拉深工艺与模具设计概述

第四章拉深工艺与模具设计主讲：闫洁5/10/20231变薄拉深不变薄拉深5/10/20232学习目的与要求：1．了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素；2．

掌握拉深工艺计算方法；3．

掌握拉深工艺性分析与工艺设计方法；4．

掌握拉深模典型结构及特点；5．

掌握拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。5/10/20233

拉深是将一定形状的平板毛坯通过拉深模具冲压成各种开口空心件或以开口空心件为毛坯，通过拉深进一步改变其形状和尺寸的冲压工艺方法。

不变薄拉深

变薄拉深拉深5/10/20234轴对称旋转体盒形件不对称拉深件拉深件类型5/10/20235本章主要内容1.拉深变形过程及其成形特点2.常见拉深件成形精度的影响因素3.无凸缘园筒件的拉深成形方法4.有凸缘园筒件的拉深成形方法5.拉深力的计算。6.拉深模工作部分尺寸及其精度计算。7.拉深零件工艺性分析。5/10/20236本章的关键词：

拉深、压边圈、起皱、筒壁危险断面拉裂拉深系数、极限拉深系数拉深次数、窄凸缘、宽凸缘拉深工艺性、硬化指数、屈服比5/10/202371.拉深变形过程及其成形特点

圆筒形件是最典型的拉深件。平板圆形坯料拉深成为圆筒形件的变形过程如图所示。变形现象：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。传力区－底部和筒壁。5/10/202381.拉深变形过程及其成形特点

1.1拉深过程中坯料内的应力与应变状态图中所示为拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态。根据应力与应变状态不同，可将坯料划分为五个部分。

⑴凸缘部分

⑵凹模圆角部分

⑶筒壁部分

⑷凸模圆角部分

⑸筒底部分5/10/202395/10/2023101.拉深变形过程及其成形特点

1.1拉深过程中坯料内的应力、应变状态

拉深变形过程：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，形成筒壁直径为ｄ高度为Ｈ的圆筒形件（H>（D-d）/2）材料转移：高度、厚度发生变化。拉深单元变形动画外力5/10/2023111.2拉深的成形特点拉深过程中出现质量问题主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱是由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区的拉裂是由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。同时，拉深变形区板料有所增厚，而传力区板料有所变薄。这些现象表明，在拉深过程中，坯料内各区的应力、应变状态是不同的，因而出现的问题也不同。5/10/2023122.常见拉深件成形精度的影响因素2.1平面凸缘的起皱5/10/202313拉深过程中，凸缘区变形区的材料在切向压应力σ的作用下，可能会产生失稳起皱。凸缘区是否起皱，主要决定于两个方面：⑴切向压应力σ的大小，越大越容易失稳起皱；⑵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指数越小，抵抗失稳能力越小。常见的防止起皱的方法：采用便于调节压边力的压边圈和拉深筋把凸缘压紧在凹模表面。P1275/10/202314硬化指数n（n值）是评定板料伸长类成形性能的一个重要参数。n值大，则拉伸失稳时的极限应变大。这对于胀形、扩孔、内凹曲线翻边等伸长类成形来说，可以在一次成形中获得较大的极限变形程度。n值对复杂形状零件的成形也有影响，在以胀形为主的成形工艺中，n值大的板料，成形性能好。P325/10/2023152.2筒壁危险断面的拉裂筒壁部分在拉深过程中起传递拉深力的作用，在单向拉应力作用下，当达到材料的抗拉强度极限时，筒壁被拉裂。5/10/202316筒壁部分与底部园角部分的交界面附近材料的厚度最薄，硬度最低，因而该处是发生拉裂的危险断面。是否拉裂取决于拉深力的大小和筒壁材料的强度。5/10/202317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。

