第4章 拉深工艺与拉深模具y

1、1 第四章 拉深工艺与拉深模具 拉深是拉深是基本基本冲压成形工序之一冲压成形工序之一 第一节第一节 拉深工艺及拉深件的工艺性拉深工艺及拉深件的工艺性 第二节第二节 拉深工艺设计及计算拉深工艺设计及计算 第三节拉深模的典型结构第三节拉深模的典型结构 第四节第四节 拉深模设计拉深模设计 第五节拉深模设计举例第五节拉深模设计举例 第六节第六节 覆盖件拉深覆盖件拉深 2 拉深拉深：又称拉延，是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板又称拉延，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各种坯料或空心工序件制成各种开口空心零件开口空心零件的加工方法。的加工方法。 拉深拉深 不变薄拉深不变

2、薄拉深 变薄拉深变薄拉深 拉深工艺拉深工艺特点特点：拉深时金属有较大的流动。拉深时金属有较大的流动。 拉深模拉深模特点特点： 与冲裁模比较，凹凸模无锋利的刃口，有较大的与冲裁模比较，凹凸模无锋利的刃口，有较大的 圆角半径，较大的间隙。圆角半径，较大的间隙。 拉深模拉深模： 拉深所使用的模具。拉深所使用的模具。 第一节第一节 拉深工艺及拉深件的工艺性拉深工艺及拉深件的工艺性 3 拉深件类型：拉深件类型： 直壁旋转件直壁旋转件圆筒形零件圆筒形零件 非直壁旋转件非直壁旋转件 各种曲面形零件各种曲面形零件 直壁非旋转件直壁非旋转件盒形零件盒形零件 非旋转件曲面形状零件非旋转件曲面形状零件不规则形状的零

3、件不规则形状的零件 变形力学特点不同变形力学特点不同 变形区的位置，变形特点，受力情况，成形机理。变形区的位置，变形特点，受力情况，成形机理。 4 4.1.24.1.2拉深件的工艺性拉深件的工艺性 拉深件的工艺性是指拉深件对拉深工艺的适应性，拉深件的工艺性是指拉深件对拉深工艺的适应性， 具有良好工艺性的拉深件，能简化拉深模的结构，具有良好工艺性的拉深件，能简化拉深模的结构， 减少拉深的次数，提高生产效率。减少拉深的次数，提高生产效率。 1.拉深件的拉深件的形状与尺寸形状与尺寸 （1）拉深件的结构形状应简单、对称，尽量避免）拉深件的结构形状应简单、对称，尽量避免 急剧的外形变化；急剧的外形变化；

4、 （2）标注尺寸时，应根据使用要求只标注外形尺）标注尺寸时，应根据使用要求只标注外形尺 寸或只标注内形尺寸；寸或只标注内形尺寸； （3）拉深件的底部或凸缘上有孔时，孔边到侧壁拉深件的底部或凸缘上有孔时，孔边到侧壁 的距离应满足的距离应满足)5 . 0(5 . 0atrtr pd 5 4.1.24.1.2拉深件的工艺性拉深件的工艺性 （4）多次拉深件多次拉深件的筒壁和凸缘的内、外表面应允许的筒壁和凸缘的内、外表面应允许 出现压痕；出现压痕； （5）非对称的空心件非对称的空心件应进行组合，成对进行拉深，应进行组合，成对进行拉深， 然后将其切成两个或多个零件。然后将其切成两个或多个零件。 2.拉深件

5、的拉深件的高度高度 拉深件的高度对拉深成形的次数和成形质量有重拉深件的高度对拉深成形的次数和成形质量有重 要的影响，常见零件一次成形的拉深高度为：要的影响，常见零件一次成形的拉深高度为： 无凸缘无凸缘筒形件筒形件 带凸缘带凸缘筒形件筒形件 当时当时 （d为拉深件壁厚中径，为拉深件壁厚中径， dt为拉深件凸缘直径）为拉深件凸缘直径） h dh)6 . 05 . 0( dh)6 . 04 . 0(5 . 1/ddt 6 3.拉深件的拉深件的圆角半径圆角半径 拉深件凸缘与筒壁间的圆角半径应取，通常取拉深件凸缘与筒壁间的圆角半径应取，通常取 ，时，需增加整形工序，时，需增加整形工序 拉深件底面与筒壁间

6、的圆角半径应取，通常取拉深件底面与筒壁间的圆角半径应取，通常取 ，时，需增加整形工序，时，需增加整形工序 4.拉深件的拉深件的尺寸精度尺寸精度 一般不高于一般不高于IT11级，由于材料的各向异性，拉深件的级，由于材料的各向异性，拉深件的 口部和凸缘外缘一般是不整齐的，拉深结束后需要增口部和凸缘外缘一般是不整齐的，拉深结束后需要增 加加切边切边工序。工序。 5.拉深件的拉深件的材料选用材料选用 材料应该具有良好的塑性，较小的屈强比和较大的厚材料应该具有良好的塑性，较小的屈强比和较大的厚 向异性系数。向异性系数。 tr d 2 tr d )84(tr d 2 trp2 trp)53(trp 7 圆

7、筒形件是最典型的拉深件。圆筒形件是最典型的拉深件。 一、拉深变形过程一、拉深变形过程 拉深变形过程拉深变形过程 1变形现象变形现象 平板圆形坯料的凸缘平板圆形坯料的凸缘弯曲绕过凹模圆角，弯曲绕过凹模圆角， 然后拉直然后拉直形成竖直筒壁。形成竖直筒壁。 变形区变形区凸缘；凸缘； 已变形区已变形区筒壁；筒壁； 不变形区不变形区底部。底部。 底部和筒壁为传力区。底部和筒壁为传力区。 第二节第二节 拉深工艺设计及计算拉深工艺设计及计算 8 2金属的流动过程金属的流动过程 工艺网格实验工艺网格实验 材料转移：高度、厚度发生变化。材料转移：高度、厚度发生变化。 3拉深变形过程拉深变形过程 外力外力凸缘产生

