拉深工藝及拉深模設(shè)計(jì)

1、拉深工藝及拉深模設(shè)計(jì)本章內(nèi)容簡介：本章在分析拉深變形過程及拉深件質(zhì)量影響因素的基礎(chǔ)上，介紹拉深工藝計(jì)算、工藝方 案制定和拉深模設(shè)計(jì)。涉及拉深變形過程分析、拉深件質(zhì)量分析、圓筒形件的工藝計(jì)算、其 它形狀零件的拉深變形特點(diǎn)、拉深工藝性分析與工藝方案確定、拉深模典型結(jié)構(gòu)、拉深模工 作零件設(shè)計(jì)、拉深輔助工序等。學(xué)習(xí)目的與要求：1. 了解拉深變形規(guī)律、掌握拉深變形程度的表示；2 掌握影響拉深件質(zhì)量的因素；3.掌握拉深工藝性分析。 重點(diǎn)：1. 拉深變形特點(diǎn)及拉深變形程度的表示； 2影響拉深件質(zhì)量的因素；3.拉深工藝性分析。 難點(diǎn)：1.拉深變形規(guī)律及拉深變形特點(diǎn)；2拉深件質(zhì)量分析； 3拉深件工藝分析。拉深：

2、利用拉深模將一定形狀的平面坯料或空心件制成開口空心件的沖壓工序。拉深工藝可以在普通的單動壓力機(jī)上進(jìn)行，也可在專用的雙動、三動拉深壓力機(jī)或液壓機(jī)上進(jìn)行。拉深件的種類很多，按變形力學(xué)特點(diǎn)可以分為四種基本類型，如圖5-1所示。DU 邊厲】II竝啊佯時(shí)和書認(rèn)忡揮杵圖5-1拉深件示意圖5.1拉深變形過程分析5.1.1拉深變形過程及特點(diǎn)圖5-2所示為圓筒形件的拉深過程。直徑為D、厚度為t的圓形 毛坯經(jīng)過拉深模拉深,得到具有外徑為d、高度為h的開口圓筒形工件。圖5-2圓筒形件的拉深1. 在拉深過程中，坯料的中心部分成為筒形件的底部，基本不變形，是不變形區(qū)，坯料的凸緣部分（即 D-d的環(huán)形部分）是主要 變形區(qū)

3、。拉深過程實(shí)質(zhì)上就是將坯料的凸緣部分材料逐漸轉(zhuǎn)移到筒壁的過程。2. 在轉(zhuǎn)移過程中，凸緣部分材料由于拉深力的作用，徑向產(chǎn)生拉應(yīng)力1 ,切向產(chǎn)生壓應(yīng)力:O在和j的共同作用下，凸緣部分金屬材料產(chǎn)生塑性變形，其多余的三角形”材料沿徑向伸長，切向壓縮，且不斷被拉入凹模中變?yōu)橥脖?，成為圓筒形開口空心件。3圓筒形件拉深的 變形程度，通常以筒形件直徑 d與坯料直徑D的比值來表示，即m=d/D（5-1）其中m稱為拉深系數(shù)，m越小，拉深變形程度越大；相反，m越大，拉深變形程度就越小。 5.1.2拉深過程中坯料內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)拉深過程是一個復(fù)雜的塑性變形過程，其變形區(qū)比較大，金屬流動大，拉深過程中容易發(fā)生凸緣變形

4、區(qū)的起皺和傳力區(qū)的拉裂而使工件報(bào)廢。因此，有必要分析拉深時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，從而找出產(chǎn)生起皺、拉裂的根本原因，在設(shè)計(jì)模具和制訂沖壓工藝時(shí)引起注意，以 提高拉深件的質(zhì)量。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的狀態(tài)不同，可將拉深坯料劃分為凸緣平面區(qū)、凸緣圓角區(qū)、筒壁區(qū)、筒底圓角區(qū)、筒底區(qū)等五個區(qū)域。1. 凸緣平面部分（A區(qū)）這是拉深的主要變形區(qū)，材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力j的共同作用下產(chǎn)生切向 壓縮與徑向伸長變形而被逐漸拉人凹模。在厚度方向，由于壓料圈的作用，產(chǎn)生了壓應(yīng)力,但通常 和: 的絕對值比 6大得多。厚度方向的變形決定于徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力之間的比例關(guān)系，一般板料厚度有所增厚，越接近外緣，增厚越多。如果不壓料

5、（丨=0）,或壓料力較小?。?，這時(shí)板料增厚比較大。當(dāng)拉深變形程度較大，板料又比較薄時(shí)，則在坯料的凸緣部分，特別是外緣部分，在切向壓應(yīng)力作用下可能失穩(wěn)而拱起，形成所謂起皺。（b） 圖5-3拉深過程的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)2凸緣圓角部分（B區(qū)）這是位于凹模圓角部分的材料，徑向受拉應(yīng)力而伸長，切向受壓應(yīng)力 而壓縮，厚度方向受到凹模圓角的壓力和彎曲作用產(chǎn)生壓應(yīng)力丁一 由于這里切向壓應(yīng)力值 不大，而徑向拉應(yīng)力最大，且凹模圓角越小，由彎曲引起的拉應(yīng)力越大，板料厚度有所減薄，所以有可能出現(xiàn)破裂。3 .筒壁部分（C區(qū)）這部分材料已經(jīng)形成筒形，材料不再發(fā)生大的變形。但是，在拉深過程中，凸模的拉深 力要經(jīng)由筒壁傳遞到凸緣