5/10/202318旋转体的坯料形状和尺寸确定的依据体积不变原则：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：拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。5/10/2023193.无誉凸缘园吊筒件的肚拉深成敞形方法3.1毛坯尺坝寸计算⑴将拉深穗件划分贼为若干穴个简单崖的几何漏体，⑵分别求出您各简单几皇何体的表险面积。⑶各简单几好何体面积疮相加即为认零件总面假积。⑷根据表面卡积相等原尾则，求出猛坯料直径兽。4/2自9/2遭02320按图得选：故：整理后坯欧料的直径珠：4/2颤9/2冠023213.2训无凸缘疼圆筒形培零件拉刃深系数握的确定拉深系伸数m表示拉监深前后油坯料（队工序件看）直径横的变化率。m愈钻小，说锯明拉深浑变形程超度愈大蛋，相反窃，变形址程度愈浇小。第一次毒拉深系桐数：第二次拉卸深系数：第n次辈拉深系字数：4/29肿/202秒322拉深件的循总拉深系嫂数等于各毅次拉深系陡数的乘积丑，即如果m取得过小晴，会使拉问深件起皱影、断裂或歪严重变薄趣超差。极限拉阀深系数［m］从工艺的版角度来看扔，［m］越小越犁有利于疫减少工垮序数。4/29凑/202豪3233.无络凸缘园浓筒件的医拉深成扶形方法摸3颂.3极昂限拉深脾系数的自影响因季素⑴材料的帐力学性尾能⑵板料的就相对厚度［m］⑶拉深工谦作条件a.模具的几赛何参数b.摩擦润章滑c.压料圈的笋压料力⑷拉深方法任、拉深次宾数、拉深迹速度、拉据深件的形器状Dt/4/2布9/2管023243.无繁凸缘园乐筒件的锄拉深成损形方法投3.天4拉深抱次数的累确定当按＞［久m］时，坟拉深件可涨一次拉成撑，否则需笨要多次拉愿深。其拉深次永数的确定罚有以下几件种方法：⑴查表疏法⑵推算爽方法⑶计算冈方法4/29卖/202哥3253.无诸凸缘园骡筒件的啦拉深成半形方法块3.登4拉深具次数的间确定推算方冲法1）由表诉4.4.肯1或表4鲁.4.2就中查得各陶次的极限圣拉深系数掩；2）依净次计算供出各次扣拉深直热径，即ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；肤ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１；3）当ｄｎ≤ｄ时，计算的执次数即潜为拉深种次数。4/29陶/202城3264.有粘凸缘园唐筒件拉崖深的成竭形方法窄凸缘宽凸缘有凸缘的炸拉深件根叠据相对凸榨缘直径dt/d的大小靠，分为龙窄凸缘丽和宽凸痕缘拉深关件，它妄们的拉查深方法盾是不同怎的。4/29兽/202拉327窄凸缘忠的拉深捉方法⑴前几道工址序先拉成豪无凸缘的糊圆筒形件么；⑵最后两清次拉深厉拉成口职部带锥寨度和较哗大凸缘办圆凑角的带爆凸缘件晕；⑶然后再掉用一道俊工序较挖平。4/2叫9/2占02328宽凸缘狐的拉深魔方法⑴凸缘直政径应在京首次拉岗深中确障定，以俱后各次辰拉深只吗是将首珠次拉深反拉入凹翠模的材玩料作重乞新分配识。⑵带凸缘拉悄深件首次视拉深的变词形程度比步拉深系数尊相同的无耀凸缘件的淘拉深变形宿程度小，阿因而允许股取更小的猛拉深系数桌。⑶首次拉深示拉入凹模掏的材料应雄比实际需夜要的量多匀5%～1戒0%，多王拉入的材号料在以后面各次拉深距中逐次回翁到凸缘上家。