模具设计模块四

1、 拉深是基本基本冲压工序之一。 本模块在分析拉深变形过程及拉深件质量影响因素的基础上，介绍拉深工艺计算、工艺方案制定和拉深模设计。涉及拉深变形过程分析、拉深件质量分析、拉深系数及最小拉深系数影响因素、圆筒形件的工艺计算、其他形状零件的拉深变形特点、拉深工艺性分析与工艺方案确定、拉深模典型结构、拉深模工作零件设计等。本模块内容：本模块内容：模块四 玻璃升降器外壳落料拉深复合模本本模块模块重点重点1 拉深变形规律及拉深件质量影响因素与预防；2 拉深工艺计算方法；3 拉深工艺性分析与工艺方案制定；4 拉深模典型结构与结构设计；5 本模块示例零件的拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。难点难点1拉深变形规

2、律及拉深件质量影响因素与预防；2圆筒形零件的拉深工艺计算 ；3带凸缘圆筒形零件的拉深拉深工艺计算 ；4拉深模典型结构与拉深模工作零件设计 。不变薄拉深：不变薄拉深： 把毛坯拉压成空心体，或者把空心体拉压成外形更小而板厚没有明显变化的空心体的冲压工序。 变薄拉深变薄拉深是指凸、凹模之间间隙小于空心毛坯壁厚，把空心毛坯加工成侧壁厚度小于毛坯壁厚的薄壁制件的冲压工序。 拉深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。拉深不变薄拉深不变薄拉深变薄拉深变薄拉深拉深模拉深模：拉深模特点特点：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

3、隙略大于板料厚度。 拉深工序所使用的模具。拉深使用设备：拉深使用设备：单动、双动、三动压力机或液压机 课题一课题一 拉深概述拉深概述 拉深件示例拉深件示例 拉深件示例拉深件示例 不变薄拉深变薄拉深拉深件示例拉深件示例 油底壳不锈钢餐具 课题二课题二 玻璃升降器外壳首次拉深变形过程及其工艺性玻璃升降器外壳首次拉深变形过程及其工艺性 一一 拉深变形过程拉深变形过程 1.毛坯受力分析毛坯受力分析 (1)变形现象平板圆形坯料的凸缘弯曲绕过凹模圆角，然后拉直形成竖直筒壁。 变形区凸缘；已变形区筒壁；不变形区底部。底部和筒壁为传力区。 2.变形过程变形过程 工艺网格实验工艺网格实验材料转移：高度、厚度发生

4、变化。3.材料的流动材料的流动 扇形单元体的扇形单元体的变形变形 1.凸缘部分2.凹模圆角部分 3.筒壁部分 4.凸模圆角部分5.筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的。二二 拉深变形过程中材料的应力与应变状态拉深变形过程中材料的应力与应变状态 拉深过程中零件应力与应变状态拉深过程中零件应力与应变状态 圆筒件拉深时凸缘圆筒件拉深时凸缘变形区应力分布图变形区应力分布图 三三 拉深变形过程中凸缘变形区的应力分布拉深变形过程中凸缘变形区的应力分布 拉深过程中的质量问题质量问题：主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。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

5、生弯曲；由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。四四 拉深件主要质量问题拉深件主要质量问题 主要决定于主要决定于：一方面是切向压应力3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。 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。 最易起皱的位置最易起皱的位置：凸缘边缘区域起皱最强烈的时刻起皱最强烈的时刻：在rt=（0.70.9）r0时防止防止起皱：压边1.1.凸缘变形区的起皱凸缘变形区的起皱凸缘变形区的起皱凸缘变形区的起皱2.采用压边圈的条件防止起皱可以采用压边圈。采用压边圈的条件为：1.查表4-1；2. 查图4-11验证。 主要取决于主要取决于：

6、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。 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“危险断面”产生破裂。 防止防止拉裂：一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度； 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。 3.3.筒壁的拉裂筒壁的拉裂筒壁的拉裂筒壁的拉裂拉深件厚度变化拉深件厚度变化拉伸件壁部厚度与硬度变化某拉深件壁厚具体变化拉深件工艺性指拉深件在拉深工序中生产的难易程度。 （1）对拉深件的外形尺寸的要求 ;（2）对拉深件形状要求 :（3）拉深件的圆角半径 ;（4）尺寸公差等级及表面质量的要求 (表4-2，4-3，4

