拉伸工艺和拉深模具设计培训教材

1.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。(如图4.0.1)2.典型的拉深件(如图4.0.2)3.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4.1.1板料拉深变形过程及其特点在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与相同弧度b辐射线组成的网格(如图4.1.2)，然后将带有网格的毛坯进行拉深。在拉深过程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸缘毛坯的径向产生拉伸应力，切向产生压缩应力。在它们的共同作用下，凸缘变形区材料发生了塑性变形，并不断被拉入凹模内形成筒形拉深件。

在拉深后我们发现如图4.1.2：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线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线，如图4.1.3所示，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某一瞬时毛坯变形和应力情况(如图4.1.5)1.平面凸缘部分主要变形区2.凹模圆角区过渡区3.筒壁部分

传力区4.凸模圆角部分

过渡区5.圆筒底部分

小变形区图4.1.5拉深中毛坯的应力应变情况

4.1.3拉深成形的障障碍及防止措措施1.起皱(如图4.1.8)，影响起皱皱的因素：(1)凸缘部部分材料的相相对厚度凸缘部分的相相对料厚，即即为:(2)切向压压应力的大小小拉深时的的值值决定于变形形程度，变形形程度越大，，需要转移的的剩余材料越越多，加工硬硬化现象越严严重，则越大大，就越容易易起皱。(3)材料的的力学性能板料的屈强比比小小，则屈屈服极限小，，变形区内的的切向压应力力也相对减小小，因此板料料不容易起皱皱。(4)凹模工工作部分的几几何形状平端面凹模拉拉深时，毛坯坯首次拉深不不起皱的条件件是:用锥形凹模首首次拉深时，，材料不起皱皱的条件是：：如果不能满足足上述式子的的要求，就要要起皱。在这这种情况下，，必须采取措措施防止起皱皱发生。最简单的方法法(也是实际际生产中最常常用的方法)是采用压边边圈。2.拉裂拉深后得到工工件的厚度沿沿底部向口部部方向是不同同的(如图4.1.9)防止拉裂:可根据板材的的成形性能，，采用适当的的拉深比和压压边力，增加加凸模的表面面粗糙度，改改善凸缘部分分变形材料的的润滑条件，，合理设计模模具工作部分分的形状，选选用拉深性能能好的材料。。3.硬化拉深是一个塑塑性变形过程程，材料变形形后必然发生生加工硬化，，使其硬度和和强度增加，，塑性下降。。加工硬化的好好处是使工件件的强度和刚刚度高于毛坯坯材料，但塑塑性降低又使使材料进一步步拉深时变形形困难。4.2直壁壁旋转体零件件拉深工艺的的设计4.2.1拉拉深毛坯尺尺寸的确定拉深毛坯尺寸寸的确定原则则：体积不变原理理（拉深前毛坯表表面积等于拉拉深后零件的的表面积）、相似性原原理。毛坯的计算方方法：等重量量、等体积、、分析图解法法、作图法。。（1）确定修修边余量由于材料的各各向导性以及及拉深时金属属流动条件的的差异，拉深深后工件口部部不平，通常常拉深后需切切边，因此计计算毛坯尺寸寸时应在工件件高度方向上上(无凸缘件件)或凸缘上上增加修边余余量。。（2）计算工工件表面积圆筒直壁部分分的表面积为为:4.2.2无无凸缘圆筒形形件的拉深工工艺计算1.拉深系数数拉深系数是表表示拉深后圆圆筒形件的直直径与拉深前前毛坯（或半半成品）的直直径之比。（如图4.2.2）工件的直径与与毛坯直径之之比称为总拉拉深系数，即即工件所需要要的拉深系数数图4.2.2拉深工序示意意图拉深系数的倒倒数称为拉深深程度或拉深深比，其值为为：拉深系数表示示了拉深前后后毛坯直径的的变化量，反反映了毛坯外外边缘在拉深深时切向压缩缩变形的大小小，因此可用用它作为衡量量拉深变形程程度的指标。。拉深时毛坯坯外边缘的切切向压缩变形形量为：由此可知，拉拉深系数是一一个小于1的的数值，其值值愈大表示拉拉深前后毛坯坯的直径变化化愈小，即变变形程度小。。其值愈小则则毛坯的直径径变化愈大，，即变形程度度大。2.影响拉深深系数的因素素拉深材料：机机械性能、料料厚、表面质质量。拉深模具：间间隙、凸模圆圆角半径、凹凹模圆角半径径、凹模形状状(如图4.2.3）凹模表面质质量。拉深条件：压压边圈、次数数、润滑、工工件形状。3.拉深系数的值值与拉深次数数查表确定。图4.2.3锥锥形凹模4.2.3无凸缘圆筒形形拉深件的拉拉深次数和工工序件尺寸的的计算试确定如下图图所示零件(材料08钢，材料厚度度=2mm)的拉深次数和各拉拉深工序尺寸寸。计算步骤如下下：1.确定切边余量量根据，查表，并取：：。。2.按教材表的公公式计算毛坯坯直径3.确定拉深次数数⑴判断能否一次次拉出对于图示的零件，由毛毛坯的相对厚厚度：从表4.4.1中查出各次的的拉深系数：=0.54，=0.77，=0.80，=0.82。则该零件的的总拉深系数。。即：，，故该零零件需经多次拉深深才能够达到到所需尺寸。。（2）计算拉拉深次数例如:可知该零件要要拉深四次才才行。半成品尺寸确确定（1）半成品品直径拉深次数确定定后，再根据据计算直径应应等于的的原则则对各次拉深系数数进行调整，，使实际采用的的拉深系数大大于推算拉深次数时所用用的极限拉深深系数。零件实际需拉拉深系数应调调整为：调整好拉深系系数后，重新新计算各次拉拉深的圆筒直直径即得半成品直径。。零件的各次次半成品尺寸寸为：（2）半成品品高度各次拉深直径径确定后，紧紧接着是计算算各次拉深后后零件的高度：式中：各次拉深的直直径(中线值值)；各次半成品底底部的圆角半半径(中值)；各次半成品底底部平板部分分的直径；各次半成品底底部圆角半径径圆心以上的的筒壁高度；零件的以上各各项具体数值值代人上述公公式，即求出出各次高度为：各次半成品的的总高度为：：拉深后得到的的各次半成品品(如图4.2.6)图4.2.6零件件各次拉深的的半成品尺寸寸4.3拉深工艺设计计4.3.1拉拉深零件结结构工艺性分分析拉深零件的结结构工艺性是是指拉深零件件采用拉深成成形工艺的难难易程度。良良好的工艺性性应是坯料消消耗少、工序序数目少，模模具结构简单单、加工容易易，产品质量量稳定、废品品少和操作简简单方便等。。在设计拉深零零件时，应根根据材料拉深深时的变形特特点和规律，，提出满足工工艺性的要求求。4.3.2拉拉深工艺的的辅助工序1.润滑在凹模圆角、、平面、压边边圈表面及与与这些部位相相接触的毛坯坯表面，应每每隔一定周期期均匀抹涂一一层润滑油，，并保持润滑滑部位干净.2.热处理在多道拉深时时，为了恢复复冷加工后材材料的塑性，，应在工序中中间安排退火火，以软化金金属组织。拉拉深工序后还还要安排去应应力退火。一一般拉深工序序间常采用低低温退火。。各种材料不不需热处理可可以拉深的次次数。3.酸洗退火后工件表表面必然有氧氧化皮和其他他污物，在继继续加工时会会增加模具的的磨损，因此此必需要酸洗洗，否则使拉拉深不能正常常进行。4.4拉深成形模具具设计4.4.1拉拉深模具具的分类及典典型结构按拉深模使用用的设备可分分为：①单动压力机②双动压力机③三动压力机按工序组合分分为①单工序拉深模模②级进式拉深模模③复合模图4.6.2无压边装置的的简单拉深模模

