拉深工艺与模具设计

1、第第5 5章章 拉深工艺与模具设计拉深工艺与模具设计 5.1 拉深变形过程分析拉深变形过程分析5.2 拉深件质量分析及控制拉深件质量分析及控制5.3 拉深工艺计算拉深工艺计算5.4 拉深工艺设计拉深工艺设计5.5 拉深模具设计拉深模具设计5.6 拉深模设计举例拉深模设计举例能根据拉深件的废品形式分析其产生的原因，能根据拉深件的废品形式分析其产生的原因， 熟悉解决的措施。熟悉解决的措施。能完成典型拉深件的工艺与模具设计。能完成典型拉深件的工艺与模具设计。能力要求能力要求拉深示例拉深示例由平板拉深由平板拉深开口空心件开口空心件由空心件拉由空心件拉深空心件深空心件拉深拉深是利用拉深模在压力机的压力作

2、用下，将平板毛坯压成是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板毛坯压成 各种开口的空心件或将已制成的空心件加工成其它形状各种开口的空心件或将已制成的空心件加工成其它形状 空心件的加工方法。空心件的加工方法。 不变薄拉深（普通拉深）不变薄拉深（普通拉深）变薄拉深变薄拉深拉深的概念拉深的概念 图5-1 拉深示意图凸模压边圈 毛坯凹模拉深变形过程、特点及拉深分类拉深用的模具叫拉深模拉深用的模具叫拉深模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 形状更复杂形状更复杂的拉深件的拉深件5.1.1 拉深变形过程及特点拉深变形

3、过程及特点5.1 拉深变形过程分析拉深变形过程分析拉深是材料塑性流动的过程不用模具，如何不用模具，如何将圆形的平板毛将圆形的平板毛坯加工成开口的坯加工成开口的空心件？空心件？H=（Dd）/2拉深前：拉深前： a=a=a b=b=b料厚料厚t筒底筒底筒壁筒壁h（Dd）/2网格拉深前后的变化网格拉深前后的变化拉深前拉深前拉深后拉深后拉深时的网格受力拉深时的网格受力板料厚度沿高度方向的变化板料厚度沿高度方向的变化 处于凸模底下的材料在拉深过程中变化很小，变形主处于凸模底下的材料在拉深过程中变化很小，变形主 要集中在处于凹模平面上的（要集中在处于凹模平面上的（D-d）圆环形部分，）圆环形部分，该处该处

4、 是拉深的主要变形区是拉深的主要变形区。变形区的变形不均匀，该处金属在切向压应力和径向拉变形区的变形不均匀，该处金属在切向压应力和径向拉 应力的共同作用下，沿切向被压缩，且愈到口部压缩的应力的共同作用下，沿切向被压缩，且愈到口部压缩的 愈多；沿径向伸长，且愈到口部伸长的愈多。愈多；沿径向伸长，且愈到口部伸长的愈多。厚度沿高度方向各处不一样，在拉深件厚度沿高度方向各处不一样，在拉深件 的口部厚度增加的最多。的口部厚度增加的最多。 拉深变形特点拉深变形特点以带压边圈的直以带压边圈的直壁圆筒形件的首壁圆筒形件的首次拉深为例。次拉深为例。下标下标1 1、2 2、3 3分别代分别代表坯料径向、表坯料径向

5、、厚向厚向、切向切向的应力和应变的应力和应变 压边圈压边圈5.1.2 拉深过程中坯料应力应变状态及分布拉深过程中坯料应力应变状态及分布1 1应力应变状态应力应变状态 1）忽略厚度方向的应力，不考虑加工硬化）忽略厚度方向的应力，不考虑加工硬化 2）由塑性变形条件及受力平衡条件两个方程求解两个未知数）由塑性变形条件及受力平衡条件两个方程求解两个未知数2应力应变分布应力应变分布二、拉深过程中毛坯的应力和应变状态图5-4 拉深时毛坯的变形特点)平板毛坯的一部分)毛坯在拉深过程中的变形)拉深成圆筒形件二、拉深过程中毛坯的应力和应变状态图5-5 拉深时毛坯内各部分的内应力图5-6 拉深时的应力与应变状态（

6、）平面凸缘部分（主要变形区）（）凸缘圆角部分（过渡区）（）筒壁部分（传力区）（）底部圆角部分（过渡区）（）圆筒件底部二、拉深过程中毛坯的应力和应变状态R的取值范围：的取值范围：rRt 和和 在拉深过程中每时在拉深过程中每时每刻都在变化每刻都在变化变形区应力大小变形区应力大小Q Q当当 时，时，凸缘最外缘处凸缘最外缘处凹模入口处凹模入口处31061. 0RRt变形区应力变形区应力1和和3分布分布拉深过程中的拉深过程中的1max1max和和3max3max的变化规律的变化规律1max在在Rt=（0.70.9）R0时达时达到拉深过程中的最大值到拉深过程中的最大值max1max拉深过程中的主要质量问题

7、：拉深过程中的主要质量问题：凸缘变形区的起皱凸缘变形区的起皱危险断面的拉裂危险断面的拉裂5.2 拉深件质量分析及控制拉深件质量分析及控制三、拉深时凸缘变形区的应力分布和起皱1.凸缘变形区的力学分析图5-7 圆筒形件拉深时的应力分析三、拉深时凸缘变形区的应力分布和起皱2.起 皱 在拉深过程中，毛坯凸缘在切向压应力作用下，可能产生塑性失稳而拱起的现象称为起皱，如图所示。 图5-8 凸缘起皱凸模毛坯凹模四、拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断1.拉深时筒壁传力区的受力情况 拉深时，凸缘内缘处的径向拉应力为最大值，即1max。因此，筒壁所受的拉应力主要由1max引起。筒壁还存在因压边力产生的摩擦阻力、坯料

