文献综述拉深工艺的发展现状及其问题的探讨

1、拉深工艺的发展现状及其问题的探讨 黄倩摘要：本论文通过查阅有关文献讨论了拉深工艺的发展现状并讨论了其发展前景。用过阅读文献总结了拉深工艺过程中通常会遇到的影响制件质量的问题，并通过对问题的分析总结了一些有效的解决问题的方法。关键字：拉深、起皱、拉裂、凸缘1、拉深工艺的发展现状 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后， 主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距， 导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。 随着工业产品质量的的不提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量

2、、复杂、大型、精密、更新速度快等特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制技术的迅速发展。冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向计算机辅助设计、计算机辅助制造技术转变。 拉深是冲压的其中一种工艺。 拉伸俗称拉延，是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件。拉深成形件种类有：圆筒形件、盒形件、曲面形件（轴对称性和非轴对称性，圆筒形件是最典型的拉深件。就目前国内现状来看，应用拉深工艺最广的领域应当是汽

3、车覆盖件的拉深。汽车?哺羌睦钣胍话懔慵睦罟障啾龋哂胁牧媳巫锤丛樱辔占淝妫?、结构尺寸大和表面质量要求高等特点。因此优化拉深工艺对汽车的生产与质量的保证有举足轻重的作用。近几年来，我国轿车市场发展十分迅猛，2002年在轿车销售超过100万辆的基础上，2003年则向200万辆人关迈进，达到了197万辆。但是由于国内轿车覆盖件模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱，为了生产这些车型，各人汽车公司不得不耗资几亿、十几亿元采购海外模具。与国外汽车公司相比，由于生产规模比较小，这就造成单车均摊的模具成木远高于国外车，这也是造成国产车整车制造成木居高不下的主要原因之一。 目前，国外人汽车公司为了降低模具开发、

4、制造成本，缩短生产周期，将除轿车外覆盖件之外的人部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司设计和制造，这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的模具制造方面拥有独到的优势。但作为整车厂，考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计和制造。 近年来，通过对拉深工艺方面的不断改造与更新，国内轿车冲压模具的设计制造能力取得了显著的进步。但是，在轿车特别是中高档轿车外覆盖件模具的开发上，我们与国际水平仍有较人差距。不过，这种差距并非不能缩小，只要我们多加强国际交流，多吸取国外同行的设计制造经验，一定能够加快轿车覆盖件模具的国

5、产化进程。2、拉深成形中的问题 在拉深时，有许多因素将影响到拉深件的质量，有的甚至影响到拉深工艺能否顺利完成。常见的拉深工艺问题包括平面凸缘部分的起皱、筒壁危险断面的拉裂、口布或凸缘边缘不整齐、筒壁表面拉伤、盒形件拉深时的侧壁凹陷，拉深件底部鼓起、拉深件存在较大的尺寸和形状的误差等。其中平面凸缘部分的起皱和筒壁危险断面的拉深是拉深的两个主要工艺问题。 a）拉深中的起皱 图一：拉深中的起皱问题 平面凸缘部分的起皱是指在拉深过程中，该部分材料沿切向产生波浪形的拱起。起皱现象轻微时，材料在流入凸、凹模间隙时能被凸、凹模挤平。起皱现象严重时（如图一所示）无法被凸、凹模间隙挤平，继续拉深时会因拉深力的急

6、剧增加导致危险断面拉裂，即使被强行拉入凸、凹模间隙，也会在拉深件筒壁留下折皱或破浪，影响拉深件的外观质量。 凸缘部分会不会起皱，主要取决于两个方面：一方面是切向压应力的大小，越大越容易起皱；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指数越小，抵抗失稳的能力越小。 b拉深中的拉裂 筒壁部分在拉深过程中起到传递拉深力的作用，可近似认为受单向拉应力的作用，当拉应力过大，筒壁材料的应力达到抗拉强度极限，筒壁将被拉裂。筒形件的破裂都发生在壁部凸模圆角上方的位置（如图三所示）。拉裂的原因如下：越靠近毛坯的外缘，多余的材料越多，即在拉深过程中需要转移的金属也越多。转

