沖壓模具設計04課件

拉深概述拉深變形過程分析直壁旋轉體零件拉深工藝的設計拉深工藝設計拉深模具設計其他拉深方法1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開口的空心件，或將已制成的開口空心件加工成其他形狀空心件的一種沖壓加工方法。(如圖)2.典型的拉深件(如圖)3.拉深模具的特點結構相對較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。4.拉深工藝分類變形力學特點：直壁圓筒形、旋轉曲面形狀、盒型件、非旋轉體曲面拉深件高度：淺拉深（深度小于直徑3/4）、深拉深變形特點：直壁類和曲面類直壁圓筒件拉深變形過程及特點之拉深變形過程直壁圓筒件拉深變形過程及特點之變形

拉伸過程網(wǎng)格實驗，為什么拉深前扇形小單元變?yōu)槔詈蟮木匦文?？這是由于坯料在模具的作用下金屬內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應力，對一個小單元來說(圖(c))，徑向受拉應力作用，切線方向受壓應力作用，因而徑向產(chǎn)生拉伸變形，切向產(chǎn)生壓縮變形，徑向尺寸增大，切向尺寸減小，結果形狀由扇形變?yōu)榫匦?。直壁圓筒件拉深變形過程及特點之應力應變在實際生產(chǎn)中，拉深工藝出現(xiàn)質量問題的形式主要是凸緣變形區(qū)的起皺和傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺顯然是由于切向壓應力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；傳力區(qū)的拉裂是由于拉應力超過抗拉強度引起板料斷裂。直壁圓筒件拉深變形過程及特點之應力應變直壁圓筒件拉深變形過程及特點之應力應變凸緣的圓角部分(圖(a)、(b)、(d))

這是位于凹模圓角部分的材料，切向受壓應力而壓縮，徑向受拉應力而伸長，厚度方向受到凹模圓角的壓力和彎曲作用直壁圓筒件拉深變形過程及特點之應力應變筒壁部分(圖(a)、(b)、(e))

這是拉深時形成的側壁部分，是已經(jīng)結束了塑性變形階段的已變形區(qū)。這個區(qū)受單向拉深過程的應力作用，變形是拉伸變形。直壁圓筒件拉深變形過程及特點之應力應變底部圓角部分(圖(a)、(b)、(f))

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力和切向拉應力的作用，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重，尤其是與側壁相切的部位最容易出現(xiàn)拉裂，是拉深的“危險斷面”。直壁圓筒件拉深變形過程及特點之拉裂與起皺拉深過程中的質量問題：凸緣區(qū)起皺：由于切向壓應力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；傳力區(qū)拉裂：由于拉應力超過抗拉強度引起板料斷裂。直壁圓筒件拉深變形過程及特點之起皺影響因素起皺的影響因素及防止措施影響起皺的因素：

凸緣部分材料的相對厚度：

相對厚度越小，拉深變形區(qū)抗失穩(wěn)能力越差，容易起皺

切向壓應力的大小/拉深系數(shù)：拉深時切向應力的值決定于變形程度，變形程度越大，需要轉移的剩余材料越多，加工硬化現(xiàn)象越嚴重，就越容易起皺。材料的力學性能：板料的屈強比小，則屈服極限小，變形區(qū)內(nèi)的切向壓應力也相對減小，因此板料不容易起皺。