6、區(qū)，因此它承受單向拉應(yīng)力5的作用，發(fā)生少量的縱向伸長變形和厚度減薄。4底部圓角部分（D區(qū)）這是與凸模圓角接觸的部分，它從拉深開始一直承受徑向拉應(yīng)力打和切向拉應(yīng)力；：的作用，并且受到凸模圓角的壓力和彎曲作用，因而這部分材料變薄最嚴(yán)重，尤其與側(cè)壁相切的部位，所以此處最容易出現(xiàn)拉裂，是拉深的危險(xiǎn)斷面”。5.筒底部分（E區(qū)）筒底區(qū)在拉深開始時(shí)即被拉入凹模，并在拉深的整個過程中保持其平面形狀。它受切向和徑向的雙向拉應(yīng)力作用，變形是雙向拉伸變形，厚度弱有減薄。但這個區(qū)域的材料由于受到與凸模接觸面的摩擦阻力約束，基本上不產(chǎn)生塑性變形或者只產(chǎn)生不大的塑性變形。上述筒壁區(qū)、底部圓角區(qū)和筒底區(qū)這三個部分的主要作用

7、是傳遞拉深力，即把凸模的作用力傳遞到變形區(qū)凸緣部分，使之產(chǎn)生足以引起拉深變形的經(jīng)向拉應(yīng)力叼，因而又叫傳力區(qū)。5.1.3拉深件的主要質(zhì)量問題及控制生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的拉深件質(zhì)量問題較多，但主要的是起皺和拉裂。1 起皺拉深時(shí)坯料凸緣區(qū)出現(xiàn)波紋狀的皺折稱為起皺。起皺是一種受壓失穩(wěn)現(xiàn)象。（1）起皺產(chǎn)生的原因 凸緣部分是拉深過程中的主要變形區(qū)，而該變形區(qū)受最大切向壓 應(yīng)力作用，其主要變形是切向壓縮變形。當(dāng)切向壓應(yīng)力較大而坯料的相對厚度t/D（t為料厚，D為坯料）又較小時(shí)，凸緣部分的料厚與切向壓應(yīng)力之間失去了應(yīng)有的比例關(guān)系，從而在凸 緣的整個周圍產(chǎn)生波浪形的連續(xù)彎曲，如圖5-4a所示，這就是拉深時(shí)的起皺現(xiàn)象。

8、通常起皺首先從凸緣外緣發(fā)生，因?yàn)檫@里的切向壓應(yīng)力絕對值最大。出現(xiàn)輕微起皺時(shí)，凸緣區(qū)板料仍有可能全部拉入凹模內(nèi)，但起皺部位的波峰在凸模與凹模之間受到強(qiáng)烈擠壓，從而在拉深件側(cè)壁靠上部位將出現(xiàn)條狀的擠光痕跡和明顯的波紋，影響工件的外觀質(zhì)量與尺寸精度，如圖5-4b所示。起皺嚴(yán)重時(shí)，拉深便無法順利進(jìn)行，這時(shí)起皺部位相當(dāng)于板厚增加了許多， 因而不能在凸模與凹模之間順利通過，并使徑向拉應(yīng)力急劇增大，繼續(xù)拉深時(shí)將會在危險(xiǎn)斷面處拉破，如圖5-4c所示。圖5-4拉深件的起皺破壞（2）影響起皺的主要因素 坯料的相對厚度t/D坯料的相對厚度越小，拉深變形區(qū)抵抗失穩(wěn)的能力越差，因而就越容易起皺。相反，坯料相對厚度越大，

9、越不容易起皺。 拉深系數(shù)m根據(jù)拉深系數(shù)的定義 m=d/D可知，拉深系數(shù) m越小，拉深變形程度越 大，拉深變形區(qū)內(nèi)金屬的硬化程度也越高，因而切向壓應(yīng)力相應(yīng)增大。另一方面，拉深系數(shù) 越小，凸緣變形區(qū)的寬度相對越大，其抵抗失穩(wěn)的能力就越小，因而越容易起皺。有時(shí)，雖然坯料的相對厚度較小，但當(dāng)拉深系數(shù)較大時(shí)，拉深時(shí)也不會起皺。例如，拉 深高度很小的淺拉深件時(shí)，即屬于這一種情況。這說明，在上述兩個主要影響因素中，拉深 系數(shù)的影響顯得更為重要。 拉深模工作部分的幾何形狀與參數(shù)凸模和凹模圓角及凸、凹模之間的間隙過大時(shí)，則坯料容易起皺。用錐形凹模拉深的坯料與用普通平端面凹模拉深的坯料相比，前者不容易起皺，如圖5

10、-5所示。其原因是用錐形凹模拉深時(shí)，坯料形成的曲面過渡形狀（圖5-5b）比平面形狀具有更大的抗壓失穩(wěn)能力。而且，凹模圓角處對坯料造成的摩擦阻力和彎曲變形的阻 力都減到了最低限度， 凹模錐面對坯料變形區(qū)的作用力也有助于使它產(chǎn)生切向壓縮變形, 此，其拉深力比平端面凸模要小得多，拉深系數(shù)可以大為減小。)lb)圖5-5錐形凹模的拉深(3) 控制起皺的措施 為了防止起皺，最常用的方法是在拉深模具上設(shè)置壓料裝置，使 坯料凸緣區(qū)夾在凹模平面與壓料圈之間通過，如圖5-6所示。當(dāng)然并不是任何情況下都會發(fā)生起皺現(xiàn)象，當(dāng)變形程度較小、坯料相對厚度較大時(shí)，一般不會起皺，這時(shí)就可不必采用壓 料裝置。判斷要否采用壓料裝置

