模块二汽车车身冲压工艺 知识点四拉深工艺

1第一篇汽车车身冲压工艺李新伟学习目标2第四章拉深工艺了解常见拉深工艺的特点认识拉深零件的分类了解拉深模掌握圆筒形零件拉深工艺参数

将平面毛坯压制成开口空心的零件，或将已经压制的开口空心毛坯进一步拉深，又称拉延或压延。

拉深工艺是汽车覆盖件成形的主要方法。

4-1拉深基本原理一、拉深概念（1）材料变形特征金属有较大的流动（2）模具拉深所用模具与冲裁模不同，其凸、凹模没有锋利的刃口，而具有较大圆角半径，并且凸、凹模间隙一般稍大于板厚。4-1拉深基本原理二、拉深特点三、拉深件类型及特点4-1拉深基本原理1、直壁旋转件（如圆筒形件）2、非直壁旋转件（如球形件）3、盒形件4、不规则形状的零件（如复杂曲面的车身覆盖件）图拉深成形的各种零件4-1拉深基本原理三、拉深件类型及特点球形件球形件一、拉深变形过程及特点二、圆筒形拉深件的应力与应变三、圆筒形零件的拉深工艺参数四、起皱和防皱措施五、拉裂及防裂措施4-2圆筒形零件的拉深

毛坯置于凹模上。凸模向下运动，凸模平底首先压住直径为d的坯料中间部分。凸模继续下行，即将坯料的环形部分（D0－d)——凸缘逐渐拉入凹模腔内，凸缘材料便不断转化为零件的筒壁。一、拉深变形过程及特点4-2圆筒形零件的拉深一、拉深变形过程及特点为了直观了解金属的流动状态，可在圆形毛坯上画出间距相等的同心圆和分度相等的网格，毛坯拉深成筒形件后，网格的形状和尺寸都产生了较大的变化。圆筒底部的网格与拉深前基本没有变化；筒壁部分的网格由原来的扇形变成矩形。4-2圆筒形零件的拉深什么变化？一、拉深变形过程及特点1.在拉深过程中，坯料的中心部分成为筒形件的底部，基本不变形，是不变形区；4-2圆筒形零件的拉深2.坯料的凸缘部分是主要变形区。拉深过程实质上就是将坯料的凸缘部分材料转移到筒壁的过程。一、拉深变形过程及特点4-2圆筒形零件的拉深厚度变化：底部略有变薄，壁部上段增厚，下部变薄，侧壁靠近底部圆角处最严重，甚至断裂，为危险断面。增加的高度从变形的角度，拉深成形的立体形状零件可划分为五个区域：圆筒底区域OIJ,凸模圆角区GHIJ,筒壁区域EFGH,凹模区域CDEF,凸缘区域ABCD。4-2圆筒形零件的拉深图圆筒形拉深件各成形区域二、圆筒形拉深件的应力与应变4-2圆筒形零件的拉深二、圆筒形拉深件的应力与应变144-2圆筒形零件的拉深1、凸缘（法兰）区域凸缘部分是拉深成形的主要变形区。该区材料在凸模拉深力的作用下不断被拉入凹模腔内，同时其外缘直径不断缩小。因此，该处材料处于径向受拉、切向受压状态，并在径向和切向产生伸长和压缩变形，板厚增加，凸缘外边缘板厚增加最大。15当凸缘直径较大而板料较薄时，往往由于切向压应力过大使凸缘失稳而拱起，形成“起皱”现象。这种情况下，为防止凸缘起皱，应该采用压料装置。1、凸缘（法兰）区域4-2圆筒形零件的拉深164-2圆筒形零件的拉深2、筒壁区域由于凸、凹模的单边间隙略大于材料厚度，材料被拉入凹模腔内转化为筒壁，直径基本不变，所以筒壁区域的材料处于轴向受拉状态和轴向伸长、厚度变薄，压力机施加于凸模的压力（拉深力），就是靠该区的材料传递到凹模圆角区及凸缘区域。因此，该区又称为传力区。174-2圆筒形零件的拉深3、筒底区域筒底区域变形程度很小，通常其拉深变形量为1％-2％，厚度减薄量为2％一3％，因此称筒底区域为小变形区（或不变形区）。184-2圆筒形零件的拉深4、凸模圆角区域

