第4章拉深工藝與模具設(shè)計(jì)

27十二月2023第4章拉深工藝與模具設(shè)計(jì)變薄拉深不變薄拉深12/27/20232學(xué)習(xí)目的與要求：1．了解拉深變形規(guī)律及拉深件質(zhì)量影響因素；2．

掌握拉深工藝計(jì)算方法；3．

掌握拉深工藝性分析與工藝設(shè)計(jì)方法；4．

掌握拉深模典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；5．

掌握拉深工藝與拉深模設(shè)計(jì)的方法和步驟。12/27/20233

拉深是將一定形狀的平板毛坯通過拉深模具沖壓成各種開口空心件或以開口空心件為毛坯，通過拉深進(jìn)一步改變其形狀和尺寸的沖壓工藝方法。

不變薄拉深

變薄拉深拉深12/27/20234軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)體盒形件不對(duì)稱拉深件拉深件類型12/27/20235本章主要內(nèi)容1.拉深變形過程及其成形特點(diǎn)2.常見拉深件成形精度的影響因素3.無凸緣園筒件的拉深成形方法4.有凸緣園筒件的拉深成形方法5.拉深力的計(jì)算。6.拉深模工作部分尺寸及其精度計(jì)算。7.拉深零件工藝性分析。12/27/20236本章的關(guān)鍵詞：

拉深、壓邊圈、起皺、筒壁危險(xiǎn)斷面拉裂拉深系數(shù)、極限拉深系數(shù)拉深次數(shù)、窄凸緣、寬凸緣拉深工藝性、硬化指數(shù)、屈服比12/27/202371.拉深變形過程及其成形特點(diǎn)

圓筒形件是最典型的拉深件。平板圓形坯料拉深成為圓筒形件的變形過程如圖所示。變形現(xiàn)象：平板圓形坯料的凸緣—彎曲繞過凹模圓角然后拉直—形成豎直筒壁。變形區(qū)—凸緣；已變形區(qū)—筒壁；不變形區(qū)—底部。傳力區(qū)－底部和筒壁。12/27/202381.拉深變形過程及其成形特點(diǎn)

1.1拉深過程中坯料內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)圖中所示為拉深過程中某一瞬間坯料所處的狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)不同，可將坯料劃分為五個(gè)部分。

⑴凸緣部分

⑵凹模圓角部分

⑶筒壁部分

⑷凸模圓角部分

⑸筒底部分12/27/2023912/27/2023101.拉深變形過程及其成形特點(diǎn)

1.1拉深過程中坯料內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)

拉深變形過程：凸緣產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力：徑向拉應(yīng)力σ1；切向壓應(yīng)力σ3凸緣塑性變形：徑向伸長(zhǎng)，切向壓縮，形成筒壁直徑為ｄ高度為Ｈ的圓筒形件（H>（D-d）/2）材料轉(zhuǎn)移：高度、厚度發(fā)生變化。拉深單元變形動(dòng)畫外力12/27/2023111.2拉深的成形特點(diǎn)拉深過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺是由于切向壓應(yīng)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(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。同時(shí)，拉深變形區(qū)板料有所增厚，而傳力區(qū)板料有所變薄。這些現(xiàn)象表明，在拉深過程中，坯料內(nèi)各區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)是不同的，因而出現(xiàn)的問題也不同。12/27/2023122.常見拉深件成形精度的影響因素2.1平面凸緣的起皺12/27/202313拉深過程中，凸緣區(qū)變形區(qū)的材料在切向壓應(yīng)力σ的作用下，可能會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。凸緣區(qū)是否起皺，主要決定于兩個(gè)方面：⑴切向壓應(yīng)力σ的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；⑵凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力，凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化指數(shù)越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。常見的防止起皺的方法：采用便于調(diào)節(jié)壓邊力的壓邊圈和拉深筋把凸緣壓緊在凹模表面。P12712/27/202314硬化指數(shù)n（n值）是評(píng)定板料伸長(zhǎng)類成形性能的一個(gè)重要參數(shù)。n值大，則拉伸失穩(wěn)時(shí)的極限應(yīng)變大。這對(duì)于脹形、擴(kuò)孔、內(nèi)凹曲線翻邊等伸長(zhǎng)類成形來說，可以在一次成形中獲得較大的極限變形程度。n值對(duì)復(fù)雜形狀零件的成形也有影響，在以脹形為主的成形工藝中，n值大的板料，成形性能好。P3212/27/2023152.2筒壁危險(xiǎn)斷面的拉裂筒壁部分在拉深過程中起傳遞拉深力的作用，在單向拉應(yīng)力作用下，當(dāng)達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，筒壁被拉裂。12/27/202316筒壁部分與底部園角部分的交界面附近材料的厚度最薄，硬度最低，因而該處是發(fā)生拉裂的危險(xiǎn)斷面。是否拉裂取決于拉深力的大小和筒壁材料的強(qiáng)度。12/27/202317防止拉裂：一方面要通過改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁抗拉強(qiáng)度；另一方面通過正確制定拉深工藝和設(shè)計(jì)模具，降低筒壁所受拉應(yīng)力。

