第四章 拉深及拉深模设计,1.拉深的基本概念 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。 2.拉深模具的特点 结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。,第四章 拉深及拉深模设计,第2节 拉深变形过程的分析 一、板料拉深变形过程及其特点 在拉深过程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸缘毛坯的径向产生拉伸应力 ，切向产生压缩应力 。在它们的共同作用下，凸缘变形区材料发生了塑性变形，并不断被拉入凹模内形成筒形拉深件。,第四章 拉深及拉深模设计,在拉深后我们发现：工件底部

2、的网格变化很小，而侧壁上的网格变化很大，以前的等距同心圆，变成了与工件底部平行的不等距的水平线，并且愈是靠近工件口部，水平线之间的距离愈大，同时以前夹角相等的半径线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线，以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。,第四章 拉深及拉深模设计,二、拉深过程中毛坯各部分的应力与应变状态 1.平面凸缘部分 主要变形区 2.凹模圆角区 过渡区 3.筒壁部分 传力区 4.凸模圆角部分 过渡区 5.圆筒底部分 小变形区,第四章 拉深及拉深模设计,第3节 直壁旋转体零件拉深工艺的设计 一、拉深毛坯尺寸的确定 拉深毛坯尺寸的确定原则： 体积不变原理、 相似性原理。 毛坯的计算方法

3、：等重量、等体积、分析图解法、作图法。,（1） 确定修边余量 由于材料的各向导性以及拉深时金属流动条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上(无凸缘件)或凸缘上增加修边余量 （2）计算工件表面积,二、简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定 求总面积；表面积相等 三、复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定 原理同上 久里金法则：任何旋转体的面积等于其母线长与母线重心周长的乘积,第四章 拉深及拉深模设计,第4节 无凸缘圆筒形件的拉深工艺计算 一、拉深系数 拉深系数是表示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。 工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数，即工

4、件所需要的拉深系数,第四章 拉深及拉深模设计,2.影响拉深系数的因素 拉深材料：机械性能、料厚、表面质量。 拉深模具：间隙、凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模形状凹模表面质量。 拉深条件：压边圈、次数、润滑、工件形状。 3.拉深系数的值与拉深次数 （1）次数确定：查表法；递推法；计算法 （2）系数确定：放大、调整,第四章 拉深及拉深模设计,例4-1 试确定如下图所示零件(材料08钢，材料厚度 =2mm)的拉 深次数和各拉深工序尺寸。 计算步骤如下： 1.确定切边余量 根据 ，查表取： 。 2.按公式计算毛坯直径 ,第四章 拉深及拉深模设计,3.确定拉深次数 判断能否一次拉出 ：则该零件的总拉深系

5、数 m总 =0.31 。 故该零件需经多次拉深才能够达到所需尺寸。 对于图示的零件，由毛坯的相对厚度： 从表 中查出各次的拉深系数 ：m1 =0.54，m2 =0.77， m3 =0.80， m4 =0.82。,第四章 拉深及拉深模设计,（2）确定拉深次数 可知该零件要拉深四次才行 。 （3）半成品尺寸确定 半成品直径 拉深次数确定后，再根据计算直径dn应等于 d工 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。,第四章 拉深及拉深模设计,零件实际需拉深系数应调整为： 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。零件的各次半成品尺

6、寸为 ：,第四章 拉深及拉深模设计,第四章 拉深及拉深模设计,四、 有凸缘圆筒件拉深方法及工艺计算 有凸缘筒形件的拉深变形原理与一般圆筒形件是相同的，但由于带有凸缘，其拉深方法及计算方法与一般圆筒形件有一定的差别。 1.有凸缘筒形件的拉深特点 有凸缘筒形件的拉深系数 该式说明，拉深系数决定三个因素：相对凸缘直径、相对高度、相对转角半径 ，影响程度为递减。,第四章 拉深及拉深模设计,第四章 拉深及拉深模设计,有凸缘筒形件分类 窄凸缘： 宽凸缘: 有凸缘筒形件的拉深特点： 宽凸缘变形程度不能用拉深系数来衡量； 首次拉深系数比圆筒件要小； 首次拉深极限变形程度与 有关。,第四章 拉深及拉深模设计,2

7、.宽凸缘圆筒件拉深工艺计算要点 （1）毛坯尺寸计算 毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行，参考无圆凸缘筒形零件毛坯的计算方法计算。 （2）判别能否一次拉成 这只需比较工件实际所需的总拉深系数和 与凸缘件第一次拉深的极限拉深系数和极限拉深相对高度即可 （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。 根据表中的拉深系数值进行计算，即第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：,第四章 拉深及拉深模设计,3.拉深方法 宽凸缘件拉深方法有两种：（如图4.2.10) 一种是中小型（小于200mm ）、料薄的零件，如图a)； 二种是大型拉深件（大于200mm ），如图b)。,第四章

