拉深工艺与拉深模

第八讲拉深工艺与拉深模拉深工艺及拉深件的工艺性拉深工艺设计拉深模具结构拉深模设计其他形状零件的拉深一、拉深工艺及拉深

件的工艺性拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件或将开口空心零件进一步改变形状和尺寸的工艺。

⒈拉深工艺概述圆筒件拉深1-凸模2-压边圈3-凹模4-毛坯5-拉深件（1）拉深工艺定义筒形、阶梯形、锥形、球形、抛物线形等轴对称空心件；矩形、方形或其他不规则形状空心件。（2）拉深件的形式（3）拉深工艺分类按毛坯形状第一次拉深（以平板为毛坯）第一次拉深后的各次拉深（以空心件为毛坯）按壁厚变化一般拉深（工件壁厚不变）变薄拉深（工件壁厚不变）⒉拉深件的工艺性④非对称的空心件应组合成对进行拉深，然后将其切成两个或多个零件。⑴拉深件的形状要求①拉深件的结构形状应简单、对称，尽量避免急剧的外形变化。③多次拉深的筒壁和凸缘的内、外表面应允许出现压痕。②尺寸标注时，应根据使用要求只标注外形或内形尺寸；筒壁和底面连接处的圆角半径只能标注在内形；材料厚度不宜标注在筒壁或凸缘上。⑵拉深件的高度常见零件一次成形的拉深高度为：无凸缘筒形件：h≤（0.5～０.７）ｄ（ｄ为拉深件壁厚中经）带凸缘筒形件：dt

/d≤1.5时，h≤（0.4～０.6）ｄ（dt为拉深件凸缘直经）⑶拉深件的圆角半径拉深件的凸缘与筒壁间的圆角半径应取rd≥2t；为便于拉深顺利进行，通常取rd≥（4~8）t；

rd≤2t时，需增加整形工序。拉深件底与筒壁的圆角半径应取rp≥2t；为便于拉深顺利进行，通常rp≥（3~5）t；当零件要求rp

<t时，需增加整形工序。拉深件的径向尺寸精度一般不高于IT11级，如高于IT11，则需增加校形工序。⑷拉深件的尺寸精度二、拉深工艺设计由于板料存在着各向异性，实际生产中毛坯和凸、凹模的中心也不可能完全重合，因此拉深件口部不可能很整齐，通常都要有修边工序，以切去不整齐部分。为此，在计算毛坯时应预先留有修边余量Δh，筒形件和凸缘件的修边余量值可查下表。拉深工艺设计包括毛坯尺寸的计算、拉深次数的确定、半成品尺寸的计算等。⒈毛坯尺寸计算⑴修边余量的确定修边余量图筒形件的修边余量Δh/mm带凸缘件的修边余量Δd/mm由于拉深后工件的平均厚度与毛坯厚度相差不大，可以近似地认为毛坯在拉深过程中厚度不变，因此可以根据工件表面积等于毛坯表面积这一原则来计算毛坯尺寸，即D—毛坯直径，mm；⑵简单形状拉深件毛坯计算—拉深件各部分表面积之和，A—包括修边余量在内的拉深件表面积，；式中：⑶复杂形状的旋转体毛坯尺寸计算复杂形状旋转体毛坯尺寸计算可采用久里金法则，其原理是：任何形状的母线绕某轴旋转一周所构成的旋转体的表面积，等于该母线长度与该母线形心绕该轴旋转所得周长的乘积，即根据面积相等原理推得：式中：Rx—母线形心至旋转轴的距离（旋转半径），mm；l—母线长，mm。（4）对复杂形状的旋转体，公式的应用

④求毛坯直径：①将工件厚度中线的轮廓线（包括切边余量）分为若干段直线和圆弧；②计算出各直线和圆弧的长度l1、

l2…

ln，并找出每一线段的形心，算出每一形心到旋转轴的距离R1x、R2x…

Rnx。直线的形心在直线的中点上，圆弧的形心查表。③求出各段母线的长度与其旋转半径乘积的代数和：圆弧长度和形心到旋转轴的距离计算公式拉深后工件直径与拉深前工件（或毛坯）直径之比。⒉拉深系数⑴拉深系数m②示例①定义：圆筒件多次拉深第3次拉深：m3=d3/d2第n次拉深：mn=dn/dn-1第1次拉深：m1=d1/D第2次拉深：m2=d2/d1总拉深系数m总：工件直径dn与毛坯直径D之比。即，总拉深系数为各次拉深系数的乘积m总=dn/D=m1•m2•m3•••mn注意：生产实际中，有时用拉深比kn表示拉深变形程度。kn

