拉深工艺与拉深模

1、湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 第5章 拉深工艺与拉深模 u拉深概念 利用模具将平板毛 坯冲压成各种开口的空 心零件，或将已制成的 开口空心工序件压制成 其他形状和尺寸空心零 件的一种冲压加工方法。 拉深模与弯曲模的共同点： 凸、凹模有一定的圆角 单面间隙稍大于板料厚度 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u生活中的拉深件 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u拉深工艺分类 按壁厚变化情况分： 按使用的毛坯的形状分： 一般拉深（工件壁厚不变） 变薄拉深（工件壁厚变薄） 第一次拉深（使用平板毛坯） 以后的各次拉深（以开口空心件为毛坯） 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制

2、造 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 5.1圆筒件拉深变形过程分析 如图a圆形薄片，剪去图中阴影部分，再将剩余部分沿直径d圆周 弯折，然后焊接，就得到一个图b的直径为d，高度为（Dd）/2的直 圆筒形件。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 5.1.1 拉深变形过程 u拉深变形过程： 用相同直径大小的圆形平板毛坯，在拉深成直圆筒形 件的过程中，并没有去除多余材料，多余材料流向哪里？ 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u方法：拉深网格试验 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 实验现象： （1）底部（d内）网格不变形； （2）拉深前等距同心圆 不等距水平圆周线 （3）拉

3、深前等角度射线 等距、平行于底面的平行线 （4）拉深前筒壁上的扇形网格，拉深后变成矩形网格。 （5）测量工件高度，高度H（D-d）/2 1、拉深过程实质是将毛坯凸缘部分材料逐渐转移到筒壁部分的过程 2、凸缘部分材料，在径向产生拉应力1，切向产生压应力3 结论： 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 5.1.2拉深过程中材料的应力与应变 u拉深过程中毛坯各部分变化 凸缘部分 变厚 凹模圆角部分 少量变薄 筒壁部分变薄 或变厚 凸模圆角部分 严重变薄 筒底部分 变薄甚微，可忽略。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u厚度变化 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u硬度变化：加工硬

4、化使得进一步拉深变得困难。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 5.1.3 拉深缺陷及其防止 u起皱概念 在拉深时，凸缘材料存在着切向压应力，当这个压 应力大到一定程度时，板料切向将因失稳而拱起，这种 现象称为起皱。 1. 起皱 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u起皱原因：切向压应力3 u起皱危害： 折皱不能通过凸、凹模之间的拉深间隙，强行 拉入，使工件拉破。 折皱后材料强行拉入模具，加大模具磨损，降 低模具寿命。 u起皱部位：凸缘处 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u防止措施： 在拉深模结构上加压边圈；（最常用） 减小切向压应力3 减小变形程度（降低拉深件的高度），

5、 减小3大小。 加大平面板料厚度t/(D t d0) ，降低3的 影响。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 o 为了防止起皱，在生产实践中通常采用压边 圈，是否采用压边圈，按表5-1确定。 t-板料厚度，mm D-拉深件毛坯直径,mm dn-1-第n-1次拉深后工序件的直径,mm。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 2. 破裂 u破裂 危险断面所受到的径向拉应力大于材 料的强度极限时，拉深件就会在危险断面处破 裂。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u破裂原因：径向拉应力1 u破裂部位：筒壁与筒底圆角相切处稍靠上位置 u防止措施： 增加工序，加大拉深系数； 增大凹模圆角

6、半径； 在凹模入口处进行合理的润滑； 减小压边力，以降低所需的拉深力。 增大凸模粗糙度，以增大毛坯与凸模表面的摩擦力， 阻碍毛坯变薄，防止破裂。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 关于拉深时润滑的说明： o 凹模和压料圈与板料接触的表面应当光滑，润滑条件要 好，以减少摩擦阻力和筒壁传力区的拉应力。而凸模表 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。 o 润滑剂应该喷涂在板料与凹模接触的表面，而不应该喷 涂在板料与凸模接触的表面。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 5.2 拉深工艺计算 毛坯尺寸设计 拉深件系数的计算和拉深次数的确定 拉

7、深压力机的选择 拉深工艺计算 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u毛坯形状和尺寸确定的依据： 5.2.1 圆筒件拉深零件毛坯尺寸的计算 若拉深前后料厚不变，则拉深前坯料表面积 与拉深后冲件表面积近似相等。 注意：当t1mm时，按工件标注尺寸计算； 当t1mm时，按工件中线尺寸计算。 体积不变原则（等表面积原则）: 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 久里金法则： 22 xx AlRR l 式中 ：A旋转体的表面积； Rx母线形心的旋转半径； L母线长度。 任何形状的母线绕某轴旋转一周所构 成的旋转体的表面积，等于该母线的长度 与该母线形心

