拉深變形過(guò)程及拉深工藝

1、 拉深概述拉深概述 6.1 拉深變形過(guò)程的分析拉深變形過(guò)程的分析 6.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計(jì)直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計(jì) 6.3 非直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深成形的特點(diǎn)非直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深成形的特點(diǎn) 6.4 盒形件的拉深盒形件的拉深 6.5 拉深工藝設(shè)計(jì)拉深工藝設(shè)計(jì) 6.6 拉深模具設(shè)計(jì)拉深模具設(shè)計(jì) 6.7 其他拉深方法其他拉深方法 1.1.拉深的基本概念拉深的基本概念 拉深是利用拉深模具將沖裁好的平板毛坯壓制成各種拉深是利用拉深模具將沖裁好的平板毛坯壓制成各種開(kāi)口的空心件，或?qū)⒁阎瞥傻拈_(kāi)口空心件加工成其他形狀開(kāi)口的空心件，或?qū)⒁阎瞥傻拈_(kāi)口空心件加工成其他形狀空心件的一種沖壓加工方法?？招募?/p>

2、的一種沖壓加工方法。(如圖如圖6.0.1)2.2.典型的拉深件典型的拉深件(如圖如圖6.0.2)3.3.拉深模具的特點(diǎn)拉深模具的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，與沖裁模比較，工作部分有較大結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。 4.1 拉深變形過(guò)程的分析拉深變形過(guò)程的分析4.1.1板料拉深變形過(guò)程板料拉深變形過(guò)程及其特點(diǎn)及其特點(diǎn) (如圖如圖4.1.1) 在毛坯上畫(huà)作出距離為在毛坯上畫(huà)作出距離為a的等距離的同心圓與相同弧度的等距離的同心圓與相同弧度b輻射線組成的網(wǎng)格輻射線組成的網(wǎng)格( (如圖如圖4

3、.1.2) ) ，然后將帶有網(wǎng)格的毛坯進(jìn)行，然后將帶有網(wǎng)格的毛坯進(jìn)行拉深。拉深。 在拉深過(guò)程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸緣毛坯的在拉深過(guò)程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸緣毛坯的徑向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力徑向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力 ，切向產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，切向產(chǎn)生壓縮應(yīng)力 。在它們的共同。在它們的共同作用下，凸緣變形區(qū)材料發(fā)生了塑性變形，并不斷被拉入凹模作用下，凸緣變形區(qū)材料發(fā)生了塑性變形，并不斷被拉入凹模內(nèi)形成筒形拉深件。內(nèi)形成筒形拉深件。 13 在拉深后我們發(fā)現(xiàn)在拉深后我們發(fā)現(xiàn)如圖如圖4.1.2：工件底部的網(wǎng)格變化很：工件底部的網(wǎng)格變化很小，而側(cè)壁上的網(wǎng)格變化很大，以前的等距同心圓，變成小，而側(cè)壁上的網(wǎng)格變化

4、很大，以前的等距同心圓，變成了與工件底部平行的不等距的水平線，并且愈是靠近工件了與工件底部平行的不等距的水平線，并且愈是靠近工件口部，水平線之間的距離愈大，同時(shí)以前夾角相等的半徑口部，水平線之間的距離愈大，同時(shí)以前夾角相等的半徑線在拉深后在側(cè)壁上變成了間距相等的垂線，線在拉深后在側(cè)壁上變成了間距相等的垂線，如圖如圖4.1.3所所示，示，以前的扇形毛坯網(wǎng)格變成了拉深后的矩形網(wǎng)格以前的扇形毛坯網(wǎng)格變成了拉深后的矩形網(wǎng)格。 4.1.2拉深過(guò)程中變形毛坯各部分的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)拉深過(guò)程中變形毛坯各部分的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài) 拉深過(guò)程中某一瞬時(shí)毛坯變形和應(yīng)力情況拉深過(guò)程中某一瞬時(shí)毛坯變形和應(yīng)力情況(如圖如圖4.