=1/mnc）实际生产中选用拉深系数时应在充分利用材料塑性的基础上又不使工件拉裂，这个使拉深件不拉裂的最小拉深系数称为极限拉深系数。③意义b）拉深系数是拉深变形程度的标志。拉深系数大，即拉深变形程度小，材料塑性未被充分利用，拉深次数增加，模具数量增加，成本提高；拉深系数小，拉深前后工件直径变化就大，即拉深变形程度大，拉深就可能无法进行。a）拉深系数是拉深变形工艺中的重要参数，是拉深工艺计算的基础；（2）影响极限拉深系数的因素③毛坯的相对厚度t/Dt/D大则毛坯的稳定性好，不易起皱，允许的m值可以小些。①材料的力学性能材料的屈服强比小，极限拉深系数就小。②材料的厚向异性系数γ材料的γ越大，允许的m越小。⑤润滑良好的润滑条件减小拉深系数。但凸模与工件之间的摩擦力有利于提高传力区的承载能力，因此凸模与工件之间不必进行润滑。④拉深模的几何参数主要是凸、凹模的圆角半径。表4.5第二次拉深后工件直径：当拉深件的直径与毛坯直径之比（总拉深系数）大于m1

时，说明该工件只需一次拉深即可。如果小于

m1

，则需两次或两次以上拉深。拉深次数计算原理如下：⒊拉深次数（1）计算法第一次拉深后工件直径：第三次拉深后工件直径：已知拉深件尺寸即可计算出毛坯直径D，参考表中的极限拉深系数可计算出各次拉深后的工件直径，直到dn

≤d（d为工件直径），这样n即为拉深次数。第n次拉深后工件直径：（2）查表法第n次：4.各次拉深后半成品尺寸的计算⑴半成品直径尺寸的计算第一次：第二次：⑵半成品高度尺寸的计算式中hn

、dn—分别为第n次拉深后工件的高度和直径，mm；

D—毛坯直径，mm；

rpn—第次拉深时凸模的圆角半径，mm。三、拉深模具结构按使用的设备双动压力机用拉深模单动压力机用拉深模三动压力机用拉深模按工序组合单工序拉深模复合模连续模按有无压边装置有压边装置拉深模无压边装置拉深模按工艺顺序首次拉深模以后各次工序拉深模1.类型

无压边装置的首次拉深模

带压边装置的首次拉深模

落料拉深复合模

双动压力机上使用的首次拉深模2.典型结构（1）首次拉深模无压边装置的以后各次工序拉深模带压边装置的以后各次工序拉深模（2）以后各次工序拉深模特点及应用：结构简单，制造方便。材料塑性好、相对厚度较大的工件，适用于浅拉深。无压边装置的首次拉深模1-凸模2-校模圈3-定位圈4-凹模工作过程：安装时由校模圈完成凸、凹模对中，工作时移走；工件由凹模底部台阶完成脱模。1-挡销2-打料杆3-推件块4-垫块5-凹模6-凸模7-压变圈8-卸料螺钉多采用倒装结构，由于提供压边力的弹性元件受空间位置限制，压边装置及凸模一般安装在下模。带压边装置的首次拉深模采用条料作为坯料，工件坯料落下后在模具中自动定位，模具生产效率高，操作方便，工件质量易保证，经常采用。落料拉深复合模1-导料板2-卸料板3-打料杆4-凸凹模5-上模座6-下模座7-顶杆8-压边圈9-拉深凸模10-落料凹模1-凸模2-上模座3-压边圈4-凹模5-下模座6-顶件块双动压力机外滑块提供压边力恒定，压边效果好。用于变形量大、质量要求高、生产批量大的工件拉深。双动压力机上使用的首次拉深模外滑块与1连，内滑块与2、3连，拉深时，1后下行；结束时，1先回复。1-上模座2-垫板3-凸模固定板4-凸模5-定位板6-凹模7-凹模固定板8-下模座适用于变形较小的拉深或整形。无压边装置的以后各次工序拉深模以后各次拉深毛坯不再是平板，其定位与压边与首次拉深模不同。为防止弹性压边力随行程的增加而增加，可在压边圈上安装限位销来控制（如下图，保持S不变）。带压边装置的以后各次工序拉深模1-压边圈2-凸模四、拉深模设计拉深力的计算压边力及压边装置凸、凹模工件部分尺寸设计1.拉深力的计算(经验公式）k1、k2—系数，查下页表（1）对于圆筒形件，采用压边装置时拉深力的计算式：第一次拉深：以后各次拉深：d1…dn—各次拉深后工件直径，mm。式中：（2）矩形等非圆形拉深件，拉深力的计算式：F=Ltσbk式中：L