1-定位位板；2-下下模座；3-凸模；4---凹模图4.6.3有压边装置倒倒装拉深模图4.6.4有压边装置顺顺装拉深模图4.6.5双动压力机工工作原理4.4.2拉深模工作零零件的结构和和尺寸拉深模工作部部分的尺寸指指的是凹模圆圆角半径，，凸凸模圆角半径径，，凸、凹模模的间隙c，凸模直径，，凹模直径等等，(如图4.6.10)。1.凹模圆角角半径(1)拉深力力的大小凹模圆角半径径小时材料流过过凹模时产生生较大的弯曲曲变形，结果果需承受较大大的弯曲变形形阻力，此时时凹模圆角对对板料施加的的厚向压力加加大，引起摩摩擦力增加。。(2)拉深件件的质量当过过小时，坯料料在滑过凹模模圆角时容易易被刮伤，结结果使工件的的表面质量受受损。而当太太大时，拉深深初期毛坯没没有与模具表表面接触的宽宽度加大，由由于这部分材材料不受压边边力的作用，，因而容易起起皱。图4.6.10拉拉深模工作作部分的尺寸寸(3)拉深模的的寿命小时，材料对对凹模的压力力增加，摩擦擦力增大，磨磨损加剧，使使模具的寿命命降低。所以以的的值既不能能太大也不能能太小。通常可按经验验公式计算：：2.凸模圆角角半径凸模圆角半径径对拉深工序序的影响没有有凹模圆角半半径大，但其其值也必须合合适。3.凸模模和凹模模的间隙隙拉深模间间隙是指指单面间间隙。间间隙的大大小对拉拉深力、、拉深件件的质量量、拉深深模的寿寿命都有有影响。。确定时要要考虑压压边状况况、拉深深次数和和工件精精度等。。其原则则是：既要考虑虑板料本本身的公公差，又又要考虑虑板料的的增厚现现象，间间隙一般般都比毛毛坯厚度度略大一一些。采采用压边边拉深时时其值可可按下式式计算：：也可直接接查教材材表4.7。不用压边边圈拉深深时，考考虑到起起皱的可可能性取取间隙值值为:4.凸模模、凹模模的尺寸寸及公差差若以凹模模为基准准时，凹凹模尺寸寸为：凸模尺寸寸为：当工件的的外形尺尺寸及公公差有要要求时(如图4.6.12a)所示，，以凹模模为基准准。先确确定凹模模尺寸，，因凹模模尺寸在在拉深中中随磨损损的增加加而逐渐渐变大，，故凹模模尺寸开开始时应应取小些些。其值值为：凸模尺寸寸为：当工件的的内形尺尺寸及公公差有要