5、1.5)1.平面凸緣部分平面凸緣部分 主要變形區(qū)主要變形區(qū)2.凹模圓角區(qū)凹模圓角區(qū) 過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)3.筒壁部分筒壁部分 傳力區(qū)傳力區(qū)4.凸模圓角部分凸模圓角部分 過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)5.圓筒底部分圓筒底部分 小變形區(qū)小變形區(qū)圖 4.1.5 拉深中毛坯的應(yīng)力應(yīng)變情況 4.1.3 拉深變形過(guò)程的力學(xué)分析拉深變形過(guò)程的力學(xué)分析 1.1.凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析 （1）拉深中某時(shí)刻變形區(qū)應(yīng)力分布）拉深中某時(shí)刻變形區(qū)應(yīng)力分布 根據(jù)微元體的受力平衡可得根據(jù)微元體的受力平衡可得 因?yàn)橐驗(yàn)?取取 并略去高階無(wú)窮小，得并略去高階無(wú)窮小，得: 塑性變形時(shí)需滿足的塑性方程為塑性變形時(shí)需滿足的塑性方程為 :02

6、sin23t111tddRRdtddRRd3322sindd0)(311dRRdm31 由上述兩式，并考慮邊界條件由上述兩式，并考慮邊界條件(當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， )，經(jīng)數(shù)學(xué)，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)就可以求出徑向拉應(yīng)力，和切向壓應(yīng)力的大小為：推導(dǎo)就可以求出徑向拉應(yīng)力，和切向壓應(yīng)力的大小為： 在變形區(qū)的內(nèi)邊緣（即在變形區(qū)的內(nèi)邊緣（即 處）徑向拉應(yīng)力最大，其值處）徑向拉應(yīng)力最大，其值為：為： 在變形區(qū)外邊緣處壓應(yīng)力最大，其值為：在變形區(qū)外邊緣處壓應(yīng)力最大，其值為： RRtm1ln1 . 1RRtm3ln11 . 1rRtmmax1ln1 . 1mmax31 . 1tRR 01rR 凸緣外邊向內(nèi)邊凸緣外邊向內(nèi)邊 由低

7、到高變化，由低到高變化， 則由高到低變化，在凸緣中間必有一交則由高到低變化，在凸緣中間必有一交點(diǎn)存在（如右圖所示），在此點(diǎn)處有點(diǎn)存在（如右圖所示），在此點(diǎn)處有 所以：所以： 化簡(jiǎn)得：化簡(jiǎn)得： 即：即： 即交點(diǎn)在即交點(diǎn)在 處。用處。用R所作出所作出的圓將凸緣變形區(qū)分成兩部分，由此圓的圓將凸緣變形區(qū)分成兩部分，由此圓向凹模洞口方向的部分拉應(yīng)力占優(yōu)勢(shì)向凹模洞口方向的部分拉應(yīng)力占優(yōu)勢(shì)（ ），拉應(yīng)變?yōu)榻^對(duì)值最大的主），拉應(yīng)變?yōu)榻^對(duì)值最大的主變形，厚度方向的變形變形，厚度方向的變形 是壓縮應(yīng)變。是壓縮應(yīng)變。 1331RRRRtmtmln11 . 1ln1 . 121lntRRt61. 0RR t61. 0

8、RR 31 （2）拉深過(guò)程中的）拉深過(guò)程中的 變化規(guī)律變化規(guī)律 和和 是當(dāng)毛坯凸緣半徑變化到是當(dāng)毛坯凸緣半徑變化到 時(shí)，在時(shí)，在凹模洞口的最大拉應(yīng)力和凸緣最外邊的最大壓應(yīng)力。凹模洞口的最大拉應(yīng)力和凸緣最外邊的最大壓應(yīng)力。2.筒壁傳力區(qū)的受力分析筒壁傳力區(qū)的受力分析 （1）壓邊力）壓邊力 引起的摩擦力引起的摩擦力 該摩擦應(yīng)力為：該摩擦應(yīng)力為： max3max1|和max1max3tRQFdtuFQM2 （2）材料流過(guò)凹模圓角半徑產(chǎn)生彎曲變形的阻力）材料流過(guò)凹模圓角半徑產(chǎn)生彎曲變形的阻力 可可根據(jù)彎曲時(shí)內(nèi)力和外力所作功相等的條件按下式計(jì)算：根據(jù)彎曲時(shí)內(nèi)力和外力所作功相等的條件按下式計(jì)算： （3）材