该区材料的变形流动方向为筒底流动到筒壁，该区域材料受到凸模圆角的顶压和成形力的拉伸作用。在此区域板厚减薄严重，可以说是整个圆筒区零件上变薄最严重的区域，在凸模圆角转角处稍上一点是筒壁变薄最严重的地方，因而该处断面是拉深件的危险断面，拉深件的拉裂破坏多在此处发生。危险断面194-2圆筒形零件的拉深5、凹模圆角区域应变：径向拉深切向压缩厚度减薄径向受拉切向受压厚向受压204-2圆筒形零件的拉深二、圆筒形拉深件的应力与应变4-2圆筒形零件的拉深三、圆筒形零件的拉深工艺参数1、拉深系数的概念和意义拉深系数m是指拉深后工件的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比。（1）拉深系数圆筒直径毛坯直径22如图所示，用直径为D的毛坯拉成直径为dn、高度为hn的工件，经过多次拉深，各次拉深系数为：（1）拉深系数4-2圆筒形零件的拉深23（1）拉深系数4-2圆筒形零件的拉深总的拉深系数表示从毛坯D拉深至dn的总变形程度。第n次拉深后圆筒直径第n次拉深前圆筒直径24（2）拉深系数的意义拉深系数小于1，它表明了拉深过程中的变形程度。拉深系数m大，表示拉深前后毛坯变化小，变形程度小；拉深系数m小，表示拉深前后毛坯变化大，变形程度大。4-2圆筒形零件的拉深25（3）极限拉深系数4-2圆筒形零件的拉深m值越小，筒壁的最大拉应力越大。当最大拉应力之值增加到筒壁危险断面的抗拉强度，危险断面濒于拉裂时，这一极限变形状态下的拉深系数即称为极限拉深系数mmin。

mmin是衡量薄板材料冲压成形性能的重要指标之一。26（4）影响拉深系数的因素4-2圆筒形零件的拉深

1)材料方面材料的性能:屈强比、延伸率、厚向异性系数、硬化指数材料的相对厚度：t/D大，m小。薄材料拉深时，易失稳而起皱。材料的表面质量：材料的表面光滑，m可减小。27（4）影响拉深系数的因素4-2圆筒形零件的拉深

2)模具方面模具间隙：间隙小，m值增大。凸凹模圆角半径模具的表面质量凹模形状：图锥形凹模28（5）影响拉深系数的因素4-2圆筒形零件的拉深

3)拉深条件是否采用压边圈：采用压边圈m减小。拉深次数：在拉深之后，材料将产生冷作硬化，塑性降低。故第一次拉深m值要小，以后各次增加。润滑情况：润滑好则摩擦小，m可小些，但凸模不润滑。29（5）降低拉深系数的措施4-2圆筒形零件的拉深传力区最大拉应力↓危险断面抗拉强度↑极限拉深系数↓通常采取以下措施：1）选择合适材料屈强比小、延伸率大的材料，其拉深形性能好，拉深系数小。提高材料的厚向异性指数和硬化指数，可显著提高材料成形极限效果。304-2圆筒形零件的拉深2）材料的相对厚度t/Dt/D值对材料的极限拉深系数有很大的影响。提高t/D值，有助于增大材料的拉深成形极限，降低极限拉深系数。其原因是t/D增大，拉深成形时凸缘材料抵抗失稳起皱的能力增大，从而减少压料力，减少摩擦损耗。

表无凸缘缘筒形拉深件极限的拉深系数314-2圆筒形零件的拉深3）凹模圆角半径凹模圆角半径太小，材料在拉深成形过程中弯曲阻力增加，从而使筒壁传力区的最大拉应力增加，危险断面易拉裂；凹模圆角半径太大，又会减小凸缘材料的有效压料面积，使凸缘材料易起皱。因此应合理选择凹模圆角半径，有助于降低极限拉深系数。4）凸模圆角半径凸模圆角半径影响危险断面的强度。凸模圆角半径太大，材料绕凸模弯曲的拉应力增加，危险断面的强度降低。凸模圆角半径太小，则会减小承载面积，还会减小凸模断面与材料的接触面积，增加坯料的悬空面部分，易使悬空部分起皱。因此选择合理的凸模圆角半径有助于降低极限拉深系数。324-2圆筒形零件的拉深5）凸、凹模间隙

坯料在拉深成形过程中，在凹模圆角区域，相对板料有增厚现象，因此合理的凸、凹模间隙有利于材料的塑性流动，还不会影响拉深成形零件的准确度。6）摩擦和润滑条件（毛坯单面润滑法）