12/27/202318旋轉(zhuǎn)體的坯料形狀和尺寸確定的依據(jù)體積不變?cè)瓌t：若拉深前后料厚不變，拉深前坯料表面積與拉深后沖件表面積近似相等，得到坯料尺寸相似原則：拉深前坯料的形狀與沖件斷面形狀相似。但坯料的周邊必須是光滑的曲線連接。12/27/2023193.無凸緣園筒件的拉深成形方法3.1毛坯尺寸計(jì)算⑴將拉深件劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的幾何體，⑵分別求出各簡(jiǎn)單幾何體的表面積。⑶各簡(jiǎn)單幾何體面積相加即為零件總面積。⑷根據(jù)表面積相等原則，求出坯料直徑。12/27/202320按圖得：故：整理后坯料的直徑：12/27/2023213.2無凸緣圓筒形零件拉深系數(shù)的確定拉深系數(shù)m表示拉深前后坯料（工序件）直徑的變化率。m愈小，說明拉深變形程度愈大，相反，變形程度愈小。第一次拉深系數(shù)：第二次拉深系數(shù)：第n次拉深系數(shù)：12/27/202322拉深件的總拉深系數(shù)等于各次拉深系數(shù)的乘積，即

如果m取得過小，會(huì)使拉深件起皺、斷裂或嚴(yán)重變薄超差。極限拉深系數(shù)［m］從工藝的角度來看，［m］越小越有利于減少工序數(shù)。

12/27/202323

3.無凸緣園筒件的拉深成形方法

3.3極限拉深系數(shù)的影響因素

⑴材料的力學(xué)性能⑵板料的相對(duì)厚度

［m］⑶拉深工作條件a.模具的幾何參數(shù)b.摩擦潤(rùn)滑c.壓料圈的壓料力⑷拉深方法、拉深次數(shù)、拉深速度、拉深件的形狀Dt/12/27/202324

3.無凸緣園筒件的拉深成形方法

3.4拉深次數(shù)的確定

當(dāng)＞［m］時(shí)，拉深件可一次拉成，否則需要多次拉深。

其拉深次數(shù)的確定有以下幾種方法：⑴查表法⑵推算方法⑶計(jì)算方法12/27/2023253.無凸緣園筒件的拉深成形方法

3.4拉深次數(shù)的確定

推算方法1）由表4.4.1或表4.4.2中查得各次的極限拉深系數(shù)；2）依次計(jì)算出各次拉深直徑，即

ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１；3）當(dāng)ｄｎ≤ｄ時(shí)，計(jì)算的次數(shù)即為拉深次數(shù)。12/27/2023264.有凸緣園筒件拉深的成形方法窄凸緣寬凸緣有凸緣的拉深件根據(jù)相對(duì)凸緣直徑dt/d的大小，分為窄凸緣和寬凸緣拉深件，它們的拉深方法是不同的。12/27/202327窄凸緣的拉深方法

⑴前幾道工序先拉成無凸緣的圓筒形件；

⑵最后兩次拉深拉成口部帶錐度和較大凸緣圓角的帶凸緣件；

⑶然后再用一道工序較平。

12/27/202328寬凸緣的拉深方法⑴凸緣直徑應(yīng)在首次拉深中確定，以后各次拉深只是將首次拉深拉入凹模的材料作重新分配。⑵帶凸緣拉深件首次拉深的變形程度比拉深系數(shù)相同的無凸緣件的拉深變形程度小，因而允許取更小的拉深系數(shù)。⑶首次拉深拉入凹模的材料應(yīng)比實(shí)際需要的量多5%～10%，多拉入的材料在以后各次拉深中逐次回到凸緣上。12/27/202329中小零件：如圖a）大型零件：如圖b）寬凸緣的拉深方法12/27/2023304.有凸緣園筒件拉深的成形方法變形特點(diǎn)：該類零件的拉深過程，其變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)與無凸緣圓筒形件是相同的。但坯料凸緣部分不是全部拉入凹模。12/27/2023314.有凸緣園筒件拉深的成形方法