9、料流過(guò)凹模圓角后又被拉直成筒壁的反向彎）材料流過(guò)凹模圓角后又被拉直成筒壁的反向彎曲力仍按式上式進(jìn)行計(jì)算曲力仍按式上式進(jìn)行計(jì)算: 拉深初期凸模圓角處的彎曲應(yīng)力也按上式計(jì)算，即：拉深初期凸模圓角處的彎曲應(yīng)力也按上式計(jì)算，即： 241dbWtrt241dbWWtrt241 pbWtrt （4）材料流過(guò)凹模圓角時(shí)的摩擦阻力）材料流過(guò)凹模圓角時(shí)的摩擦阻力 通討凸模圓角處危險(xiǎn)斷面?zhèn)鬟f的徑向拉應(yīng)力即為：通討凸模圓角處危險(xiǎn)斷面?zhèn)鬟f的徑向拉應(yīng)力即為： 由上式把影響拉深力的因素，如拉深變形程度，材由上式把影響拉深力的因素，如拉深變形程度，材料性能，零件尺寸，凸、凹模圓角半徑，壓邊力，潤(rùn)滑料性能，零件尺寸，凸、凹模

10、圓角半徑，壓邊力，潤(rùn)滑條件等都反映了出來(lái)，有利于研究改善拉深工藝。條件等都反映了出來(lái)，有利于研究改善拉深工藝。 拉深力可由下式求出：拉深力可由下式求出： wwMmax1p2edbdbQtmp2222ln1 . 1etrttrtdtFrRsinpdtF 4.1.4 拉深成形的障礙及防止措施拉深成形的障礙及防止措施 1.起皺(如圖如圖4.1.8)，影響起皺的因素： (1)凸緣部分材料的相對(duì)厚度凸緣部分材料的相對(duì)厚度 凸緣部分的相對(duì)料厚，即為凸緣部分的相對(duì)料厚，即為 : (2)切向壓應(yīng)力的大小切向壓應(yīng)力的大小 拉深時(shí)拉深時(shí) 的值決定于變形程度，變形程度越大，需要轉(zhuǎn)移的值決定于變形程度，變形程度越大，

11、需要轉(zhuǎn)移的剩余材料越多，加工硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重，則越的剩余材料越多，加工硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重，則越 大，就越容易起大，就越容易起皺。皺。 (3)材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能 板料的屈強(qiáng)比板料的屈強(qiáng)比 小，則屈服極限小，變形區(qū)內(nèi)的切向壓小，則屈服極限小，變形區(qū)內(nèi)的切向壓應(yīng)力也相對(duì)減小，因此板料不容易起皺。應(yīng)力也相對(duì)減小，因此板料不容易起皺。 rRtdDtff或33bs (4)凹模工作部分的幾何形狀凹模工作部分的幾何形狀 平端面凹模拉深時(shí)，毛坯首次拉深不起皺的條件是平端面凹模拉深時(shí)，毛坯首次拉深不起皺的條件是 : 用錐形凹模首次拉深時(shí)，材料不起皺的條件是：用錐形凹模首次拉深時(shí)，材料不起皺的條件是： 如果不能

12、滿足上述式子的要求，就要起皺。在這種情況如果不能滿足上述式子的要求，就要起皺。在這種情況下，必須采取措施防止起皺發(fā)生。下，必須采取措施防止起皺發(fā)生。最簡(jiǎn)單的方法最簡(jiǎn)單的方法( (也是實(shí)際生也是實(shí)際生產(chǎn)中最常用的方法產(chǎn)中最常用的方法) )是采用壓邊圈是采用壓邊圈 。)1)(17. 009. 0(DtDtDdDt103.0 2.拉裂拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的(如圖如圖4.1.9) 防止拉裂防止拉裂: 可根據(jù)板材的成形性能，采用適當(dāng)?shù)睦畋群蛪哼吙筛鶕?jù)板材的成形性能，采用適當(dāng)?shù)睦畋群蛪哼吜?，增加凸模的表面粗糙度，改善凸緣部分變形?/p>