8、内应力：径向拉应力凸缘产生内应力：径向拉应力1 1；切向压应力；切向压应力3 3 凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁 直径为高度为的圆筒形件（直径为高度为的圆筒形件（H（D-d）/2） 9 二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态 10 二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态 11 1.1.凸缘部分凸缘部分 2.2.凹模圆角部分凹模圆角部分 主要变形区主要变形区 径向拉应力、切向压应力、厚度方向由于压料圈的作用，产生径向拉应力、切向压应力、厚度方向由于压料圈的作用，产生 压应力。压应力。 切向压缩、径向伸长、厚度方向伸长切向压缩、径向伸长、厚度方向伸

9、长 起皱起皱 凸缘和筒壁的过渡区凸缘和筒壁的过渡区 切向压应力、径向拉应力、厚度方向压应力。切向压应力、径向拉应力、厚度方向压应力。 切向压缩、径向伸长，厚度方向压缩。切向压缩、径向伸长，厚度方向压缩。 二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态 12 3.3.筒壁部分筒壁部分 4.4.凸模圆角部分凸模圆角部分 传力区传力区已变形区已变形区 单向拉应力作用单向拉应力作用 少量的纵向伸长和厚度变薄。少量的纵向伸长和厚度变薄。 筒壁和筒底的过渡区筒壁和筒底的过渡区材料变薄严重区材料变薄严重区 与筒壁相切的部位。与筒壁相切的部位。拉深的拉深的“危险断面危险断面”： 切向拉应力、径向拉应力、厚度方向压应力。

10、切向拉应力、径向拉应力、厚度方向压应力。 切向伸长、径向伸长，厚度方向压缩。切向伸长、径向伸长，厚度方向压缩。 13 5.5.筒底部分筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的坯料各区的应力与应变是很不均匀的 拉深成形后制件壁厚和硬度分布拉深成形后制件壁厚和硬度分布 不变形区不变形区 径向和切向双向拉应力作用径向和切向双向拉应力作用 变形为径向和切向伸长、厚度变薄，但变形量很小。变形为径向和切向伸长、厚度变薄，但变形量很小。 在凸缘变形区，越靠近外缘，变形程度越大，板料增厚也越多。在凸缘变形区，越靠近外缘，变形程度越大，板料增厚也越多。 14 三、拉深件的起皱与拉裂 拉深过程中的拉深过程中的质

11、量问题质量问题： 主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。 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。由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。 15 1.1.凸缘变形区的起皱凸缘变形区的起皱 主要决定于主要决定于： 一方面是切向压应力的大小，越大越容易失稳起皱；一方面是切向压应力的大小，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。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

12、和凸缘宽度越大，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。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： 凸缘边缘区域凸缘边缘区域 防止防止起皱：起皱： 压边，减小拉深程度、加大毛坯厚度压边，减小拉深程度、加大毛坯厚度 16 2.2.筒壁的拉裂筒壁的拉裂 主要取决于主要取决于： 一方面是筒壁传力区中的拉应力；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。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底部圆角与筒壁相切处“危险断面危险断

13、面”产生破裂。产生破裂。 防止防止拉裂：拉裂： 一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度； 采用硬化指数大、屈强比小的材料。采用硬化指数大、屈强比小的材料。 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。拉应力。 采用适当增大拉深凸、凹模圆角半径，增加拉深次采用适当增大拉深凸、凹模圆角半径，增加拉深次 数、改善润滑等措施。数、改善润滑等措施。 17 第二节第二节 筒形件拉深的工艺计算筒形件拉深的工艺计算 体积不变原则体积不变原则: : 一、旋转体拉深件毛坯尺寸的计算 若

14、拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉 深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。 相似原则相似原则: :拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。即当拉拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。即当拉 深件的截面轮廓是圆形、方形或矩形时，相应坯深件的截面轮廓是圆形、方形或矩形时，相应坯 料的形状应分别为圆形、近似方形或近似矩形。料的形状应分别为圆形、近似方形或近似矩形。 形状复杂的拉深件：形状复杂的拉深件： 需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。 但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。

15、但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。 （一）确定毛坯形状与尺寸的依据（一）确定毛坯形状与尺寸的依据 18 切边工序：切边工序： 拉深件的模具设计顺序：拉深件的模具设计顺序： 先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。 拉深件口部不整齐，需留切边余量。拉深件口部不整齐，需留切边余量。 切边余量可参考切边余量可参考P119P119表表4.14.1和表和表4.24.2。 19 1 1将拉深件划分为若干个简单的几何体；将拉深件划分为若干个简单的几何体； 2 2分别求出各简单几何体的表面积；分别求出各简单几何体的表面积； 3 3把各简单几何体面积相加即为零

16、件总面积；把各简单几何体面积相加即为零件总面积； 4 4根据表面积相等原则，求出坯料直径。根据表面积相等原则，求出坯料直径。 ( (二二) )简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定 在计算中，零件尺寸均按在计算中，零件尺寸均按厚度中线厚度中线计算；计算； 但当板料厚度小于但当板料厚度小于1 1时，也可以按外时，也可以按外 形或内形尺寸计算。形或内形尺寸计算。 20 按图得：按图得： 故故 i AAAAD 321 2 4 i AD 4 2 3 2 2 1 )2( 4 8)2(2 4 )( rdA rrdrA rHdA 22 22 56. 072. 14 8)2(2)(4)2