8、绕过凹模圆角的摩擦力和弯曲力等，如图所示。图5-9 拉深时压边力引起的摩擦阻力四、拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断1.拉深时筒壁传力区的受力情况 ）由压边力Fy所引起摩擦阻力Fy应与其所引起的筒壁附加拉力相等，设摩擦系数为，即2FydtMMFydt式中 Fy压边力（N）； M附加拉应力（Mpa）。四、拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断1.拉深时筒壁传力区的受力情况 ）拉深开始时，凸模下压使毛坯弯曲绕过凹模圆角，此时要克服凹模圆角的摩擦力，如图所示。图5-10 凹模圆角处的受力状态 ）凸模处的材料绕过凹模圆角时，筒壁部分还有克服弯曲阻力引起的附加拉应力W，如图所示。四、拉深时筒壁传力区的受力情况与

9、拉断1.拉深时筒壁传力区的受力情况图5-11 毛坯的弯矩示意图四、拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断2.拉 裂图5-12 拉深件拉裂（）压边力的影响（）相对圆角半径的影响（）润滑的影响（）凸模和凹模间隙的影响（）表面粗糙度的影响5.2.1 起皱起皱起皱起皱是指拉深变形时在凸缘变形区沿切向形成高低是指拉深变形时在凸缘变形区沿切向形成高低 不平的皱纹的现象。不平的皱纹的现象。1起皱的概念及产生原因起皱的概念及产生原因2. 影响起皱的因素影响起皱的因素材料的力学性能材料的力学性能凸缘部分材料的相对厚度凸缘部分材料的相对厚度变形程度变形程度凹模工作部分的几何形状：凹模工作部分的几何形状： 锥形凹模不易起

10、皱锥形凹模不易起皱总的说来：凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹总的说来：凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越弱，性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越弱，越容易失稳起皱。越容易失稳起皱。 是否起皱，可根据板料的相对厚度由表是否起皱，可根据板料的相对厚度由表5-1或公式或公式5-3、5-4判断判断3防止起皱的措施防止起皱的措施 实际生产中防止拉深起皱最有效的措施是采用压边圈并施实际生产中防止拉深起皱最有效的措施是采用压边圈并施加合适的压边力加合适的压边力Q （1）起皱规律：）起皱规律： 实践证明直壁圆筒形件的首次拉深中起皱最易发生的时刻：实践证明直壁圆筒形件的首次拉深中起

11、皱最易发生的时刻：拉深的初期拉深的初期（2）防皱措施：采用）防皱措施：采用压边圈压边圈施加合适的压边力施加合适的压边力（3 3）起皱的位置：）起皱的位置：拉深主要变形区（凸缘变形区）拉深主要变形区（凸缘变形区）关于起皱的几个重要结论：关于起皱的几个重要结论：主要取决于主要取决于 当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，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拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险危险断面断面”产生破裂。产生破裂。 5.2.2 拉裂拉裂拉深成败的关键拉深成败的关键1拉裂的概念及产生原因拉裂的概念及产生原因一方面是筒壁传力区中的拉应力。一方面是筒壁传力区

12、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。2影响拉裂的因素影响拉裂的因素（1）板料力学性能的影响）板料力学性能的影响（2）拉深系数）拉深系数m的影响的影响（3）凹模圆角半径的影响）凹模圆角半径的影响（4）摩擦的影响）摩擦的影响（5）压边力的影响）压边力的影响3防止拉裂的措施防止拉裂的措施选用硬化指数大、屈强比小的材料进行拉深；选用硬化指数大、屈强比小的材料进行拉深；适当增大拉深凸、凹模圆角半径；适当增大拉深凸、凹模圆角半径；增加拉深次数；增加拉深次数；改善润滑。改善润滑。 直壁圆筒形件的首次拉深中拉裂最易发生直壁圆筒形件的首次拉深中拉裂最易发生的时刻在拉深的初

13、期。的时刻在拉深的初期。实践证明：实践证明：不带凸缘的直不带凸缘的直壁圆筒形件壁圆筒形件带凸缘的直带凸缘的直壁圆筒形件壁圆筒形件阶梯形件阶梯形件5.3.1 直壁旋转体零件拉深工艺计算直壁旋转体零件拉深工艺计算5.3 拉深工艺计算拉深工艺计算（1 1）毛坯形状和尺寸的确定）毛坯形状和尺寸的确定表面积相等原则表面积相等原则: :坯料形状和尺寸确定的依据：坯料形状和尺寸确定的依据：若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后工件表面积近似相等。拉深后工件表面积近似相等。 形状相似原则形状相似原则: : 旋转体零件拉深前坯料的形状与旋转体零件拉深前坯料的形状与拉深

14、后工件断面形状相似。拉深后工件断面形状相似。1. 无突缘圆筒形件拉深工艺计算无突缘圆筒形件拉深工艺计算据此可知，圆筒形件所用毛坯形状为圆形据此可知，圆筒形件所用毛坯形状为圆形毛坯尺寸计算步骤：毛坯尺寸计算步骤：1 1）确定修边余量，见表）确定修边余量，见表5-25-2。2 2）计算拉深件的表面积。）计算拉深件的表面积。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。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。把各简单几何体表面积相加即为零件把各简单几何体表面积相加即为零件 总表面积。总表面积。3 3）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