—拉深件截面周长k

—修正系数，可取0.5～0.82.压边力及压边装置（1）压边装置的作用及应用在凸缘变形区施加轴向力，以防止在拉深过程中起皱。作用：压边装置中是否采用压边圈的选择依据：（2）压边力的计算

q—单位压边力，MPa,查下页表.①压边力大小影响分析：压边力过大，会增加坯料拉入凹模的拉力，容易拉裂工件；如果过小，则不能防止凸缘起皱，不起压边作用，所以压力机的大小应在不起皱的条件下尽可能小。②压边力的计算：式中A—在压边圈上毛坯的投影面积，单位压边力（3）压边装置设计常用压边装置弹性压边装置刚性压边装置①弹性压边装置通常用于普通冲床橡胶压边装置弹簧压边装置气垫压边装置弹性压边装置弹簧压边装置橡胶压边装置气垫压边装置1-弹簧2-橡胶3-凹模4-压边圈5-下模板6-凸模7-压力机8-气缸

压边力的变化曲线1-气垫压边装置2-弹簧压边装置3-橡胶压边装置为克服弹簧和橡胶压边的缺点，可采用带限位装置（定位销、柱销或螺栓）的压边装置。特点分析：随拉深程度的增加，需要压边的凸缘部分不断减少，所需的压边力也逐渐减少，由压边力变化曲线可知，橡胶与弹簧压边力正好与所需相反，随拉深程度的增加而增加，因此，橡胶与弹簧结构只用于浅拉深；气垫压边力可认为不随行程变化，压边效果好，但其结构相对复杂，制造维修不易，且需压缩空气，限制了其应用。有限位装置的压边装置固定式固定式调节式后续拉深第一次拉深使压边圈和凹模间始终保持一定距离S，这样在某种程度上限制了压边力的增大。特点：（2）刚性压边装置双动压力机，凸模装在压力机的内滑块上，压边装置装在外滑块上。1-凸模2-上模座3-压边圈4-凹模5-下模座6-顶件块压边力不随行程变化，拉深效果较好，且模具结构简单。特点：应用：3.凸、凹模工件部分尺寸设计凸、凹模的圆角半径凸、凹模间隙凸、凹模工作部分的尺寸及公差凸、凹模工作部分形状拉深件的工艺计算方法与过程举例（1）凸、凹模的圆角半径圆角半径过小，毛坯经凹模圆角进入凹模时，受弯曲和摩擦作用，因径向拉力较大，易使拉深件表面划伤或断裂；圆角半径过大，由于悬空面积增大，使压边面积减小，易起内皱。①凹模的圆角半径rd分析确定方法：经验数据法、经验公式法和作图计算法以后各次拉深：凹模圆角半径计算：首次拉深：②凸模圆角半径rp

圆角半径过小，圆角处弯曲变形程度大，“危险断面”受拉力大，工件易产生局部变薄；圆角半径过大，凸模与毛坯接触面小，易产生底部变薄和内皱。

分析首次拉深：以后各次拉深：凸模圆角半径计算：式中

nndd、1-—各工序件的外径，mm.（2）凸、凹模间隙间隙过大，易起皱，工件有锥度，精度差；间隙过小，摩擦加剧，导致工件变薄严重，甚至拉断。

拉深模间隙指单边间隙，即凹模和凸模直径之差的一半。①定义：②间隙大小影响分析：③间隙计算带压边圈模具的间隙，查下页表确定。不带压边圈模具的间隙为：式中

Z—拉深凸、凹模的单边间隙，mm;maxt—板料的最大厚度，mm.对于末次拉深或精密工件拉深，取系数（1～1.1）的偏小值，对首次或中间各次拉深取偏大值。

注意：（３）凸、凹模工作部分的尺寸及公差模具的磨损和拉深件的尺寸精度。①确定时主要考虑因素：拉深凸模与凹模的工作尺寸主要指末次拉深凸模与凹模的尺寸和公差，由拉深件的尺寸标注方法决定。ⅰ.互换加工时的计算②计算：式中Dmax