4/2品9/2袄02329中小零件：如图糊a）大型零淡件：如图b主）宽凸缘抬的拉深摊方法4/29搬/202陕3304.有凸条缘园筒件凡拉深的成岗形方法变形特点碍：该类零件诵的拉深过例程，其变羽形区的应宏力状态和尤变形特点殃与无凸缘隙圆筒形件绍是相同的面。但坯料括凸缘部分欣不是全部爽拉入凹模犯。4/29谅/202少3314.有港凸缘园础筒件拉字深的成滩形方法4.1忙拉深系华数的确径定有凸缘来圆筒形短件的拉同深系数雀取决于声有关尺馆寸的三病个相对板比值：危dt/讯ｄ（凸趣缘的相刮对直径验）、ｈ哲/ｄ（俯零件的犁相对高逮度）、扰Ｒ/ｄ鸭（相对志圆角半揭径）。4.2过拉深次底数的确趣定根据拉半深系数干或零件稼相对高气度，判顾断拉深贱次数。4/29屿/202众3325.拉我深力的花计算拉深力染的经验墙公式采用压税料圈拉零深时首次拉深以后各次寒拉深不采用压演料圈拉深和时首次拉深以后各仪次拉深4/29怪/202龄3336.拉丝式深模工市作部分口尺寸及去其精度俊计算拉深模特点：结构相欺对较简僻单，与榴冲裁模耍比较，例工作部糟分有较半大的圆演角，表仔面质量念要求高傍，凸、兰凹模间旋隙略大紧于板料平厚度。拉深件虽的模具捷设计顺众序：先设计拉早深模，坯仓料形状尺恭寸确定后真再设计冲惊裁模。如果拉深孔件口部不绩整齐，需栗留切边余击量，增就加切边工海序。4/29称/202孟3346.1脉拉透深凸模贩与凹模鼻的间隙间隙过大盏：拉深件叫口部有小投的皱纹，指零件回弹写变形大，届有锥度，拥精度差。间隙过小剪：摩擦阻测力增大易尾出现拉裂臂，同时模诵具磨损加卧大，寿命茂低。确定间隙扯的原则是槽既要考虑前板料本身吃的公差，快又要考虑创板料在变何形中的增逃厚现象。1．无凯压边圈像拉深模天具的单咐边间隙c=(绑1～1小.1)尖（末质次拉深浩取小值橡）2．有压格边圈拉深床模具的单买边间隙值c=(债1.1听～1.佩2)t3．拉深帖凸、凹模编间隙取向拉深凸逃、凹模京间隙取走向按下春述原则问决定。①除惰最后一剥次拉深辰外，其雷余各工郊序的拉备深间隙芦不作规贞定。②最后置一道拉深遵，当零件登要求外形而尺寸时，书间隙取在培凸模上；底当零件要胁求内形尺竞寸时，间套隙取在凹尚模上。4/29绞/202肾3356.2帮拉仙深凸模辉与凹模污的圆角君半径1．凹模僵圆角半径当酬较小纺时，危元险断面材唇料严重变闭薄甚至破膊裂，还罢会使拉深悠件表面刮繁伤。太大时（如图3）容易眨起皱谈。拉深凹模调圆角半径侍可按以下两经验公式窜计算：(0.误6～0屯.8)辛≮2t2．凸模轰圆角半径rt首次拉己深凸模疫圆角半胸径为：驻=壶(0.顺7～1叉.0)慨ra以后各次碌拉深凸模梁圆角半径巷为：最后一迅次拉深牲时，凸走模圆角梢半径应训等于零援件圆角其半径，弃≮t车，否则胡应加整抢形工序4/2薯9/2固02336图1默零件考尺寸和批模具工打作尺寸图2弦拉深模工顽作部分抹图3篮拉深初期添毛坯与凸接、凹模的谷位置关系4/2赛9/2撑023374/2话9/2丸023386.3箩拉深凸震模与凹模环的结构1．无压棚边圈的拉毒深模①图5（a）欺所示为别圆弧洞厉口凹模抓；②图5（b）闲所示为碑锥面形换洞口凹曾模；③图5（c）帽所示为霉渐开线辽形洞口续凹模。2．有压西边圈的拉夹深模①圆角结肢构形式如图6（a），亚拉深直径庆d≤10捆0mm的木零件。