拉伸工艺模具设计教材

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拉深成形形的障碍碍及防止止措施1.起皱(如图4.1.8)，影响起起皱的因因素：(1)凸缘部分分材料的的相对厚厚度凸缘部分分的相对对料厚，，即为:(2)切向压应应力的大大小拉深时的的值决定定于变形形程度，，变形程程度越大大，需要要转移的的剩余材材料越多多，加工工硬化现现象越严严重，则则越大大，就就越容易易起皱。。(3)材料的力力学性能能板料的屈屈强比小小，，则屈服服极限小小，变形形区内的的切向压压应力也也相对减减小，因因此板料料不容易易起皱。。(4)凹模工作作部分的的几何形形状平端面凹凹模拉深深时，毛毛坯首次次拉深不不起皱的的条件是是:用锥形凹凹模首次次拉深时时，材料料不起皱皱的条件件是：如果不能能满足上上述式子子的要求求，就要要起皱。。在这种种情况下下，必须须采取措措施防止止起皱发发生。最简单的的方法(也是实际际生产中中最常用用的方法法)是采用压压边圈。2.拉裂拉深后得得到工件件的厚度度沿底部部向口部部方向是是不同的的(如图4.1.9)防止拉裂裂:可根据板板材的成成形性能能，采用用适当的的拉深比比和压边边力，增增加凸模模的表面面粗糙度度，改善善凸缘部部分变形形材料的的润滑条条件，合合理设计计模具工工作部分分的形状状，选用用拉深性性能好的的材料。。3.硬化拉深是一一个塑性性变形过过程，材材料变形形后必然然发生加加工硬化化，使其其硬度和和强度增增加，塑塑性下降降。加工硬化化的好处处是使工工件的强强度和刚刚度高于于毛坯材材料，但但塑性降降低又使使材料进进一步拉拉深时变变形困难难。4.2直壁旋转转体零件件拉深工工艺的设设计4.2.1拉深毛坯坯尺寸的的确定拉深毛坯坯尺寸的的确定原原则：体积不变变原理（（拉深前毛毛坯表面面积等于于拉深后后零件的的表面积积）、相似似性原理理。毛坯的计计算方法法：等重重量、等等体积、、分析图图解法、、作图法法。（1）确定修修边余量量由于材料料的各向向导性以以及拉深深时金属属流动条条件的差差异，拉拉深后工工件口部部不平，，通常拉拉深后需需切边，，因此计计算毛坯坯尺寸时时应在工工件高度度方向上上(无凸缘件件)或凸缘上上增加修修边余量量。。（2）计算工工件表面面积圆筒直壁壁部分的的表面积积为:4.2.2无凸缘圆圆筒形件件的拉深深工艺计计算1.拉深系数数拉深系数数是表示示拉深后后圆筒形形件的直直径与拉拉深前毛毛坯（或或半成品品）的直直径之比比。（如图4.2.2）工件的直直径与毛毛坯直径径之比称称为总拉拉深系数数，即工工件所需需要的拉拉深系数数图4.2.2拉深工序序示意图图拉深系数数的倒数数称为拉拉深程度度或拉深深比，其其值为：：拉深系数数表示了了拉深前前后毛坯坯直径的的变化量量，反映映了毛坯坯外边缘缘在拉深深时切向向压缩变变形的大大小，因因此可用用它作为为衡量拉拉深变形形程度的的指标。。拉深时时毛坯外外边缘的的切向压压缩变形形量为：：由此可知知，拉深深系数是是一个小小于1的数值，，其值愈愈大表示示拉深前前后毛坯坯的直径径变化愈愈小，即即变形程程度小。。其值愈愈小则毛毛坯的直直径变化化愈大，，即变形形程度大大。2.影响拉深深系数的的因素拉深材料料：机械械性能、、料厚、、表面质质量。拉深模具具：间隙隙、凸模模圆角半半径、凹凹模圆角角半径、、凹模形形状(如图图4.2.3）凹凹模模表表面面质质量量。。拉深深条条件件：：压压边边圈圈、、次次数数、、润润滑滑、、工工件件形形状状。。3.拉深深系系数数的的值值与与拉拉深深次次数数查表表确确定定。。图4.2.3锥形形凹凹模模4.2.3无凸凸缘缘圆圆筒筒形形拉拉深深件件的的拉拉深深次次数数和和工工序序件件尺尺寸寸的的计计算算试确确定定如如下下图图所所示示零零件件(材料料08钢，，材材料料厚厚度度=2mm)的拉拉深次次数数和和各各拉拉深深工工序序尺尺寸寸。。计算算步步骤骤如如下下：：1.确定定切切边边余余量量根据据，查表表，，并并取取：：。。2.按教教材材表表的的公公式式计计算算毛毛坯坯直直径径3.确定定拉拉深深次次数数⑴判断断能能否否一一次次拉拉出出对于于图图示的零零件件，，由由毛毛坯坯的的相相对对厚厚度度：：从表表4.4.1中查查出出各各次次的的拉拉深深系系数数：=0.54，=0.77，=0.80，=0.82。则则该该零零件件的的总总拉拉深深系系数。。即：，，故故该该零零件件需经经多多次次拉拉深深才才能能够够达达到到所所需需尺尺寸寸。。（2）计计算算拉拉深深次次数数例如如:可知知该该零零件件要要拉拉深深四四次次才才行行。。