13、料的力，增加凸模的表面粗糙度，改善凸緣部分變形材料的潤(rùn)滑條件，合理設(shè)計(jì)模具工作部分的形狀，選用拉深性潤(rùn)滑條件，合理設(shè)計(jì)模具工作部分的形狀，選用拉深性能好的材料。能好的材料。3.硬化硬化 拉深是一個(gè)塑性變形過(guò)程，材料變形后必然發(fā)生加拉深是一個(gè)塑性變形過(guò)程，材料變形后必然發(fā)生加工硬化，使其硬度和強(qiáng)度增加，塑性下降。工硬化，使其硬度和強(qiáng)度增加，塑性下降。 加工硬化的好處是使工件的強(qiáng)度和剛度高于毛坯材加工硬化的好處是使工件的強(qiáng)度和剛度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料進(jìn)一步拉深時(shí)變形困難。料，但塑性降低又使材料進(jìn)一步拉深時(shí)變形困難。 4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計(jì)直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計(jì)4.2

14、.1 拉深毛坯尺寸的確定拉深毛坯尺寸的確定 拉深毛坯尺寸的確定原則：拉深毛坯尺寸的確定原則： 體積不變?cè)恚w積不變?cè)恚ɡ钋懊鞅砻娣e等于拉深后零件的表面拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面積積 ）、相似性原理。）、相似性原理。 毛坯的計(jì)算方法：等重量、等體積、分析圖解法、作圖法。毛坯的計(jì)算方法：等重量、等體積、分析圖解法、作圖法。 （1）確定修邊余量）確定修邊余量 由于材料的各向?qū)砸约袄顣r(shí)金屬流動(dòng)條件的差異，拉由于材料的各向?qū)砸约袄顣r(shí)金屬流動(dòng)條件的差異，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切邊，因此計(jì)算毛坯尺寸時(shí)深后工件口部不平，通常拉深后需切邊，因此計(jì)算毛坯尺寸時(shí)應(yīng)在工件高度方向上

15、應(yīng)在工件高度方向上(無(wú)凸緣件無(wú)凸緣件)或凸緣上增加修邊余量或凸緣上增加修邊余量 。 （2 2）計(jì)算工件表面積）計(jì)算工件表面積 圓筒直壁部分的表面積為圓筒直壁部分的表面積為 : : 4.2.2無(wú)凸緣圓筒形件的拉深工藝計(jì)算無(wú)凸緣圓筒形件的拉深工藝計(jì)算 1.1.拉深系數(shù)拉深系數(shù) 拉深系數(shù)是表示拉深后圓筒形件的直徑與拉深前毛坯拉深系數(shù)是表示拉深后圓筒形件的直徑與拉深前毛坯（或半成品）的直徑之比。（或半成品）的直徑之比。 （如圖如圖4.2.2） 工件的直徑與毛坯直徑之比稱為總拉深系數(shù)，即工件所工件的直徑與毛坯直徑之比稱為總拉深系數(shù)，即工件所需要的拉深系數(shù)需要的拉深系數(shù) 121112211.nnnnnnd

16、dmddmddmDdmnnnnnnnmmmmddddDdddDdm121121121.總圖 4.2.2 拉深工序示意圖 拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深程度或拉深比，其值為：拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深程度或拉深比，其值為： 拉深系數(shù)表示了拉深前后毛坯直徑的變化量，反映了毛拉深系數(shù)表示了拉深前后毛坯直徑的變化量，反映了毛坯外邊緣在拉深時(shí)切向壓縮變形的大小，因此可用它作為衡坯外邊緣在拉深時(shí)切向壓縮變形的大小，因此可用它作為衡量拉深變形程度的指標(biāo)。拉深時(shí)毛坯外邊緣的切向壓縮變形量拉深變形程度的指標(biāo)。拉深時(shí)毛坯外邊緣的切向壓縮變形量為：量為： 由此可知，拉深系數(shù)是一個(gè)小于由此可知，拉深系數(shù)是一個(gè)小于1的數(shù)值，其值愈