15、出坯料直径。 2 2）计算表面积）计算表面积 由图得：由图得： 32124AAAD23221)2(48)2(24)(rdArrdrArHdA2256. 072. 14rdrdHdD简化得坯料直径为简化得坯料直径为: : 1）查表）查表5-2得修边余量得修边余量h注：当板料厚度注：当板料厚度t 1mm时，所有尺寸以标注尺寸代入，否则以中线尺寸代入。时，所有尺寸以标注尺寸代入，否则以中线尺寸代入。则：则：毛坯尺寸计算公式毛坯尺寸计算公式拉深系数拉深系数m m= =（2）拉深系数的确定）拉深系数的确定1 1）拉深系数的概念拉深系数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：

16、第第n n次拉深系数：次拉深系数：Ddm11122ddm 1nnnddm拉深后的拉深后的圆筒件圆筒件的直径的直径d拉深前拉深前毛坯毛坯D D（或半成品）（或半成品）直径直径dn1nnm 即即m m的大小可以间的大小可以间接的反映切向变形接的反映切向变形量的大小。量的大小。第二次拉深第二次拉深第一次拉深第一次拉深第第n次拉深次拉深拉深系数与拉深变形程度的关系拉深系数与拉深变形程度的关系拉深系数可以表示拉深变形程度的大小，拉深系数可以表示拉深变形程度的大小，拉深系数越拉深系数越 小，表示拉深变形程度越大，小，表示拉深变形程度越大，当拉深系数小于一定当拉深系数小于一定 值时，拉深件就会被拉裂，因此存

17、在极限拉深系数。值时，拉深件就会被拉裂，因此存在极限拉深系数。极限拉深系数极限拉深系数mn：使拉深件不破裂的拉深系数：使拉深件不破裂的拉深系数 的最小值。的最小值。在进行拉深工艺计算和模具设计时，总是尽可能地使拉在进行拉深工艺计算和模具设计时，总是尽可能地使拉 深系数值减小，以便于减少拉深次数。深系数值减小，以便于减少拉深次数。拉深系数的重要结论拉深系数的重要结论）影响极限拉深系数的因素）影响极限拉深系数的因素材料方面材料方面 板料的相对厚度大，板料的相对厚度大，mm可以减小。可以减小。 模具方面模具方面模具间隙大模具间隙大凸、凹模圆角半径大凸、凹模圆角半径大模具表面光滑模具表面光滑锥形凹模锥

18、形凹模 极限拉深系数小极限拉深系数小 是否采用压边圈是否采用压边圈 润滑润滑 拉深次数拉深次数, , , ,sbtnD 拉深工作条件拉深工作条件总的影响规律：凡是能增总的影响规律：凡是能增加筒壁传力区危险断面的加筒壁传力区危险断面的强度，降低筒壁传力区拉强度，降低筒壁传力区拉应力的因素，均会使极限应力的因素，均会使极限拉深系数减小，反之会增拉深系数减小，反之会增加极限拉深系数。加极限拉深系数。tD）极限拉深系数值的确定）极限拉深系数值的确定 表表5-35-3和表和表5-45-4是无凸缘圆筒形件各次拉深的是无凸缘圆筒形件各次拉深的极限拉深系数。极限拉深系数。 为了提高工艺稳定性和零件质量，实际生

19、产为了提高工艺稳定性和零件质量，实际生产中应采用稍中应采用稍大于大于极限拉深系数极限拉深系数m mn n的拉深系数的拉深系数进行拉深。进行拉深。（3 3）拉深次数的确定）拉深次数的确定当当 m m总总 m m1 1时，拉深件可一次拉成，否则时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。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： 查表法（表查表法（表5-55-5） 推算方法推算方法 计算方法计算方法 1 1）由表）由表5-35-3或表或表5-45-4中查得各次的极限拉深系数中查得各次的极限拉深系数 m mn n 。 2 2）依次计算出各次拉深的极限直径，即）依次计算

20、出各次拉深的极限直径，即 1 1 1 1 ； 2 2 2 2 1 1； ； ； 3 3）当）当时，时，计算的次数计算的次数 n n 即为拉深次数。即为拉深次数。推算方法计算拉深次数步骤推算方法计算拉深次数步骤（4 4）拉深工序件尺寸的确定）拉深工序件尺寸的确定1 1）半成品的直径）半成品的直径由表由表5-35-3、5-45-4查得各次拉深的极限拉深系数查得各次拉深的极限拉深系数 m mn n ，适当放大，适当放大，并加以调整，得到实际采用的拉深系数并加以调整，得到实际采用的拉深系数m mn n。 调整的原则是：调整的原则是： ）保证）保证m总总1 12 2Dd ）使）使1 12 21 1 最后

21、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： 1 11 1；2 22 21 1；=d=d 按照上述方法计算半成品直径时，需要反复试取按照上述方法计算半成品直径时，需要反复试取m1，m2，m3，mn的值，比较繁琐，实际上可以将的值，比较繁琐，实际上可以将各次极限拉深系数放大一个合适倍数各次极限拉深系数放大一个合适倍数k即可，这里即可，这里: 式中式中n是拉深次数是拉深次数。拉深系数的放大系数拉深系数的放大系数k2 2）筒底圆角半径）筒底圆角半径r rn n 筒底圆角半径筒底圆角半径rn即是本道拉深凸模的圆角半径即是本道拉深凸模的圆角半径rp,确定方法如下：确定

22、方法如下： 一般情况下，除末道拉深工序外，可取一般情况下，除末道拉深工序外，可取rpi =rdi。 对于末道拉深工序：对于末道拉深工序：u 当工件的圆角半径当工件的圆角半径rt，则取，则取rpn=r；u 当工件的圆角半径当工件的圆角半径rt，拉深结束后再通过，拉深结束后再通过 整形工序获得整形工序获得r。 根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得到如下工序件高度计算公式。计算前应先定出各工序件的底部到如下工序件高度计算公式。计算前应先定出各工序件的底部圆角半径。圆角半径。 3 3）工序件高度）工序件高度Hi的计算的计算 nnnnnnn