8、拉深及拉深模设计,4.1.4 拉深成形的障碍及防止措施 1.起皱(如图4.1.8)，影响起皱的因素： (1)凸缘部分材料的相对厚度 凸缘部分的相对料厚，即为 : (2)切向压应力的大小 拉深时 的值决定于变形程度，变形程度越大，需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则越 大，就越容易起皱。 (3)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。,第四章 拉深及拉深模设计,第四章 拉深及拉深模设计,(4)凹模工作部分的几何形状 平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件是 : 用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是： 如果不能满足上述式

9、子的要求，就要起皱。在这种情况下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法(也是实际生产中最常用的方法)是采用压边圈 。,第四章 拉深及拉深模设计,2.拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的(如图4.1.9) 防止拉裂: 可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，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，合理设计模具工作部分的形状，选用拉深性能好的材料。 3.硬化 拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加工硬化，使其硬度和强度增加，塑性下降。 加工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。,第四章 拉深及拉深模设计,第四

10、章 拉深及拉深模设计,第四章 拉深及拉深模设计,4.5.3 拉深工艺的辅助工序 1.润滑 在凹模圆角、平面、压边圈表面及与这些部位相接触的毛坯表面，应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油，并保持润滑部位干净. 2.热处理 在多道拉深时，为了恢复冷加工后材料的塑性，应在工序中间安排退火，以软化金属组织。拉深工序后还要安排去应力退火。一般拉深工序间常采用低温退火 。各种材料不需热处理可以拉深的次数，见表4.5.4。 3.酸洗 退火后工件表面必然有氧化皮和其他污物，在继续加工时会增加模具的磨损，因此必需要酸洗，否则使拉深不能正常进行。,第四章 拉深及拉深模设计,1.首次拉深 （1）无压边装置的首次拉深(如

11、图4.6.1，图4.6.2)。 （2）具有弹性装置压边的首次拉深模(如图4.6.3，图4.6.4)。 （3）双动压力机上使用的首次拉深模 因双动压力机有两个滑块(图 4.6.5)，在双动压力机上使用的首次拉深模(图 4.6.6)其凸模1与拉深滑块( 内滑块 ) 相连接，而上模座2 (上模座上装有压边圈3)与压边滑块(外滑块)相连。拉深时压边滑块首先带动压边圈压住毛坯，然后拉深滑块带动拉深凸模下行进行拉深。此模具因装有刚性压边装置，所以模具结构显得很简单，制造周期也短，成本也低，但压力机设备投资较高。,第四章 拉深及拉深模设计,图4.6.1无压边装置的简单拉深模（一）,6-刮料环；7-定位板；9

12、-拉簧；11-下模座,1、8、10-螺钉； 2-模柄；3-凸模；5-凹模；,第四章 拉深及拉深模设计,图4.6.2无压边装置的简单拉深模（二）1-定位板；2-下模座；3-凸模；4-凹模,第四章 拉深及拉深模设计,图4.6.3有压边装置倒装拉深模,第四章 拉深及拉深模设计,图4.6.4有压边装置顺装拉深模,第四章 拉深及拉深模设计,图 4.6.5双动压力机工作原理,第四章 拉深及拉深模设计,1-凸模；2-上模座；3-压边圈；4-凹模；5-下模座；6-顶件块 图 4.6.6 双动压力机上使用的首次拉深模,第四章 拉深及拉深模设计,2.后续各工序拉深模 （1）无压边圈的后续工序拉深模(如图4.6.7

13、)； （2）有压边圈的后续工序拉深模(如图4.6.8)； （3）落料拉深复合模 (如图4.6.9)；,第四章 拉深及拉深模设计,图 4.6.7 无压边装置的后续工序拉深模,第四章 拉深及拉深模设计,图 4.6.8有压边装置的后续各工序拉深模,第四章 拉深及拉深模设计,图4.6.9高矩形盒落料首次拉深的顺装复合模,第四章 拉深及拉深模设计,4.6.2拉深模工作零件的结构和尺寸 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，(如图4.6.10)。 1.凹模圆角半径 (1)拉深力的大小 凹模圆角半径小时材料流过凹模时产生较大的弯曲变形，结果需承受较大的弯曲变形阻