7、移的金属一部分流向径向，使筒形件壁厚增加；另一方面，由于金属变形量大，产生加工硬化也明显，所以靠近边缘处的工作厚度大，强度也高。与该处形成鲜明对比的是，在拉深件的开始处与凸、凹模间隙中的环形金属，由于需要转移的金属极少，因此该处壁厚不但没有增加反而减少（如图二所示），其强度当然也壁厚最低的，因此在此处最易发生破裂。 筒壁会不会拉裂主要取决两个方面：一方面筒壁传力区承受负荷的能力，它是由材质、筒壁直径、厚度决定的；另一方面时变形区的总阻力，它是由变形区阻力、变形区的变形抗力和摩擦力等组成的变形阻力的总和。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的危险断面产生拉裂。

8、图二：拉深件的壁厚和硬度变化 图三：筒形件的拉裂 c）盒形件拉深时的侧壁凹陷 盒形件拉深时，平坦部位如侧壁和底部，在弯曲时出现瘪下去的现象，这种现象称为凹陷。对形状精度严格要求的零件不允许这种情况出现。 凹陷一般发生在长度是厚度的50倍以上的深拉深件的侧壁部浅拉深的盒形件容易发生在底部。 盒形件拉深从变形情况来看，只有四个角承受拉深变形，侧壁部承受的是纯弯曲变形。因材料是连续的，所以个部分互相牵制，靠近四角的直边部在深度方向产生拉伸变形，周围方向产生压缩变形。四角部位的材料有向侧壁部移动的倾向，加工硬化严重的材料，四个角部分的金属对直边的影响较大。 较浅的拉深件产生凹陷的可能性较小，可取直边部

9、的圆角小于四角部位的圆角，增加板的变形阻力，使拉深阻力对整个制件都是均匀分布的。如果确认一定会出现凹陷时，可仅在直边部位设置拉深筋。这种方法的缺点是制件的侧壁出现拉深筋划痕。 d拉深件底部鼓起或塌陷 使用弹性大的薄板进行拉深时，整个底部都有稍稍鼓起的倾向。这是由于对凸模底部的毛坯没有施加足够的拉力造成的，这时毛坯不与凸模表面完全贴紧，形成全部或部分鼓起。 对于塌陷问题，一方面，在真空成形时，滑块上行，制件与凸模脱离时形成的真空使制件的底部产生变形。另一方面由于顶出器不合适而产生塌陷。在当薄板深拉深件时，凸模圆角大，便产生塌陷。凹模内的制件由顶出器在滑块回程时顶出，由于侧壁部的摩擦阻力大，如用顶

10、出器，制件底部就要有一部分承受载荷使底平面坍塌，形成塌陷。3、拉深中问题的解决方法 在拉深成形中出现的一些问题严重影响了拉深件的质量，这使得在在使用中产生很多不便之处。因此，为了解决拉深制件的质量问题，为了减少生产中的资源与材料的浪费，提高其利用率，在实际生产中需要采取很多的措施与方法。 a拉深中的起皱的解决方法 起皱是平面凸缘部分材料受切向压应力而失去稳定性的结果。拉深时是否产生起皱与拉深力的大小、材料的厚度、变形程度等因素有关。因此可以采用增加压边圈力的方法。在拉深模中一般都会压边圈的设置，压边力在拉深过程中不能过大或过小。若过大会增加坯料与凹模间的摩擦而使工件拉裂若过小会使工件发生失稳而

11、引发起皱。故拉深开始就应施加压边力，且在拉伸过程中对压边力进行随即调整和控制。对于单边压边力机最好先用气垫和液压来控制压边力。对于拉深一些中、小型的工件，还可以采用弹簧和橡胶，靠自身的弹力来控制压边力的大小。 对于双动压力机，由于有两个滑块，故在拉深一开始时，外滑块首先进行压边，而内滑块进行拉深。这时应该控制好压边间隙z（压边圈下底面和凹模上平面之间的距离）来调整压边力。若压边间隙很小时，当材料变厚后压边力就会猛增，对拉深极为不利，只是需要从新调整间隙值。一般情况下，间隙值z1（1.031.07）t较为合适（t为材料厚度）。 另一方面可以通过增加径向拉应力改善。主要措施是：加拉深筋、采用反拉深