17、( rdrdHd rrdrrHdrdD 整理后可得坯料直径为整理后可得坯料直径为: : 无凸缘筒形件的毛坯直径计算无凸缘筒形件的毛坯直径计算 21 按图得：按图得： 故故 i aaaaaaD 54321 2 4 i aD 4 4 4 2 4 2 )( 4 2 1 5 2124 23 1312 2 3 2 41 d a rdra hda rdra dda 22 2 4 2 3 2 4 2 212 2 1 44. 34 4)(24 rdHdd ddrddrhddD 整理后可得坯料直径为整理后可得坯料直径为: : 带凸缘筒形件的毛坯直径计算带凸缘筒形件的毛坯直径计算 22 久里金法则久里金法则求其表

18、面积：求其表面积： 任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于 该母线的长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。该母线的长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。 如右图所示，旋转体表面积为如右图所示，旋转体表面积为 （三）复杂形状的旋转体拉深件（三）复杂形状的旋转体拉深件 LRA x 2 LRD LR D x x 8 2 4 2 因拉深前后面积相等，故坯料直径因拉深前后面积相等，故坯料直径D D： 23 拉深系数拉深系数m是以拉深后的直径是以拉深后的直径d与拉深前的坯料与拉深前的坯料D（工序件（工序件dn） 直径之比表示直径之比表示。

19、二、拉深系数 （一）拉深系数（一）拉深系数m的概念的概念 第一次拉深系数：第一次拉深系数： 第二次拉深系数：第二次拉深系数： 第第n n次拉深系数：次拉深系数： D d m 1 1 1 2 2 d d m 1 n n n d d m 24 拉深系数拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率变化率。 m愈小，说明拉深变形程度愈大，相反，变形程度愈小。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，即拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即 如果如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。取得过小，会使拉

20、深件起皱、断裂或严重变薄超差。 nn n n n nn mmmmm d d d d d d d d D d D d m 1321 12 1 2 3 1 21 从工艺的角度来看，从工艺的角度来看，mmin越小越有利于减少工序数。越小越有利于减少工序数。 因此拉深系数减小有一个客观的界限因此拉深系数减小有一个客观的界限 极限拉深系数极限拉深系数 mmin 25 1 1. . 材料的力学性能材料的力学性能 （二）影响极限拉深系数的因素（二）影响极限拉深系数的因素 2. 2. 板料的相对厚度板料的相对厚度 Dt/ Dt/mmin 屈强比屈强比 s/ b越小越小减小拉深系数减小拉深系数 越大越大减小拉深

21、系数减小拉深系数 材料板厚方向系数材料板厚方向系数r越大越大减小拉深系数减小拉深系数 26 1 1）模具的几何参数）模具的几何参数 r r凸 凸太小， 太小，增大了板料绕凸模弯曲的拉应力，降低了危增大了板料绕凸模弯曲的拉应力，降低了危 险断面的抗拉强度，降低极限变形程度；险断面的抗拉强度，降低极限变形程度； r r凹 凹过小， 过小，拉深过程中由于绕凹模圆角弯曲和校直，增拉深过程中由于绕凹模圆角弯曲和校直，增 大了筒壁的拉应力，减小了极限拉深系数。大了筒壁的拉应力，减小了极限拉深系数。 3. 3. 拉深工作条件拉深工作条件 凸、凹模间隙太小，凸、凹模间隙太小，板料受到太大的挤压作用和摩擦板料受

22、到太大的挤压作用和摩擦 阻力，增大拉深力；阻力，增大拉深力；太大太大会影响拉深件的精度，拉深会影响拉深件的精度，拉深 件锥度和回弹较大。件锥度和回弹较大。 圆角半径过大圆角半径过大会减小板料与凸模和凹模端面的接触面会减小板料与凸模和凹模端面的接触面 积及压料圈的压料面积，板料悬空面积增大，容易产积及压料圈的压料面积，板料悬空面积增大，容易产 生失稳起皱；生失稳起皱； 27 2 2）摩擦润滑）摩擦润滑 3 3）压料圈的压料力）压料圈的压料力 4 4. . 拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等 凹模和压料圈与板料接触的表面润滑条件好，可凹模和压料

23、圈与板料接触的表面润滑条件好，可 以减少摩擦阻力和筒壁传力区的拉应力。以减少摩擦阻力和筒壁传力区的拉应力。 凸模表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减小由于凸模表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减小由于 凸模与材料的相对滑动而使危险断面变薄破裂的危险。凸模与材料的相对滑动而使危险断面变薄破裂的危险。 压料力增大了筒壁传力区的拉应力，压料力太大，压料力增大了筒壁传力区的拉应力，压料力太大， 可能导致拉裂。可能导致拉裂。 必须正确调整压料力，即应在保证不起皱的前堤必须正确调整压料力，即应在保证不起皱的前堤 下，尽量减少压料力，提高工艺的稳定性。下，尽量减少压料力，提高工艺的稳定性。 28 p123p123表

24、表4.34.3和表和表4.44.4是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极 限拉深系数。限拉深系数。 （三）极限拉深系数的确定（三）极限拉深系数的确定 由于影响极限拉深系数的因素很多，目前仍难由于影响极限拉深系数的因素很多，目前仍难 采用理论计算方法准确确定极限拉深系数。在实际采用理论计算方法准确确定极限拉深系数。在实际 生产中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件生产中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件 下用下用实验方法实验方法得出的。得出的。 在实际生产中，并不是在所有情况下都采用极限拉在实际生产中，并不是在所有情况下都采用极限拉 深系数。为了提高工艺稳定性