----拉深件外形的最大极限尺寸δd、δp----凹、凸模的制造公差（查表）如图示，尺寸标注在外形时，凸、凹模尺寸的计算公式为：式中dmin

----拉深件内形的最小极限尺寸δd、δp----凹、凸模的制造公差（查表）如图示，尺寸标注在内形时，凸、凹模尺寸的计算公式为：ⅱ.配作法加工（实际中多采用）时的计算拉深凸模可标注凹模基本尺寸，在技术要求中提出按单面拉深间隙配作。如图标注外形尺寸时：如图标注内形尺寸时：拉深凹模可标注凸模基本尺寸，在技术要求中提出按单面拉深间隙配作。注意：拉深凸模与凹模通常都不采用线切割加工，因此，以凸模为配作件比较方便，这一点与冲裁模不同。若均以凸模为配作件，当拉深件标注内形尺寸时，需进行尺寸换算，即先加工的凹模尺寸为：拉深凸模尺寸按配作处理，即标注凹模基本尺寸，同时要求配作间隙。③对于多次拉深，工序件尺寸无需严格要求，凸、凹模尺寸如下：凹模工作表面和型腔表面粗糙度应达到Ra0.8μm,圆角处的表面粗糙度要求为Ra0.4μm,凸模工作部分表面粗糙度要求为Ra1.6~0.8μm。④凸、凹模工作表面粗糙度要求（4）凸、凹模工作部分形状

凸模和凹模工作部分的形状对产品质量和拉深系数影响如下：①不带压边圈的拉深浅拉深（即一次拉深完成）凹模形状有三种形式圆弧形凹模锥形凹模普通凹模圆弧形凹模普通凹模锥形凹模用于大件用于小件用于小件相比于普通凹模，锥形凹模摩擦阻力和弯曲变形应力小，可采用较小的拉深系数，其半模锥角常取30度，一般用于相对料厚较大的不压边首次拉深。前后两次拉深的凸模与凹模尺寸应有良好的配合关系。深拉深（两次以上拉深）的凹模形状此模具第一次拉深时凸模设计成45度锥角，中间各次拉深凹模为锥形，下一次拉深的压边圈外形应与上一次拉深凸模的外形相同。为保证工件底部平整，应使凸模圆角的下切点（与凸模端面的切点）依次向内（中心线）移动，使每次拉深的凸模端面与拉深件内底接触。②带压边圈的拉深拉深件直径大于100mm时模具结构：首件拉深和以后各次拉深的结构均如右图。

凸模中心必须钻一出气孔，以免卸料时出现真空而使卸料困难，孔径查下表。拉深件直径小于100mm时模具结构：凸模直径/mm～50＞50～100＞100～200＞200出气孔直径/mm56.589.5（5）拉深件的工艺计算方法与过程举例该产品是多次拉深件，材料是塑性较好的08F钢，公差要求不高，冲压工艺性较好。冲压方案为：第一次拉深、第二次拉深…末次拉深，修边。例：某拉深件如图所示，材料为08F钢，试计算其模具的工作尺寸。（Ⅲ）.中间各次拉深

凸模

mmdmmdmmdppp003.0003.0003.02.792.932.112321---===、、

凹模

mmDmmDmmZdDddpdd05.0005.0005.0005.0005.0005.0004.81)1.122.79(4.95)1.122.93(6.114)2.122.112()2(3211+++++++=´+==´+==´+=+=d