23、rddrddDHrddrddDHrddrddDH32. 043. 025. 0.32. 043. 025. 032. 043. 025. 0222222222111111212256. 072. 14iiiiiirrdHddDH Hi i由毛坯直径计算公式解出：由毛坯直径计算公式解出：例例4.14.1求图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序求图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序 件尺寸。材料为件尺寸。材料为1010钢，板料厚度钢，板料厚度2 2。 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。（）计算坯料直径（）计算坯料直径 根据零件尺寸，其相对高度为根据零件尺寸，其相对高度为7

24、 . 22875230176dh查表查表5-25-2得切边余量得切边余量mmh6坯料直径为坯料直径为2256. 072. 1)(4rdrhHddD代已知条件入上式得代已知条件入上式得98.298.2 ，这里取，这里取9898 拉深工艺计算举例拉深工艺计算举例（）确定拉深次数（）确定拉深次数 按表按表5-15-1可用可不用压边圈，但为保险，首次拉深仍采用压边圈。可用可不用压边圈，但为保险，首次拉深仍采用压边圈。根据根据/ /2.02.0，查表，查表5-35-3得各次极限拉深系数：得各次极限拉深系数： 1 1 0.500.50， 2 2 0.750.75， 3 3 0.780.78， 4 4 0.

25、800.80，。 故故 1 1 1 1 0.500.50989849.049.02 2 2 2 1 10.750.7549.049.036.836.8 3 3 3 3 2 20.780.7836.836.828.728.7 4 4 4 4 3 30.80.828.728.72323 此时此时4 423232828，所以应该用，所以应该用4 4次拉深成形。次拉深成形。 %0 . 2%100982Dt坯料相对厚度为：坯料相对厚度为：各次工序件直径为各次工序件直径为1k1 1.0511850.509851.512k2 11.0511850.7551.5140.613k3 21.0511850.784

26、0.6133.304k4 31.0511850.8033.3028 各次工序件底部圆角半径取以下数值：各次工序件底部圆角半径取以下数值： 18，25，34，44 各次工序件高度为各次工序件高度为 （）各次拉深工序件尺寸的确定（）各次拉深工序件尺寸的确定（4 4）工序件草图）工序件草图2.有凸缘圆筒形件的拉深工艺计算有凸缘圆筒形件的拉深工艺计算可以把有凸缘的圆筒形件看作是无凸缘筒形件拉深到中间某可以把有凸缘的圆筒形件看作是无凸缘筒形件拉深到中间某一时刻停止不拉时的半成品。一时刻停止不拉时的半成品。 与无凸缘筒形件的拉深相同与无凸缘筒形件的拉深相同:变形特点相同。变形特点相同。拉深过程中出现的质量

27、问题相似。拉深过程中出现的质量问题相似。）窄凸缘圆筒形件）窄凸缘圆筒形件窄凸缘筒形件窄凸缘筒形件：4 . 11 . 1/ddf拉深方法及工艺拉深方法及工艺计算方法同无凸计算方法同无凸缘筒形件缘筒形件（1 1）有凸缘圆筒形件的分类及变形特点）有凸缘圆筒形件的分类及变形特点 2 2）宽凸缘圆筒形件）宽凸缘圆筒形件拉深方法与工艺计算不同于无凸缘筒形件拉深方法与工艺计算不同于无凸缘筒形件4 . 1/ ddf（2)2)宽凸缘圆筒形件的拉深方法宽凸缘圆筒形件的拉深方法4 . 1/ ddf第一种拉深方法第一种拉深方法第二种拉深方法第二种拉深方法特别提醒：特别提醒：不论哪种拉深方不论哪种拉深方 法，凸缘尺寸一

28、法，凸缘尺寸一 定在首次拉深时定在首次拉深时 得到得到必须严格控制凸必须严格控制凸 模进入凹模的高度模进入凹模的高度(3)(3)宽凸缘圆筒形件的工艺计算宽凸缘圆筒形件的工艺计算1）宽凸缘件的毛坯尺寸确定）宽凸缘件的毛坯尺寸确定2）宽凸缘件的变形程度）宽凸缘件的变形程度3）判断能否一次拉成）判断能否一次拉成4）计算拉深次数）计算拉深次数5）计算半成品尺寸）计算半成品尺寸 毛坯展开：按无凸缘圆筒形件的毛坯计算方法计算，即根毛坯展开：按无凸缘圆筒形件的毛坯计算方法计算，即根据表面积相等的原则计算毛坯表面积。据表面积相等的原则计算毛坯表面积。 当当rp=rd=r 时，时，d df f包含修边余量包含修

29、边余量d df f1）宽凸缘件的毛坯尺寸确定）宽凸缘件的毛坯尺寸确定 2 2）宽凸缘圆筒形件的变形程度）宽凸缘圆筒形件的变形程度 宽凸缘圆筒形件的变宽凸缘圆筒形件的变形程度大小不能仅用形程度大小不能仅用拉深系数来衡量拉深系数来衡量 根据拉深系数和零件相对高度来判断拉深次数。根据拉深系数和零件相对高度来判断拉深次数。不能根据拉深系数来判定拉深次数和变形程度。不能根据拉深系数来判定拉深次数和变形程度。首次极限拉深系数比无凸缘筒形件的小。首次极限拉深系数比无凸缘筒形件的小。 宽凸缘件有自己的拉深系数，见表宽凸缘件有自己的拉深系数，见表5-75-7宽凸缘圆筒形件的拉深系数取决于有关尺寸的三个相对比宽凸

