第4章拉深工藝與拉深模.ppt

1、第四章 拉深工藝與拉深模設(shè)計,第三節(jié) 圓筒形件的拉深系數(shù),第四節(jié) 圓筒形件的拉深次數(shù)及工序尺寸確定,第五節(jié) 圓筒形件拉深的壓邊力與拉深力,第九節(jié) 拉深件的工藝性,第十節(jié) 拉深模,第一節(jié) 拉深的基本原理,第二節(jié) 旋轉(zhuǎn)體拉深件毛坯尺寸的確定,本章目錄,第一節(jié) 拉深的基本原理,一.拉深變形過程、特點及拉深分類 拉深(俗稱拉延):是利用模具將平板毛坯制成開口空心零件的一種沖壓工藝。 圖5-1 拉深示意圖 1凸模 2 壓邊圈 3 毛坯 4 凹模,第一節(jié) 拉深的基本原理,第四章 拉深工藝與拉深模設(shè)計,拉深,不變薄拉深,變薄拉深,拉深模：,拉深模特點：,結(jié)構(gòu)相對較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角。,

2、拉深所使用的模具。,用拉深方法可以制成筒形、階梯形、錐形、球形、盒形和其它不規(guī)則形狀的薄壁零件。 特點:生產(chǎn)效率高,省材料,零件的強度和剛度好,精度較高,拉深可加工范圍非常廣泛,直徑從幾毫米的小零件直至23m的大型零件。,拉深過程:在凸模的作用下,直徑為D0的毛坯被拉進凸凹模之間的間隙里形成圓筒件。 變形區(qū):毛坯的外部環(huán)形部分。 不變形區(qū):底部。 已變形區(qū):被拉入凸、凹模之間的直壁部分。,拉深過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象(1):高度變化,多余的三角形廢料沒有被裁去,而是通過塑形變形被轉(zhuǎn)移到增加圓筒形零件的高度,使h(D0-d)/2 圓筒形拼裝成形,拉深過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象(2):厚度變化,圖5-3 圓筒形拉深

3、件壁厚的變化(%),拉深件厚度和硬度的分布,a1a2 a3 . . . ab1 = b2 = b3=. . . =b0,拉深時扇形單元的受力與變形情況,二.拉深過程中毛坯的應力和應變狀態(tài),圖5-4 拉深時毛坯的變形特點 圖5-5 拉深時毛坯內(nèi)各部分的內(nèi)應力 a)平板毛坯的一部分 b)毛坯在拉深過程中的變形 c)拉深成圓筒形件,第一節(jié) 拉深的基本原理,第五章 拉深,拉深件的起皺與拉裂,拉深過程中的質(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：,傳力區(qū)拉裂：,由于切向壓應力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；,由于拉應力超過抗拉強度引起板料斷裂。,1.凸緣變形區(qū)的起皺,第四章 拉深工

4、藝與拉深模設(shè)計,三、拉深件的起皺與拉裂（續(xù)）,主要決定于：,一方面是切向壓應力3的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；,另一方面是凸緣區(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模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。,最易起皺的位置：,凸緣邊緣區(qū)域,起皺最強烈的時刻：,在Rt=（0.70.9）R0時,防止起皺：,壓邊,第四章 拉深工藝與拉深模設(shè)計,拉深件的起皺與拉裂（續(xù)）,2.筒壁的拉裂,主要取決于：,一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應力；,另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強度。,當筒壁拉應力超過筒壁材料的抗拉強度時，拉深件就會在底部圓角與筒壁相切處“危險斷面”產(chǎn)生破裂。,防止拉裂：,一方面要通過改

5、善材料的力學性能，提高筒壁抗拉強度；,另一方面通過正確制定拉深工藝和設(shè)計模具，降低筒壁所受拉應力。,三.拉深時凸緣變形區(qū)的應力分布和起皺,圖5-7 圓筒形件拉深時的應力分析,1.凸緣變形區(qū)的力學分析,2.起皺,起皺:在拉深過程中,毛坯凸緣在切向壓應力作用下,可能產(chǎn)生塑性失穩(wěn)而拱起的現(xiàn)象。 圖5-8 凸緣起皺 1凸模 2 毛坯 3 凹模,2.起皺,危害: 1.毛坯凸緣起皺嚴重時不能通過凸模和凹模間隙而被拉斷。 2.輕微起皺的毛坯凸緣雖可通過間隙,但會在筒壁上留下皺痕,影響零件的表面質(zhì)量。 影響因素: 1.3 2. t/(Rt-r0),四.拉深時筒壁傳力區(qū)的受力情況與拉斷,圖5-9 拉深時壓邊力引