Ⅺ.冲压力计算

（Ⅰ）落料力

KNDtFb1853201184=´´´==psp

（Ⅱ）.第一次拉深

KNktdFb7.10082.03200.12.11211=´´´´==psp

（Ⅲ）.第二次拉深

KNF3.7075.03200.12.932=´´´´=p

（Ⅳ）.第三次拉深

KNF7.5570.03200.12.793=´´´´=p

（Ⅴ）.第四次拉深

KNF0.4258.03200.1724=´´´´=p

五、其他形状零件的拉深带凸缘筒形件的拉深阶梯形件的拉深半球形件的拉深锥形件的拉深1.带凸缘筒形件的拉深小凸缘件dt

/d≤1.1~1.4宽凸缘件dt

/d﹥1.4小凸缘件的拉深可按筒形件拉深处理，只是在最后一、二次拉深时，加工出凸缘或带锥形的凸缘，然后校平，工艺过程如图。(1)小凸缘件的拉深小凸缘件的拉深(2)宽凸缘件的拉深宽凸缘件的拉深一般是第一次拉深就把凸缘拉到尺寸，为避免在以后拉深过程中，凸缘受拉变形，通常第一次拉深就把拉入凹模的材料比所需筒部的材料面积大3%～5%。而在以后拉深中，凸缘直径保持不变，仅仅减小筒部直径。筒部直径减小两种方法：①凸、凹模圆角半径不变，靠直径缩小来增加高度和凸缘的宽度，如图。易留下各次拉深时的痕迹，一般需增加整形工序。特点：②第一次拉深时采用大的凸、凹模圆角半径，以后拉深时，靠减小凸、凹模圆角半径和工件直径，加大凸缘宽度，而高度基本不变。工件表面质量好，但第一次拉深时易起皱，只适用于相对厚度较大的毛坯。特点：2.阶梯形件的拉深阶梯形件的拉深与筒形件拉深基本相同，其每一个阶梯相当于一个筒形件拉深。先用零件总高度h与最小阶梯直径dn之比h/dn及毛坯相对厚度（t/d）×100查表4.6（筒形件相对高度h/d与拉深次数的关系）确定。如查得的工序数为1，则说明该工件可以一次拉深完成。(1)基本工艺过程（2）阶梯形件拉深次数的确定（3）多次拉深的阶梯件的两种拉深方法①对于任意两个相邻阶梯直径之比dn/dn-1

都不小于筒形件的极限拉深系数的阶梯形件，其拉深方法可由大直径到小直径依次拉出，其拉深次数等于阶梯数。②对于两个相邻阶梯的直径比dn/dn-1小于筒形件极限拉深系数的阶梯形件，按凸缘件拉深方法进行。右图所示的零件由于d2/d1小于相应的筒形件极限拉深系数，故应用宽凸缘方法拉深出小直径d2,然后再用工序Ⅴ拉深出大直径d1。

（1）半球形件的拉深特点①拉深开始时凸模与毛坯只有一点接触，而这个点要承受拉深力，使该处厚度严重减薄，随着拉深的进行凸模与金属接触面积增加，承拉面积增大，减薄现象缓解，继续拉深时由于切向压缩变形使材料厚度增厚。球形件拉深后壁厚变化规律如图。3.半球形件的拉深球形件拉深后壁厚变化②球形件的毛坯直径为（d为球的直径），拉深时其可以压边的最大宽度为，即每一边只有0.2d的压边宽度，去除凹模圆角半径后，能压边部分是很小的，加之这种拉深的自由表面很大，因此起皱将是球形件拉深要解决的关键问题。d2ddd41.02=-（2）半球形件的拉深方法半球形件的拉深系数，因此从拉深系数考虑，任何半球形件均可一次拉深完成，但实际上由于防皱需要，半球形件有时要多次拉深才能完成，其中毛坯的相对厚度起决定性作用，不同的相对厚度的毛坯，其拉深方法不同。71.02===ddDdm①（t/d）×100﹥30时不用压边圈即可完成，但有小皱纹，因此必须用带校正作用的凹模，以便在拉深的最后进行校正，压平皱纹，如图所示。拉深这种件最好在摩擦压力机上进行。②（t/d）×100=0.5～30时采用压边圈或反拉深法，如图所示。

③（t/d）×100﹤0.5时采用有拉深肋的凹模或反拉深法，如图所示。

④对于尺寸较大的薄壁球形件可改用双弯曲反向拉深模，如图

（2）影响锥形件拉深