②有锥角怕的凸、凹珠模结构如图6（b）冻，拉鼠深直径克d＞1奔00m脚m的零俩件。3．拉休深凸模吉必须设春计通气咸孔（防声止形成惠真空状介态）4.7符.5袖拉深荒模压边鄙装置的至结构1．采用晋压边装置鞭的条件（设可见表4估-9）压边装杯置的作顿用就是汪在凸缘冠变形区付施加轴蹲向（材惑料厚度旅方向）好压力，豆提高毛画坯变形雄的稳定盆性，而扣防止起逐皱。2．常差用压边到圈的结稀构形式①首勺次拉深键模用的鉴压边圈繁常采用如图7所示的形第式。②后鉴续拉深悔工序用城压边圈如图8所示。发图中限忽位柱（营固定式盐和可调汉节式）并高度的望设计应史保证模赞具在拉阻深过程袍中，保贿持压边藏圈和凹丘模圆角炸间的距巾离为s径值。其龟值分别矛为：拉深有盒凸缘的摄零件：搜s=t少+(0食.05岔～0.闹1)拉深钢零捎件：s=百1.5t拉深铝悦合金：劣s=1类.1t③在来单动压迁力机上剥进行拉屿深，常培采用通健用性强顶的压边诉装置，易其弹性监元件一亿般使用街橡皮、痕弹簧和挂气垫三牛种。4/2来9/2侦02339图5不穗用压边圈责的拉深凹节模结构4/29羊/202警340图6耐有压田边圈的爬拉深模婶工作部盘分形状余和尺寸4/2苹9/2湖02341图7聚首次拉深通模用压边倍圈类型4/29舒/202尺342图8住有限位柱启的压边圈4/29遍/202监343典型拉谋深模结监构图１-模础柄２-上碍模座３-凸样模固定牺板４-弹簧５-压转边圈６-定已位板７-凹晨模８-下胶模座９-卸料泉螺钉10-凸砍模4/2隆9/2萄02344典型拉命深模结们构图1.首营次拉深渣模无压边醉装置的渣简单拉权深模有压边装要置的拉深阅模（1）正装拉深锣模（2）倒装拉挠深模压边装字置弹性压边株装置刚性压边哈装置①橡皮压成边装置②弹簧压半边装置③气垫满式压边懒装置带限位装跌置的压边文圈带刚性压渠边装置的江拉深模4/29好/202仍345典型拉深圣模结构图2.以后趣各次拉深附模无压边装王置的以后厚各次拉深般模有压边银装置的厦以后各栽次拉深过模无压边浆装置的泡反拉深王模反拉深座模压边圈在莫上模的反爸拉深模压边圈铁在下模慌的反拉边深模4/2宅9/2籍02346典型拉深校模结构图落料拉深网模正装落衣料拉深把模落料正甚、反拉唉深模后次拉深老、冲孔、酸切边复合幅模4/2州9/2予023477.拉办深零件询工艺性棒分析7.1拉深件材阴料用于拉鹊深的材靠料一般强要求具更有较好秀的塑性筋、低的塑屈强比即、一般望选用含例碳量较绞低的钢议板或塑隔性较好客的铝板哄、铜板衔等；有堪色金属著。材料的屈遇服比竿越铜小，则一温次拉深允吗许的极限豪变形程度约越大，拉柿深性能越嘱好。4/29缘瑞/202非3487.2肾拉深件续的结构适工艺性⑴形状应箱尽量简腾单、对秤称，避棕免尖底屑形，以扎保证变鉴形均匀剪。⑵拉深高衡度尽可能严小，以便傻能通过1驶～2次拉犹深工序成泻形。⑶在保证汇装配的懂前提下神，应允窄许拉深砌件侧壁里有一定统的斜度雀。⑷拉深件乐的园角汪半径尽泄可能大帆一些，邪否则，摘应增加矩整形工蹲序。⑸拉深件的厌底或凸缘奸上的孔边吓到侧壁的音距离应满傻足：ａ≥Ｒ+阶0.5ｔ暖（或+0耕.5ｔ）⑹拉深司件的尺创寸标注尖，应注榜明保证吨外形尺韵寸，还踩是内形剧尺寸，塑不能同跨时标注熔内外形列尺寸。4/29巾/202骗3497.3拉蔑深件的公索差等级一般情况聚下，拉深墨件的尺寸香精度应在全T13级毙以下，不妄宜高于I炊T11级裳。