6、起的摩擦阻力,四.拉深時筒壁傳力區(qū)的受力情況與拉斷,圖5-10 凹模圓角處的受力狀態(tài),四.拉深時筒壁傳力區(qū)的受力情況與拉斷,圖5-11 毛坯的彎矩示意圖,筒壁危險斷面上的有效抗拉強度為: 若PK,拉深件即產(chǎn)生拉裂。,2.拉裂,圖5-12 拉深件拉裂,影響拉裂的因素,(1)壓邊力 (2)相對圓角半徑 凹模 (rd/t)2 凸模 (rp/t)5 (rp/t)=520 (3)潤滑 凹模與凸模潤滑效果相反 (4)凸模和凹模間隙 (5)表面粗糙度,第二節(jié) 旋轉(zhuǎn)體拉深件毛坯尺寸的確定,(1)計算法:簡單形狀 (2)圖解法和解析法:復雜形狀,一.計算法,(1)確定修邊余量 表4-2 無凸緣拉深件的修邊余量

7、(mm),(2)計算工件表面積,圓筒直壁部分表面積 圓角球臺部分表面積 底部表面積 工件總面積:,(3)求出毛坯尺寸,二.解析法,三.圖解法,圖5-16 求拉深件毛坯尺寸圖解法,第三節(jié) 圓筒形件的拉深系數(shù),一.拉深變形程度的表示方法-拉深系數(shù) 拉深系數(shù)(m):每次拉深后圓筒形零件的直徑與拉深前毛坯(或前道工序件)的直徑之比。 第一次拉深系數(shù) 第二次拉深系數(shù) 第n次拉深系數(shù) (1) m1 (2) m,拉深變形程度,三.極限拉深系數(shù)的確定,表4-6 圓筒形件的極限拉深系數(shù)(帶壓邊圈),第四節(jié) 圓筒形件的拉深次數(shù)及工序尺寸確定,一.拉深次數(shù)的確定 (1)mm1,一次拉深成形; (2)mm1,多次拉深

8、成形。 常用兩種方法確定拉深次數(shù)。,1.根據(jù)拉深系數(shù)確定拉深次數(shù),各次拉深直徑分別為:d1=m1d0;d2=m2d1;dn=mndn-1 (1)根據(jù)已知條件,由表5-3查出各次極限拉深系數(shù)。 (2)選取各次拉深系數(shù)時,按照極限拉深系數(shù)計算出各次拉深直徑,直到直徑dn略小于或等于工作直徑時,計算的次數(shù)即為拉深次數(shù)。 (3)經(jīng)調(diào)整各次拉深系數(shù)m1;m2;mn的值,最后確定各次拉深直徑d1;d2;dn.,2.根據(jù)零件的相對高度確定拉深次數(shù),表5-4 拉深件相對高度h/d與拉深次數(shù)的關(guān)系(無凸緣圓筒形件),二.不帶凸緣的圓筒形件拉深工序尺寸計算,(1)底部無圓角圓筒形件 第一次拉深: h1 = 0.2

9、5(D0k1-d1) 第二次拉深: h2 = h1k2+0.25(d1k2-d2) . (2)底部有圓角圓筒形件 第一次拉深: h1 = 0.25(D0k1-d1)+0.43(r1/d1)(d1+0.32r1) 第二次拉深: h2 = 0.25(D0k1k2-d2)+0.43(r2/d2)(d2+0.32r2) . 式中 : D0 毛坯直徑; d1、d2 第一、第二工序拉深的工序件直徑; k1 、 k2 第一、第二工序拉深的拉深程度; r1 、 r2 第一、第二工序拉深的工序件底部圓角半徑; h1 、 h2 第一、第二工序拉深的工序件高度;,例:無凸緣圓筒件的拉深次數(shù)和工序件尺寸的確定,1.判

10、斷能否一次拉出,h=200-1=199 h/d=199/(90-2)=2.26 查表4-2得修邊余量=8 mm t/Dx100=2x100/283=0.7 由表4-6查出各次的拉深系數(shù): m1=0.54,m2=0.77,m3=0.80,m4=0.82. 則零件的總拉深系數(shù)m總=d/D=88/283=0.31, 即: m總小于m1=0.54,故該零件需經(jīng)多次拉深才能達到所需尺寸。,2計算拉深次數(shù)(兩種方法),(1) d1=m1D=0.54283 mm=153 mm d2=m2d1=0.77 153 mm=117.8 mm d3=m3d2=0.80 117.8 mm=94.2 mm d4=m4d3

11、=0.82 94.2 mm=77.2 mm 可知該零件要拉4次才行。 (2) 零件的相對高度h/d=207/88=2.36,相對厚度為0.7,從表5-4可知拉深次數(shù)在34之間,這樣零件的拉深次數(shù)就確定為4次。,2.半成品尺寸的確定(包括半成品的直徑dn、筒底圓角半徑rn和筒壁高度hn),(1)半成品的直徑dn 半成品拉深次數(shù)確定后,再根據(jù)計算直徑dn應等于直徑d的原則,對各次拉深系數(shù)進行調(diào)整,使實際采用的拉深系數(shù)大于推算拉深次數(shù)時所用的極限拉深系數(shù)。 設(shè)實際采用的拉深系數(shù)為m1, m2 , m3 , m4 . . . , mn ,應使各次拉深系數(shù)依次增加,即: m1m2 m3 m4 . . .