7、-4）。拉深件工艺性内容拉深件工艺性内容：五五 拉深件的工艺性拉深件的工艺性 带台阶拉深件高度尺寸的标注带台阶拉深件高度尺寸的标注 拉深件的圆角半径拉深件的圆角半径 拉深件结构的修改拉深件结构的修改 体积不变原则体积不变原则: :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。 相似原则相似原则: :切边工序： 拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。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。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。 拉深件口部不整齐，需留切边余量。 但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。 拉深件毛坯尺寸确定

8、的原则： 课题三 旋转体拉深件毛坯尺寸计算旋转体拉深件毛坯尺寸计算 一一 计算方法计算方法 1.等重量法 ：已有拉深件样品时，使用等重量法来求毛坯直径会非常方便。 2.等体积法 ：适用于变薄拉深件。 3.等面积法：不变薄拉深工序用来计算毛坯尺寸的依据。 毛坯尺寸的计算必须将加上了修边余量后的制件尺寸作为计算的依据。 修边余量：修边余量：拉深件口部或凸缘周边不整齐;特别是经过多次拉深后的制件，口部或凸缘不整齐的现象更为显著;因此必须增加制件的高度或凸缘的直径，拉深后修齐增加的部分即为修边余量。 表4-5为无凸缘圆筒件的修边余量；表4-6为带凸缘圆筒件的修边余量。 二二 修边余量修边余量 1将拉深

9、件划分为若干个简单的几何体；2分别求出各简单几何体的表面积；3把各简单几何体面积相加即为零件总面积；4根据表面积相等原则，求出坯料直径。 三三 简单旋转体拉深件毛坯尺寸计算简单旋转体拉深件毛坯尺寸计算 按图得： 故iaaaad32124iad423221)2(48)2(24)(rdarrdrarhda222256. 072. 148)2(2)(4)2(rdrdhdrrdrrhdrdd整理后可得坯料直径为: 【例【例4-1】 求无凸缘筒形件的毛坯直径尺寸。求无凸缘筒形件的毛坯直径尺寸。 久里金法则久里金法则求其表面积： 任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其重心绕该轴

10、线旋转所得周长的乘积。如右图所示，旋转体表面积为 lrax2lrdlrdxx8242因拉深前后面积相等，故坯料直径d： 四四 复杂旋转体拉深件毛坯尺寸计算复杂旋转体拉深件毛坯尺寸计算 适用于直线与圆弧相连接的形状 解析法解析法 适用于曲线连接的形状 作图解析法作图解析法 拉深系数拉深系数m 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。1.1.拉深系数拉深系数表示方法表示方法第一次拉深系数：第二次拉深系数：第n次拉深系数：ddm11122ddm 1nnnddm 四四 玻璃升降器外壳首次玻璃升降器外壳首次拉深工艺计算拉深工艺计算 一一 拉深系数拉深系数拉深系数m表示拉深前后坯料

11、（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。 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。极限拉深系数极限拉深系数mnnnnnnnmmmmmddddddddddddm132112123121 从工艺的角度来看，m越小越有利于减少工序数。 （1）材料的组织与力学性能（2）板料的相对厚度（3）拉深工作条件dt/dt/模具的几何参数 摩擦润滑压料圈的压料力（4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等m . .影响极限拉深系数的因素影响极限拉深系数的因素 表4-8所示为无凸缘圆筒件采用压边圈时的拉深系数，表

12、4-9为无凸缘圆筒件不采用压边圈时的拉深系数，表4-10为其他金属材料的拉深系数（该表所列 mn为以后 各次拉深系数的平均值）。 为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于大于极限拉深系数m的值。. .极限拉深系数的确定极限拉深系数的确定 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4-11）法（）推算方法（3）计算方法当总m 二二 拉深次数拉深次数 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，并加以调整调整，其原则是：(）保证12dd(）使12 最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：11221 三三 圆筒件各次拉深件的半

