拉深工藝與拉深模

第八講拉深工藝與拉深模拉深工藝及拉深件的工藝性拉深工藝設計拉深模具結構拉深模設計其他形狀零件的拉深一、拉深工藝及拉深

件的工藝性拉深是指利用模具將平板毛坯沖壓成開口空心零件或將開口空心零件進一步改變形狀和尺寸的工藝。

⒈拉深工藝概述圓筒件拉深1-凸模2-壓邊圈3-凹模4-毛坯5-拉深件（1）拉深工藝定義筒形、階梯形、錐形、球形、拋物線形等軸對稱空心件；矩形、方形或其他不規(guī)則形狀空心件。（2）拉深件的形式（3）拉深工藝分類按毛坯形狀第一次拉深（以平板為毛坯）第一次拉深后的各次拉深（以空心件為毛坯）按壁厚變化一般拉深（工件壁厚不變）變薄拉深（工件壁厚不變）⒉拉深件的工藝性④非對稱的空心件應組合成對進行拉深，然后將其切成兩個或多個零件。⑴拉深件的形狀要求①拉深件的結構形狀應簡單、對稱，盡量避免急劇的外形變化。③多次拉深的筒壁和凸緣的內、外表面應允許出現(xiàn)壓痕。②尺寸標注時，應根據使用要求只標注外形或內形尺寸；筒壁和底面連接處的圓角半徑只能標注在內形；材料厚度不宜標注在筒壁或凸緣上。⑵拉深件的高度常見零件一次成形的拉深高度為：無凸緣筒形件：h≤（0.5～０.７）ｄ（ｄ為拉深件壁厚中經）帶凸緣筒形件：dt

/d≤1.5時，h≤（0.4～０.6）ｄ（dt為拉深件凸緣直經）⑶拉深件的圓角半徑拉深件的凸緣與筒壁間的圓角半徑應取rd≥2t；為便于拉深順利進行，通常取rd≥（4~8）t；

rd≤2t時，需增加整形工序。拉深件底與筒壁的圓角半徑應取rp≥2t；為便于拉深順利進行，通常rp≥（3~5）t；當零件要求rp

<t時，需增加整形工序。拉深件的徑向尺寸精度一般不高于IT11級，如高于IT11，則需增加校形工序。⑷拉深件的尺寸精度二、拉深工藝設計由于板料存在著各向異性，實際生產中毛坯和凸、凹模的中心也不可能完全重合，因此拉深件口部不可能很整齊，通常都要有修邊工序，以切去不整齊部分。為此，在計算毛坯時應預先留有修邊余量Δh，筒形件和凸緣件的修邊余量值可查下表。拉深工藝設計包括毛坯尺寸的計算、拉深次數(shù)的確定、半成品尺寸的計算等。⒈毛坯尺寸計算⑴修邊余量的確定修邊余量圖筒形件的修邊余量Δh/mm帶凸緣件的修邊余量Δd/mm由于拉深后工件的平均厚度與毛坯厚度相差不大，可以近似地認為毛坯在拉深過程中厚度不變，因此可以根據工件表面積等于毛坯表面積這一原則來計算毛坯尺寸，即D—毛坯直徑，mm；⑵簡單形狀拉深件毛坯計算—拉深件各部分表面積之和，A—包括修邊余量在內的拉深件表面積，；式中：⑶復雜形狀的旋轉體毛坯尺寸計算復雜形狀旋轉體毛坯尺寸計算可采用久里金法則，其原理是：任何形狀的母線繞某軸旋轉一周所構成的旋轉體的表面積，等于該母線長度與該母線形心繞該軸旋轉所得周長的乘積，即根據面積相等原理推得：式中：Rx—母線形心至旋轉軸的距離（旋轉半徑），mm；l—母線長，mm。（4）對復雜形狀的旋轉體，公式的應用

④求毛坯直徑：①將工件厚度中線的輪廓線（包括切邊余量）分為若干段直線和圓??；②計算出各直線和圓弧的長度l1、

l2…

ln，并找出每一線段的形心，算出每一形心到旋轉軸的距離R1x、R2x…

Rnx。直線的形心在直線的中點上，圓弧的形心查表。③求出各段母線的長度與其旋轉半徑乘積的代數(shù)和：圓弧長度和形心到旋轉軸的距離計算公式拉深后工件直徑與拉深前工件（或毛坯）直徑之比。⒉拉深系數(shù)⑴拉深系數(shù)m②示例①定義：圓筒件多次拉深第3次拉深：m3=d3/d2第n次拉深：mn=dn/dn-1第1次拉深：m1=d1/D第2次拉深：m2=d2/d1總拉深系數(shù)m總：工件直徑dn與毛坯直徑D之比。即，總拉深系數(shù)為各次拉深系數(shù)的乘積m總=dn/D=m1?m2?m3???mn注意：生產實際中，有時用拉深比kn表示拉深變形程度。kn