8、绕该轴旋转所得周长的乘积。 即： 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 2 1 2 2 22()2(2 )8 224 x drr AlRr drr 1 (2 )ddr 形心到旋转轴距离为 简单几何体表面积为： 2 r l 1 2 2 x dr R 弧长 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 拉深中板料存在各向异性拉深件口部出现凸凹不平， 需要修边工序切去口部不平部分。所以在计算毛坯时， 应加上修边余量。 加修边余量: 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u修边余量的确定：根据经验数值 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u拉深系数概念 5.2.2拉深系数的计算和拉深次数的决

9、定 指拉深后工件直径与拉深前工件（或毛坯）直 径之比，用m表示。 第1次拉深 1 1 d m D 第2次拉深 2 2 1 d m d 第n次拉深 1 n n n d m d u各次拉深系数 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u总拉深系数概念 拉深件总拉深系数等于各次拉深系数的乘积。 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 u总拉深系数与各次拉深系数的关系 总拉深系数m等于工件直 径dn与毛坯直径D之比，即： n d m D 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u极限总拉深系数概念 拉深系数m表示

10、拉深前后坯料（工序件）直径的变化率变化率。 m 拉深变形程度， m 使拉深件断裂。 m 拉深变形程度，工序数量，成本。 使拉深件不拉裂的最小拉深系数称为极限拉深系数。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 影响极限拉深系数的因素 材料的力学性能： 屈强比s/b，极限拉深系数m极 毛坯的相对厚度t/D（主要影响因素）： t/D，m极 材料表面质量： 表面光滑，材料易流动，m极 材料方面 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 二. 拉深系数 影响极限拉深系数的因素 凸凹模间隙： 间隙， 摩擦力，m极 凹模圆角半径rA： 次要因素 rA，流动阻力大， m极 凸模圆角半径rT： rT，凸模圆角

11、处材料变薄严重，易被拉裂，m极 模具表面质量：粗糙度好、光滑，m极 模具方面 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 二. 拉深系数 影响极限拉深系数的因素 是否采用压边圈： 采用时，m极 拉深次数： 第一次拉深，材料无形变硬化，塑性好，m极 后续拉深时，产生形变硬化，塑性差，m极 润滑情况： 润滑好，摩擦小，m极 拉深条件 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 根据毛坯相对厚度t/D，采用经验取值法 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 计算总拉深系数m，查出极限拉深系数m1。 当mm1时，拉深件可一次拉成； 当mm1时，需要多次拉深。 判断能否一次拉出 u拉深次数的确定 湛江师范

12、学院 模 具 设 计 与 制 造 三. 拉深次数 确定拉深次数 推算法 从表中查得极限拉深系数m1、m2mn。 计算各次拉深后的工件直径。 d1=m1D，d2=m2d2=m1m2D dn=mndn-1=m1m2mnD 当dnd（工件直径）时，n即为拉深次数。 或m1m2mn m时，n即为拉深次数。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 mmh6 例例1求右图筒形件的坯料尺寸及拉深次数。 材料为08钢，板料厚度2，r=3mm 。 解：1按板厚中径尺寸计算。 计算坯料直径 根据零件尺寸，其高度为 查表5-2取修边余量 H=76mm 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 三. 拉深次数 22

13、 56. 072. 1)(4rdrhHddD坯料直径为 代已知条件入上式得98.2 判定一次能否拉出 零件总拉深系数：m=d/D=28/98.2=0.29 查表5-3m=0.29 m1=0.50 不能一次拉出。 t/D=2/98.2=2.03% 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 根据/1002.03，查表5-3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4次拉深成形。 确定拉深次数 湛江师范学院 模 具 设 计 与

14、制 造 u实际生产中拉深力的经验公式为： 1、 拉深力的计算 首次拉深： 11lb Fkd t 以后各次拉深： 2nnb Fkd t 式中：Fl、Fn首次和第n次拉深时的拉深力，N； d1、dn首次和第n次拉深后的工件直径，mm； t材料厚度，mm； b材料的抗拉强度，MPa； k1、k2修正系数，查表5-4。 5.2.3 拉深压力机的选择 1 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 2、压边力的计算 u压边力的计算 压边力，则拉深力，使径向拉应力1，工件易被 拉裂； 若压边力，则不能防止凸缘起皱，起不到压边作用。 压边力计算公式： QAq 式中：Q

15、压边力； A在压边圈上毛坯的投影面积； q单位压边力，可按表5-5查取。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 F总=F+Q 3、拉深压力机的选择 浅拉深时： 压力机公称压力（1.61.8）F总 深拉深时： 压力机公称压力（1.82.0）F总 一般拉深件按拉深时的最大工序力直接确定： 式中：F总拉深时的最大工序力（最大拉深 力、压边力和其它力的总和），KN； 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 深度拉深件或落料拉深复合模： 应使工艺力曲线位于压力机滑块 的许用压力曲线许用压力曲线之下，还需对压力机 的电机功率进行校核 湛江师范学院 模 具 设