4.1拉深系數(shù)的確定

有凸緣圓筒形件的拉深系數(shù)取決于有關(guān)尺寸的三個(gè)相對(duì)比值：dt/ｄ（凸緣的相對(duì)直徑）、ｈ/ｄ（零件的相對(duì)高度）、Ｒ/ｄ（相對(duì)圓角半徑）。4.2拉深次數(shù)的確定根據(jù)拉深系數(shù)或零件相對(duì)高度，判斷拉深次數(shù)。12/27/2023325.拉深力的計(jì)算拉深力的經(jīng)驗(yàn)公式

采用壓料圈拉深時(shí)首次拉深

以后各次拉深不采用壓料圈拉深時(shí)首次拉深

以后各次拉深

12/27/2023336.拉深模工作部分尺寸及其精度計(jì)算

拉深模特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。拉深件的模具設(shè)計(jì)順序：

先設(shè)計(jì)拉深模，坯料形狀尺寸確定后再設(shè)計(jì)沖裁模。如果拉深件口部不整齊，需留切邊余量，增加切邊工序。12/27/2023346.1拉深凸模與凹模的間隙

間隙過大：拉深件口部有小的皺紋，零件回彈變形大，有錐度，精度差。間隙過小：摩擦阻力增大易出現(xiàn)拉裂，同時(shí)模具磨損加大，壽命低。確定間隙的原則是既要考慮板料本身的公差，又要考慮板料在變形中的增厚現(xiàn)象。1．無壓邊圈拉深模具的單邊間隙c=(1～1.1)（末次拉深取小值）2．有壓邊圈拉深模具的單邊間隙值c=(1.1～1.2)t3．拉深凸、凹模間隙取向拉深凸、凹模間隙取向按下述原則決定。①除最后一次拉深外，其余各工序的拉深間隙不作規(guī)定。②最后一道拉深，當(dāng)零件要求外形尺寸時(shí)，間隙取在凸模上；當(dāng)零件要求內(nèi)形尺寸時(shí)，間隙取在凹模上。12/27/2023356.2拉深凸模與凹模的圓角半徑

1．凹模圓角半徑當(dāng)較小時(shí)，危險(xiǎn)斷面材料嚴(yán)重變薄甚至破裂，還會(huì)使拉深件表面刮傷。太大時(shí)（如圖3）容易起皺。拉深凹模圓角半徑可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：(0.6～0.8)≮2t2．凸模圓角半徑rt首次拉深凸模圓角半徑為：=(0.7～1.0)ra以后各次拉深凸模圓角半徑為：最后一次拉深時(shí)，凸模圓角半徑應(yīng)等于零件圓角半徑，≮t，否則應(yīng)加整形工序12/27/202336圖1零件尺寸和模具工作尺寸圖2拉深模工作部分圖3拉深初期毛坯與凸、凹模的位置關(guān)系12/27/20233712/27/2023386.3拉深凸模與凹模的結(jié)構(gòu)

1．無壓邊圈的拉深模①圖5（a）所示為圓弧洞口凹模；②圖5（b）所示為錐面形洞口凹模；③圖5（c）所示為漸開線形洞口凹模。2．有壓邊圈的拉深模①圓角結(jié)構(gòu)形式如圖6（a），拉深直徑d≤100mm的零件。②有錐角的凸、凹模結(jié)構(gòu)如圖6（b），拉深直徑d＞100mm的零件。3．拉深凸模必須設(shè)計(jì)通氣孔（防止形成真空狀態(tài)）4.7.5拉深模壓邊裝置的結(jié)構(gòu)1．采用壓邊裝置的條件（可見表4-9）壓邊裝置的作用就是在凸緣變形區(qū)施加軸向（材料厚度方向）壓力，提高毛坯變形的穩(wěn)定性，而防止起皺。2．常用壓邊圈的結(jié)構(gòu)形式①首次拉深模用的壓邊圈常采用如圖7所示的形式。②后續(xù)拉深工序用壓邊圈如圖8所示。圖中限位柱（固定式和可調(diào)節(jié)式）高度的設(shè)計(jì)應(yīng)保證模具在拉深過程中，保持壓邊圈和凹模圓角間的距離為s值。其值分別為：拉深有凸緣的零件：s=t+(0.05～0.1)拉深鋼零件：s=1.5t拉深鋁合金：s=1.1t③在單動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行拉深，常采用通用性強(qiáng)的壓邊裝置，其彈性元件一般使用橡皮、彈簧和氣墊三種。12/27/202339圖5不用壓邊圈的拉深凹模結(jié)構(gòu)12/27/202340圖6有壓邊圈的拉深模工作部分形狀和尺寸12/27/202341圖7首次拉深模用壓邊圈類型12/27/202342圖8有限位柱的壓邊圈12/27/202343典型拉深模結(jié)構(gòu)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12/27/202344典型拉深模結(jié)構(gòu)圖