=1/mnc）實際生產中選用拉深系數(shù)時應在充分利用材料塑性的基礎上又不使工件拉裂，這個使拉深件不拉裂的最小拉深系數(shù)稱為極限拉深系數(shù)。③意義b）拉深系數(shù)是拉深變形程度的標志。拉深系數(shù)大，即拉深變形程度小，材料塑性未被充分利用，拉深次數(shù)增加，模具數(shù)量增加，成本提高；拉深系數(shù)小，拉深前后工件直徑變化就大，即拉深變形程度大，拉深就可能無法進行。a）拉深系數(shù)是拉深變形工藝中的重要參數(shù)，是拉深工藝計算的基礎；（2）影響極限拉深系數(shù)的因素③毛坯的相對厚度t/Dt/D大則毛坯的穩(wěn)定性好，不易起皺，允許的m值可以小些。①材料的力學性能材料的屈服強比小，極限拉深系數(shù)就小。②材料的厚向異性系數(shù)γ材料的γ越大，允許的m越小。⑤潤滑良好的潤滑條件減小拉深系數(shù)。但凸模與工件之間的摩擦力有利于提高傳力區(qū)的承載能力，因此凸模與工件之間不必進行潤滑。④拉深模的幾何參數(shù)主要是凸、凹模的圓角半徑。表4.5第二次拉深后工件直徑：當拉深件的直徑與毛坯直徑之比（總拉深系數(shù)）大于m1

時，說明該工件只需一次拉深即可。如果小于

m1

，則需兩次或兩次以上拉深。拉深次數(shù)計算原理如下：⒊拉深次數(shù)（1）計算法第一次拉深后工件直徑：第三次拉深后工件直徑：已知拉深件尺寸即可計算出毛坯直徑D，參考表中的極限拉深系數(shù)可計算出各次拉深后的工件直徑，直到dn

≤d（d為工件直徑），這樣n即為拉深次數(shù)。第n次拉深后工件直徑：（2）查表法第n次：4.各次拉深后半成品尺寸的計算⑴半成品直徑尺寸的計算第一次：第二次：⑵半成品高度尺寸的計算式中hn

、dn—分別為第n次拉深后工件的高度和直徑，mm；

D—毛坯直徑，mm；

rpn—第次拉深時凸模的圓角半徑，mm。三、拉深模具結構按使用的設備雙動壓力機用拉深模單動壓力機用拉深模三動壓力機用拉深模按工序組合單工序拉深模復合模連續(xù)模按有無壓邊裝置有壓邊裝置拉深模無壓邊裝置拉深模按工藝順序首次拉深模以后各次工序拉深模1.類型

無壓邊裝置的首次拉深模

帶壓邊裝置的首次拉深模

落料拉深復合模

雙動壓力機上使用的首次拉深模2.典型結構（1）首次拉深模無壓邊裝置的以后各次工序拉深模帶壓邊裝置的以后各次工序拉深模（2）以后各次工序拉深模特點及應用：結構簡單，制造方便。材料塑性好、相對厚度較大的工件，適用于淺拉深。無壓邊裝置的首次拉深模1-凸模2-校模圈3-定位圈4-凹模工作過程：安裝時由校模圈完成凸、凹模對中，工作時移走；工件由凹模底部臺階完成脫模。1-擋銷2-打料桿3-推件塊4-墊塊5-凹模6-凸模7-壓變圈8-卸料螺釘多采用倒裝結構，由于提供壓邊力的彈性元件受空間位置限制，壓邊裝置及凸模一般安裝在下模。帶壓邊裝置的首次拉深模采用條料作為坯料，工件坯料落下后在模具中自動定位，模具生產效率高，操作方便，工件質量易保證，經常采用。落料拉深復合模1-導料板2-卸料板3-打料桿4-凸凹模5-上模座6-下模座7-頂桿8-壓邊圈9-拉深凸模10-落料凹模1-凸模2-上模座3-壓邊圈4-凹模5-下模座6-頂件塊雙動壓力機外滑塊提供壓邊力恒定，壓邊效果好。用于變形量大、質量要求高、生產批量大的工件拉深。雙動壓力機上使用的首次拉深模外滑塊與1連，內滑塊與2、3連，拉深時，1后下行；結束時，1先回復。1-上模座2-墊板3-凸模固定板4-凸模5-定位板6-凹模7-凹模固定板8-下模座適用于變形較小的拉深或整形。無壓邊裝置的以后各次工序拉深模以后各次拉深毛坯不再是平板，其定位與壓邊與首次拉深模不同。為防止彈性壓邊力隨行程的增加而增加，可在壓邊圈上安裝限位銷來控制（如下圖，保持S不變）。帶壓邊裝置的以后各次工序拉深模1-壓邊圈2-凸模四、拉深模設計拉深力的計算壓邊力及壓邊裝置凸、凹模工件部分尺寸設計1.拉深力的計算(經驗公式）k1、k2—系數(shù)，查下頁表（1）對于圓筒形件，采用壓邊裝置時拉深力的計算式：第一次拉深：以后各次拉深：d1…dn—各次拉深后工件直徑，mm。式中：（2）矩形等非圓形拉深件，拉深力的計算式：F=Ltσbk式中：L