11、可查表確定。2. 拉裂(1) 拉裂產(chǎn)生的原因在拉深過程中，由于凸緣變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變很不均勻，靠近外邊緣的坯料壓應(yīng)力大于拉應(yīng)力，其壓應(yīng)變?yōu)樽畲笾鲬?yīng)變，坯料有所增厚；而靠近凹?？卓诘呐髁侠瓚?yīng)力大于壓應(yīng)力，其拉應(yīng)變?yōu)樽畲笾鲬?yīng)變，坯料有所變薄。因而，當(dāng)凸緣區(qū)轉(zhuǎn)化為筒壁后,拉深件的壁厚就不均勻，口部壁厚增大，底部壁厚減小，壁部與底部圓角相切處變薄最嚴(yán)重(見圖5-4)。變薄最嚴(yán)重的部位成為拉深時(shí)的危險(xiǎn)斷面，當(dāng)筒壁的最大拉應(yīng)力超過了該危險(xiǎn) 斷面材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會產(chǎn)生拉裂，如圖5-7所示。另外，當(dāng)凸緣區(qū)起皺時(shí)，坯料難以或不能通過凸、凹模間隙，使得筒壁拉應(yīng)力急劇增大，也會導(dǎo)致拉裂(見圖5-4c)。圖5-7拉深

12、件的拉裂破壞(2) 控制拉裂的措施生產(chǎn)實(shí)際中常用適當(dāng)加大凸、凹模圓角半徑、降低拉深力、增加拉深次數(shù)、在壓料圈底部和凹模上涂潤滑劑等方法來避免拉裂的產(chǎn)生。5.2拉深件的工藝性5.2.1拉深件的形狀、尺寸及精度1.拉深件的形狀與尺寸(1) 拉深件應(yīng)盡量簡單、對稱，并能一次拉深成形。(2) 拉深件壁厚公差或變薄量要求一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，不變薄拉深工藝的筒壁最大增厚量約為(0.20.3)t，最大變薄量約為(0.10.18)t (t為板料厚度)。(3) 當(dāng)零件一次拉深的變形程度過大時(shí)，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時(shí) 在保證必要的表面質(zhì)量前提下，應(yīng)允許內(nèi)、外表面存在拉深過程中可能

13、產(chǎn)生的痕跡。(4) 在保證裝配要求的前提下，應(yīng)允許拉深件側(cè)壁有一定的斜度。(5) 拉深件的底部或凸緣上有孔時(shí)，孔邊到側(cè)壁的距離應(yīng)滿足a殺+0.5t(或r+0.5t),如圖5-8a所示。（6）拉深件的底與壁、凸緣與壁、矩形件的四角等處的圓角半徑應(yīng)滿足：r貝，R2, rg 3,如圖5-8所示。否則，應(yīng)增加整形工序。一次整形的，圓角半徑可取r （0仁0.3）t, R（0.10.3）t。圖5-8拉深件的孔邊距及圓角半徑（7）拉深件的徑向尺寸應(yīng)只標(biāo)注外形尺寸或內(nèi)形尺寸，而不能同時(shí)標(biāo)注內(nèi)、外形尺寸。帶臺階的拉深件，其高度方向的尺寸標(biāo)注一般應(yīng)以拉深件底部為基準(zhǔn)，如圖5-9a所示。若以上部為基準(zhǔn)（圖5-9b）

14、，高度尺寸不易保證。2.拉深件的精度一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級以下，不宜高于IT11級。對于精度要求高的拉深件，應(yīng)在拉深后增加整形工序，以提高其精度。由于材料各向異性的影響，拉深件的 口部或凸緣外緣一般是不整齊的，出現(xiàn)突耳”現(xiàn)象，需要增加切邊工序。522拉深件的材料用于拉深件的材料，要求具有較好的塑性，屈強(qiáng)比附05小、板厚方向性系數(shù)r大，板平面方向性系數(shù)?r小。屈強(qiáng)比/值越小，一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深的性能越好。例如，低 碳鋼的屈強(qiáng)比cs/0.57其一次拉深的最小拉深系數(shù)為m=0.480.50; 65Mn鋼的 創(chuàng)o0.63其一次拉深的最小拉深系數(shù)為m=0.680.7

15、0。所以有關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，作為拉深用的鋼板，其屈強(qiáng)比不大于 0.66。板厚方向性系數(shù)r和板平面方向性系數(shù)？r反映了材料的各向異性性能。當(dāng)r較大或?r較小時(shí)，材料寬度的變形比厚度方向的變形容易，板平面方向性能差異較小，拉深過程中材料不易變薄或拉裂，因而有利于拉深成形。5.3旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定5.4圓筒形件的拉深工藝計(jì)算（1）學(xué)習(xí)目的與要求：1. 掌握拉深毛坯形狀與尺寸確定的原則；2. 2.掌握旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸確定的方法;3. 3.掌握圓筒形拉深工藝的計(jì)算。重點(diǎn)：1。拉深毛坯形狀與尺寸確定的原則；2. 圓筒形拉深工藝的計(jì)算。難點(diǎn)：圓筒形拉深工藝的計(jì)算。5.3旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定5

16、.3.1坯料形狀和尺寸確定的原則1形狀相似性原則拉深件的坯料形狀一般與拉深件的截面輪廓形狀近似相同，即當(dāng)拉深件的截面輪廓是圓 形、方形或矩形時(shí)，相應(yīng)坯料的形狀應(yīng)分別為圓形、近似方形或近似矩形。另外，坯料周邊 應(yīng)光滑過渡，以使拉深后得到等高側(cè)壁（如果零件要求等高時(shí)）或等寬凸緣。2 表面積相等原則 對于不變薄拉深，雖然在拉深過程中板料的厚度有增厚也有變薄，但實(shí)踐證明，拉深件 的平均厚度與坯料厚度相差不大。由于塑性變形前后體積不變，因此，可以按坯料面積等于 拉深件表面積的原則確定坯料尺寸。應(yīng)該指出，用理論計(jì)算方法確定坯料尺寸不是絕對準(zhǔn)確的，而是近似的，尤其是變形 復(fù)雜的復(fù)雜拉深件。實(shí)際生產(chǎn)中，對于形