25、和零件质量，适宜采深系数。为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采 用稍用稍大于大于极限拉深系数极限拉深系数mmin的值。的值。 29 拉深次数的确定方法拉深次数的确定方法 三、拉深次数的确定 当当m总 总 mmin时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。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：其拉深次数的确定有以下几种方法： （1 1）计算法）计算法 Dmd 11 n m Dmgd n n lg )(1lg 1 1 )( 112 Dmmdmd nn )( 1 2 23 Dmmdmd n n )( 1 )1( 1 Dmmdmd n nnn n )lg(lg) 1(

26、lg 1D mmnd nn 假设材料首次拉深系数为假设材料首次拉深系数为m1，以后各次拉深系数为，以后各次拉深系数为mn。 30 1 1）由）由表表4.34.3或或表表4.44.4中查得各次的极限拉深系数；中查得各次的极限拉深系数； 2 2）依次计算出各次拉深直径，即）依次计算出各次拉深直径，即 d1=m1D； d2=m2d1； ； dn=mndn-1 3 3）当）当d dn nd d时，计算的次数即为拉深次数。时，计算的次数即为拉深次数。 （）推算法（）推算法 （3 3）查表法）查表法 表表4.54.5 根据毛坯相对厚度根据毛坯相对厚度t/D与零件的相对高度与零件的相对高度h/d查查 取拉深

27、次数。取拉深次数。 31 1 1. . 各次半成品的各次半成品的直径确定直径确定 确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数，确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数， 适当放大适当放大，并加以，并加以调整调整，其原则是：，其原则是： D d mmm n 21 ) )使使 四、筒形件各次拉深件的半成品尺寸计算 ) )保证保证 最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径： d1=m1D d2=m21 d =mn n- n mmm 21 32 根据拉深后工序件表面积与坯料根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等表面积相等的原的原 则，可得到则，可

28、得到 rd d r d d D h32. 043. 025. 0 2 2 2. . 各次半成品的高度计算各次半成品的高度计算 无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程 22 56. 072. 14rdrdhdD nn n n n n n rd d r d d D h rd d r d d D h rd d r d d D h 32. 043. 025. 0 . 32. 043. 025. 0 32. 043. 025. 0 2 22 2 2 2 2 2 2 11 1 1 1 1 2 1 33 例例 求图所示筒形件的求图所示筒形件的毛坯直径、拉深次数及半成品尺寸毛坯直径、拉深

29、次数及半成品尺寸。材料为。材料为 0808钢，料厚钢，料厚1 1。 解：因解：因1 1，故按板厚中径尺寸计算。，故按板厚中径尺寸计算。 4 . 3 20 5 .67 d h mmh6 mm rdrhhddD 78 456. 042072. 1)65 .67(20420 56. 072. 1)(4 22 22 （）确定修边余量（）确定修边余量 h h （2 2）计算毛坯直径）计算毛坯直径D D 由由表表4.14.1查得：查得： 34 （3 3）确定拉深次数）确定拉深次数 先判断能否一次拉出先判断能否一次拉出 计算总拉深系数计算总拉深系数256. 0 78 20 D d m 总 查查表表4.3取：

30、取：m1=0.50 m2=0.75 由于由于m总 总 m1,，所以一次拉不出。 ，所以一次拉不出。 计算法：计算法：65. 3 75. 0lg )7855. 0(120lg 1 g n 取取n=4 查表法：查表法：由由表表4.5查得查得 n=4 推算法：推算法：由由表表4.4查得查得m1=0.5 m2=0.75 m3=0.78 m4=0.8 m5=0.82 mmmmd397850. 0 1 mmmmd3 .293975. 0 2 mmmmd8 .223 .2978. 0 3 mmmmd3 .188 .2280. 0 4 由于由于d4d,，所以，所以4次次可以拉出。可以拉出。 0128. 078

31、/1/Dt 35 （4 4）确定确定各次拉深各次拉深半成品半成品尺寸尺寸 经调整后的各次拉深系数为：经调整后的各次拉深系数为： m1=0.53，m2=0.76，m3=0.79，m4=0.82 各次半成品直径为各次半成品直径为 mmmmd417853. 0 1 mmmmd314176. 0 2 mmmmd5 .243179. 0 3 mmmmd205 .2482. 0 4 各次半成品底部圆角半径取：各次半成品底部圆角半径取： 1 15 5，2 24.54.5，3 34 44 43.53.5 各次半成品高度为各次半成品高度为 mmh3 .295 . 532. 041 41 5 . 5 43. 04

32、1 41 78 25. 0 2 1 mmh6 .43 2 mmh58 3 mmh5 .73 4 36 （5 5）工序件草图）工序件草图 37 一、拉深力计算 第四节第四节 拉深力与压边力的计算拉深力与压边力的计算 采用压料圈拉深时采用压料圈拉深时 首次拉深用首次拉深用K K1 1，以后各次拉深用，以后各次拉深用K K2 2 b dtKF K值值查查p127表表4.8 二、压边力计算 为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是在模为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是在模 具结构上采用压料装置。常用的压料装置有刚性压料装置和弹性压具结构上采用压料装置。常用的压料装置有刚性

