冲压工艺学拉深

冲压工艺学拉深第1页/共65页第一节概述拉深：又称拉延，是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件。第五章拉深拉深不变薄拉深变薄拉深拉深模：拉深模特点：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。拉深所使用的模具。第2页/共65页第二节圆筒形件拉深变形分析圆筒形件是最典型的拉深件。第五章拉深一、拉深变形过程（二）拉深变形过程及特点1．变形现象（一）拉深成形时板料的受力分析平板圆形坯料的凸缘——弯曲绕过凹模圆角，然后拉直——形成竖直筒壁。变形区——凸缘；已变形区——筒壁；不变形区——底部。底部和筒壁为传力区。第3页/共65页第二节圆筒形件拉深变形分析第五章拉深一、拉深变形过程（续）（二）拉深变形过程及特点（续）2．金属的流动过程工艺网格实验材料转移：高度、厚度发生变化。3．拉深变形过程外力凸缘产生内应力：径向拉应力σ1；切向压应力σ3凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁拉深单元变形动画第4页/共65页第二节圆筒形件拉深变形分析1.凸缘部分第五章拉深二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态拉深过程中某一瞬间坯料的应力、应变状态应力分布图2.凹模圆角部分

3.筒壁部分

4.凸模圆角部分5.筒底部分

坯料各区的应力与应变是很不均匀的。拉深成形后制件壁厚和硬度分布第5页/共65页第二节圆筒形件拉深变形分析第五章拉深三、拉深件的起皱与拉裂拉深过程中的质量问题：主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱：传力区拉裂：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。第6页/共65页第二节圆筒形件拉深变形分析1.凸缘变形区的起皱第五章拉深三、拉深件的起皱与拉裂（续）主要决定于：一方面是切向压应力σ3的大小，越大越容易失稳起皱；另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。

凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越小。

最易起皱的位置：凸缘边缘区域起皱最强烈的时刻：在Rt=（0.7～0.9）R0时防止起皱：压边第7页/共65页第二节圆筒形件拉深变形分析第五章拉深三、拉深件的起皱与拉裂（续）2.筒壁的拉裂主要取决于：

1.筒壁传力区中的拉应力；2.筒壁传力区的抗拉强度。

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——“危险断面”产生破裂。

防止拉裂：一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；

另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。

第8页/共65页拉深件类型a）轴对称旋转体拉深件b)盒形件c)不对称拉深件第五章拉深第9页/共65页拉深模结构图１-模柄２-上模座３-凸模固定板４-弹簧５-压边圈６-定位板７-凹模８-下模座９-卸料螺钉10-凸模第五章拉深第10页/共65页拉深变形过程第五章拉深第11页/共65页拉深的网格试验第五章拉深第12页/共65页拉深过程的应力与应变状态第五章拉深下标1、2、3分别代表坯料径向、厚度方向、切向的应力和应变

第13页/共65页圆筒形件拉深时凸缘变形区的应力分布第五章拉深第14页/共65页拉深件的壁厚和硬度的变化第五章拉深第15页/共65页凸缘变形区的起皱

第五章拉深第16页/共65页筒壁的拉裂第五章拉深第17页/共65页第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第五章拉深一、拉深件的修边余量材料力学性能的不均匀性，模具间隙分布的不均，摩擦阻力的不均以及定位不准确等原因，拉深件的口部或凸缘周边不齐，需要修边。第18页/共65页第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第五章拉深一、拉深件的修边余量材料力学性能的不均匀性，模具间隙分布的不均，摩擦阻力的不均以及定位不准确等原因，拉深件的口部或凸缘周边不齐，需要修边。第19页/共65页拉深系数m是以拉深后的直径d与拉深前的坯料D（工序件dn）直径之比表示。第五章拉深二、拉深系数与极限拉深系数1.拉深系数的定义第一次拉深系数：第二次拉深系数：第n次拉深系数：第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第20页/共65页拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。m愈小，说明拉深变形程度愈大，相反，变形程度愈小。

第五章拉深二、拉深系数与极限拉深系数1.拉深系数的定义（续）拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即

如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。极限拉深系数［m］从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。

第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第21页/共65页（1）材料的组织与力学性能第五章拉深二、拉深系数与极限拉深系数２．影响极限拉深系数的因素

（2）板料的相对厚度（3）拉深工作条件1）模具的几何参数2）摩擦润滑3）压料圈的压料力（4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等［m］第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第22页/共65页