半成成品品尺尺寸寸确确定定（1）半半成成品品直直径径拉深深次次数数确确定定后后，，再再根根据据计计算算直直径径应应等等于于的的原原则则对对各次次拉拉深深系系数数进进行行调调整整，，使实实际际采采用用的的拉拉深深系系数数大大于于推推算算拉拉深次次数数时时所所用用的的极极限限拉拉深深系系数数。。零件件实实际际需需拉拉深深系系数数应应调调整整为为：：调整整好好拉拉深深系系数数后后，，重重新新计计算算各各次次拉拉深深的的圆圆筒筒直直径径即即得得半成成品品直直径径。。零零件件的的各各次次半半成成品品尺尺寸寸为为：（2）半半成成品品高高度度各次次拉拉深深直直径径确确定定后后，，紧紧接接着着是是计计算算各各次次拉拉深深后后零零件件的高高度度：：式中中：：各次次拉拉深深的的直直径径(中线线值值)；各次次半半成成品品底底部部的的圆圆角角半半径径(中值值)；各次次半半成成品品底底部部平平板板部部分分的的直直径径；；各次次半半成成品品底底部部圆圆角角半半径径圆圆心心以以上上的的筒壁壁高高度度；；零件件的的以以上上各各项项具具体体数数值值代代人人上上述述公公式式，，即即求求出出各各次次高度度为为：：各次次半半成成品品的的总总高高度度为为：：拉深深后后得得到到的的各各次次半半成成品品(如图图4.2.6)图4.2.6零件件各各次次拉拉深深的的半半成成品品尺尺寸寸4.3拉深深工工艺艺设设计计4.3.1拉深深零零件件结结构构工工艺艺性性分分析析拉深深零零件件的的结结构构工工艺艺性性是是指指拉拉深深零零件件采采用用拉拉深深成成形形工工艺艺的的难难易易程程度度。。良良好好的的工工艺艺性性应应是是坯坯料料消消耗耗少少、、工工序序数数目目少少，，模模具具结结构构简简单单、、加加工工容容易易，，产产品品质质量量稳稳定定、、废废品品少少和和操操作作简简单单方方便便等等。。在设设计计拉拉深深零零件件时时，，应应根根据据材材料料拉拉深深时时的的变变形形特特点点和和规规律律，，提提出出满满足足工工艺艺性性的的要要求求。。4.3.2拉深深工工艺艺的的辅辅助助工工序序1.润滑滑在凹凹模模圆圆角角、、平平面面、、压压边边圈圈表表面面及及与与这这些些部部位位相相接接触触的的毛毛坯坯表表面面，，应应每每隔隔一一定定周周期期均均匀匀抹抹涂涂一一层层润润滑滑油油，，并并保保持持润润滑滑部部位位干干净净.2.热处处理理在多多道道拉拉深深时时，，为为了了恢恢复复冷冷加加工工后后材材料料的的塑塑性性，，应应在在工工序序中中间间安安排排退退火火，，以以软软化化金金属属组组织织。。拉拉深深工工序序后后还还要要安安排排去去应应力力退退火火。。一一般般拉拉深深工工序序间间常常采采用用低低温温退退火火。。各各种种材材料料不不需需热热处处理理可可以以拉拉深深的的次次数数。。3.酸洗洗退火火后后工工件件表表面面必必然然有有氧氧化化皮皮和和其其他他污污物物，，在在继继续续加加工工时时会会增增加加模模具具的的磨磨损损，，因因此此必必需需要要酸酸洗洗，，否否则则使使拉拉深深不不能能正正常常进进行行。。4.4拉深深成成形形模模具具设设计计4.4.1拉深深模模具具的的分分类类及及典典型型结结构构按拉拉深深模模使使用用的的设设备备可可分分为为：：①单动动压压力力机机②双动动压压力力机机③三动动压压力力机机按工工序序组组合合分分为为①单工工序序拉拉深深模模②级进进式式拉拉深深模模③复合合模模图4.6.2无压压边边装装置置的的简简单单拉拉深深模模1-定位位板板；；2-下模模座座；；3-凸模模；；4---凹模模图4.6.3有压压边边装装置置倒倒装装拉拉深深模模图4.6.4有压压边边装装置置顺顺装装拉拉深深模模图4.6.5双动压力力机工作作原理4.4.2拉深模工工作零件件的结构构和尺寸寸拉深模工工作部分分的尺寸寸指的是是凹模圆圆角半径径，，凸模圆圆角半径径，，凸、凹凹模的间间隙c，凸模直直径，凹凹模直径径等，(如图4.6.10)。1.凹模圆角角半径(1)拉深力的的大小凹模圆角角半径小时材料料流过凹凹模时产产生较大大的弯曲曲变形，，结果需需承受较较大的弯弯曲变形形阻力，，此时凹凹模圆角角对板料料施加的的厚向压压力加大大，引起起摩擦力力增加。。(2)拉深件的的质量当过过小小时，坯坯料在滑滑过凹模模圆角时时容易被被刮伤，，结果使使工件的的表面质质量受损损。而当当太太大时，，拉深初初期毛坯坯没有与与模具表表面接触触的宽度度加大，，由于这这部分材材料不受受压边力力的作用用，因而而容易起起皱。图4.6.10拉深模工工作部分分的尺寸寸(3)拉深模的的寿命小时，材材料对凹凹模的压压力增加加，摩擦擦力增大大，磨损损加剧，，使模具具的寿命命降低。。所以的的值值既不能能太大也也不能太太小。通常可按按经验公公式计算算：2.凸模圆角角半径凸模圆角角半径对对拉深工工序的影影响没有有凹模圆圆角半径径大，但但其值也也必须合合适。3.凸模和凹凹模的间间隙拉