33、压料装置和弹性压 料装置两种。料装置两种。 是否采用压料装置主要看拉深过程中是否可能发生起皱，在实是否采用压料装置主要看拉深过程中是否可能发生起皱，在实 际生产中可按际生产中可按表表4.64.6来判断拉深过程中是否起皱和采用压料装置。来判断拉深过程中是否起皱和采用压料装置。 38 压料装置产生的压料力压料装置产生的压料力Q大小应大小应适当适当： 在保证变形区在保证变形区不起皱不起皱的前提下，尽量选用的前提下，尽量选用小小的压料力。的压料力。 理想的压料力是随起皱可能性变化而变化。理想的压料力是随起皱可能性变化而变化。 任何形状的拉深件：任何形状的拉深件：QAp 圆筒形件首次拉深圆筒形件首次拉深

34、 圆筒形件以后各次拉深圆筒形件以后各次拉深 pRdDF Q 2 1 2 )2( 4 凹 pRddF n n Q 2 1 2 )2( 4 凹 （2 2、3 3、）、） 39 单动压力机，其公称压力应大于单动压力机，其公称压力应大于工艺工艺 总压力总压力FzFz。 工艺总压力为工艺总压力为 注意：当拉深行程较大，尤其落料拉深注意：当拉深行程较大，尤其落料拉深 复合时，应使工艺力曲线位于压力机滑复合时，应使工艺力曲线位于压力机滑 块的块的许用压力曲线许用压力曲线之下。之下。 浅拉深浅拉深 Qz FFF 深拉深深拉深 在实际生产中，可以按下式来确定压力机的公称压力在实际生产中，可以按下式来确定压力机的

35、公称压力F F压 压： ： z FF)8 . 16 . 1 ( 压 z FF)0 . 28 . 1 ( 压 三、拉深时压力机吨位选择 40 第五节第五节 拉深模工作部分结构参数的确定拉深模工作部分结构参数的确定 p141p141 1.1.凹模圆角半径凹模圆角半径R R凹 凹的确定 的确定 首次拉深凹模圆角半径可按下式计算：首次拉深凹模圆角半径可按下式计算： 一、拉深凹模和凸模的圆角半径 tdDR)(8 . 0 1 凹 以后各次拉深凹模圆角半径应以后各次拉深凹模圆角半径应逐渐减小逐渐减小，一般按下式确定：，一般按下式确定： 1 )8 . 06 . 0( nn RR 凹凹 以上计算所得凹模圆角半径

36、一般应符合以上计算所得凹模圆角半径一般应符合R R凹 凹 2 2的要求。的要求。 大的大的R R凹 凹能降低极限拉深系数，还可以提高拉深件的质量， 能降低极限拉深系数，还可以提高拉深件的质量， 但会削弱压边圈的作用，可能引起起皱。但会削弱压边圈的作用，可能引起起皱。 41 2.2.凸模圆角半径的确定凸模圆角半径的确定 首次拉深可取：首次拉深可取： 最后一次最后一次R R凸 凸等于零件圆角半径，但零件圆角半径如果小 等于零件圆角半径，但零件圆角半径如果小 于拉深工艺性要求时，则凸模圆角半径应按工艺性的要求确定于拉深工艺性要求时，则凸模圆角半径应按工艺性的要求确定 （即（即R R凸 凸 ），然后通

37、过），然后通过整形整形工序得到零件要求的圆角半径。工序得到零件要求的圆角半径。 11 )0.17.0( 凹凸 RR 过小的过小的R R凸 凸会降低筒壁传力区危险断面的有效抗拉强度，但 会降低筒壁传力区危险断面的有效抗拉强度，但 过大会使在拉深初始阶段不与模具表面接触的毛坯宽度加大，过大会使在拉深初始阶段不与模具表面接触的毛坯宽度加大， 使之容易起皱。使之容易起皱。 中间各次拉深可取：中间各次拉深可取： 2/)2( 1n1 tRRR n ? 最后一次拉深凸模圆角半径应与工件的圆角半径相等。最后一次拉深凸模圆角半径应与工件的圆角半径相等。 但对于厚度但对于厚度6mm6mm6mm的材料，其数值不得小

38、于（的材料，其数值不得小于（1.5-21.5-2）t t； 42 拉深模的凸、凹模之间间隙对拉深力、零件质量、拉深模的凸、凹模之间间隙对拉深力、零件质量、 模具寿命等都有影响。模具寿命等都有影响。. . 间隙小，拉深力大、模具磨损大，过小的间隙会间隙小，拉深力大、模具磨损大，过小的间隙会 使零件严重变薄甚至拉裂；但间隙小，冲件回弹小，使零件严重变薄甚至拉裂；但间隙小，冲件回弹小， 精度高。精度高。 间隙过大，坯料容易起皱，冲件锥度大，精度差。间隙过大，坯料容易起皱，冲件锥度大，精度差。 生产中应根据板料厚度及公差、拉深过程板料的生产中应根据板料厚度及公差、拉深过程板料的 增厚情况、拉深次数、零

39、件的形状及精度要求等，正增厚情况、拉深次数、零件的形状及精度要求等，正 确确定拉深模间隙。确确定拉深模间隙。 二、拉深模间隙Z 凸凹 D DZ 43 1.1.无压料圈的拉深模无压料圈的拉深模 max ) 1 . 11 (2/tZ 2.2.有压料圈的拉深模有压料圈的拉深模 3.3.精度要求较高的拉深件精度要求较高的拉深件 tZ)95. 09 . 0(2/ 间隙值按间隙值按表表4.134.13选取选取 44 对于最后一道工序的拉深模对于最后一道工序的拉深模 三、凸、凹模工作部分尺寸及公差 凹 凹 0 max )75. 0( DD 0 max )75. 0( 凸 凸 ZDD 当零件尺寸标注在外形时当