直壁圓筒件拉深變形過程及特點之起皺影響因素起皺的影響因素及防止措施影響起皺的因素：

凸凹模的間隙：

凸凹模間隙越大，容易起皺（抗失穩(wěn)能力越差）

凹模工作部分幾何形狀（錐型凹模不易起皺）凹模圓角半徑過大，壓邊面積小，就越容易起皺。直壁圓筒件拉深變形過程及特點之拉裂拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的！可根據(jù)板材的成形性能，采用適當?shù)睦畋群蛪哼吜?，增加凸模的表面粗糙度，改善凸緣部分變形材料的潤滑條件，合理設計模具工作部分的形狀，選用拉深性能好的材料。直壁圓筒件拉深變形過程及特點之硬化拉深是一個塑性變形過程，材料變形后必然發(fā)生加工硬化，使其硬度和強度增加，塑性下降。加工硬化的好處是使工件的強度和剛度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料進一步拉深時變形困難。審圖拉深工藝性分析拉深工藝方案制定毛坯尺寸計算拉深次數(shù)確定沖壓力及壓力中心計算凸、凹模結構設計總體結構設計沖壓設備選擇沖壓模裝配圖繪制非標零件圖繪制拉深模設計步驟拉深件工藝性要求-外形尺寸要求拉深件形狀應盡量簡單、對稱，盡可能一次拉深成形；盡量避免半敞開及非對稱的空心件，應考慮設計成對稱（組合）的拉深，然后剖開；拉深件工藝性要求-外形尺寸要求在設計拉深件時，應注明必須保證的外形或內(nèi)形尺寸，不能同時標注內(nèi)外形尺寸；帶臺階的拉深件，其高度方向的尺寸標注一般應以底部為基準。拉深件工藝性要求-外形尺寸要求拉深件口部尺寸公差應適當；一般拉深件允許壁厚變化范圍0.6t1.2t,若允許存在壁厚不均現(xiàn)象，應注明；需多次拉深成形的工件，應允許其內(nèi)、外壁及凸緣表面上存在壓痕。拉深件工藝性要求-圓角半徑底部圓角半徑rpg1）rpg≥t，一般?。簉pg≥（35）t2）rpg＜t，增加整形工序，每整形一次，rpg可減小1/2。拉深件工藝性要求-圓角半徑矩形拉深件壁間圓角半徑rpyrpy≥3t以及rpy≥H/5拉深件工藝性要求-形狀孔位應與主要結構面（凸緣面）在同一平面，或孔壁垂直該平面，便于沖孔與修邊在同一道工序中完成。拉深件工藝性要求-形狀拉深件側壁上的沖孔與底邊或凸緣邊的距離拉深件工藝性要求-形狀拉深件凸緣上的孔距拉深件底部孔距直壁筒形件拉深工藝計算與模具設計拉深次數(shù)確定毛坯尺寸計算拉深力和壓邊力確定拉深凸凹模結構設計拉深件成形模具總體設計拉深系數(shù)

p202指用于表示拉深變形程度的工藝指數(shù)。其值為拉深后制件直徑與拉深前毛坯直徑之比值m=d/D，若需經(jīng)過多次拉深方能成形，則：首次拉深m1=d1/D以后各次拉深

m2=d2/d1

m3=d3/d2……mn=dn/dn-1m總=d/D=m1?m2?m3?…?mn

m——拉深系數(shù)；d——拉深后制件直徑；D——拉深前毛坯直徑；m1、m2、m3、…、mn——各次的拉深系數(shù)；d1、d2、d3、…、dn-1、dn——各次拉深制件的直徑；m總——需多次拉深成形制件的總拉深系數(shù)。注意：拉深系數(shù)愈小，表示拉深變形程度愈大。極限拉深系數(shù)：指當拉深系數(shù)減小至使拉深件起皺、斷裂或嚴重變薄超差時的臨界拉深系數(shù)。拉深系數(shù)1.拉深次數(shù)當md=d/D>m極限時，可以一次拉深，否則需多次拉深。1）推算法：根據(jù)極限拉深系數(shù)和毛坯直徑，從第一道拉深工序開始逐步向后推算各工序的直徑，一直算到得出的直徑小于或等于工件直徑，即可確定所需的拉深次數(shù)。d1=[m1]Dd2=[m2]d1。。。。。。dn=[mn]dn-1式中，d1、d2…dn-1、dn—第1、2、…（n-1）、n道工序的直徑；[m1]、[m2]…[mn]—第1、2、…n道工序的極限拉深系數(shù)；D—毛坯直徑。圓筒形拉深件拉深次數(shù)計算2）根據(jù)工件的相對高度h/d和毛坯的相對厚度t/D，查表確定拉深次數(shù)n。表示為08、10號鋼及15Mn等材料，并且?guī)哼吶?。圓筒形拉深件拉深次數(shù)計算拉深力的計算（1）采用壓邊圈首次拉深以后各次拉深（2）不采用壓邊圈首次拉深以后各次拉深圓筒形拉深件拉深力及壓料力計算壓邊力的計算Q＝Ap式中，Ａ——壓料圈下坯料的投影面積；ｐ——單位面積壓料力。圓筒形件首次拉深圓筒形件以后各次拉深圓筒形拉深件拉深力及壓料力計算