17、大表的數(shù)值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直徑變化愈小，即變形程度小。其值愈小示拉深前后毛坯的直徑變化愈小，即變形程度小。其值愈小則毛坯的直徑變化愈大，即變形程度大。則毛坯的直徑變化愈大，即變形程度大。 n1nnn1ddmkmmmmddtdtdtdmDdDtdtDt111.11;11.nn;1n1n2121212111即： 2.影響拉深系數(shù)的因素影響拉深系數(shù)的因素 拉深材料：機(jī)械性能、料厚、表面質(zhì)量。拉深材料：機(jī)械性能、料厚、表面質(zhì)量。 拉深模具：間隙、凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、凹拉深模具：間隙、凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、凹模形狀模形狀(如圖如圖4.2.3）凹模表面質(zhì)量。）凹模表面質(zhì)量。 拉深

18、條件：壓邊圈、次數(shù)、潤(rùn)滑、工件形狀。拉深條件：壓邊圈、次數(shù)、潤(rùn)滑、工件形狀。3.拉深系數(shù)的值與拉深次數(shù)拉深系數(shù)的值與拉深次數(shù) 查表確定。查表確定。 4.后續(xù)拉深的特點(diǎn)后續(xù)拉深的特點(diǎn) 壓力行程曲線（壓力行程曲線（如圖如圖4.2.4）。）。圖4.2.3 錐形凹模1-首次拉深； 2-二次拉深圖 4.2.4 首次拉深與二次拉深的拉深力 4.2.3無(wú)凸緣圓筒形拉深件的拉深次數(shù)和工序件尺寸的無(wú)凸緣圓筒形拉深件的拉深次數(shù)和工序件尺寸的計(jì)算計(jì)算 試確定如下圖所示零件試確定如下圖所示零件( (材料材料0808鋼，材料厚度鋼，材料厚度 =2mm)=2mm)的拉的拉深次數(shù)和各拉深工序尺寸。深次數(shù)和各拉深工序尺寸。

19、計(jì)算步驟如下：計(jì)算步驟如下：1.1.確定切邊余量確定切邊余量 根據(jù)根據(jù) ，查教材表查教材表4.2.1，并?。?，并?。?。2.2.按教材表按教材表4.2.3序號(hào)序號(hào)1 1的公式計(jì)算毛坯直徑的公式計(jì)算毛坯直徑 mm28356.072.1H222222rrdddDth28. 288/200/,200dhhmm7h3.3.確定拉深次數(shù)確定拉深次數(shù) 判斷能否一次拉出判斷能否一次拉出 對(duì)于圖對(duì)于圖示示的零件，由毛坯的相對(duì)厚度：的零件，由毛坯的相對(duì)厚度： 從表從表 4.2.44.2.4中查出各次的拉深系數(shù)中查出各次的拉深系數(shù) ： =0.54=0.54， =0.77=0.77， =0.80=0.80， =0.

20、82=0.82。則該零件的總拉深系。則該零件的總拉深系數(shù)數(shù) 。 即即 ： ，故該零件，故該零件需經(jīng)多次拉深才能夠達(dá)到所需尺寸。需經(jīng)多次拉深才能夠達(dá)到所需尺寸。2m7 . 0100/Dt1m3m4m31.0283/88/Ddm總1mm總 （2）計(jì)算拉深次數(shù)）計(jì)算拉深次數(shù) 例如例如: 可知該零件要拉深四次才行可知該零件要拉深四次才行 。半成品尺寸確定半成品尺寸確定 （1）半成品直徑）半成品直徑 拉深次數(shù)確定后，再根據(jù)計(jì)算直徑拉深次數(shù)確定后，再根據(jù)計(jì)算直徑 應(yīng)等于應(yīng)等于 的原則對(duì)的原則對(duì)各次拉深系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，各次拉深系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使實(shí)際采用的拉深系數(shù)大于推算拉使實(shí)際采用的拉深系數(shù)大于推算拉深次數(shù)時(shí)所用的極限拉深系