40、零件尺寸标注在外形时 以以凹模凹模为基准，工作部分尺寸为：为基准，工作部分尺寸为： 45 当零件尺寸标注在内形时，当零件尺寸标注在内形时， 对于多次拉深，中间各工序的凸、对于多次拉深，中间各工序的凸、 凹模尺寸可按下式计算：凹模尺寸可按下式计算： 0 min )4 . 0( 凸 凸 dd 凹 凹 0 min )4 . 0( Zdd 凹 凹 0 DD 0 )( 凸 凸 ZDD 以以凸模凸模为基准，工作部分尺寸为：为基准，工作部分尺寸为： 46 1.1.不用压边圈的拉深模凸和凹模不用压边圈的拉深模凸和凹模 四、拉深凸、凹模的结构 a a）圆弧形）圆弧形 b)b)锥形锥形 c c）渐开线形）渐开线形

41、 d d）等切面形）等切面形 锥形凹模和等切面曲线形状凹模对抗失稳起皱有利。锥形凹模和等切面曲线形状凹模对抗失稳起皱有利。 无压料一次拉深成形的凹模结构无压料一次拉深成形的凹模结构 47 无压料多次拉深的凸、凹模结构无压料多次拉深的凸、凹模结构 48 2.2.有压料的拉深模凸、凹模结构有压料的拉深模凸、凹模结构 49 最后拉深工序凸模底部的设计最后拉深工序凸模底部的设计 50 第六节第六节 拉深模的典型结构拉深模的典型结构 拉深模结构相对较简单。拉深模结构相对较简单。 根据拉深模使用的压力机类型不同，拉深模可分为根据拉深模使用的压力机类型不同，拉深模可分为单动单动 压力机用拉深模压力机用拉深模

42、和和双动压力机用拉深模双动压力机用拉深模； 根据拉深顺序可分为根据拉深顺序可分为首次拉深模首次拉深模和和以后各次拉深模以后各次拉深模； 根据工序组合可分为根据工序组合可分为单工序拉深模单工序拉深模、复合工序拉深模复合工序拉深模和和 连续工序拉深模连续工序拉深模； 根据压料情况可分为根据压料情况可分为有压边装置有压边装置和和无压边装置无压边装置拉深模。拉深模。 51 1. 无压边装置的简单拉深模无压边装置的简单拉深模 一、首次拉深模 2. 有压边装置的拉深模有压边装置的拉深模 (1)(1)正装拉深模正装拉深模 (2)(2)倒装拉深模倒装拉深模 压边装置压边装置 弹性压边装置弹性压边装置 橡皮压边

43、装置橡皮压边装置 弹簧压边装置弹簧压边装置 气垫式压边装置气垫式压边装置 带限位装置的压边圈带限位装置的压边圈 刚性压边装置刚性压边装置 带刚性压边装置的拉深模带刚性压边装置的拉深模 52 1.1.无压边装置的以后各次拉深模无压边装置的以后各次拉深模 2.2.有压边装置的以后各次拉深模有压边装置的以后各次拉深模 二、以后各次拉深模 3.3.反拉深摸反拉深摸 无压边装置反拉深摸无压边装置反拉深摸 压边圈在上模的反拉深摸压边圈在上模的反拉深摸 压边圈在下模的反拉深摸压边圈在下模的反拉深摸 53 1. 正装落料拉深复合模正装落料拉深复合模 2. 落料、正、反拉深模落料、正、反拉深模 三、落料拉深复合

44、摸 3. 再次拉深、冲孔、切边复合模再次拉深、冲孔、切边复合模 切边的工作原理切边的工作原理 54 思考题思考题 1.1.为什么有些拉深件要用二次、三次或多次拉深成形？为什么有些拉深件要用二次、三次或多次拉深成形？ 2.2.圆筒形件直径为圆筒形件直径为d d，高为，高为h h，若忽略底部圆角半径，若忽略底部圆角半径r r不计，不计， 设拉深中材料厚度不变，当极限拉深系数设拉深中材料厚度不变，当极限拉深系数m=0.5m=0.5时，求容时，求容 许的零件最大相对高度许的零件最大相对高度h/dh/d为多少？为多少？ 3.3.拉深工序中的起皱、拉裂是如何产生的，如何防止它？拉深工序中的起皱、拉裂是如何

45、产生的，如何防止它？ 4.4.拉深件坯料尺寸的计算遵循什么原则？拉深件坯料尺寸的计算遵循什么原则？ 5.5.如图所示为手推车轴碗，材料如图所示为手推车轴碗，材料1010钢，料厚钢，料厚3mm3mm，试计算，试计算 拉深模工作部分尺寸。拉深模工作部分尺寸。 第七节第七节 其它形状零件的拉深特点其它形状零件的拉深特点 一、带凸缘筒形件的拉深 变形特点：变形特点： 本节在掌握圆筒形件拉深成形的基础之上，分析其它形状本节在掌握圆筒形件拉深成形的基础之上，分析其它形状 零件的拉深，从中掌握方法。零件的拉深，从中掌握方法。 该类零件的拉深过程，其变形区的应力状态和变形该类零件的拉深过程，其变形区的应力状态