壓力機力的計算工藝總壓力為：Fz=F+Q淺拉深Fg（1.6~1.8）Fz深拉深Fg（1.8~2.0）Fz圓筒形拉深件拉深力及壓料力計算圓筒形拉深件坯料尺寸確定P200-201簡單旋轉體拉深件坯料尺寸的確定：計算原則：按等面積（即拉深前后材料面積不變）原則進行計算，再加上修邊余量。圓筒形拉深件坯料尺寸確定數(shù)學計算法：1）將制件分成若干簡單幾何形狀（包括修邊余量），以其中間層進行計算；注：厚度小于1mm的拉深件，可根據(jù)工件外壁尺寸計算2）疊加各段中間層面積，求出制件中間層面積；3）根據(jù)“等面積原則”求出毛坯直徑。式中S——毛坯面積（包括修邊余量）；f——簡單旋轉體拉深件各部分面積；D——毛坯直徑。圓筒形拉深件坯料尺寸確定帶凸緣制件無凸緣制件圓筒形拉深件坯料尺寸確定圓筒形拉深件坯料尺寸確定圓筒形拉深件坯料尺寸確定圓筒形拉深模工作部分尺寸計算1.凹模圓角半徑（1）根據(jù)經(jīng)驗公式確定凹模圓角半徑首次（包括只有一次）拉深凹模圓角半徑：式中：rd1—首次拉深凹模圓角半徑；D—坯料直徑；d—凹模內(nèi)徑；t—材料厚度。圓筒形拉深模工作部分尺寸計算以后各次拉深凹模圓角半徑逐漸減小要求：不宜采用過小的凹模圓角半徑，一般應rd≥2t（2）根據(jù)工件材料和厚度確定凹模圓角半徑一般對于鋼的拉深件，rd=10t，對于有色金屬（鋁、黃銅、純銅）的拉深，rd=5t。注：1．第一次拉深和較薄的材料，取表中的最大極限值；2．以后各次拉深和較厚的材料，取表中的最小極限值。圓筒形拉深模工作部分尺寸計算圓筒形拉深模工作部分尺寸計算2.凸模圓角半徑首次拉深凸模圓角半徑：rp1=（0.61.0）rd1中間各次拉深凸模圓角半徑：rpi-1=0.5（di-1-di-2t）最后一次拉深凸模圓角半徑：

rpn=r，且rpn>(23)t(t<6mm)若工件底部圓角半徑小于拉深工藝性要求時，則應按工藝性要求確定，在最后一次拉深后整形。3.有壓邊圈的拉深模的單邊間隙C一般精度拉深：Ｋ－間隙系數(shù)圓筒形拉深模工作部分尺寸計算對精度要求高的零件，為減小拉深后的回彈，常采用負間隙拉深，單邊間隙值為：ｃ=(0.90.95)tＣ=(0.90.95)t=0.285圓筒形拉深模工作部分尺寸計算4.凸、凹模工件部分尺寸及公差工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差決定。首次及中間各次拉深的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差沒有必要作嚴格限制，這時模具的尺寸只要取等于毛坯的過渡尺寸即可。圓筒形拉深模工作部分尺寸計算5.末次拉深的凸、凹模尺寸（1）當零件標注外形尺寸時：（2）當零件標注內(nèi)形尺寸時：圓筒形拉深模工作部分尺寸計算式中：Dd、dd—凹?；境叽?；Dp、dp—凸?；境叽?；Dmax—拉深件外徑的最大極限尺寸；dmin—拉深件內(nèi)徑的最小極限尺寸；Δ—制件公差；δd、δp—凹模和凸模制造公差；Z—拉深模間隙。拉深?？傮w設計與裝配-壓邊裝置1.彈性壓邊裝置（多用于普通的單動壓力機）：由于壓邊力逐漸增大，只適用于淺拉深。１）橡皮壓邊裝置２）彈簧壓邊裝置３）氣墊式壓邊裝置2.剛性壓邊裝置帶剛性壓邊裝置的拉深模（用于雙動壓力機）：剛性壓邊，壓邊力不隨行程變化，拉深效果較好，且模具結構簡單。1-固定板2-拉深凸模3-剛性壓邊圈4-拉深凹模5-下模板6-螺釘拉深?？傮w設計與裝配-壓邊裝置3.壓邊圈的形式（1）平面壓邊圈適用于一般拉深模（2）弧形壓邊圈適用于，且小凸緣和較大圓角半徑拉深模總體設計與裝配-壓邊裝置圓筒形拉深件凸凹模結構及尺寸計算按拉深模使用的設備可分為：①單動壓力機②雙動壓力機③三動壓力機按工序組合分為：①單工序拉深模②級進式拉深模③復合模圓筒形拉深模結構1.首次拉深

（1）無壓邊裝置的首次拉深(如圖1，圖2)。1、8、10-螺釘；2-模柄；3-凸模；5-凹模；6-刮料環(huán)；7-定位板；9-拉簧；11-下模座1-定位板；2-下模座；3-凸模；4---凹模圓筒形拉深模結構1.首次拉深（2）具有彈性裝置壓邊的首次正裝拉深模(如圖)。１－模柄２－上模座３－凸模固定板４－彈簧５－壓邊圈６－定位板７－凹模８－下模座９－卸料螺釘10－凸模圓筒形拉深模結構1.首次拉深（2）具有彈性裝置壓邊的首次倒裝拉深模(如圖)。1－上模座2－推桿3－推件板4－錐形凹模5－限位柱6－錐形壓邊圈7－拉深凸模8－固定板9－下模座圓筒形拉深模結構（3）雙動壓力機上使用的首次拉深模