在凹模面和压料圈与材料接触的部分进行润滑，可以降低筒壁承受的拉应力，提高材料的拉深成形极限。而毛坯与凸模面之间的摩擦力可减少危险断面的拉应力作用，因此凸模表面不必做得很光滑，也不需要润滑。4-2圆筒形零件的拉深三、圆筒形零件的拉深工艺参数2、毛坯尺寸的确定根据塑性变形体积不变规律简化为面积不变343、拉深力4-2圆筒形零件的拉深拉深力和压料力是选择压力机的主要依据之一。0.95—0.5生产中常用经验公式计算拉深力：354-2圆筒形零件的拉深4、压料力表

可否采用压料圈的条件为解决拉深过程中起皱问题，生产中主要措施是采用压料圈。是否需要采用压料圈，可由上表中的条件决定。364-2圆筒形零件的拉深4、压料力拉深开始时压料面积单位压料力；对于深拉深钢板，t>0.5mm时，q=(2.5—3.0)MPa压料力Q过大会拉裂，过小不防止起皱。374-2圆筒形零件的拉深5、拉深时压力机吨位的选择拉深时，压料力和拉深力是同时产生的。计算总拉深力时应包括压料力在内。4-2圆筒形零件的拉深四、起皱和防皱措施在拉深成形过程中，拉深件的质量问题表现有：起皱、拉裂、表面划伤、形状歪扭和回弹等。在这些现象中，以起皱、拉裂对拉深件的质量影响最大，发生的机会最多，据统计，由于起皱、拉裂而导致的废品占总废品率的80%～90%之多，因此分析、研究拉深过程中起皱、拉裂产生的原因及防止措施，对保证拉深工艺的顺利进行，以及保证拉深件的质量均有重要意义。391、起皱原因及危害4-2圆筒形零件的拉深凸缘部分是拉深过程中的主要变形区，而该变形区受最大切向压应力作用，其主要变形是切向压缩变形。当切向压应力较大而坯料的相对厚度t/D又较小时，凸缘部分的料厚与切向压应力之间失去了应有的比例关系，从而在凸缘整个周围产生波浪形的连续弯曲，这就是拉深时的起皱现象。404-2圆筒形零件的拉深

拉深件的起皱直接影响其表面质量及尺寸精度，起皱严重时，还将引起板料在拉深过程中难于通过凸模和凹模之间的间隙，增大拉深变形力，甚至拉裂。1、起皱原因及危害414-2圆筒形零件的拉深2、影响起皱的因素①坯料的相对厚度t/D

坯料的相对厚度越小，拉深变形区抵抗失稳的能力越差，因而就越容易起皱。相反，坯料相对厚度越大，越不容易起皱。42②拉深系数m

根据拉深系数定义m=d/D可知，拉深系数m越小，拉深变形程度越大，越容易起皱。有时，虽然坯料的相对厚度较小，但当拉深系数较大时，拉深时也不会起皱。

例如，拉深高度很小的浅拉深件时，即属于这一种情况。这说明，在上述两个主要影响因素中，拉深系数的影响显得更为重要。2、影响起皱的因素4-2圆筒形零件的拉深43③拉深模工作部分的几何形状与参数

凸、凹模圆角半径及凸、凹模之间间隙过大时，则坯料容易起皱。用锥形凹模拉深的坯料与用普通平端面凹模拉深的坯料相比，前者不容易起皱。2、影响起皱的因素4-2圆筒形零件的拉深444-2圆筒形零件的拉深3、防止起皱的措施要防止起皱，一般不允许改变毛坯的相对厚度和拉深系数，因为这些参数在冲压件设计时已被确定。在生产中主要从改变冲压件拉深变形的变形方式，以及受力特点出发，采取有效措施来防止起皱。454-2圆筒形零件的拉深3、防止起皱的措施

为防止起皱，最常用方法是在拉深模具上设置压料装置，使坯料凸缘区夹在凹模平面与压料圈之间通过。并不是任何情况下都会发生起皱现象，当变形程度较小坯料相对厚度较大时，一般不会起皱，这时就可不必采用压料装置。判断要否采用压料装置可查表确定。图

带压料圈的模具结构①采用压料装置464-2圆筒形零件的拉深3、防止起皱的措施当采用压料装置时，压料装置将毛坯变形部分紧紧压住，并对其作用一压料力Q，以防止凸缘部分拱起而起皱。