16、 计 与 制 造 深度拉深件或落料拉深复合模： 计算拉深功W (0.6 0.8) 1000 F h W 总 式中：W拉深功,J； F总总拉深力,N； h拉深深度，mm； 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 计算所需压力机的电动机功率 W P 60000 n 式中：P所需压力机的电动机功率,KW； n压力机每分钟的行程次数； 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 校核 若计算的所需功率P值电动机功率，可行。 若计算的所需功率P值电动机功率，则应另选 电机功率较大的压力机。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 思考题： 1、拉深变形程度用 来表示。 2、拉深过程中，压边圈的作用是为

17、了防止 。 3、拉深加工时，润滑剂要涂在 与 接触 的表面上。 4、（判断题）在多次拉深中，后次拉深系数可以比 前次拉深系数小。 5、为什么有些拉深件要采用二次、三次或多次拉深 成形？ 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u按工序顺序分： u按有无压边装置分： 5.3 拉深模具结构 首次拉深模 以后各次拉深模。 带压边装置的拉深模； 无压边装置的拉深模。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u按使用的设备分： u按工序组合分： 一、拉深模分类 单动压力机用拉深模 双动压力机用拉深模 单工序拉深模 复合拉深模 连续拉深模 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 1、无压边的首次简

18、单拉深模 二. 拉深模典型结构 注意： 凸模中内孔作用：通气； 脱料颈卸料。 适用于： 材料塑性好、料厚大且深度 小的零件。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 2、有压边装置的首次拉深 模 注意： 凸模10上有通气孔； 压边圈同时起到卸料的作用。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u倒装式带压边装置的首次拉深模： 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u落料拉深复合模： 上模部分装有凸凹 模3(落料凸模、拉 深凹模)，下模部分 装有落料凹模7与拉 深凸模8。为保证冲 压时先落料再拉深， 拉深凸模8低于落料 凹模7一个料厚以上。 件2为弹性压边圈， 弹顶器安装在下模 座下。

19、视频文件 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 以后各次拉深的拉深模典型结构 无压边装置的 以后各次拉深 模，仅用于直 径变化量不大 的拉深。 u无压边装置的以后各次拉深模 ： 视频文件 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u带压边装置的以后各次拉深模 ： 有压边装置的以后各次拉 深摸，是最常见的结构形 式。拉深前，毛坯套在压 边圈1上，压边圈的形状 必须与上一次拉出的半成 品相适应。拉深后，压边 圈将冲压件从凸模2上托 出，推件装置将冲压件从 凹模中推出。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 常用压边装置：弹性压边装置和刚性压边装置。 （1）弹性压边装置: 3、压边装置 湛江

20、师范学院 模 具 设 计 与 制 造 三种弹性压边装置的压边力变化曲线： 随着拉深深度的增加（即行程的增大），需要压边 的凸缘部分逐渐减小，因而所需压边力也应逐渐减小。 实际情况： 橡胶和弹簧的压边力变化正好 与所需要的相反，只用于浅拉深。 气垫效果好，但结构复杂，制 造维修不易，且需要压缩空气，因 而限制了其应用。 压边力要求： 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 对于拉深板料较薄或带有宽凸缘的零件，为了防止压边圈将毛 坯压得过紧，可以采用带限位装置的压边圈，可采用 限位装置 (定位销、柱销或螺栓)，使压边圈和凹模间始终保持一定的距 离s。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 （

21、2）刚性压边装置（压边圈和外滑块安装在 上模座上） 1-曲轴 2-凸轮 3-外滑块 4-内滑块 5-凸模 6-压边圈 7-凹模 在拉深过程中，外滑块保持不 动。 压边力是靠直接调整压边力来 保证的。 压边圈与凹模间的间隙c应略 大于板厚t。 特点：压边力不随行程变化，拉 深效果较好，模具结构简单。 适用范围：双动压力机用拉深模。 视频文件 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 o 凸、凹模圆角半径 o 拉深模的间隙 o 凸、凹模工作部分尺寸 5.4拉深模工作部分设计 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 凸、凹模圆角对拉深的影响 ： （1）凸、凹模的圆角半径 凹模圆角的影响 ： 凹模圆