46、和变形 特点与无凸缘圆筒形件是相同的。但坯料凸缘部分不是特点与无凸缘圆筒形件是相同的。但坯料凸缘部分不是 全部进入凹模口部，当拉深进行到凸缘外径等于零件凸全部进入凹模口部，当拉深进行到凸缘外径等于零件凸 缘直径（包括切边量）时，拉深工作就停止。因此，拉缘直径（包括切边量）时，拉深工作就停止。因此，拉 深成形过程和工艺计算与无凸缘圆筒形件的差别主要在深成形过程和工艺计算与无凸缘圆筒形件的差别主要在 首次拉深。首次拉深。 1.1.带凸缘筒形件的拉深变形程度及拉深次数带凸缘筒形件的拉深变形程度及拉深次数 有凸缘圆筒形件的拉深系数取决于有关有凸缘圆筒形件的拉深系数取决于有关 尺寸的三个相对比值：尺寸的

47、三个相对比值：d dt t/ /（凸缘的相（凸缘的相 对直径）、对直径）、/ /（零件的相对高度）、（零件的相对高度）、 / /（相对圆角半径）。（相对圆角半径）。 带凸缘筒形件的拉深系数为带凸缘筒形件的拉深系数为 D d mt dRdhdD t 44.34 2 d R d h d d dRdhd D d m t t t 44. 34 1 44. 34 1 22 当当r=Rr=R时，坯料直径为时，坯料直径为 根据拉深系数或零件相对高度，判断拉深次数。根据拉深系数或零件相对高度，判断拉深次数。 其中以其中以dt/dt/影响最大、影响最大、/ /次之、次之、/ /影响最小。影响最小。 dt/dt/

48、和和/ /越大，表示拉深时毛坯变形区的宽度大，拉越大，表示拉深时毛坯变形区的宽度大，拉 深成形的难度也大，当深成形的难度也大，当dt/dt/和和/ /超过一定值时，便不能超过一定值时，便不能 一次拉深。一次拉深。 表表6 61818是一次拉深可能达到的极限相对高度。是一次拉深可能达到的极限相对高度。 2.2.带凸缘筒形件的拉深方法带凸缘筒形件的拉深方法 （）窄凸缘圆筒形件的拉深（）窄凸缘圆筒形件的拉深 窄凸缘筒形件窄凸缘筒形件：4 . 11 . 1/ddt 可以将窄凸缘圆筒形件当作无凸缘圆筒形件进行拉深，可以将窄凸缘圆筒形件当作无凸缘圆筒形件进行拉深， 在最后两道工序中将工序件拉成具有锥形的凸

49、缘，最后通过在最后两道工序中将工序件拉成具有锥形的凸缘，最后通过 整形压成平面凸缘。整形压成平面凸缘。 （2 2）宽宽凸缘圆筒形件的拉深凸缘圆筒形件的拉深 宽宽凸缘筒形件凸缘筒形件：4 . 1/ddt 一种是一种是中小型、料薄中小型、料薄的零件，采用逐步缩小筒形部分直径的零件，采用逐步缩小筒形部分直径 以增加其高度的方法。以增加其高度的方法。 用这种方法制成的零件，表面质量较差，其直壁和凸缘上用这种方法制成的零件，表面质量较差，其直壁和凸缘上 保留着圆角弯曲和局部变薄的痕迹，需要在最后增加整形工序。保留着圆角弯曲和局部变薄的痕迹，需要在最后增加整形工序。 通常有两种工艺方法通常有两种工艺方法

50、如果根据极限拉深系数或相对高如果根据极限拉深系数或相对高 度判断，拉深件不能一次拉深成度判断，拉深件不能一次拉深成 形时，则需进行多次拉深。形时，则需进行多次拉深。 3 3工艺计算流程工艺计算流程 另一种方法常用在另一种方法常用在00mm较大较大 零件零件，零件的高度在第一次拉深就基，零件的高度在第一次拉深就基 本形成。在以后各次拉深中，高度保本形成。在以后各次拉深中，高度保 持不变，逐步减少圆角半径和筒形部持不变，逐步减少圆角半径和筒形部 分直径而达到最终尺寸要求。分直径而达到最终尺寸要求。 用这种方法拉深的零件，表面质量较高，厚度均匀，不存用这种方法拉深的零件，表面质量较高，厚度均匀，不存

51、 在上述的圆角弯曲和局部变薄的痕迹。适用于坯料的相对厚度在上述的圆角弯曲和局部变薄的痕迹。适用于坯料的相对厚度 较大，采用大圆角过渡不易起皱的情况。较大，采用大圆角过渡不易起皱的情况。 阶梯形件的拉深与圆筒形件的拉深基本相同阶梯形件的拉深与圆筒形件的拉深基本相同, ,也就也就 是说每一阶梯相当于相应圆筒形件的拉深。是说每一阶梯相当于相应圆筒形件的拉深。 二、阶梯形件的拉深 1.1.判断能否一次拉深成形判断能否一次拉深成形 根据零件高度与最小直根据零件高度与最小直 径径 之比来判断。 之比来判断。 变形特点：变形特点： 决定该阶梯形件是一次拉成，还是需要多次才能拉成。决定该阶梯形件是一次拉成，还

52、是需要多次才能拉成。 主要问题主要问题: : 2.2.阶梯形件多次拉深的方法阶梯形件多次拉深的方法 （1 1）当任意两相邻阶梯直径之比（）当任意两相邻阶梯直径之比（d dn n/d/dn-1 n-1）都不小于相应的圆 ）都不小于相应的圆 筒形件的极限拉深系数筒形件的极限拉深系数 。 （2 2）若）若相邻两阶梯直径之比相邻两阶梯直径之比（d dn n/d/dn-1 n-1）小于相应圆筒形件的 ）小于相应圆筒形件的 极限拉深系数极限拉深系数 。 拉深方法：拉深方法： 由大阶梯到小阶梯依次拉出由大阶梯到小阶梯依次拉出 拉深次数阶梯数目拉深次数阶梯数目 拉深方法：拉深方法： 按凸缘件的拉深方法进行拉深