13、成品工序尺寸计算圆筒件各次拉深件的半成品工序尺寸计算 1.1.工序件直径的确定工序件直径的确定 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则，可得到各工序件高度计算公式，表4-13。计算前应先定出各工序件的底部圆角半径（见4-15及4-16）。 2 2. .工序件高度的计算工序件高度的计算 例例4-34-3求图4-25所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。 材料为08钢，板料厚度1。 解：因=1，按板厚中径尺寸计算。 根据零件尺寸，其相对高度为查表4-5得修边余量mmh6坯料直径为2256. 072. 1)(4rdrhhddd代已知条件入上式得78 4 . 3205 .672dh1

14、.1.修边余量修边余量2.2.毛坯直径毛坯直径 四四 圆筒件工序尺寸计算示例圆筒件工序尺寸计算示例 坯料相对厚度为 %2%03. 2%1002 .982dt3.3.确定是否使用压边圈：确定是否使用压边圈：按表4-1应采用压料圈。 4 4确定拉深次数确定拉深次数 : :先判断能否一次拉出。零件总的拉深系数m总：m总=d/d=20/78=0.256查表4-8得m1=0.500.53，mn=0.77(四次拉深时)由于m总=0.256m1=0.500.53，因此不能一次拉出。（1）采用查表法确定拉深次数：由t/d100=1.28，h/d=3.7查表4-11得拉深次数n=4由m总=0.256，t/d10

15、0=1.28查表4-12得拉深次数n=4（2）采用计算法确定拉深次数：由公式4-14得n=1+lg20-lg(0.5178)/lg0.77=3.66取拉深次数n=45 5确定各次拉深直径确定各次拉深直径查表4-8取各次拉深极限拉深系数(小值)为m1=0.50、m2=0.75、m3=0.78、m4=0.80,则各半成品直径为：d1= 0 . 5 7 8 = 3 9 m m ；d2= 0 . 7 5 3 9 = 2 9 . 3 m m ；d3=0.7829.3=22.8mm； d4=0.8022.8=18.3mm。d4=18.3mmfmax+f压 2.压力机压力与冲压变形力曲线 1压力机压力曲线;

16、2拉深力曲 线;3落料力曲线 十 压力机吨位的选择压力机吨位的选择 对于不变薄拉深的拉深功按下式计算： w=f平均h10-3=cfmaxh10-3 拉深功率p（kw）按下式计算： p=（wn）/(607501.36) 压力机的电机功率率p电（kw）按下式计算： p电=（kwn）/(607501.3612) 十一十一 拉深功与功率计算拉深功与功率计算 拉深力拉深力- -行程图行程图 内容包括:凸、凹模圆角半径，拉深模凸、凹模间隙和凸、凹模工作部分尺寸。本节以圆筒件为例进行介绍 。首次（包括只有一次）拉深凹模圆角半径可按下式计算：tddra)(8 . 01tccra211或以后各次拉深凹模圆角半径

17、应逐渐减小逐渐减小，一般按下式确定：1)8 . 06 . 0(aiairr（2、3、）以上计算所得凹模圆角半径一般应符合r ra a22的要求。 1.1.凹模圆角半径凹模圆角半径r凹凹课题五课题五 玻璃升降器外壳落料玻璃升降器外壳落料拉深模工作部分结构参数确定拉深模工作部分结构参数确定一一 凸、凹模圆角半径的确定凸、凹模圆角半径的确定 首次拉深可取：中间各拉深工序凸模圆角半径可按下式确定：（3、4、）最后一次拉深凸模圆角半径rtn即等于零件圆角半径。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（即rt），然后通过整形整形工序得到零件要求的圆角半径。 11)0 .

18、17 . 0(atrr2211tddriiti2凸模圆角半径凸模圆角半径r凸凸1.1.无压料圈的拉深模无压料圈的拉深模其拉深间隙为：2.2.有压料圈的拉深模有压料圈的拉深模（11.1）间隙值按表4-21选取。3.3.精度要求较高的拉深件精度要求较高的拉深件:间隙取值z=（0.90.95）t。4.4.最后一次拉深最后一次拉深：尺寸标注在外径的拉深件，以凹模为准，间隙取在凸模上；尺寸标注在内径的拉深件，以凸模为准，间隙取在凹模上。二二 拉深模凸、凹模间隙拉深模凸、凹模间隙（1）工件要求外形尺寸，以凹模尺寸为基准进行计算。 d凹= 凹075. 0dd凸= 0275. 0凹zd（2）工件要求内形尺寸时

