【材料成型工艺-锻压】2.4圆筒拉深件的拉深工序计算

第四节圆筒拉深件的拉深工序计算一、修边余量的确定二、毛坯尺寸计算三、圆筒形拉深件的拉深系数和拉深次数

毛坯尺寸的计算必须将加上了修边余量后的制件尺寸作为计算的依据。

修边余量：拉深件口部或凸缘周边不整齐;特别是经过多次拉深后的制件，口部或凸缘不整齐的现象更为显著;因此必须增加制件的高度或凸缘的直径，拉深后修齐增加的部分即为修边余量。

无凸缘圆筒件的修边余量带凸缘圆筒件的修边余量（可查表）一、修边余量的确定体积不变原则:一、坯料形状和尺寸确定的依据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（加上修边余量）近似相等，得到坯料尺寸。

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。二、圆筒形拉深件毛坯尺寸的计算形状简单的旋转体拉深件：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。

二、简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定公式中A0—拉深件的表面积；

A—拉深件分解成简单几何形状的表面积。毛坯直径按下式确定：按图得：

故整理后可得坯料直径为:

查表对于常用拉深件，可直接查表中公式求得其毛坯直径D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重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

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：

X是该段母线重心至轴线的距离

实践证明，能否拉深成形很大程度上取决于坯料与工件的相对尺寸。相对尺寸越大，则变形程度越大，越容易出现质量问题。因此，生产中采用了一个重要的工艺参数以防止拉裂或起皱，此参数即拉深系数(m)。DØ5050Ø4070Ø3580四、圆筒形拉深件的拉深系数和拉深次数的计算

拉深系数m

其值为拉深后制件直径d（中径）与拉深前毛坯直径D（工序件dn）之比值，它是衡量拉深变形程度的工艺指标。第二次拉深系数：第n次拉深系数：第一次拉深系数：拉深件直径坯料直径若需经过多次拉深方能成形，则拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即注意：拉深系数系愈小，表示拉深变形程度愈大。如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。是衡量拉深变形程度的一个重要的工艺参数。极限拉深系数［m］

：指当拉深系数减小至使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差时的临界拉深系数。

在一定的拉深条件下，变形区不起皱而拉深出最大高度（底部区濒于破裂）时的拉深系数。

每一种材料，变形程度都是有极限的，所以都有一个极限拉深系数mmin。拉深时，m都不应该小于mmin。即

显然，m小于1。一般mmin

在0.5~0.8范围内。当不能一次成形时，可采用多次拉深。成形条件m>mmin

极限拉深系数的确定

根据最大拉应力和危险截面抗拉强度，用公式计算，但误差大。通常通过实验得到。为了提高工艺稳定性和零件质量，零件每一次的拉深系数必须大于极限拉深系数［m］的值。

1、材料性能

影响拉深系数的因素屈强比↓延伸率↑→拉深成形性能↑拉深系数↓2、毛坯相对厚度材料相对厚度t/D↑→拉深系数↓越薄的材料拉深时，越容易失稳而起皱3、材料的拉深次数首次拉深——毛坯性能均匀,m值最小。以后拉深——加工硬化，塑性降低，m↑工序间增加退火工序，才可取得较小的拉深系数凹模圆角半径↑压料面积↓→m↓,凸缘起皱凹模圆角半径↓拉弯阻力↑→传力区应力↑→拉裂4、凸模和凹模圆角半径凸模圆角半径↑凸模与材料接触面积↓悬空部分↑→m↓,起皱。凸模圆角半径↓弯曲拉应力↑→危险断面的强度↓5、润滑条件及模具情况

压边圈和凹模的表面光滑并进行润滑，间隙正常，均可改善金属流动条件，有助于m减小。

凸凹模间隙过小，材料收到过大的挤压作用，并使摩擦阻力增加，不利于减小极限拉深系数；过大，影响拉深件精度。

总之，凡是有利于提高危险断面强度，降低变形区变形阻力的因素，都有利于减小拉深系数。6、拉深方式（是否压边）有压边圈时，不易起皱，m值可取得小些。不用压边圈时，m要取大些。

＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。当拉深系数过小时，由于拉深力超过侧壁承载能力而使拉深失败，此时可采用多次拉深。其拉深次数的确定有以下几种方法：