表5-2是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极限拉深系数。为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于极限拉深系数［m］的值。第五章拉深二、拉深系数与极限拉深系数３．极限拉深系数的确定

第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第23页/共65页第五章拉深三、拉深次数的确定

＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。其拉深次数的确定有以下几种方法：当第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定（1）查表法第24页/共65页第五章拉深1）由表5-2中查得各次的极限拉深系数；

2）依次计算出各次拉深直径，即ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１；

3）当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。（2）推算方法三、拉深次数的确定第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第25页/共65页第五章拉深（3）计算方法式中d——冲件直径；

D——坯料直径；

m1——第一次拉深系数；

m均——第一次拉深以后各次的平均拉深系数。

拉深次数

三、拉深次数的确定第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第26页/共65页体积不变原则:第五章拉深四、毛坯尺寸的确定若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。相似原则:切边工序：

拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。形状复杂的拉深件：需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。拉深件的模具设计顺序：先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。拉深件口部不整齐，需留切边余量。但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第27页/共65页1．将拉深件划分为若干个简单的几何体；2．分别求出各简单几何体的表面积；3．把各简单几何体面积相加即为零件总面积；4．根据表面积相等原则，求出坯料直径。

第五章拉深（一）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定四、毛坯尺寸的确定第28页/共65页第五章拉深第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定四、毛坯尺寸的确定第29页/共65页按图得：

第五章拉深（二）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定故整理后可得坯料直径为:

第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定四、毛坯尺寸的确定第30页/共65页久里金法则求其表面积：任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其形心绕该轴线旋转所得周长的乘积。如右图所示，旋转体表面积为

第五章拉深（三）复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定因拉深前后面积相等，故坯料直径D：

第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定四、毛坯尺寸的确定第31页/共65页第五章拉深第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定四、毛坯尺寸的确定（三）复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定先沿厚度中线将复杂旋转体轮廓线分成直线和圆弧，找出每一段的形心和长度，按下式计算毛坯的直径。第32页/共65页第五章拉深第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定四、毛坯尺寸的确定第33页/共65页第五章拉深五、多次拉深后半成品的高度计算

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圆角半径。

第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第34页/共65页例求右下图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料为10钢，板料厚度ｔ＝2ｍｍ。第五章拉深第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第35页/共65页第五章拉深解：因ｔ＞1ｍｍ，故按板厚中径尺寸计算。（１）计算坯料直径根据零件尺寸，其相对高度为查表得切边量第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第36页/共65页第五章拉深解：查表得切边量由前面推得的坯料直径公式为代已知条件入上式得Ｄ＝98.2ｍｍ

第三节筒形零件拉深的有关尺寸的确定第37页/共65页第五章拉深（２）确定拉深次数坯料相对厚度为按表下表可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。根据ｔ/Ｄ＝2.03％，例（续）第38页/共65页第五章拉深（２）确定拉深次数查表5-2得各次极限拉深系数ｍ1＝0.50，ｍ2＝0.75，ｍ3＝0.78，ｍ4＝0.80，…。故ｄ1＝ｍ1Ｄ＝0.50×98.2ｍｍ＝49.2ｍｍｄ2＝ｍ2ｄ1＝0.75×49.2ｍｍ＝36.9ｍｍｄ3＝ｍ3ｄ2＝0.78×36.9ｍｍ＝28.8ｍｍｄ4＝ｍ4ｄ3＝0.8×28.8ｍｍ＝23ｍｍ此时ｄ4＝23ｍｍ＜28ｍｍ，所以应该用4次拉深成形。

例（续）第39页/共65页第五章拉深（３）各次拉深工序件尺寸的确定经调整后的各次拉深系数为：ｍ1＝0.52，ｍ2＝0.78，ｍ3＝0.83，ｍ4=0.846各次工序件直径为

……

各次工序件底部圆角半径取以下数值：ｒ1＝8ｍｍ，ｒ2＝5ｍｍ，ｒ3＝4ｍｍ各次工序件高度为

……例（续）第40页/共65页第五章拉深（4）工序件草图例（续）第41页/共65页第四节拉深模设计计算第五章拉深一、力和功的计算1.拉深力采用压料圈拉深时首次拉深