17、狀復(fù)雜的拉深件，通常是先做好拉深模，并以理論 計(jì)算方法初步確定的坯料進(jìn)行反復(fù)試模修正，直至得到的工件符合要求時(shí)，再將符合實(shí)際的坯料形狀和尺寸作為制造落料模的依據(jù)。由于金屬板料具有板平面方向性和受模具幾何形狀等因素的影響，制成的拉深件口部 一般不整齊，尤其是深拉深件。因此在多數(shù)情況下還需采取加大工序件高度或凸緣寬度的辦 法，拉深后再經(jīng)過切邊工序以保證零件質(zhì)量。切邊余量可參考表。但當(dāng)零件的相對高度H/d很小并且高度尺寸要求不高時(shí)，也可以不用切邊工序。5.3.2簡單旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料的形狀是圓形， 所以坯料尺寸的計(jì)算主要是確定坯料直徑。 對于簡單 旋轉(zhuǎn)體拉深件，可首先將拉深件

18、劃分為若干個簡單而又便于計(jì)算的幾何體，并分別求出各簡單幾何體的表面積，再把各簡單幾何體的表面積相加即為拉深件的總表面積，然后根據(jù)表面積相等原則，即可求出坯料直徑。例如，圖5-10所示的圓筒形拉深件，可分解為無底圓筒1、1/4凹圓環(huán)2和圓形板3三部分，每一部分的表面積分別為：A1= n dH-r）2A2= t2 nr-2r）+8r /4A3= Xd-2r）2/4設(shè)坯料直徑為D，則按坯料表面積與拉深件表面積相等原則有:2nD /4=A1 +A2+A3分別將A1、A?、A代入上式并簡化后得：D=【式中 D坯料直徑；(5-2)d、H、r拉深件的直徑、高度、圓角半徑。1mm時(shí)，也可以按零計(jì)算時(shí)，拉深件尺

19、寸均按厚度中線尺寸計(jì)算，但當(dāng)板料厚度小于 件圖標(biāo)注的外形或內(nèi)形尺寸計(jì)算。I圖5-10圓筒形拉深件坯料尺寸計(jì)算圖常用旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料直徑的計(jì)算公式可查表。5.3.3復(fù)雜旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定復(fù)雜旋轉(zhuǎn)體拉深件是指母線較復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)體零件，其母線可能由一段曲線組成，也可能由若干直線段與圓弧段相接組成。復(fù)雜旋轉(zhuǎn)體拉深件的表面積可根據(jù)久里金法則求出，即任何形狀的母線繞軸旋轉(zhuǎn)一周所得到的旋轉(zhuǎn)體表面積，等于該母線的長度與其形心繞該軸線旋轉(zhuǎn)所得周長的乘積。如圖5-11所示，旋轉(zhuǎn)體表面積為A=2 nRL根據(jù)拉深前后表面積相等的原則，坯料直徑可按下式求出：2 nD /4=2 nRLD = J遲（5-3）式中 A

20、旋轉(zhuǎn)體表面積（mm2）;Rx旋轉(zhuǎn)體母線形心到旋轉(zhuǎn)軸線的距離（稱旋轉(zhuǎn)半徑，mm）;L旋轉(zhuǎn)體母線長度（mm）;D坯料直徑（mm ）。r| Y圖5-11旋轉(zhuǎn)體表面積計(jì)算圖由式（5-3）知，只要知道旋轉(zhuǎn)體母線長度及其形心的旋轉(zhuǎn)半徑，就可以求出坯料的直徑。當(dāng)母線較復(fù)雜時(shí)，可先將其分成簡單的直線和圓弧，分別求出各直線和圓弧的長度Li、L2、Ln和其形心到旋轉(zhuǎn)軸的距離Rxi、Rx2、Rxn（直線的形心在其中點(diǎn)，圓弧的長度及形心位置可按表5-7計(jì)算），再根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：何恥D = V “（ 5-4）例5-1如圖5-12所示拉深件，板料厚度為1mm，求坯料直徑。解：經(jīng)計(jì)算，各直線段和圓弧長度為：l1=27mm

21、 ,b=7.85mm ,b=8mm , 8.376mm , b=12.564mm , b=8mm , h=7.85mm , l8=10mm。 各直線和圓弧形心的旋轉(zhuǎn)半徑為：Rx1=13.5mm , Rx2=30.18mm , Rx3=32mm , Rx4=33.384mm , Rx5=39.924mm , R=x（27xlT5+7.85 x 3078 + 8 x32 + 8-38x33.38（mm）圖5-12用解析法計(jì)算坯料直徑5.4圓筒形件的拉深工藝計(jì)算5.4.1拉深系數(shù)及其極限前以述及，圓筒形件的拉深變形程度一般用拉深系數(shù)表示。在設(shè)計(jì)沖壓工藝過程與確定 拉深工序的數(shù)目時(shí)， 通常也是用拉深系

22、數(shù)作為計(jì)算的依據(jù)。 從廣義上說，圓筒形件的拉深系 數(shù)m是以每次拉深后的直徑與拉深前的坯料 （工序件）直徑之比表示（圖5-13），即m、=第一次拉深系數(shù)1m.=第二次拉深系數(shù)“羅=第n次拉深系數(shù)一、”_|總拉深系數(shù)表示從坯料直徑D拉深至仁的總變形程度，即A D D L 九 1 3 a圖5-13圓筒形件的多次拉深拉深變形程度對凸緣區(qū)的徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力以及對筒壁傳力區(qū)拉應(yīng)力影響極大， 為了防止在拉深過程中產(chǎn)生起皺和拉裂的缺陷，就應(yīng)減小拉深變形程度（即增大拉深系數(shù)），從而減小切向壓應(yīng)力和徑向拉應(yīng)力，以減小起皺和破裂的可能性。圖5-14為用同一材料、同一厚度的坯料，在凸、凹模尺寸相同的模具上用逐步