—拉深件截面周長k

—修正系數(shù)，可取0.5～0.82.壓邊力及壓邊裝置（1）壓邊裝置的作用及應用在凸緣變形區(qū)施加軸向力，以防止在拉深過程中起皺。作用：壓邊裝置中是否采用壓邊圈的選擇依據：（2）壓邊力的計算

q—單位壓邊力，MPa,查下頁表.①壓邊力大小影響分析：壓邊力過大，會增加坯料拉入凹模的拉力，容易拉裂工件；如果過小，則不能防止凸緣起皺，不起壓邊作用，所以壓力機的大小應在不起皺的條件下盡可能小。②壓邊力的計算：式中A—在壓邊圈上毛坯的投影面積，單位壓邊力（3）壓邊裝置設計常用壓邊裝置彈性壓邊裝置剛性壓邊裝置①彈性壓邊裝置通常用于普通沖床橡膠壓邊裝置彈簧壓邊裝置氣墊壓邊裝置彈性壓邊裝置彈簧壓邊裝置橡膠壓邊裝置氣墊壓邊裝置1-彈簧2-橡膠3-凹模4-壓邊圈5-下模板6-凸模7-壓力機8-氣缸

壓邊力的變化曲線1-氣墊壓邊裝置2-彈簧壓邊裝置3-橡膠壓邊裝置為克服彈簧和橡膠壓邊的缺點，可采用帶限位裝置（定位銷、柱銷或螺栓）的壓邊裝置。特點分析：隨拉深程度的增加，需要壓邊的凸緣部分不斷減少，所需的壓邊力也逐漸減少，由壓邊力變化曲線可知，橡膠與彈簧壓邊力正好與所需相反，隨拉深程度的增加而增加，因此，橡膠與彈簧結構只用于淺拉深；氣墊壓邊力可認為不隨行程變化，壓邊效果好，但其結構相對復雜，制造維修不易，且需壓縮空氣，限制了其應用。有限位裝置的壓邊裝置固定式固定式調節(jié)式后續(xù)拉深第一次拉深使壓邊圈和凹模間始終保持一定距離S，這樣在某種程度上限制了壓邊力的增大。特點：（2）剛性壓邊裝置雙動壓力機，凸模裝在壓力機的內滑塊上，壓邊裝置裝在外滑塊上。1-凸模2-上模座3-壓邊圈4-凹模5-下模座6-頂件塊壓邊力不隨行程變化，拉深效果較好，且模具結構簡單。特點：應用：3.凸、凹模工件部分尺寸設計凸、凹模的圓角半徑凸、凹模間隙凸、凹模工作部分的尺寸及公差凸、凹模工作部分形狀拉深件的工藝計算方法與過程舉例（1）凸、凹模的圓角半徑圓角半徑過小，毛坯經凹模圓角進入凹模時，受彎曲和摩擦作用，因徑向拉力較大，易使拉深件表面劃傷或斷裂；圓角半徑過大，由于懸空面積增大，使壓邊面積減小，易起內皺。①凹模的圓角半徑rd分析確定方法：經驗數(shù)據法、經驗公式法和作圖計算法以后各次拉深：凹模圓角半徑計算：首次拉深：②凸模圓角半徑rp

圓角半徑過小，圓角處彎曲變形程度大，“危險斷面”受拉力大，工件易產生局部變??；圓角半徑過大，凸模與毛坯接觸面小，易產生底部變薄和內皺。

分析首次拉深：以后各次拉深：凸模圓角半徑計算：式中

nndd、1-—各工序件的外徑，mm.（2）凸、凹模間隙間隙過大，易起皺，工件有錐度，精度差；間隙過小，摩擦加劇，導致工件變薄嚴重，甚至拉斷。

拉深模間隙指單邊間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。①定義：②間隙大小影響分析：③間隙計算帶壓邊圈模具的間隙，查下頁表確定。不帶壓邊圈模具的間隙為：式中

