拉深变形过程及拉深工艺

1、 拉深概述拉深概述 6.1 拉深变形过程的分析拉深变形过程的分析 6.2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计直壁旋转体零件拉深工艺的设计 6.3 非直壁旋转体零件拉深成形的特点非直壁旋转体零件拉深成形的特点 6.4 盒形件的拉深盒形件的拉深 6.5 拉深工艺设计拉深工艺设计 6.6 拉深模具设计拉深模具设计 6.7 其他拉深方法其他拉深方法 1.1.拉深的基本概念拉深的基本概念 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。空心件

2、的一种冲压加工方法。(如图如图6.0.1)2.2.典型的拉深件典型的拉深件(如图如图6.0.2)3.3.拉深模具的特点拉深模具的特点 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。的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。 4.1 拉深变形过程的分析拉深变形过程的分析4.1.1板料拉深变形过程板料拉深变形过程及其特点及其特点 (如图如图4.1.1) 在毛坯上画作出距离为在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与相同弧度的等距离的同心圆与相同弧度b辐射线组成的网格辐射线组成的网格( (如图如图4

3、.1.2) ) ，然后将带有网格的毛坯进行，然后将带有网格的毛坯进行拉深。拉深。 在拉深过程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸缘毛坯的在拉深过程中，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径向产生拉伸应力 ，切向产生压缩应力，切向产生压缩应力 。在它们的共同。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。内形成筒形拉深件。 13 在拉深后我们发现在拉深后我们发现如图如图4.1.2：工件底部的网格变化很：工件底部的网格变化很小，而侧壁上的网格变化很大，以前的等距同心圆，变成小，而侧壁上的网格变化

4、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，线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线，如图如图4.1.3所所示，示，以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。 4.1.2拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变状态拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变状态 拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况(如图如图4.

5、1.5)1.平面凸缘部分平面凸缘部分 主要变形区主要变形区2.凹模圆角区凹模圆角区 过渡区过渡区3.筒壁部分筒壁部分 传力区传力区4.凸模圆角部分凸模圆角部分 过渡区过渡区5.圆筒底部分圆筒底部分 小变形区小变形区图 4.1.5 拉深中毛坯的应力应变情况 4.1.3 拉深变形过程的力学分析拉深变形过程的力学分析 1.1.凸缘变形区的应力分析凸缘变形区的应力分析 （1）拉深中某时刻变形区应力分布）拉深中某时刻变形区应力分布 根据微元体的受力平衡可得根据微元体的受力平衡可得 因为因为 取取 并略去高阶无穷小，得并略去高阶无穷小，得: 塑性变形时需满足的塑性方程为塑性变形时需满足的塑性方程为 :02

6、sin23t111tddRRdtddRRd3322sindd0)(311dRRdm31 由上述两式，并考虑边界条件由上述两式，并考虑边界条件(当当 时，时， )，经数学，经数学推导就可以求出径向拉应力，和切向压应力的大小为：推导就可以求出径向拉应力，和切向压应力的大小为： 在变形区的内边缘（即在变形区的内边缘（即 处）径向拉应力最大，其值处）径向拉应力最大，其值为：为： 在变形区外边缘处压应力最大，其值为：在变形区外边缘处压应力最大，其值为： RRtm1ln1 . 1RRtm3ln11 . 1rRtmmax1ln1 . 1mmax31 . 1tRR 01rR 凸缘外边向内边凸缘外边向内边 由低

7、到高变化，由低到高变化， 则由高到低变化，在凸缘中间必有一交则由高到低变化，在凸缘中间必有一交点存在（如右图所示），在此点处有点存在（如右图所示），在此点处有 所以：所以： 化简得：化简得： 即：即： 即交点在即交点在 处。用处。用R所作出所作出的圆将凸缘变形区分成两部分，由此圆的圆将凸缘变形区分成两部分，由此圆向凹模洞口方向的部分拉应力占优势向凹模洞口方向的部分拉应力占优势（ ），拉应变为绝对值最大的主），拉应变为绝对值最大的主变形，厚度方向的变形变形，厚度方向的变形 是压缩应变。是压缩应变。 1331RRRRtmtmln11 . 1ln1 . 121lntRRt61. 0RR t61. 0

8、RR 31 （2）拉深过程中的）拉深过程中的 变化规律变化规律 和和 是当毛坯凸缘半径变化到是当毛坯凸缘半径变化到 时，在时，在凹模洞口的最大拉应力和凸缘最外边的最大压应力。凹模洞口的最大拉应力和凸缘最外边的最大压应力。2.筒壁传力区的受力分析筒壁传力区的受力分析 （1）压边力）压边力 引起的摩擦力引起的摩擦力 该摩擦应力为：该摩擦应力为： max3max1|和max1max3tRQFdtuFQM2 （2）材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力）材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力 可可根据弯曲时内力和外力所作功相等的条件按下式计算：根据弯曲时内力和外力所作功相等的条件按下式计算： （3）材

9、料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯）材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯曲力仍按式上式进行计算曲力仍按式上式进行计算: 拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算，即：拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算，即： 241dbWtrt241dbWWtrt241 pbWtrt （4）材料流过凹模圆角时的摩擦阻力）材料流过凹模圆角时的摩擦阻力 通讨凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为：通讨凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为： 由上式把影响拉深力的因素，如拉深变形程度，材由上式把影响拉深力的因素，如拉深变形程度，材料性能，零件尺寸，凸、凹模圆角半径，压边力，润滑料性能，零件尺寸，凸、凹模