23、加大坯 料直徑（即逐步減小拉深系數(shù)）的辦法進(jìn)行試驗(yàn)的情況。其中，圖a表示在無壓料裝置情況下，當(dāng)坯料尺寸較小時(shí)（即拉深系數(shù)較大時(shí)），拉深能夠順利進(jìn)行；當(dāng)坯料直徑加大，使拉 深系數(shù)減小到一定數(shù)值（如 m=0.75 ）時(shí)，會出現(xiàn)起皺。如果增加壓料裝置（圖 b）,則能防 止起皺，此時(shí)進(jìn)一步加大坯料直徑、減少拉深系數(shù)，拉深還可以順利進(jìn)行。但當(dāng)坯料直徑加大到一定數(shù)值、拉深系數(shù)減少到一定數(shù)值(如 被迫中斷。m=0.50)后，筒壁出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象，拉深過程因此，為了保證拉深工藝的順利進(jìn)行，就必須使拉深系數(shù)大于一定數(shù)值，這個一定的 數(shù)值即為在一定條件下的極限拉深系數(shù)，用符號“”表示。小于這個數(shù)值，就會使拉深件起皺、

24、拉裂或嚴(yán)重變薄而超差。另外，在多次拉深過程中，由于材料的加工硬化，使得變形 抗力不斷增大，所以以后各次極限拉深系數(shù)必須逐次遞增，即miv m2 m1時(shí)，則該拉深 件只需一次拉深就可拉出，否則就要進(jìn)行多次拉深。需要多次拉深時(shí)，其拉深次數(shù)可按以下方法確定： 推算法 先根據(jù)t/D和是否壓料條件可查表確定，并查出口仆m2、m3、，然后從第一道工序開始依次算出各次拉深工序件直徑，即d1=m1D、d2=m2d1、dn=mndn-1,直到dn。即當(dāng)計(jì)算所得直徑 dn稍小于或等于拉深件所要求的直徑d時(shí)，計(jì)算的次數(shù)即為拉深的次數(shù)。 查表法圓筒形件的拉深次數(shù)還可從各種實(shí)用的表格中查取。(2) 各次拉深工序尺寸的計(jì)

25、算當(dāng)圓筒形件需多次拉深時(shí)，就必須計(jì)算各次拉深的工序件尺寸，以作為設(shè)計(jì)模具及選擇壓力機(jī)的依據(jù)。 各次工序件的直徑當(dāng)拉深次數(shù)確定之后，先從表中查出各次拉深的極限拉深系數(shù)，并加以調(diào)整后確定各次拉深實(shí)際采用的拉深系數(shù)。調(diào)整的原則是：a) 保證 mi m2 mn=d/D;b) 使 miWii, m2m2,，mnWin，且 mi m2 1mm，故按板厚中線尺寸計(jì)算。(1) 計(jì)算坯料直徑根據(jù)拉深件尺寸，其相對高度為h/d=(76-1)/(30-2)疋2,7查表5-4得切邊余量？h=6mm。從表5-6中查得坯料直徑計(jì)算公式為依圖 5-15, d=30-2=28mm , r=3+1=4mm , H=76-1+6

26、=81mm，代入上式得d= J2計(jì) + 4x28x81- L72x 28x4x4 = 98.3 (mm)(2) 確定拉深次數(shù)根據(jù)坯料的相對厚度t/D=2/98.3 W0%=2%，按表5-1可采用也可不采用壓料圈，但為了保險(xiǎn)起見，拉深時(shí)采用壓料圈。根據(jù)t/D=2%，查表5-8得各次拉深的極限拉深系數(shù)為m!=0.50 , m2=0.75，m3=0.78 ,m4=0.80 ,。故di=miD=0.50 9E8.3=49.2(mm)d2=m2di=0.75 49.2=36.9(mm)d3=m3d2=0.78 36.9=28.8(mm) d4=m4d3=0.80 28.8=23(mm)因d4=23mm

27、v 28mm，所以需采用4次拉深成形。(3) 計(jì)算各次拉深工序件尺寸 為了使第四次拉深的直徑與零件要求一致，需對極限拉深系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后取各次拉深的實(shí)際拉深系數(shù)為m1=0.52 , m2= 0.78 , m3=0.83,m4=0.846。各次工序件直徑為：d1=m1D=0.52 迪8.3=51.1(mm)d2=m2d1=0.78 51.1= 39.9(mm)d3=m3d2=0.83 39.9=33.1(mm) d4=m4d3=0.846 33.仁28(mm)各次工序件底部圓角半徑取以下數(shù)值：r1=8mm, r2=5mm , r3= r4=4mm把各次工序件直徑和底部圓角半徑代入式(5-5)

28、，得各次工序件高度為:98.351.1=D.25x98.3g51.1 + 0.43 xx(51.1+0.32x8)= 38.1丿51(mm)15-39.9 + 0 43xx(39.9 + 0 32x51= 52.8/(mm)H、=0 25xm+l0.43x_x(33,1+a,2x4)=M.3(mm)(mm)以上計(jì)算所得工序件尺寸都是中線尺寸，換算成與零件圖相同的標(biāo)注形式后，所得各 工序件的尺寸如圖 5-16所示。圖5-16圓筒形件的各次拉深工序件尺寸5.4 圓筒形件的拉深工藝計(jì)算(2)5.5 圓筒形件的拉深力、壓料力與壓料裝置學(xué)習(xí)目的與要求：1. 掌握帶凸緣圓筒形件的拉深工藝計(jì)算；2. 掌握圓