压料力Q大小要合适。压料装置分为弹性压料和刚性压料两类。①采用压料装置压料力随拉深深度的增加而增大，弹簧垫和橡皮垫只适用于浅拉深。4-2圆筒形零件的拉深压料力不随拉深深度的变化而变化，且压料力足够大。刚性压料装置适用于深拉深。①采用压料装置4-2圆筒形零件的拉深反拉深的坯件是已经经过拉深的空心毛坯。拉深时将空心毛坯翻转装在拉深模上，凸模从空心毛坯底部反向压下，使其内壁外翻。由于凸模对毛坯的拉深方向与上一道工序相反，故称反拉深。②采用反拉深4-2圆筒形零件的拉深③采用拉深筋

对于一些形状复杂的曲面拉深件，尤其是凸缘较小的拉深件，应设有拉深筋，以提高拉深时径向拉应力来预防起皱。拉深筋应设置在径向拉应力较小的部位上，即金属较容易流动的部位，对凸缘较小的零件，为了设置拉深筋，有时可适当增加一些材料（称工艺补充材料），修边时再将这部分去掉。4-2圆筒形零件的拉深④采用软膜拉深

所谓软模就是指以橡胶或液体充当凸模或凹模的冲压模具。它可用以完成弯曲、拉深、翻边、胀形等工序。采用软模可简化模具结构，降低模具成本，但由于生产效率低，往往只适用于小批生产。图示是以橡皮代替凹模。拉深时软凹模产生很大压力，将毛坯紧紧压在凸模上，增加毛坯与凸模间的摩擦力。能显著降低拉深系数达到0.4-0.45，能很好的防止起皱。4-2圆筒形零件的拉深3、防止起皱的措施⑤采用锥形凹模采用锥形凹模拉深，毛坯的过渡形状成曲面形，因而凸缘变形区具有更强的抗失稳能力，能较好防止起皱。为防止起皱，锥形凹模的锥形角应取30°～60°。为了减少拉深力，锥形角应取20°～30°。通常采用30°的锥形角以兼顾这两方面的要求。4-2圆筒形零件的拉深五、拉裂及防裂措施拉裂是拉深工艺中出现的主要问题之一。当筒壁处所受拉应力超过了材料的强度极限时，工件就会拉裂，裂口一般出现在凸模圆角稍上一点筒壁处。4-2圆筒形零件的拉深①合理选用材料五、拉裂及防裂措施

工件材料的选用除应满足工件需要外，还应考虑工艺的要求。一般说来，选用材料应考虑下列几个指标：屈强比σs/σb要小。屈强比小，屈服应力σs小，凸缘材料易变形；强度极限σs高，材料不易破裂。厚向异性指数r要大。r值愈大，壁厚应变小，筒壁变薄小，不易破裂。4-2圆筒形零件的拉深②正确确定凸凹模圆角半径五、拉裂及防裂措施凸凹模圆角半径对筒壁的拉裂影响极大。通常凹模圆角半径可取r凹=(6～10)t。薄料取上限，厚料取下限。凸模圆角半径r可取：r凸=(0.7～1.0)r凹。4-2圆筒形零件的拉深③合理选取拉深系数五、拉裂及防裂措施

拉深系数取得过小，虽可加大变形程度，减少拉深次数，但却大大增加拉深力，使工件筒壁严重变薄，甚至导致拉裂。用同样的凹模圆角半径、同样的润滑条件，对板厚lmm的10号钢进行拉深，采用拉深系数m为0.656时，筒壁危险断面处变薄量为5.7%，而m为0.175时，变薄量增至13.5%。4-2圆筒形零件的拉深④正确进行润滑五、拉裂及防裂措施拉深时，采用必要的润滑，有利于拉深工艺的顺利进行，筒壁变薄得到改善，但必须注意润滑剂只能涂在凹模和压料圈与毛坯接触的表面上，而在与凸模接触的毛坯表面上千万不要润滑，因凸模与毛坯表面的摩擦是属于有利的摩擦，它可防止工件滑动、变薄。574-3拉深模一、拉深模种类及设计要点按拉深工艺特点：有压料和无压料装置两种；按压料装置结构：刚性压料模和弹性压料模；按拉深工序次数：首次拉深模和多次拉深模；按坯料变形方向：分为顺拉深模和反拉深