30、缘圆筒形件的拉深系数取决于有关尺寸的三个相对比 值：值：d df f/ /（凸缘的相对直径）、（凸缘的相对直径）、/ /（零件的相对高（零件的相对高 度）、度）、r r/ /（相对圆角半径）。（相对圆角半径）。 表表5-7 宽凸缘件的第一次极限拉深系数宽凸缘件的第一次极限拉深系数根据拉深系数和相对高度判断，根据拉深系数和相对高度判断， 求出总的拉深系数求出总的拉深系数m总总和相对和相对高度高度h/d，查出第一次允许的极限拉深系数，查出第一次允许的极限拉深系数m1和相对高度和相对高度h1/d1 ，比较：，比较：m总总m1，h/dh1/d1 ,则可一次拉出，否则可一次拉出，否则需要多次拉深。则需要

31、多次拉深。（4）拉深次数的确定：仍可采用推算法推算。）拉深次数的确定：仍可采用推算法推算。 不能准确确定不能准确确定（5）半成品尺寸的确定）半成品尺寸的确定（3 3）判断能否一次拉成）判断能否一次拉成变形特点：变形特点： 阶梯形件的拉深与圆筒形件的拉深基本相同，每一阶梯阶梯形件的拉深与圆筒形件的拉深基本相同，每一阶梯相当于相应圆筒形件的拉深。相当于相应圆筒形件的拉深。 （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径根据零件高度与最小直径 之比来判断。之比来判断。若若h/dnh1/d1，则可一次拉出，则可一次拉出，否则多次拉深。这里否则多次拉深。这里h1/d1 可查

32、表可查表5-53阶梯圆筒形件的拉深阶梯圆筒形件的拉深（2 2）阶梯形件拉深方法的确定）阶梯形件拉深方法的确定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-1n-1）都大于相应的圆筒形件）都大于相应的圆筒形件 的极限拉深系数的极限拉深系数 ，则每次拉深形成一个阶梯，从大阶梯拉到，则每次拉深形成一个阶梯，从大阶梯拉到 小阶梯，小阶梯，拉深次数即是阶梯数。拉深次数即是阶梯数。 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-1n-1）小于相应圆筒形件的极限拉）小于相应圆筒形件的极限拉 深系数深系数 ，拉深方法按宽凸缘件，从小阶梯依次

33、拉到大阶梯。拉深方法按宽凸缘件，从小阶梯依次拉到大阶梯。浅阶梯形件的拉深方法浅阶梯形件的拉深方法5.3.2 非直壁旋转体零件拉深工艺计算非直壁旋转体零件拉深工艺计算球形件球形件抛物面形件抛物面形件锥形件锥形件1.非直壁旋转体零件拉深特点非直壁旋转体零件拉深特点球形件拉深球形件拉深直壁圆筒形件拉深直壁圆筒形件拉深非直壁旋转体零件的拉深特点非直壁旋转体零件的拉深特点 （1）非直壁旋转体零件拉深时，位于压边圈下面的凸缘部）非直壁旋转体零件拉深时，位于压边圈下面的凸缘部 分和凹模口内的悬空部分都是变形区。分和凹模口内的悬空部分都是变形区。（2）非直壁旋转体零件的拉深过程是拉深变形和胀形变形）非直壁旋转

34、体零件的拉深过程是拉深变形和胀形变形 的复合。的复合。（3）胀形变形主要位于凸模顶点下面的附近区域）胀形变形主要位于凸模顶点下面的附近区域 起皱成为此类零件拉深要解起皱成为此类零件拉深要解决的主要问题。决的主要问题。尤其是悬空部分的起皱尤其是悬空部分的起皱内皱内皱加大突缘尺寸加大突缘尺寸增加压边圈下的摩擦系数增加压边圈下的摩擦系数增大压边力增大压边力采用拉深筋采用拉深筋反拉深反拉深做到既不起皱又不破裂的措施做到既不起皱又不破裂的措施2.球面零件的拉深球面零件的拉深拉深系数为常数，不能作为工艺设计的根据拉深系数为常数，不能作为工艺设计的根据。 m=0.707球形件的拉深方法球形件的拉深方法当当t

35、/D3%时，可以采用不带压边装置的简单有底凹模时，可以采用不带压边装置的简单有底凹模 一次拉成一次拉成当当t/D=0.5%3%时，采用带压边圈的拉深模拉深时，采用带压边圈的拉深模拉深当当t/D0.5%时，采用带有拉深筋的凹模或反拉深模具时，采用带有拉深筋的凹模或反拉深模具3.抛物面零件的拉深抛物面零件的拉深浅抛物面冲件浅抛物面冲件拉深比球形件更加困难拉深比球形件更加困难常见的拉深方法有：常见的拉深方法有：（1）浅抛物面形件（）浅抛物面形件（h/d0.50.6）。其拉深难度有所增加。）。其拉深难度有所增加。 这时为了使毛坯中间部分紧密贴模而又不起皱，通常需这时为了使毛坯中间部分紧密贴模而又不起皱

36、，通常需 采用具有拉深筋的模具以增加径向拉应力。采用具有拉深筋的模具以增加径向拉应力。深抛物面形件的拉深深抛物面形件的拉深拉深筋拉深筋4. 锥形零件的拉深锥形零件的拉深拉深方法取决于：拉深方法取决于： h/d2，锥形件的拉深方法锥形件的拉深方法（1）对于浅锥形件（）对于浅锥形件（h/d20.700.80，1030），）， 1）阶梯过渡拉深成形法）阶梯过渡拉深成形法 2）锥面逐步拉深成形法）锥面逐步拉深成形法高锥形件的拉深成形方法高锥形件的拉深成形方法阶梯过渡拉深成形法阶梯过渡拉深成形法锥面逐步拉深成形法锥面逐步拉深成形法 盒形件是非旋转体零件，拉深变形时，圆角部分相当于盒形件是非旋转体零件，拉