29、筒形件的拉深力和壓料力的計(jì)算，拉深時(shí)壓力機(jī)標(biāo)稱壓力的選擇;3. 熟悉壓料裝置的結(jié)構(gòu)，了解其優(yōu)缺點(diǎn)。 重點(diǎn)：1帶凸緣圓筒形件的拉深工藝計(jì)算；2拉深時(shí)壓力機(jī)標(biāo)稱壓力的選擇；3壓料裝置的結(jié)構(gòu)。難點(diǎn)：1帶凸緣圓筒形件的拉深工藝計(jì)算；2拉深時(shí)壓力機(jī)標(biāo)稱壓力的選擇；3.壓料裝置的結(jié)構(gòu)，優(yōu)缺點(diǎn)。2. 帶凸緣圓筒形件的拉深方法與工序尺寸的計(jì)算圖5-17所示為帶凸緣圓筒形件及其坯料。通常， 當(dāng)dt/d=1.11.4時(shí)，稱為窄凸緣圓筒形 件；當(dāng)dt/d 1.4時(shí)，稱為寬凸緣圓筒形件。圖5-17帶凸緣圓筒形件及其坯料帶凸緣圓筒形件的拉深看上去很簡單，好象是拉深無凸緣圓筒形件的中間狀態(tài)。但當(dāng)其各部分尺寸關(guān)系不同時(shí)，拉

30、深中要解決的問題是不同的，拉深方法也不相同。當(dāng)拉深件凸緣為非圓形時(shí)，在拉深過程中仍需拉出圓形的凸緣，最后再用切邊或其他沖壓加工方法完成工件所需的形狀。(1) 拉深方法 窄凸緣圓筒形件的拉深窄凸緣圓筒形件是凸緣寬度很小的拉深件，這類零件需多次拉深時(shí)，由于凸緣很窄，可先按無凸緣圓筒形件進(jìn)行拉深，再在最后一次工序用整形的方法壓成所要求的窄凸緣形狀。為了使凸緣容易成形， 在拉深的最后兩道工序可采用錐形凹模和錐形壓料圈進(jìn)行拉深，留出錐形凸緣，這樣整形時(shí)可減小凸緣區(qū)切向的拉深變形，對防止外緣開裂有利。例如圖 5-18所示的窄凸緣圓筒形件，共需三次拉深成形，第一次拉成無凸 緣圓筒形工序件，在后兩次拉深時(shí)留出

31、錐形凸緣，最后整形達(dá)到要求。圖 5-18(bj忡祥過林窄凸緣圓筒形件的拉深I(lǐng)第一次拉深n第二次拉深山一第三次拉深 w成品() 寬凸緣圓筒形件的拉深寬凸緣圓筒形件需多次拉深時(shí)，拉深的原則是：第一次拉深就必須使凸緣尺寸等于拉深件的凸緣尺寸（加切邊余量），以后各次拉深時(shí)凸緣尺寸保持不變，僅僅依靠筒形部分的材料轉(zhuǎn)移來達(dá)到拉深件尺寸。因?yàn)樵谝院蟮睦罟ば蛑?，即使凸緣部分產(chǎn)生很小的變形，也會使筒壁傳力區(qū)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，從而使底部危險(xiǎn)斷面拉裂。生產(chǎn)實(shí)際中，寬凸緣圓筒形件需多次拉深時(shí)的拉深方法有兩種法（見圖5-19）：a）通過多次拉深，逐漸縮小筒形部分直徑和增加其高度（圖5-19a）。這種拉深方法就是直接采

32、用圓筒形件的多次拉深方法，通過各次拉深逐次縮小直徑，增加高度，各次拉深的凸緣圓角半徑和底部圓角半徑不變或逐次減小。用這種方法拉成的零件表面質(zhì)量不高，其直壁和凸緣上保留著圓角彎曲和局部變薄的痕跡，需要在最后增加整形工序， 適用于材料較薄、高度大于直徑的中小型帶凸緣圓筒形件。b）采用高度不變法（圖 5-19b ）。即首次拉深盡可能取較大的凸緣圓角半徑和底部圓角半徑，高度基本拉到零件要求的尺寸，以后各次拉深時(shí)僅減小圓角半徑和筒形部分直徑，而高度基本不變。這種方法由于拉深過程中變形區(qū)材料所受到的折彎較輕，所以拉成的零件表面較光滑，沒有折痕。但它只適用于坯料相對厚度較大、采用大圓角過渡不易起皺的情況。（

33、b）圖5-19寬凸緣圓筒形件的拉深方法1、2、3、4 拉深次序（2）拉深特點(diǎn)與無凸緣圓筒形件相比，帶凸緣圓筒形件的拉深變形具有如下特點(diǎn)： 帶凸緣圓筒形件不能用拉深系數(shù)來反映材料實(shí)際的變形程度大小，而必須將拉深高度考慮進(jìn)去。因?yàn)?，對于同一坯料直?D和筒形部分直徑 d,可有不同凸緣直徑 dt和高度H 對應(yīng)，盡管拉深系數(shù)相同（m=d/D），若拉深高度 H不同，其變形程度也不同。生產(chǎn)實(shí)際中， 通常用相對拉深高度 H/d來反映其變形程度。 寬凸緣圓筒形件需多次拉深時(shí)，第一次拉深必須將凸緣尺寸拉到位，以后各次拉深 中，凸緣的尺寸應(yīng)保持不變。這就要求正確地計(jì)算拉深高度和嚴(yán)格地控制凸模進(jìn)入凹模的深度?？紤]到

34、在普通壓力機(jī)上嚴(yán)格控制凸模進(jìn)入凹模的深度比較困難，生產(chǎn)實(shí)踐中通常有意把第一次拉入凹模的材料比最后一次拉入凹模所需的材料增加3%5% （按面積計(jì)算），這些多拉入的材料在以后各次拉深中， 再逐次擠入凸緣部分， 使凸緣變厚。工序間這些材料的重 新分配，保證了所要求的凸緣直徑， 并使已成形的凸緣不再參與變形， 從而避免筒壁拉裂的 危險(xiǎn)。這一方法對于料厚小于 0.5mm的拉深件效果更為顯著。（3）帶凸緣圓筒形件的拉深變形程度帶凸緣筒件的拉深系數(shù)為：mt=d/D（ 5-6）式中mt帶凸緣圓筒形件拉深系數(shù)；d拉深件筒形部分的直徑；D坯料直徑。當(dāng)拉深件底部圓角半徑 r與凸緣處圓角半徑 R相等，即r=R時(shí)，坯料