Z—拉深凸、凹模的單邊間隙，mm;maxt—板料的最大厚度，mm.對于末次拉深或精密工件拉深，取系數(shù)（1～1.1）的偏小值，對首次或中間各次拉深取偏大值。

注意：（３）凸、凹模工作部分的尺寸及公差模具的磨損和拉深件的尺寸精度。①確定時主要考慮因素：拉深凸模與凹模的工作尺寸主要指末次拉深凸模與凹模的尺寸和公差，由拉深件的尺寸標注方法決定。ⅰ.互換加工時的計算②計算：式中Dmax

----拉深件外形的最大極限尺寸δd、δp----凹、凸模的制造公差（查表）如圖示，尺寸標注在外形時，凸、凹模尺寸的計算公式為：式中dmin

----拉深件內形的最小極限尺寸δd、δp----凹、凸模的制造公差（查表）如圖示，尺寸標注在內形時，凸、凹模尺寸的計算公式為：ⅱ.配作法加工（實際中多采用）時的計算拉深凸?？蓸俗寄；境叽?，在技術要求中提出按單面拉深間隙配作。如圖標注外形尺寸時：如圖標注內形尺寸時：拉深凹?？蓸俗⑼鼓；境叽?，在技術要求中提出按單面拉深間隙配作。注意：拉深凸模與凹模通常都不采用線切割加工，因此，以凸模為配作件比較方便，這一點與沖裁模不同。若均以凸模為配作件，當拉深件標注內形尺寸時，需進行尺寸換算，即先加工的凹模尺寸為：拉深凸模尺寸按配作處理，即標注凹?；境叽纾瑫r要求配作間隙。③對于多次拉深，工序件尺寸無需嚴格要求，凸、凹模尺寸如下：凹模工作表面和型腔表面粗糙度應達到Ra0.8μm,圓角處的表面粗糙度要求為Ra0.4μm,凸模工作部分表面粗糙度要求為Ra1.6~0.8μm。④凸、凹模工作表面粗糙度要求（4）凸、凹模工作部分形狀

凸模和凹模工作部分的形狀對產品質量和拉深系數(shù)影響如下：①不帶壓邊圈的拉深淺拉深（即一次拉深完成）凹模形狀有三種形式圓弧形凹模錐形凹模普通凹模圓弧形凹模普通凹模錐形凹模用于大件用于小件用于小件相比于普通凹模，錐形凹模摩擦阻力和彎曲變形應力小，可采用較小的拉深系數(shù)，其半模錐角常取30度，一般用于相對料厚較大的不壓邊首次拉深。前后兩次拉深的凸模與凹模尺寸應有良好的配合關系。深拉深（兩次以上拉深）的凹模形狀此模具第一次拉深時凸模設計成45度錐角，中間各次拉深凹模為錐形，下一次拉深的壓邊圈外形應與上一次拉深凸模的外形相同。為保證工件底部平整，應使凸模圓角的下切點（與凸模端面的切點）依次向內（中心線）移動，使每次拉深的凸模端面與拉深件內底接觸。②帶壓邊圈的拉深拉深件直徑大于100mm時模具結構：首件拉深和以后各次拉深的結構均如右圖。

凸模中心必須鉆一出氣孔，以免卸料時出現(xiàn)真空而使卸料困難，孔徑查下表。拉深件直徑小于100mm時模具結構：凸模直徑/mm～50＞50～100＞100～200＞200出氣孔直徑/mm56.589.5（5）拉深件的工藝計算方法與過程舉例該產品是多次拉深件，材料是塑性較好的08F鋼，公差要求不高，沖壓工藝性較好。沖壓方案為：第一次拉深、第二次拉深…末次拉深，修邊。例：某拉深件如圖所示，材料為08F鋼，試計算其模具的工作尺寸。（Ⅲ）.中間各次拉深

凸模

mmdmmdmmdppp003.0003.0003.02.792.932.112321---===、、

凹模

mmDmmDmmZdDddpdd05.0005.0005.0005.0005.0005.0004.81)1.122.79(4.95)1.122.93(6.114)2.122.112()2(3211+++++++=′+==′+==′+=+=d