37、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。圆筒形件拉深，而直边部分相当于弯曲变形。 5.3.3 无凸缘盒形件拉深工艺计算无凸缘盒形件拉深工艺计算变形前变形前l1=l2=l3h1=h2=h3变形后变形后h1h1h2h3l1l1l2l3盒形件的拉深特点盒形件的拉深特点（1）凸缘变形区内材料受径向拉应力和切向压应力的共同）凸缘变形区内材料受径向拉应力和切向压应力的共同 作用，产生径向伸长、切向压缩的拉深变形。应力与应作用，产生径向伸长、切向压缩的拉深变形。应力与应 变分布不均匀，圆角部分最大，直边部分最小。变分布不均匀，圆角部分最大，直边部分最小。（2）变形区内直边和圆角两处材

38、料的变形量不同。）变形区内直边和圆角两处材料的变形量不同。（3）直边部分和圆角部分相互影响的程度，随盒形件形状）直边部分和圆角部分相互影响的程度，随盒形件形状 不同而异。不同而异。第七节第七节 盒形件的拉深盒形件的拉深一、盒形件拉深变形特点 盒形件是由圆角和直边两部分组成，可以把它划分为四个长度为A2r和B2r的直边部分和四个半径为r的圆角部分。图5-30 盒形件拉深变形特点二、盒形件拉深毛坯形状和尺寸的确定 在确定毛坯的形状和尺寸之前，先确定盒形件的拉深高度，如图所示。图5-31 盒形件 如图所示的毛坯外形ABCDEF，这样的毛坯不具有圆滑过渡的轮廓，而且也没有考虑到拉深时材料由圆角部分向直

39、边部分的转移。二、盒形件拉深毛坯形状和尺寸的确定图5-32 盒形件毛坯的初步作图法二、盒形件拉深毛坯形状和尺寸的确定图5-33 正方形盒多次拉深毛坯图5-34 矩形件多次拉深毛坯形状和尺寸三、盒形件拉深变形程度 盒形件圆角部分的拉深系数为 m式中 Ry毛坯圆角的假想半径， RyRb0.7（B2r）； r 拉深件口部的圆角半径； m首次拉深系数。 rR 三、盒形件拉深变形程度 盒形件多次拉深时以后各次拉深系数按下式计算： mi （i2，n）式中 ri、ri-1以后各次拉深工序口部的圆角 半径； mi以后各次拉深工序圆角处的拉 深系数。riri-1四、盒形件的多工序拉深方法及工序尺寸确定 盒形件多

40、次拉深时的变形是直壁进一步收缩，高度进一步增大的过程，如图所示。图5-35 盒形件多次拉深过程四、盒形件的多工序拉深方法及工序尺寸确定1.方形盒多工序拉深方法图5-36 方盒形件多工序拉深的工序件形状与尺寸四、盒形件的多工序拉深方法及工序尺寸确定2.矩形盒多工序拉深方法图5-37 矩形件多工序拉深半成品的形状和尺寸五、盒形件拉深力的计算 拉深力可按下式计算： KLtb式中 盒形件周长； b材料的抗拉强度； 材料的厚度； 系数，0.50.8。1. 压边力与压边装置压边力与压边装置 （1 1）压边力）压边力 压边力压边力Q Q是由模具中设置的压边装置提供的。是由模具中设置的压边装置提供的。 压边装

41、置产生的压边力压边装置产生的压边力Q Q应在应在保证变形区保证变形区不起皱不起皱的前提下，的前提下， 尽量选尽量选小小。 任何形状的拉深件，需要的压边力任何形状的拉深件，需要的压边力： Q QAqAq 式中式中压边圈下坯料的投影面积；压边圈下坯料的投影面积； qq单位面积压料力，单位面积压料力， 5.3.4 拉深工艺力计算及设备选用拉深工艺力计算及设备选用150/bq直壁圆筒形件首次拉深直壁圆筒形件首次拉深: :直壁圆筒形件以后各次拉深直壁圆筒形件以后各次拉深: :prdDQd21121)2(4prddQdiii212i)2(4（2 2、3 3、）、） 直壁圆筒形件压边力直壁圆筒形件压边力（2

42、 2）压边装置）压边装置根据压边力的来源不同，压边装置有两种：根据压边力的来源不同，压边装置有两种：弹性压边装置：用于单动冲床，压边力由弹簧、弹性压边装置：用于单动冲床，压边力由弹簧、 橡皮、气垫、氮气弹簧等提供。橡皮、气垫、氮气弹簧等提供。刚性压边装置：用于双动冲床，压边力由外滑块提供。刚性压边装置：用于双动冲床，压边力由外滑块提供。压边装置的作用是防止拉深变形区起皱。压边装置的作用是防止拉深变形区起皱。弹性压边装置弹性压边装置弹性压边装置应用示例弹性压边装置应用示例7-压边圈压边圈双动压力机上用刚性压边装置双动压力机上用刚性压边装置4-压边圈压边圈2.拉深力的计算拉深力的计算（2 2、3

43、3、）、） 对于圆筒形件、椭圆形件、盒形件，拉深力为：对于圆筒形件、椭圆形件、盒形件，拉深力为： Fi第第i次拉深的拉深力，单位为次拉深的拉深力，单位为N；Ls工件断面周长（按料厚中心记），单位为工件断面周长（按料厚中心记），单位为mm；Kp系数。对于圆筒形件拉深，系数。对于圆筒形件拉深，Kp=0.51.0；对于椭圆；对于椭圆 形件及盒形件的拉深，形件及盒形件的拉深，Kp=0.50.8；对于其他形状；对于其他形状 工件的拉深，工件的拉深，Kp=0.70.9。当拉深趋近极限时。当拉深趋近极限时Kp取取 大值；反之取小值。大值；反之取小值。 bspitLKF3.拉深设备选择拉深设备选择对于单动压力