以后各次拉深（ｉ＝2、3、…、ｎ）

不采用压料圈拉深时首次拉深

以后各次拉深（ｉ＝2、3、…、ｎ）

第42页/共65页第四节拉深模设计计算第五章拉深第43页/共65页第四节拉深模设计计算2.压料装置与压料力第五章拉深一、力和功的计算选用压料装置与否的根据第44页/共65页第四节拉深模设计计算2.压料装置与压料力第五章拉深一、力和功的计算压料装置产生的压料力ＦＹ大小应适当：在保证变形区不起皱的前提下，尽量选用小的压料力。理想的压料力是随起皱可能性变化而变化。任何形状的拉深件：ＦＹ＝式中Ａ――压料圈下坯料的投影面积；ｐ――单位面积压料力，ｐ值可查表；

第45页/共65页第四节拉深模设计计算2.压料装置与压料力第五章拉深一、力和功的计算圆筒形件首次拉深圆筒形件以后各次拉深（ｉ＝2、3、…、ｎ）

第46页/共65页第四节拉深模设计计算第五章拉深一、力和功的计算单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力Fz。工艺总压力为

注意：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许用压力曲线之下。

浅拉深3．拉深力与压力机公称压力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：

第47页/共65页第四节拉深模设计计算第五章拉深一、力和功的计算4．拉深功W－拉深功，单位为J；h－凸模工作行程，单位mm；Fmax－最大拉深力，单位N；λ－系数。第48页/共65页1.凹模圆角半径的确定首次（包括只有一次）拉深凹模圆角半径可按下式计算：第四章拉深工艺与拉深模设计二、凸模、凹模工作部分尺寸的计算或以后各次拉深凹模圆角半径应逐渐减小，一般按下式确定：（ｉ＝2、3、…、ｎ）以上计算所得凹模圆角半径一般应符合rA≥2ｔ的要求。

第四节拉深模设计计算（一）凹模圆角半径的确定第49页/共65页2.凸模圆角半径的确定首次拉深可取：第四章拉深工艺与拉深模设计二、凸模、凹模工作部分尺寸的计算中间各拉深工序凸模圆角半径可按下式确定：（ｉ＝3、4、…、ｎ）最后一次拉深凸模圆角半径rTn即等于零件圆角半径ｒ。但零件圆角半径如果小于拉深工艺性要求时，则凸模圆角半径应按工艺性的要求确定（即rT≥ｔ），然后通过整形工序得到零件要求的圆角半径。

第四节拉深模设计计算第50页/共65页1.无压料圈的拉深模其拉深间隙为：第四章拉深工艺与拉深模设计（二）拉深模间隙第四节拉深模设计计算二、凸模、凹模工作部分尺寸的计算确定间隙的基本原则：既要考虑板料公差的影响，也要考虑拉深件口部的增厚现象，间隙值一般比毛坯厚度略大。末次拉深或精密零件拉深，系数取较小值，首次和中间拉深取系数的较大值。第51页/共65页第四章拉深工艺与拉深模设计2.有压料圈的拉深模第四节拉深模设计计算二、凸模、凹模工作部分尺寸的计算（二）拉深模间隙第52页/共65页（三）凸凹模工作部分尺寸的确定当零件尺寸标注在内形时，以凸模为基准，工作部分尺寸为：

第四章拉深工艺与拉深模设计对于多次拉深，中间各工序的凸、凹模尺寸可按下式计算：

当零件尺寸标注在外形时，以凹模为基准，工作部分尺寸为：

第四节拉深模设计计算二、凸模、凹模工作部分尺寸的计算第53页/共65页（三）凸凹模工作部分尺寸的确定第四章拉深工艺与拉深模设计第四节拉深模设计计算二、凸模、凹模工作部分尺寸的计算第54页/共65页（三）凸凹模工作部分尺寸的确定第四章拉深工艺与拉深模设计第四节拉深模设计计算二、凸模、凹模工作部分尺寸的计算为了便于卸料，避免出现真空现象，拉深凸模中心必须打通气孔：第55页/共65页第四章拉深工艺与拉深模设计第四节拉深模设计计算三、凸模、凹模表面的技术要求除了凹凸模的尺寸公差要求外，还需保证表面质量：凹凸模加工后的表面，不允许有影响使用的砂眼、缩孔和机械损伤。凹模工作表面和型腔表面的粗糙度应达到Ra0.8，凹模圆角处的表面粗糙度要求一般为Ra0.4。目的：降低径向拉力。凸模圆角区的表面粗糙度为Ra1.6~Ra0.8即可。此处的摩擦力较大有利于抵制材料的变薄。