Ⅺ.沖壓力計算

（Ⅰ）落料力

KNDtFb1853201184=′′′==psp

（Ⅱ）.第一次拉深

KNktdFb7.10082.03200.12.11211=′′′′==psp

（Ⅲ）.第二次拉深

KNF3.7075.03200.12.932=′′′′=p

（Ⅳ）.第三次拉深

KNF7.5570.03200.12.793=′′′′=p

（Ⅴ）.第四次拉深

KNF0.4258.03200.1724=′′′′=p

五、其他形狀零件的拉深帶凸緣筒形件的拉深階梯形件的拉深半球形件的拉深錐形件的拉深1.帶凸緣筒形件的拉深小凸緣件dt

/d≤1.1~1.4寬凸緣件dt

/d﹥1.4小凸緣件的拉深可按筒形件拉深處理，只是在最后一、二次拉深時，加工出凸緣或帶錐形的凸緣，然后校平，工藝過程如圖。(1)小凸緣件的拉深小凸緣件的拉深(2)寬凸緣件的拉深寬凸緣件的拉深一般是第一次拉深就把凸緣拉到尺寸，為避免在以后拉深過程中，凸緣受拉變形，通常第一次拉深就把拉入凹模的材料比所需筒部的材料面積大3%～5%。而在以后拉深中，凸緣直徑保持不變，僅僅減小筒部直徑。筒部直徑減小兩種方法：①凸、凹模圓角半徑不變，靠直徑縮小來增加高度和凸緣的寬度，如圖。易留下各次拉深時的痕跡，一般需增加整形工序。特點：②第一次拉深時采用大的凸、凹模圓角半徑，以后拉深時，靠減小凸、凹模圓角半徑和工件直徑，加大凸緣寬度，而高度基本不變。工件表面質量好，但第一次拉深時易起皺，只適用于相對厚度較大的毛坯。特點：2.階梯形件的拉深階梯形件的拉深與筒形件拉深基本相同，其每一個階梯相當于一個筒形件拉深。先用零件總高度h與最小階梯直徑dn之比h/dn及毛坯相對厚度（t/d）×100查表4.6（筒形件相對高度h/d與拉深次數(shù)的關系）確定。如查得的工序數(shù)為1，則說明該工件可以一次拉深完成。(1)基本工藝過程（2）階梯形件拉深次數(shù)的確定（3）多次拉深的階梯件的兩種拉深方法①對于任意兩個相鄰階梯直徑之比dn/dn-1

都不小于筒形件的極限拉深系數(shù)的階梯形件，其拉深方法可由大直徑到小直徑依次拉出，其拉深次數(shù)等于階梯數(shù)。②對于兩個相鄰階梯的直徑比dn/dn-1小于筒形件極限拉深系數(shù)的階梯形件，按凸緣件拉深方法進行。右圖所示的零件由于d2/d1小于相應的筒形件極限拉深系數(shù)，故應用寬凸緣方法拉深出小直徑d2,然后再用工序Ⅴ拉深出大直徑d1。

（1）半球形件的拉深特點①拉深開始時凸模與毛坯只有一點接觸，而這個點要承受拉深力，使該處厚度嚴重減薄，隨著拉深的進行凸模與金屬接觸面積增加，承拉面積增大，減薄現(xiàn)象緩解，繼續(xù)拉深時由于切向壓縮變形使材料厚度增厚。球形件拉深后壁厚變化規(guī)律如圖。3.半球形件的拉深球形件拉深后壁厚變化②球形件的毛坯直徑為（d為球的直徑），拉深時其可以壓邊的最大寬度為，即每一邊只有0.2d的壓邊寬度，去除凹模圓角半徑后，能壓邊部分是很小的，加之這種拉深的自由表面很大，因此起皺將是球形件拉深要解決的關鍵問題。d2ddd41.02=-（2）半球形件的拉深方法半球形件的拉深系數(shù)，因此從拉深系數(shù)考慮，任何半球形件均可一次拉深完成，但實際上由于防皺需要，半球形件有時要多次拉深才能完成，其中毛坯的相對厚度起決定性作用，不同的相對厚度的毛坯，其拉深方法不同。71.02===ddDdm①（t/d）×100﹥30時不用壓邊圈即可完成，但有小皺紋，因此必須用帶校正作用的凹模，以便在拉深的最后進行校正，壓平皺紋，如圖所示。拉深這種件最好在摩擦壓力機上進行。②（t/d）×100=0.5～30時采用壓邊圈或反拉深法，如圖所示。

③（t/d）×100﹤0.5時采用有拉深肋的凹?；蚍蠢罘?，如圖所示。

④對于尺寸較大的薄壁球形件可改用雙彎曲反向拉深模，如圖

（2）影響錐形件拉深