35、直徑為D=C 所以mt=d/D=嘰況丿 丄 &(5-7)由上式可以看出，帶凸緣圓筒形件的拉深系數(shù)取決于下列三組有關(guān)尺寸的相對比值：凸緣的相對直徑dt/d;零件的相對高度 H/d;相對圓角半徑 R/do其中以dt/d影響最大，H/d次 之，R/d影響較小。帶凸緣圓筒形件首次拉深的極限拉深系數(shù)見表。由表可以看出，d/dw 1.時(shí)，極限拉深系數(shù)與無凸緣圓筒形件基本相同，dt/d大時(shí)，其極限拉深系數(shù)比無凸緣圓筒形的小。而且當(dāng)坯料直徑D 一定時(shí)，凸緣相對直徑dt/d越大，極限拉深系數(shù)越小，這是因?yàn)樵谂髁现睆紻和圓筒形直徑d 一定的情況下，帶凸緣圓筒形件的凸緣相對直徑dt/d大，意味著只要將坯料直徑稍加收

36、縮即可達(dá)到零件凸緣外徑，筒壁傳力區(qū)的拉應(yīng)力遠(yuǎn)沒有達(dá)到許可值，因而可以減小其拉深系數(shù)。但這并不表明帶凸緣圓筒形件的變形程度大。由上述分析可知，在影響葉的因素中，因R/d影響較小，因此當(dāng) mt 一定時(shí)，則dt/d與H/d的關(guān)系也就基本確定了。這樣，就可用拉深件的相對高度來表示帶凸緣圓筒形件的變形 程度。首次拉深可能達(dá)到的相對高度見表5-13 o當(dāng)帶凸緣圓筒形件的總拉深系數(shù)mt=d/D大于表5-12的極限拉深系數(shù)，且零件的相對高度H/d小于表5-13的極限值時(shí)，則可以一次拉深成形，否則需要兩次或多次拉深。帶凸緣圓筒形件以后各次拉深系數(shù)為：mi=di/ di-1(i=2、3、n)(5-8)其值與凸緣寬

37、度及外形尺寸無關(guān)，可取與無凸緣圓筒形件的相應(yīng)拉深系數(shù)相等或略小的 數(shù)值，見表(4) 帶凸緣圓筒形件的各次拉深高度根據(jù)帶凸緣圓筒形件坯料直徑計(jì)算公式(見表5-6)，可推導(dǎo)出各次拉深高度的計(jì)算公式 如下：比孚(x)+叭+片)+字(r R：)(i=1、2、3、n)(5-9)式中H1、H2、Hn各次拉深工序件的高度；d1、d2、dn各次拉深工序件的直徑；D 坯料直徑；1、鼻、rn各次拉深工序件的底部圓角半徑；R1、R2、Rn各次拉深工序件的凸緣圓角半徑。(5) 帶凸緣圓筒形件的拉深工序尺寸計(jì)算程序帶凸緣圓筒形件拉深與無凸緣圓筒形件拉深的最大區(qū)別在于首次拉深，現(xiàn)結(jié)合實(shí)例說明其工序尺寸計(jì)算程序。例5-3試

38、對圖5-20所示帶凸緣圓筒形件的拉深工序進(jìn)行計(jì)算。零件材料為08鋼，厚度 t=1mm o圖5-20帶凸緣圓筒形件解：板料厚度t=1m m,故按中線尺寸計(jì)算。(1)計(jì)算坯料直徑 D根據(jù)零件尺寸查表 5-5得切邊余量？R=2.2mm ,故實(shí)際凸緣直徑 dt =(55.4+2 Z2)=59.8mm。由表5-6查得帶凸緣圓筒形件的坯料直徑計(jì)算公式為D = , 依圖 5-20，d1=16.1mm， R=r=2.5mm， d2=21.1mm， h=27mm，d3=26.1mm，ck=59.8mm， 代入上式得d= 73200 + 2895(其中3200 xn4為該拉深件除去凸緣平面部分的表面積)(2) 判

39、斷可否一次拉深成形根據(jù)t/D =1/78 = 1.28 %dt/d = 59.8/21.1 = 2.83H/d = 32/21.1 =1. 52 mt=d/D=21.1/78=0.27查表5-12、表5-13, m1=0.35 , H1/d1=0.21，說明該零件不能一次拉深成形，需要多 次拉深。(3) 確定首次拉深工序件尺寸初定dt/d1=1.3，查表5-12得m1=0.51，取m1= 0.52，則取 m=R1= 5.5 mm為了使以后各次拉深時(shí)凸緣不再變形，取首次拉入凹模的材料面積比最后一次拉入凹模的材料面積(即零件中除去凸緣平面以外的表面積3200X(4)增加5%，故坯料直徑修正為d1=

40、 m1 X = 0.52 75= 40.5(mm)d=73200 x105%+2895 79(mm)按式(5-9)，可得首次拉深高度為器尺)+ 字(“尺)H1 =冷TnXC791 -59.8l)+0.43x(5J+5i5)= 40.5=21.2(mm)驗(yàn)算所取 m1 是否合理：根據(jù) t/D =1.28 % , dt/d1 = 59.8/40.5=1.48 ,查表 5-13 可知Hd1= 0.58。因 H1/d1 =21.2/40.5= 0.52 v Hd1= 0.58，故所取 m1 是合理的。(4)計(jì)算以后各次拉深的工序件尺寸 則查表 5-14 得，m2= 0.75 , m3= 0.78 ,

41、m 4= 0.80 ,d2= m2d3= m3d4= m4di= 0.75 40.5 = 30.4(mm) 迦=0.78 30.4 = 23.7(mm)= 0.80 23.7 = 19.0(mm)因d4= 19.0 v 21.1，故共需4次拉深。調(diào)整以后各次拉深系數(shù)，取m2 = 0.77, m3 = 0.80 , m 4 = 0.844。故以后各次拉深工序件的直徑&= 0.77 40.5 = 31.2(mm) 為2 = 0.80 3K.2 = 25.0(mm) 為3 = 0.844 25.0= 21.1(mm)為d2= m2d3= m3d4= m4以后各次拉深工序件的圓角半徑取r2=R2=4.