12、的方法和增加工序。对于一些复杂曲面的工件，特别是对于凸缘较大的工件，应设有拉深筋，对防皱可以起到很好的效果。拉深筋应设在径向拉应力较小的位置。采用反拉深的方法可增加弯曲与摩擦，从而加大了径向拉应力，可防止起皱。在增加多道工序方面，对于必须深拉深成形的工件或阶梯差较大的工件，可分为两道工序来加工，或分成多道工序进行成形，以减小一道工序的拉深深度或阶梯差，另外补加整形工序，也是消除起皱的一种有效方法。 b拉深中拉裂问题的解决方法 筒壁危险断面是否拉裂主要取决于拉深力的大小和筒壁材料的强度。凡是有利于减少拉深力，提高筒壁材料的强度的措施都有利于防止拉裂的发生。要防止筒壁的拉裂，一方面，要通过改善材料

13、的力学性能，提高筒壁抗拉强度或通过多次拉深增加筒形件的直径；另一方面是通过正确制定拉深工艺和模具结构，合理确定拉深变形程度、凸、凹模圆角半径、调整压边力和合理改善润滑条件等，以降低拉深阻力从而降低筒壁传力区中的拉深力来防止拉裂。 c）盒形件拉深时的侧壁凹陷问题的解决方法 在一次拉深的变形过程接近于拉深极限的情况下，或对零件外形、形状、尺寸精度要求很严格的情况下，当材料到出现凹陷时，一定要按两道工序来设计。 第一道工序的粗拉深在不产生皱纹、断裂、擦伤的情况下加工出接近图纸的形状。因此凸、凹模圆角半径在拉深范围内要保证全周均匀，尽可能小些。因为在下道工序还要整形，所以这道工序的凸模在长度和宽度上可

14、稍小些。由于拉深时没有拉深筋，拉深深度比图纸要浅些，因此必然要产生凹陷。 材料在第二道工序不应流动，因此在直边部或全周设拉深筋，采取与图纸尺寸一样的凸模，并且要比前道工序多拉深2-5.这样直边部上、下、左、右都被拉深了，所产生的凹陷也就可以消除了。采取这样两道工序的方法来消除凹陷，一定要把压紧余量估计在内。 d拉深件底部鼓起或塌陷的解决方法 在研究压料面形状、冲压方向、凸模形状、凹模形状的同时，为了增加拉力，可通过加强拉深筋的作用来提高压料力。如果凸模形状使毛坯在加工的初始阶段产生挠度，可以从改变冲压方向或从改变凸模形状方面来研究解决方法。对于底部塌陷的工件的制造时可以在制件上补加将强筋来提高

15、其刚性。在冲模设计时设置拉深筋、采用分段拉深法等。或者为了增加拉力，在改善毛坯形状、增大气垫压力、改变润滑油等方面进行综合的考虑。4、总结 论文通过查阅相关的文献与书籍报刊， 分析了在实际拉深工艺中影响制件质量如起皱、拉裂、底部鼓起与坍塌、盒形件侧壁的凹陷等的一系列实际的问题，并通过分析找到了解决这些问题的?恍椒氪胧?同时，在分析问题的同时学习到了解决问题的实际方案。与此同时，认识到了平时很少接触的盒形件的拉深问题及其解决方法。相信这对以后的学习有很大的帮助。参考文献： 1邓明.冲压工艺及磨具设计.北京：化学工业出版社.2009. 2杨柏强周杰.v形压料面在汽车覆盖件拉深中的应用.中国机械工程19卷第22期.2008. 3程迎潮刘是范国辉.国内外轿车覆盖件冲压模具设计概况.北京：国防工业出版社.2005. 4郭春生汤宝骏孙继明.汽车大型覆盖件模具.北京：国防工业出版社.1993. 5任伟健.拉深工艺与模具设计.北京：世代传播影响出版社.2007.6陈炎嗣郭景仪.冲压模具设计与制造技术.北京：北京出版社，1991.7杨玉英.大型薄板成型技术.北京：国防工业出版社.1996.8肖景容姜奎华.冲压工艺学.北京：机械工业出版社.2005.9吕琳.模具