44、机，设备公称压力应满足：对于单动压力机，设备公称压力应满足：对于双动压力机，设备吨位应满足：对于双动压力机，设备吨位应满足：当拉深工作行程较大，尤其落料拉深复合时，应使工艺力曲线当拉深工作行程较大，尤其落料拉深复合时，应使工艺力曲线位于压力机滑块的位于压力机滑块的许用压力曲线许用压力曲线之下。之下。 浅拉深浅拉深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公称压力F F 压压 ： 压FF)8 . 07 . 0(压FF)0.60.5(特别注意特别注意5.4 拉深工艺设计拉深工艺设计（参见（参见JB/T6959-2008JB/T6959-2008

45、）拉深工艺设计拉深工艺设计拉深工序安排拉深工序安排 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。是指拉深件对拉深工艺的适应性。主要从拉深件的结构形状、尺寸大小、尺寸标注、主要从拉深件的结构形状、尺寸大小、尺寸标注、精度高低及材料选用等方面分析拉深件是否适合进精度高低及材料选用等方面分析拉深件是否适合进行拉深，是从产品加工的角度对产品设计提出的要行拉深，是从产品加工的角度对产品设计提出的要求。求。5.4.1 拉深工艺分析拉深工艺分析 （1 1）拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉深成）拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉深成 形。尽量避免急剧的外形变化形。尽量避免急剧的外形

46、变化1拉深件的形状拉深件的形状 2 2）拉深件的形状误差）拉深件的形状误差 2 2拉深件的高度拉深件的高度拉深件的高度尺寸应尽量减小，尽可能一次拉深。拉深件的高度尺寸应尽量减小，尽可能一次拉深。 3拉深件的凸缘宽度拉深件的凸缘宽度 有凸缘直壁圆筒形件的凸缘有凸缘直壁圆筒形件的凸缘 直径宜控制在：直径宜控制在： 宽凸缘直壁圆筒形件宽凸缘直壁圆筒形件: 拉深件的凸缘宽度应尽可能保持一拉深件的凸缘宽度应尽可能保持一致，并与拉深部分的轮廓形状相似致，并与拉深部分的轮廓形状相似 拉深件的底与壁、凸缘与壁的圆角拉深件的底与壁、凸缘与壁的圆角半径应满足：半径应满足：r rp1p1，r rd1d122，c1c

47、133。否则，应增加整形工序。否则，应增加整形工序。 4拉深件的圆角半径拉深件的圆角半径5拉深件的冲孔设计拉深件的冲孔设计拉深件侧壁上冲孔的拉深件侧壁上冲孔的孔距：孔距： tdhhd 2拉深件上的孔位应设置在拉深件上的孔位应设置在与主要结构面（凸缘面）与主要结构面（凸缘面）同一平面上，或使孔壁垂直同一平面上，或使孔壁垂直于该平面于该平面 拉深件凸缘上冲孔的拉深件凸缘上冲孔的孔距：孔距： 0.50.5t t拉深件上的孔通常在拉深件上的孔通常在拉深结束后冲拉深结束后冲阶梯形件高度尺寸标注阶梯形件高度尺寸标注6拉深件的尺寸标注拉深件的尺寸标注材料厚度不宜标注在筒壁或材料厚度不宜标注在筒壁或 凸缘上凸

48、缘上对于有配合要求的口部尺寸对于有配合要求的口部尺寸 应标注配合部分的深度应标注配合部分的深度筒壁和底面连接处的圆角半筒壁和底面连接处的圆角半 径应标注在较小半径的一侧径应标注在较小半径的一侧径向尺寸应根据使用要求只径向尺寸应根据使用要求只 标注外形尺寸或内形尺寸标注外形尺寸或内形尺寸7拉深件的材料选用拉深件的材料选用要求具有：要求具有：较好的塑性。较好的塑性。较小的屈强比较小的屈强比s/b大的塑性应变比大的塑性应变比小的塑性应变比各向异性系数小的塑性应变比各向异性系数 1）如果是一次拉深即能成形的浅拉深件，采用落料拉深复合工序完成。）如果是一次拉深即能成形的浅拉深件，采用落料拉深复合工序完成

49、。2）对于高拉深件，批量不大时可采用单工序冲压）对于高拉深件，批量不大时可采用单工序冲压 ；在批量很大且拉深件尺；在批量很大且拉深件尺寸不大时，可采用带料的级进拉深。寸不大时，可采用带料的级进拉深。 3）如果拉深件的尺寸很大，通常只能采用单工序冲压）如果拉深件的尺寸很大，通常只能采用单工序冲压 。4）当拉深件有较高的精度要求或需要拉小圆角半径时，需要在拉深结束后）当拉深件有较高的精度要求或需要拉小圆角半径时，需要在拉深结束后增加整形工序。增加整形工序。 5）拉深件的修边、冲孔工序通常可以复合完成。）拉深件的修边、冲孔工序通常可以复合完成。 6）除拉深件底部孔有可能与落料、拉深复合外，拉深件凸缘

50、部分及侧壁部）除拉深件底部孔有可能与落料、拉深复合外，拉深件凸缘部分及侧壁部分的孔和槽均需在拉深工序完成后再冲出。分的孔和槽均需在拉深工序完成后再冲出。7）如局部还需其它成形工序（如弯曲、翻孔等）才能最终完成拉深件的形）如局部还需其它成形工序（如弯曲、翻孔等）才能最终完成拉深件的形状，其他冲压工序必须在拉深结束后进行。状，其他冲压工序必须在拉深结束后进行。5.4.2 拉深工序安排拉深工序安排扩展阅读：以后各次拉深的特点扩展阅读：以后各次拉深的特点毛坯不同毛坯不同变形区的变化不同变形区的变化不同拉深力的变化不同拉深力的变化不同破裂发生的时刻不同破裂发生的时刻不同变形区的稳定性不同变形区的稳定性不