19、，以凸模尺寸为基准进行计算。 d凸= 04 . 0凸dd凹= 凸024 . 0zd（3）中间工序凸、凹模尺寸：取凸、凹模尺寸等于毛坯的过渡尺寸，若以凹模为基准则 ：d凹= 凹0dd凸= 02凸 zd三三 凸、凹模工作部分尺寸计算及凸、凸、凹模工作部分尺寸计算及凸、 凹模制造公差凹模制造公差1凸、凹模工作部分尺寸计算凸、凹模工作部分尺寸计算根据工件的材料厚度与工件直径来选定，如表4-22所示。 3 3拉深凸模排气孔尺寸：拉深凸模排气孔尺寸：凸模排气孔直径的大小可查表4-23。 拉深凸模排气孔拉深凸模排气孔 2凸、凹模制造公差凸、凹模制造公差 不使用压边圈的拉深模的凹模结构不使用压边圈的拉深模的凹

20、模结构四四 常用拉深凹模结构常用拉深凹模结构不使用压边圈的多次拉深模的凹模结构不使用压边圈的多次拉深模的凹模结构使用压边圈的拉深模的工作部分结构使用压边圈的拉深模的工作部分结构带限制型腔拉深凹模结构带限制型腔拉深凹模结构1按工艺特点可以分为：简单拉深模、复合拉深模、级进拉深模。2按工艺顺序可以分为：首次拉深模和以后各次拉深模。3按模具结构特点可以分为：带导柱，不带导柱、带压边圈和不带压边圈的拉深模。4按使用的压力机可以分为：单动压力机和双动压力机用拉深模。课题六课题六 玻璃升降器首次拉深的玻璃升降器首次拉深的 拉深模结构拉深模结构一一 拉深模分类拉深模分类 1 1.首次拉深模首次拉深模(1)无

21、压边装置的首次简单拉深模1-定位板;2-下模座;3-凸模;4-凹模 二二 拉深模结构拉深模结构 1-拉深凸模;2-上模座;3-推杆;4-推件块;5-拉深凹模;6-定位板;7-压边圈;8-下模座（2）带压边装置的首次拉深模）带压边装置的首次拉深模1-上模座;2-推杆;3-推件板;4-锥形凹模;5-限位柱;6-锥形压边圈;7-拉深凸模;8-凸模固定板;9-下模座压边装置弹性压边装置橡皮压边装置弹簧压边装置气垫式压边装置 带限位装置的压边圈刚性压边装置： 带刚性压边装置的拉深模2 2压边装置压边装置弹性压边装置 (1)弹性压边装置 带限位装置的压边圈带限位装置的压边圈 双动压力机用刚性压双动压力机用

22、刚性压边装置工作原理边装置工作原理1-曲柄;2-凸轮;3-外滑块;4-内滑块;5-凸模;6-压边圈;7-凹模(2)刚性压边装置 1-固定板;2-拉深凸模;3-刚性压边圈;4-拉深凹模;5-下模座;6-固定螺钉带刚性压边装置的拉深模带刚性压边装置的拉深模 （1）无压边装置的以后各次拉深 1-上模座;2-垫板;3-凸模固定板;4-凸模;5-定位板;6-凹模;7-凹模固定板;8-下模座3以后各次拉深模以后各次拉深模 （2）带压边装置的以后各次拉深模1-推件板;2-拉深凹模;3-拉深凸模;4-压边圈;5-顶杆(1)正装落料拉深复合模(2) 落料、正、反拉深模(3) 后次拉深、冲孔、切边复合模切边的工作原理(4)多工序复合模 4复合摸复合摸1-顶杆;2-压边圈;3-凸凹模;4-推杆;5-推件板;6-卸料板;7-落料凹模;8-拉深凸模正装落料拉深复合模正装落料拉深复合模1-落料拉深凸凹模;2-反拉深凸模;3-拉深凸凹模;4-卸料板;5-导料板;6-压边圈;7-落料凹模落料、正、反拉深模落料、正、反拉深模 1-压边圈;2-凹模固定板;3-冲孔凹模;4-推件板;5-冲孔凸模固定板;6-垫板;7-冲孔凸模;8-拉深凸模;9-限位螺钉;10-螺母;11-垫柱;12-拉深、切边凹模;13-切边凸模;14