10、圆角半径，压边力，润滑条件等都反映了出来，有利于研究改善拉深工艺。条件等都反映了出来，有利于研究改善拉深工艺。 拉深力可由下式求出：拉深力可由下式求出： wwMmax1p2edbdbQtmp2222ln1 . 1etrttrtdtFrRsinpdtF 4.1.4 拉深成形的障碍及防止措施拉深成形的障碍及防止措施 1.起皱(如图如图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材料的相对厚度 凸缘部分的相对料厚，即为凸缘部分的相对料厚，即为 : (2)切向压应力的大小切向压应力的大小 拉深时拉深时 的值决定于变形程度，变形程度越大，需要转移的值决定于变形程度，变形程度越大，

11、需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则越的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则越 大，就越容易起大，就越容易起皱。皱。 (3)材料的力学性能材料的力学性能 板料的屈强比板料的屈强比 小，则屈服极限小，变形区内的切向压小，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。应力也相对减小，因此板料不容易起皱。 rRtdDtff或33bs (4)凹模工作部分的几何形状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：用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是： 如果不能

12、满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况下，必须采取措施防止起皱发生。下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法最简单的方法( (也是实际生也是实际生产中最常用的方法产中最常用的方法) )是采用压边圈是采用压边圈 。)1)(17. 009. 0(DtDtDdDt103.0 2.拉裂拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的(如图如图4.1.9) 防止拉裂防止拉裂: 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

13、料的力，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。能好的材料。3.硬化硬化 拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加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。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。料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。 4.2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计直壁旋转体零件拉深工艺的设计4.2

14、.1 拉深毛坯尺寸的确定拉深毛坯尺寸的确定 拉深毛坯尺寸的确定原则：拉深毛坯尺寸的确定原则： 体积不变原理（体积不变原理（拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面积积 ）、相似性原理。）、相似性原理。 毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析图解法、作图法。毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析图解法、作图法。 （1）确定修边余量）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

15、应在工件高度方向上(无凸缘件无凸缘件)或凸缘上增加修边余量或凸缘上增加修边余量 。 （2 2）计算工件表面积）计算工件表面积 圆筒直壁部分的表面积为圆筒直壁部分的表面积为 : : 4.2.2无凸缘圆筒形件的拉深工艺计算无凸缘圆筒形件的拉深工艺计算 1.1.拉深系数拉深系数 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。（或半成品）的直径之比。 （如图如图4.2.2） 工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数，即工件所工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数，即工件所需要的拉深系数需要的拉深系数 121112211.nnnnnnd

16、dmddmddmDdmnnnnnnnmmmmddddDdddDdm121121121.总图 4.2.2 拉深工序示意图 拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为： 拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，反映了毛拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，反映了毛坯外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此可用它作为衡坯外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此可用它作为衡量拉深变形程度的指标。拉深时毛坯外边缘的切向压缩变形量拉深变形程度的指标。拉深时毛坯外边缘的切向压缩变形量为：量为： 由此可知，拉深系数是一个小于由此可知，拉深系数是一个小于1的数值，其值愈

17、大表的数值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直径变化愈小，即变形程度小。其值愈小示拉深前后毛坯的直径变化愈小，即变形程度小。其值愈小则毛坯的直径变化愈大，即变形程度大。则毛坯的直径变化愈大，即变形程度大。 n1nnn1ddmkmmmmddtdtdtdmDdDtdtDt111.11;11.nn;1n1n2121212111即： 2.影响拉深系数的因素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、凹拉深模具：间隙、凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模形状模形状(如图如图4.2.3）凹模表面质量。）凹模表面质量。 拉深

18、条件：压边圈、次数、润滑、工件形状。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拉深系数的值与拉深次数 查表确定。查表确定。 4.后续拉深的特点后续拉深的特点 压力行程曲线（压力行程曲线（如图如图4.2.4）。）。图4.2.3 锥形凹模1-首次拉深； 2-二次拉深图 4.2.4 首次拉深与二次拉深的拉深力 4.2.3无凸缘圆筒形拉深件的拉深次数和工序件尺寸的无凸缘圆筒形拉深件的拉深次数和工序件尺寸的计算计算 试确定如下图所示零件试确定如下图所示零件( (材料材料0808钢，材料厚度钢，材料厚度 =2mm)=2mm)的拉的拉深次数和各拉深工序尺寸。深次数和各拉深工序尺寸。

19、计算步骤如下：计算步骤如下：1.1.确定切边余量确定切边余量 根据根据 ，查教材表查教材表4.2.1，并取：，并取： 。2.2.按教材表按教材表4.2.3序号序号1 1的公式计算毛坯直径的公式计算毛坯直径 mm28356.072.1H222222rrdddDth28. 288/200/,200dhhmm7h3.3.确定拉深次数确定拉深次数 判断能否一次拉出判断能否一次拉出 对于图对于图示示的零件，由毛坯的相对厚度：的零件，由毛坯的相对厚度： 从表从表 4.2.44.2.4中查出各次的拉深系数中查出各次的拉深系数 ： =0.54=0.54， =0.77=0.77， =0.80=0.80， =0.

20、82=0.82。则该零件的总拉深系。则该零件的总拉深系数数 。 即即 ： ，故该零件，故该零件需经多次拉深才能够达到所需尺寸。需经多次拉深才能够达到所需尺寸。2m7 . 0100/Dt1m3m4m31.0283/88/Ddm总1mm总 （2）计算拉深次数）计算拉深次数 例如例如: 可知该零件要拉深四次才行可知该零件要拉深四次才行 。半成品尺寸确定半成品尺寸确定 （1）半成品直径）半成品直径 拉深次数确定后，再根据计算直径拉深次数确定后，再根据计算直径 应等于应等于 的原则对的原则对各次拉深系数进行调整，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