51、同拉深系数不同拉深系数不同拉深方法可以不同拉深方法可以不同首次拉深首次拉深后续拉深后续拉深（1）无压边装置的简单拉深模无压边装置的简单拉深模1.首次拉深模首次拉深模（3）落料拉深复合）落料拉深复合模模1)1)正装拉深模正装拉深模2)倒装拉深模倒装拉深模（4 4）带刚性压边装置的拉深模）带刚性压边装置的拉深模（2）有压边装置的拉深模有压边装置的拉深模5.5.1 拉深模类型及典型结构拉深模类型及典型结构5.5 拉深模具设计拉深模具设计（1 1）正拉深模）正拉深模 1 1）无压边装置）无压边装置 2）有压边装置）有压边装置（2 2）反拉深模）反拉深模 1）无压边装置）无压边装置 2）压边圈在上模）压

52、边圈在上模 3）压边圈在下模）压边圈在下模2.以后各次拉深模以后各次拉深模 首次无压边装置的简单拉深模首次无压边装置的简单拉深模带压边装置的首次正装拉深模带压边装置的首次正装拉深模 带压边装置的首次倒装拉深模带压边装置的首次倒装拉深模落料拉深复合模落料拉深复合模落料拉深复合模落料拉深复合模双动压力机用首次拉深模双动压力机用首次拉深模 2. 以后各次拉深模具以后各次拉深模具（1 1）正拉深模）正拉深模 1 1）无压边装置的以后）无压边装置的以后各次正装拉深模各次正装拉深模 2 2）有压边装置的以）有压边装置的以后各次倒装拉深模后各次倒装拉深模 （2）反拉深模）反拉深模1 1）无压边装置反向）无压

53、边装置反向 拉深模拉深模 2）弹性压边装置在上模的反向拉深模）弹性压边装置在上模的反向拉深模 压边装置在下模的反拉深模压边装置在下模的反拉深模双动压力机正、反拉深原理双动压力机正、反拉深原理 凸、凹模工作部分结构设计凸、凹模工作部分结构设计 圆角半径的确定圆角半径的确定 拉深模间隙的确定拉深模间隙的确定 工作部分尺寸及公差的确定工作部分尺寸及公差的确定 5.5.2 拉深模具零件设计拉深模具零件设计1拉深凸、凹模工作部分的结构拉深凸、凹模工作部分的结构（1）无压边装置的一次拉深凸、凹模工作部分结构）无压边装置的一次拉深凸、凹模工作部分结构 无压边装置的多次拉深凸、凹模工作部分结构无压边装置的多次

54、拉深凸、凹模工作部分结构（2 2）有压边装置的拉深凸、凹模工作部分结构）有压边装置的拉深凸、凹模工作部分结构首次拉深首次拉深后续拉深后续拉深2拉深凸、凹模工作部分的尺寸拉深凸、凹模工作部分的尺寸圆角半径圆角半径拉深模间隙拉深模间隙工作部分尺寸及公差工作部分尺寸及公差二、拉深模工作部分结构和尺寸设计1.凹模圆角半径rd rd与毛坯厚度、零件的形状尺寸及拉深方法等因素有关，首次拉深rd1 可按经验公式计算： rd10.8 （D0dd）t式中 rd1凹模圆角半径； D0毛坯直径； dd凹模内径； t板料厚度。二、拉深模工作部分结构和尺寸设计1.凹模圆角半径rd 以后各次拉深，rd可由下式决定： rd

55、2（0.60.8）rd1 rn（0.70.9）rdn-1式中 rd2第二次拉深凹模圆角半径； rdn第n次拉深凹模圆角半径。二、拉深模工作部分结构和尺寸设计2.凸模圆角半径rp 在一般情况下，凸模圆角半径可与凹模圆角半径取得相等或略小，即rp（0.71.0）rd。各道拉深凸模圆角半径rp应逐次缩小。图5-59 无压边圈的多次拉深模结构10二、拉深模工作部分结构和尺寸设计图5-60 有压边圈的多次拉深模结构）圆角的结构形式）斜角的结构形式2.凸模圆角半径rp二、拉深模工作部分结构和尺寸设计3.凸模和凹模单边间隙 不用压边圈拉深时， Z（11.1）tmax 用压边圈时， Ztmaxkt式中 tma

56、x材料最大厚度； 凸、凹模单面间隙； 间隙系数。二、拉深模工作部分结构和尺寸设计4.凸、凹模工作部分尺寸及公差图5-61 凸模和凹模尺寸确定）拉深件尺寸标注在外形）拉深件尺寸标注在内形（1 1）凸、凹模圆角半径）凸、凹模圆角半径 1）凹模圆角半径影响：）凹模圆角半径影响：拉深力拉深力拉深模寿命拉深模寿命拉深件质量拉深件质量需要满足：需要满足：rdi2t 2）凸模圆角半径）凸模圆角半径rp 中间各道工序，取中间各道工序，取rpi等于等于rdi ，即：，即： 最后一道拉深：最后一道拉深：u当工件圆角半径当工件圆角半径rt 时时 ，取取 rpn =ru当工件圆角半径当工件圆角半径rt 最后校正得到工件圆角半径最后校正得到工件圆角半径r。rpi = rdi（2）凸、凹模间隙）凸、凹模间隙c 间隙大小影响：间隙大小影响：拉深力拉深力拉深模寿命拉深模寿命拉深件质量拉深