1.首次拉深模無壓邊裝置的簡(jiǎn)單拉深模有壓邊裝置的拉深模（1）正裝拉深模（2）倒裝拉深模壓邊裝置彈性壓邊裝置剛性壓邊裝置①橡皮壓邊裝置②彈簧壓邊裝置③氣墊式壓邊裝置帶限位裝置的壓邊圈帶剛性壓邊裝置的拉深模12/27/202345典型拉深模結(jié)構(gòu)圖2.以后各次拉深模無壓邊裝置的以后各次拉深模有壓邊裝置的以后各次拉深模

無壓邊裝置的反拉深模反拉深模壓邊圈在上模的反拉深模

壓邊圈在下模的反拉深模12/27/202346典型拉深模結(jié)構(gòu)圖落料拉深模

正裝落料拉深模

落料正、反拉深模

后次拉深、沖孔、切邊復(fù)合模12/27/2023477.拉深零件工藝性分析7.1拉深件材料用于拉深的材料一般要求具有較好的塑性、低的屈強(qiáng)比、一般選用含碳量較低的鋼板或塑性較好的鋁板、銅板等；有色金屬。材料的屈服比越小，則一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深性能越好。12/27/2023487.2拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性

⑴形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、對(duì)稱，避免尖底形，以保證變形均勻。

⑵拉深高度盡可能小，以便能通過1～2次拉深工序成形。

⑶在保證裝配的前提下，應(yīng)允許拉深件側(cè)壁有一定的斜度。

⑷拉深件的園角半徑盡可能大一些，否則，應(yīng)增加整形工序。

⑸拉深件的底或凸緣上的孔邊到側(cè)壁的距離應(yīng)滿足：ａ≥Ｒ+0.5ｔ（或+0.5ｔ）

⑹拉深件的尺寸標(biāo)注，應(yīng)注明保證外形尺寸，還是內(nèi)形尺寸，不能同時(shí)標(biāo)注內(nèi)外形尺寸。12/27/2023497.3拉深件的公差等級(jí)一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在T13級(jí)以下，不宜高于IT11級(jí)。拉深件壁厚公差要求一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律。據(jù)統(tǒng)計(jì)，不變薄拉深，壁的最大增厚量約為（0.2～0.3）ｔ；最大變薄量約為（0.10～0.18）ｔ，（ｔ為板料厚度）。12/27/202350無壓邊裝置的首次拉深模

1-定位板2-下模板3-拉深凸模4-拉深凹模

12/27/202351正裝拉深模

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

12/27/202352帶錐形壓邊圈的倒裝拉深模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

12/27/202353

彈簧壓邊裝置a)橡皮b)彈簧c)氣墊12/27/202354雙動(dòng)壓力機(jī)用拉深模剛性壓邊裝置動(dòng)作原理

12/27/202355帶限位裝置在壓邊圈第一次拉深第二次拉深12/27/202356帶剛性壓邊裝置拉深模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

12/27/202357無壓邊裝置的以后各次拉深模

12/27/202358有壓邊裝置的以后各次拉深模

1-推件板

2-拉深凹模3-拉深凸模4-壓邊圈

5-頂桿

6-彈簧

12/27/20235912/27/20236012/27/20236112/27/2023621-頂桿

2-壓邊圈

3-凸凹模

4-推桿

5-推件板

6-卸料板

7-落料凹模

8-拉深凸模

落料拉深復(fù)合模12/27/2023631-凸凹模

2-反拉深凸模

3-拉深凸凹模

4-卸料板

5一導(dǎo)料板

6-壓邊圈

7-落料凹模

落料、正、反拉深模12/27/2023641-壓邊圈2-凹模固定板3-沖孔凹模4-推件板5-凸模固定板6-墊板7-沖孔凸模8-拉深凸模9-限位螺栓10-螺母11-墊柱12-拉深切邊凹模13-切邊凸模14-固定塊

再次拉深、沖孔、切邊復(fù)合模12/27/202365拉深筋12/27/20236612/27/202367圖1落料制件圖3拉深制件圖4拉裂缺陷件鎂合金手機(jī)外殼圖2沖孔制件12/27/20236812/27/202369由于手機(jī)外殼的拉深高度較小，拉深系數(shù)大,因此設(shè)計(jì)時(shí)采用了一次拉深成