42、5mm , r3=R3=3.5mm , r4=R4=2.5mm設(shè)第二次拉深時(shí)多拉入 3%的材料(其余2%的材料返回到凸緣上),第三次拉深時(shí)多拉入1.5%的材料(其余1.5%的材料返回到凸緣上)，則第二次和第三次拉深的假想坯料直徑分別 為=78.7(mm)073200x103%+2895= 73200 xlOl.5%+2895 =78.4(mm) 以后各次拉深工序件的高度為孚0*：屮.43(分片)+字葉-/?：)H2 =小7n 25x(78.73 -59.81) + 0.43x(4.5 + )彈貫式FF料韻*圖 5-23彈性壓料裝置1-凹模2-凸模3-壓料圈4-彈性元件(彈頂器或氣墊)上述三種壓

43、料裝置的壓料力變化曲線如圖5-24所示。由圖可以看出，彈簧和橡膠壓料裝置的壓料力是隨著工作行程 (拉深深度)的增加而增大的，尤其是橡膠式壓料裝置更突出。 這樣的壓料力變化特性會使拉深過程中的拉深力不斷增大，從而增大拉裂的危險(xiǎn)性。因此， 彈簧和橡膠壓料裝置通常只用于淺拉深。但是，這兩種壓料裝置結(jié)構(gòu)簡單，在中小型壓力機(jī)上使用較為方便。只要正確地選用彈簧的規(guī)格和橡膠的牌號及尺寸，并采取適當(dāng)?shù)南尬淮胧?，就能減少它的不利方面。彈簧應(yīng)選總壓縮量大、壓力隨壓縮量增加而緩慢增大的規(guī)格。橡膠應(yīng)選用軟橡膠，并保證相對壓縮量不過大，建議橡膠總厚度不小于拉深工作行程的5倍。氣墊式壓料裝置壓料效果好，壓料力基本上不隨工

44、作行程而變化(壓料力的變化可控制在10%15%內(nèi))，但氣墊裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。空行圖5-24各種彈性壓料裝置的壓料力曲線5-25 所a）;當(dāng)坯料相對厚度較小，拉深件凸緣小且圓角 c）;錐形壓料圈（圖 b）能降低極限拉深系數(shù)， 滬30。40,主要用于拉深系數(shù)較小的拉深件。m itrtEsraI何平酈*科壓料圈是壓料裝置的關(guān)鍵零件，常見的結(jié)構(gòu)形式有平面形、錐形和弧形，如圖 示。一般的拉深模采用平面形壓料圈（圖 半徑較大時(shí)，則采用帶弧形的壓料圈（圖 其錐角與錐形凹模的錐角相對應(yīng)，一般取常略1%料M圖5-25壓料圈的結(jié)構(gòu)形式1-凸模 2-頂板 3-凹模 4-壓料圈為了保持整個拉深過程中壓料力均衡和防止將坯料

45、壓得過緊，特別是拉深板料較薄且凸緣較寬的拉深件時(shí)，可采用帶限位裝置的壓料圈，如圖5-26所示。限位柱可使壓料圈和凹模之間始終保持一定的距離s。對于帶凸緣零件的拉深，s=t+（0.050.1）mm ;鋁合金零件的拉深，s=1.1t;鋼板零件的拉深，s=1.2t （t為板料厚度）。2. 剛性壓料裝置剛性壓料裝置一般設(shè)置在雙動壓力機(jī)上用的拉深模中。圖5-27為雙動壓力機(jī)用拉深模，件4即為剛性壓料圈（又兼作落料凸模），壓料圈固定在外滑塊之上。 在每次沖壓行程開始 時(shí)，外滑塊帶動壓料圈下降壓在坯料的凸緣上，并在此停止不動，隨后內(nèi)滑塊帶動凸模下降，C獲得的，而該間隙所以這一間隙應(yīng)略并進(jìn)行拉深變形。剛性壓料

46、裝置的壓料作用是通過調(diào)整壓料圈與凹模平面之間的間隙 則靠調(diào)節(jié)壓力機(jī)外滑塊得到。考慮到拉深過程中坯料凸緣區(qū)有增厚現(xiàn)象，大于板料厚度。剛性壓料圈的結(jié)構(gòu)形式與彈性壓料圈基本相同。剛性壓料裝置的特點(diǎn)是壓料力不隨拉深的工作行程而變化，壓料效果較好，模具結(jié)構(gòu)簡單。圖5-26有限位裝置的壓料圈圖5-27雙動壓力機(jī)用拉深模的剛性壓料1-凸模固定桿 2-外滑塊3-拉深凸模4-壓料圈兼落料凸模 5-落料凹模6-拉深凹模拉深時(shí)的起皺和防止起皺的問題比較復(fù)雜，防皺的壓料與防破裂又有矛盾，目前常用的壓料裝置產(chǎn)生的壓料力還不能符合理想的壓料力變化曲線。因此，如何探索較理想的壓料裝置是拉深工作的一個重要課題。5.5.4拉深壓力機(jī)標(biāo)稱壓力及拉深功的確定1. 拉深壓力機(jī)標(biāo)稱壓力的確定對于單動壓力機(jī)，其標(biāo)稱壓力Fg應(yīng)大于拉深力F與壓料力Fy之和，即F