拉深件壁扩厚公差要复求一般不讨应超出拉屡深工艺壁候厚变化规延律。据统计，仇不变薄拉传深，壁的硬最大增厚厘量约为（宅0.2～览0.3）间ｔ；最大添变薄量约饶为（0.读10～0膨.18）史ｔ，（ｔ亏为板料厚鼻度）。4/2漆9/2庭02350无压边装伍置的首次基拉深模1-定位板2-下模板3-拉深凸养模4-拉深凹巨模4/2蝇9/2探02351正装拉深炒模１－模柄恋２－上途模座输３－凸越模固定板晶４－弹刺簧丸５－收压边圈纯６－挂定位板愧７－嘱凹模炉８鸟－下模座亮９彻－卸料螺旬钉10会－凸模4/29磨/202弦352带锥形压锤边圈的倒醒装拉深模1－上模追座2－推完杆3－推粉件板4－锥刷形凹模5－限位治柱6－锥形压戏边圈7－拉深搅凸模8－固定板9－下模座4/29拜/202悠353弹簧压铺边装置a)橡皮b)弹簧c)气垫4/29回/202疑354双动压蚕力机用胜拉深模盗刚性压思边装置挑动作原液理4/2急9/2岁02355带限位装后置在压边预圈第一次块拉深第二次申拉深4/2怕9/2窄02356带刚性压省边装置拉暂深模1-固定板2-拉深凸卧模3-刚性压次边圈4-拉深凹皇模5-下模板6-螺钉4/29冬/202吼357无压边装云置的以后容各次拉深辛模4/29折/202硬358有压边寺装置的属以后各遗次拉深血模1-推件板2-拉深凹脆模3-拉深凸单模4-压边圈5-顶杆6-弹簧4/29本/202糖3594/29窄/202闲3604/2秆9/2顽023614/29盐/202迷3621-顶杆2-压边圈3-凸凹模4-推杆5-推件板6-卸料板7-落料凹馅模8-拉深凸浸模落料拉岭深复合忧模4/2役9/2加023631-凸凹模2-反拉深凸笨模3-拉深凸句凹模4-卸料板5一导料驱板6-压边圈7-落料凹模落料、正绿、反拉深缠模4/29看/202伸3641-压晚边圈2-凹捷模固定挂板3-冲孔换凹模捷4-推顾件板锈5看-凸模固筐定板罢6-垫板声7-冲孔腰凸模8-拉深凸模9-限位螺栓10-螺母11-垫柱12-拉深切脏边凹模13-切边凸模14-固定块再次拉深厌、冲孔、淹切边复合愚模4/2缓9/2无02365拉深筋4/29恨/202角3664/29竟/202于367图1落屋料制件图3拉老深制件育图4拉处裂缺陷件镁合金手甲机外壳图2冲渣孔制件4/2怪9/2堡023684/2恶9/2脉02369由于手杰机外壳辅的拉深并高度较陪小，拉练深系数你大,因返此设计笨时采用旬了一次秩拉深成络形工艺卡。在模具结彼构中，采制用了带限彩位装置（能的橡胶式冠弹性压边彩装置，给盈凸缘变形纸区施加轴荡向力，以拍防止拉深阶过程中制唱件起皱；采用了誓橡胶式孤弹顶机惑构以保触证拉深究时底面华的平整溉和拉深垒制件不锯滞留在槽凹模型低腔内；用22沃0V电君热管环构绕在拉焰深凸、涌凹模的范周围，舅给拉深穴模具提事供合适蹄的温度严梯度。镁合金A冈Z31B梢板材在热团态下具有雷较好的塑尊性,虽拍然温度对是变形镁合伸金的塑性返影响很大抵，温度愈伤高，塑性膨愈好，变指形抗力愈红低，愈易巷于拉深成放形，但不肤宜过高。当镁合金蜻温度高于杨400℃忆时,由于下晶粒长大屈反而使其常塑性降低彩,不利于帅板材的拉薪深成形，郑同时还容抓易产生氧两化腐蚀,粘因而坯料烂的温度范硬围应选定车在室温至高400℃纷这个区间美。由于镁烟合金具捎有良好队的导热耕性,与巡寿冷模具标接触时近,坯料压温度会哑迅速降罪低,