22、角rA径向拉应力1表面划伤或拉裂; 凹模圆角rA压边面积起皱 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 凸模圆角的影响 ： 凸模圆角rTrT处弯曲变形程度 “危险断面”受拉力大工件易产生局部变薄； 凸模圆角rT凸模与毛坯的接触面 易产生底部变薄和内皱 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 凹模圆角半径rA的计算 ： 1 A 0.8 ()rDd t 首次拉深： 以后各次拉深： 1 AA (0.6 0.8) nn rr 式中：rA1、rAn-1、rAn首次、第（n1）次和第n 次拉深模的凹模圆角半径 D毛坯直径；d拉深件直径；t工件厚度。 （也可按照经验值表5-6选取） 对于有平面凸缘的拉深件

23、，最后一次拉深时拉深模的凹模 圆角半径应和拉深件一致，rAn=r。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 o锥形压边圈压边圈的工作原理：在双动压力机的外滑块带动下，压边圈压边圈 先使毛坯的凸缘部分变成为锥形，并压紧在凹模的锥面锥面上。随后 凸模下降，完成拉深工作。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 在拉深时，锥形压边圈先将毛坯 压成锥形，使毛坯的外径已经产 生一定量的收缩，然后再将其拉 成筒形件。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 凸模圆角半径rT的计算 ： rT1（0.71.0）rA1 首次拉深： 以后各次拉深： 1 1 T 2 2 n nn ddt r 最后一次拉深时：

24、rTnrt。r-工件圆角半径 注意：当rt时：rTnt，再增添一道整形工序。 式中：rTn-1本道工序拉深模的凸模圆角半径，mm； dn-1、dn本道工序和下一道工序拉深外径，mm； t工件厚度，mm； 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 拉深间隙： (2)凸、凹模间隙 拉深间隙，容易起皱，工件有锥度，精度差； 拉深间隙，摩擦加剧，工件变薄严重，甚至拉裂。 拉深间隙值的确定： 无压边圈拉深模的间隙为：C（11.1）tmax 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 带压边圈拉深模的间隙为： 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 对于精度要求高的拉深件，为了减小拉深后 的回弹，降低零件

25、表面的粗糙度，常采用间 隙小于料厚的拉深，其间隙值取： C（0.90.95）t 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 （3）凸、凹模工作部分的尺寸及公差 最后一道工序 ： 当尺寸标注在外形时（ ） 0 D 应以凹模为基准件 凹模： 凸模： A A0 (0.75 )DD TT 00 TA (2 )=(0.752 )DDCDC 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 当尺寸标注在内形时（ ） 应以凸模为基准件 凹模： 凸模： 0 d T 0 T (0.4 )dd AA A00 (2 )(0.42 ) T ddCdC 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 中间工序 ： 当尺寸标注在外形时:

26、 应以凹模为基准件 凹模： 凸模： 0 () A Ai DD 0 (2 ) T Ti DDC 当尺寸标注在内形时： 应以凸模为基准件 凹模： 凸模： 0 () T Ti dd 0 (2 ) A Ai ddC 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 对于圆筒件拉深件，按照IT9-IT10选取，也的可 按拉深件公差的1/3-1/4来选取。 凸、凹模的制造公差： 凸、凹模的表面粗糙度： 工作表面和型腔表面粗糙度为Ra0.8m， 凹模圆角处的表面粗糙度要求为Ra0.4m。 凹模： Ra0.81.6m。凸模： 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 5.5 拉深件的工艺性 （1）材料要求： u最适宜

27、拉深的材料： 低碳钢（08、10）、紫铜、黄铜、 1Cr18Ni9Ti不锈钢等。 足够的塑性，较低的屈服极限 u较硬材料拉深时，需增加工序改变性能： 先退火处理后拉深，最后淬火。 加热后拉深。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 （2）拉深件结构工艺性 u拉深件的形状：a、简单、对称，对应圆角半径相等 b、尽量避免半敞开及非对称的空心件， 否则应设计成对称组合的拉深，然后剖开。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u拉深件高度：尽量小一些 一次成形零件的拉深高度应满足： 无凸缘筒形件： h（0.50.7）d 式中：d拉深件壁厚中径。 带凸缘筒形件：当dt/d1.5时，h（0.40.

28、6）d 式中：d拉深件壁厚中径； dt拉深件凸缘直径。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u拉深件圆角半径满足： 圆角半径：R2t，最好R（48）t； rt ，最好r（35）t； 当R2t或rt时，需增加整形工序。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 u拉深件底或凸缘上的孔边到侧壁距离应满足： +0.5 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 （3）拉深件尺寸标注 直径尺寸应根据使用要求明确标注内形尺寸或外形 尺寸，不得同时标注内形尺寸和外形尺寸； 高度尺寸最好以底部为基准进行标注； 圆角半径只能标注在内形； 材料厚度尺寸，最好标注在筒底部位或标题栏中。 湛江师范学院 模 具 设 计 与 制 造 （4）拉深件尺寸精度 拉深件尺寸精度应大于T11级，