53、，先按凸缘件的拉深方法进行拉深，先 拉小直径拉小直径d dn n，再拉大直径，再拉大直径d dn-1 n-1 拉深变形特点拉深变形特点 三、曲面形状零件的拉深 球面、锥面、抛物面形状冲件拉深成形共同特点是由球面、锥面、抛物面形状冲件拉深成形共同特点是由 拉深和胀形拉深和胀形两种变形方式的复合。两种变形方式的复合。 曲面形状零件主要是指球面、锥面、抛物面形状冲件以及曲面形状零件主要是指球面、锥面、抛物面形状冲件以及 诸如汽车覆盖件一类冲件。诸如汽车覆盖件一类冲件。 其变形区、受力情况及变形特点并不是单一的，其变形区、受力情况及变形特点并不是单一的， 而是属于复合类冲压成形工序。而是属于复合类冲压

54、成形工序。 质量问题：质量问题：起皱起皱 曲面形状零件在开始拉深成形时曲面形状零件在开始拉深成形时, ,中间部分坯料几乎不与中间部分坯料几乎不与 模具表面接触，处于模具表面接触，处于“悬空悬空”状态。随着拉深过程的进行，悬状态。随着拉深过程的进行，悬 空材料逐渐减少，但仍比圆筒形件拉深时大得多。坯料处于这空材料逐渐减少，但仍比圆筒形件拉深时大得多。坯料处于这 种悬空状态，抗失稳能力较差，在切向压应力作用下很容易起种悬空状态，抗失稳能力较差，在切向压应力作用下很容易起 皱。所以起皱成为曲面零件拉深要解决的主要问题。皱。所以起皱成为曲面零件拉深要解决的主要问题。 采用压边装置、加大凸缘尺寸、带压料

55、筋的拉深模、反拉深。采用压边装置、加大凸缘尺寸、带压料筋的拉深模、反拉深。 措施：措施： 但是这些措施虽然减小了起皱的可能性，却增大了凸模顶部接但是这些措施虽然减小了起皱的可能性，却增大了凸模顶部接 触的中心部位坯料的径向拉应力，使之容易变薄而破裂。在实触的中心部位坯料的径向拉应力，使之容易变薄而破裂。在实 际生产中必须处理好两者关系，做到际生产中必须处理好两者关系，做到既不起皱又不破裂既不起皱又不破裂。 1 1球形件的拉深球形件的拉深 拉深系数为拉深系数为常数常数，不能作为工艺设计的根据，不能作为工艺设计的根据。 71. 0 2 d d D d m 实际生产中根据坯料的实际生产中根据坯料的相

56、对厚度（相对厚度（t/Dt/D）选定拉深方法。选定拉深方法。 1 1）t/D3t/D3，不用压边即可拉成。不过应注意的是：尽管坯，不用压边即可拉成。不过应注意的是：尽管坯 料的相对厚度大，仍然易起小皱，因此必须采用带校正作料的相对厚度大，仍然易起小皱，因此必须采用带校正作 用的凹模，以便对冲件起校正作用。拉深这种冲件最好采用的凹模，以便对冲件起校正作用。拉深这种冲件最好采 用摩擦压力机。用摩擦压力机。 2 2）t/D=0.5t/D=0.53 3时时 ，需采用带压边圈的拉深模。，需采用带压边圈的拉深模。 3 3）t/D0.5t/D0.5时，则采用具有拉深筋的凹模或反拉深。时，则采用具有拉深筋的凹

57、模或反拉深。 2 2抛物面零件的拉深抛物面零件的拉深 与半球面件差不多，因此拉深方法与半球面与半球面件差不多，因此拉深方法与半球面 冲件相似。冲件相似。 浅抛物面零件（浅抛物面零件（h/d0.5h/d0.5h/d0.50.60.6） 是采用正拉深或反拉深的方法，在逐渐地增加深度的同时减是采用正拉深或反拉深的方法，在逐渐地增加深度的同时减 小顶部的圆角半径。为了保证冲件的尺寸精度和表面质量，小顶部的圆角半径。为了保证冲件的尺寸精度和表面质量， 在最后一道工序里应保证一定的胀形成分。应使最后一道工在最后一道工序里应保证一定的胀形成分。应使最后一道工 序所用的中间毛坯的表面积稍小于成品冲件的表面积。

58、序所用的中间毛坯的表面积稍小于成品冲件的表面积。 多工序逐渐成形的主要要点多工序逐渐成形的主要要点 3. 3. 锥面零件的拉深锥面零件的拉深 拉深特点拉深特点 与球面形状零件一样，具有与球面形状零件一样，具有 拉深、胀形两种机理。拉深、胀形两种机理。 盒形件是非旋转体零件，拉深变形时，圆角部分相当于圆 筒形件拉深，而直边部分相当于弯曲变形。 沿周边应力应变分布不均匀。 四、盒形件的拉深 工艺计算复杂，准确性不高，必要时需要工艺试验。 模具间隙、圆角半径沿周边分布不均匀。 盒形件拉深时的金属流动 71 拉深件类型拉深件类型 a a）轴对称旋转体拉深件）轴对称旋转体拉深件 b) b) 盒形件盒形件 c) c) 不对称拉深件不对称拉深件 72 拉拉 深深 模模 结结 构构 图图 - -模柄模柄 - -上模座上模座 -