(1)计算法

(2)查表法

(3)推算法当

拉深次数的确定

（1）计算法

拉深次数的确定可采用计算方法进行确定，其计算公式如下：

式中n—拉深次数

dn—工件直径

D—毛坯直径

m1—第一次拉深系数

mn—第二次以后各次的平均拉深系数上述计算结果上靠取较大整数值获得拉深次数。2）查表法由生产实践总结的拉深次数表，可直接查找。3）多次拉深工件直径的确定

只要求得总拉深系数，再查得各次拉深系数，适当放大，并加以调整，其原则是：(１）保证ｍ1ｍ2…ｍｎ＝d/D(２）使ｍ1＜ｍ2＜…ｍｎ

最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：

ｄ1＝ｍ1Ｄ

ｄ2＝ｍ2ｄ1

…

ｄｎ＝ｍｎdn-1

工序次数和各道工序半成品直径确定后，应确定底部圆角半径（即拉深凸模的圆角半径），最后可计算出筒形件各道工序的拉深高度。

各次拉深后半成品的底部圆角半径

各次拉深后半成品的高度无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程例

求下图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料为08钢，板料厚度ｔ＝1ｍｍ。

解：因ｔ=1ｍｍ，按板厚中径尺寸计算。根据零件尺寸，其相对高度为查表4-4得修边余量坯料直径为代已知条件入上式得Ｄ＝78ｍｍ

1.修边余量2.毛坯直径圆筒件工序尺寸计算示例

坯料相对厚度为3.确定是否使用压边圈：按表应采用压料圈。4．确定拉深次数

:先判断能否一次拉出。零件总的拉深系数m总：m总=d/D=20/78=0.256查表得极限拉深系数m1=0.50～0.53，由于m总=0.256<<m1=0.50～0.53，因此不能一次拉出。采用查表法确定拉深次数：由t/D×100=1.28，h/D=3.7查表得拉深次数n=45．确定各次拉深直径查表取各次拉深极限拉深系数(小值)为m1=0.50、m2=0.75、m3=0.78、m4=0.80,则各半成品直径为：d1=0.5×78=39mm；d2=0.75×39=29.3mm；d3=0.78×29.3=22.8mm；d4=0.80×22.8=18.3mm。d4=18.3mm<20mm，说明允许的变形程度未用足，计算直径不等于零件成品直径，应对拉深系数作适当的调整，使其均大于相应的极限拉深系数。调整后取m1=0.53、m2=0.76、m3=0.79、m4=0.82，则d1=0.53×78=41mm；d2=0.76×41=31mm；d3=0.79×31=24.5mm；d4=0.82×24.5=20mm。6．半成品底部圆角半径根据公式及，取半成品圆角半径分别为：r1=5、r2=4.5、r3=4、r4=3.5。7．计算半成品拉深高度h1=30.4mm；h2=43.4mm；h3=58mm；h4=74mm。（8）工序件草图

试确定如下图所示零件（材料08钢，材料厚度

=2mm）的拉深次数和各拉深工序尺寸。1、确定切边余量2、计算毛坯直径3、确定拉深次数（1）判断能否一次拉出需多次拉深（2）计算拉深次数可知该零件要拉深四次才行4、半成品尺寸确定（1）半成品直径拉深次数确定后，再根据计算直径应等于的原则对各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数。（2）半成品高度各次拉深直径确定后，紧接着是计算各次拉深后零件的高度：

各次半成品的总高度为：零件各次拉深的半成品尺寸拉深1.swf2次拉深.swf拉深件的质量问题是

拉裂

和

起皱

；拉深时是否会拉裂和起皱与变形程度有关，变形程度可以用拉深系数m来表示。

m越小，变形程度越

大；每一种材料都有其极限变形程度，也就有其极限拉深系数mmin

，拉深时，应使

m

>

mmin

；在多次拉深时，应使每一次的拉深系数mn=dn/dn-1都大于极限拉深系数mmin

，并且应使后一次m值比前一次m值略

大

些。拉深内容要点

有凸缘圆筒形拉深件的拉深工序尺寸计算有凸缘筒形件的拉深变形原理与一般圆筒形件是相同的，但由于带有凸缘，其拉深方法及计算方法与一般圆筒形件有一定的差别。1、有凸缘筒形件的拉深特点

有凸缘筒形件的拉深系数相对凸缘直径相对高度相对转角半径影响程度为递减

有凸缘筒形件分类窄凸缘：宽凸缘:

有凸缘筒形件的拉深特点：（1）宽凸缘变形程度不能用拉深系数来衡量；（2）首次拉深系数比圆筒件要小；（3）首次拉深极限变形程度与有关。窄凸缘圆筒形件应先拉成圆筒形，然后形成锥形凸缘，最后再经校平获得平凸缘；所以窄凸缘圆筒形件的拉深工序的计算，可用无凸缘的圆筒形件的计算方法进行计算。2、窄凸缘圆筒形件的多次拉深计算（1）毛坯尺寸计算毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行，参考无圆凸缘筒形零件毛坯的计算方法计算。（2）判别能否一次拉成这只需比较工件实际所需的总拉深系数和与凸缘件第一次拉深的极限拉深系数和极限拉深相对高度即可2、宽凸缘圆筒件拉深工艺计算要点（3）半成品尺寸计算宽凸缘件的拉深次数仍可用推算法求出。根据表中的拉深系数值进行计算，即第n次拉深后的直径为：各次拉深后的筒部高度可按下式计算：

3、拉深方法宽凸缘件拉深方法有两种：一种是中小型（）、料薄的零件，二种是大型拉深件（）宽凸缘圆筒件拉深工序尺寸计算与无凸缘圆筒形件的区别

凸缘直径应在首次拉深时确定，以后各次拉深只是拉深拉入凹模的材料重新分配。带凸缘拉深件首次变形程度比拉深系数相同的圆筒形件小，因此可取更小的拉深系数。首次拉深拉入凹模的材料应比实际需要量多5%~10%，多拉入的材料以后各次拉深中逐次返回到凸缘中4、计算程序

选取修边余量；预算毛坯直径D；判断能否一次拉深；计算拉深次数；计算各工序件的拉深直径；合理选配各次拉深的圆角半径；重新修整毛坯直径；计算第一次拉深高度，并校核其相对高度；计算以后各次的拉深高度；画出工序图。1.压料装置与压料力四、圆筒形件拉深的压料力与拉深力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：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；

2.拉深力的计算（1）采用压边圈 首次拉深 以后各次拉深（2）不采用压边圈 首次拉深 以后各次拉深

F—拉深力，[N]d1

、d2—筒形件第一次及第二次工序直径，根据料厚中线计算T—材料厚度，[mm]σb

—材料的抗拉强度，[MPa]k1、k2—系数，可查表。3.压力机公称压力的确定单动压力机，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：

圆筒形件首次拉深圆筒形件以后各次拉深D—平毛坯直径[mm]p—单位压边力[MPa]d1

、……dn—拉深件直径[mm]r凹—凹模圆角半径[mm]内容包括:凸、凹模圆角半径，拉深模凸、凹模间隙和凸、凹模工作部分尺寸。本节以圆筒件为例进行介绍。首次（包括只有一次）拉深凹模圆角半径可按下式计算：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。

1.凹模圆角半径R凹4.6拉深模工作部分结构参数确定

4．6．1凸、凹模圆角半径的确定

首次拉深可取：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。

2．凸模圆角半径R凸1.无压料圈的拉深模其拉深间隙为：2.有压料圈的拉深模Ｚ＝（1～1.1）ｔ间隙值按表选取。3.精度要求较高的拉深件:间隙取值Z=（0.9～0.95）t。4.6.2拉深模凸、凹模间隙（1）工件要求外形尺寸，以凹模尺寸为基准进行计算。D凹=

D凸=

（2）工件要求内形尺寸时，以凸模尺寸为基准进行计算。d凸=

d凹=

（3）中间工序凸、凹模尺寸：取凸、凹模尺寸等于毛坯的过渡尺寸，若以凹模为基准则：D凹=

D凸=

4.6.3凸、凹模工作部分尺寸计算及凸、凹模制造公差

1．凸、凹模工作部分尺寸计算根据工件的材料厚度与工件直径来选定，如表所示。2．凸、凹模制造公差

3．拉深凸模排气孔尺寸：凸模排气孔直径的大小可查表。

拉深凸模排气孔

不使用压边圈的拉深模的凹模结构4.6.4常用拉深凹模结构不使用压边圈的多次拉深模的凹模结构使用压边圈的拉深模的工作部分结构带限制型腔拉深凹模结构Ф200a)Ф72Ф95Ф140