12、 mn ,拉深系數(shù)應調(diào)整為: m1=0.57,m2=0.79,m3=0.82,m4=0.85 第一次 d1=160 mm m1=160/2830.57 第二次 d2=126 mm m2=126/160 0.79 第三次 d3=104 mm m3=104/126 0.82 第四次 d4=88 mm m4=88/104 0.85,(2)半成品高度的確定 應先定出各次半成品底部的圓角半徑,查表5-17,式5-52,取 r1=6t=12,r2=12x0.78,r3=8x0.8 6. h1 = 0.25(D0k1-d1)+0.43(r1/d1)(d1+0.32r1) =0.25(283/0.57-160

13、)+0.43(12/160)(160+0.3212) =89 mm h2 = 0.25(D0k1k2-d2)+0.43(r2/d2)(d2+0.32r2) =0.25(283/0.57/0.79-126)+0.43(8/126)(126+0.32x8) =129 mm h3= 0.25(D0k1k2k3-d3)+0.43(r3/d3)(d3+0.32r3) =0.25(283/0.57/0.79/0.82-104)+0.43(6/104)(104+0.32x6) =168 mm,所示零件各次拉深的半成品尺寸,第五節(jié) 圓筒形件拉深的壓邊力與拉深力,一.拉深的起皺與防皺措施 圖5-24 錐形拉深凹

14、模的拉深過程,(1)用錐形凹模時,毛坯不起皺的條件是: (t/D0)0.03(1-m) 或 (t/d) 0.03(K-1) (2)用普通平端面凹模拉深時毛坯不起皺的條件是: (t/D0)(0.090.17)(1-m) 或 (t/d) (0.090.17)(K-1) 式中 d 拉深件直徑; m 拉深系數(shù); K 拉深程度,K=1/m.,表5-8 平端面凹模是否采用壓邊圈的條件,二.壓邊力的計算,壓邊力太大:拉裂或嚴重變薄; 壓邊力太小:起皺。 當Rt=(0.70.9)R0時,凸緣起皺可能性最大,此時壓邊力應達到最大值。,表5-9 單位壓邊力p,總壓邊力 Fy=Ap 式中: A開始拉深時的壓邊面積。

15、,對于多次拉深的圓筒形件,壓邊力按下式計算:,圓筒形件第一次拉深時壓邊力: 筒形件以后各次拉深時壓邊力(5-58avi): 式中 rd1,rdn 凹模圓角半徑; p 單位壓邊力,可由表5-9查得; Fy1,Fyn 各次拉深的壓邊力。,三.壓邊裝置的種類及其選擇,圖5-25 雙動壓力機用拉深模剛性壓邊原理(5-12avi) 1-內(nèi)滑塊 2-外滑塊 3-拉深凸模 4-落料凸模兼壓邊圈 5-落料凹模 6-拉深凹模,圖5-27 彈性壓邊圈結(jié)構(gòu)示意圖(5-61swf) 1-落料凸模兼拉深凹模 2-卸料板 3-拉深凸模 4-落料凹模 5-頂桿 6-彈簧,四.拉深力的計算,采用壓邊圈拉深圓筒形零件所需拉深力

16、 首次拉深 F=d1t b K1 以后各次拉深 F= dit b K2(i=2,3,n) 不用壓邊圈拉深圓筒形零件所需拉深力 首次拉深 F=1.25(D0-d1) t b 以后各次拉深 F=1.3(di-1-di) t b 式中 F 拉深力(N); t 毛坯厚度(mm); b 材料抗拉強度(MPa); K1、K2 修正系數(shù),見表5-10.,五.拉深壓力機選用,對于曲柄壓力機來說,不管工作行程有多長,拉深力都必須處于壓力機滑塊的許用負荷曲線之內(nèi)。 對于拉深較淺零件,一般情況下只要實際拉深力不超過壓力機的公稱壓力即可。 對于工作行程較長的拉深工序,在實際生產(chǎn)中,一般按總的拉深力小于或等于壓力機公稱

17、壓力的50%60%來選用。,二.拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性,1.拉深件的形狀應盡可能簡單、對稱 (1)軸對稱旋轉(zhuǎn)體拉深件的模具加工工藝性最好。 (2)非軸對稱的拉深件,應盡量避免急劇的輪廓變化。,(3)非軸對稱的半敞零件,圖5-51 成雙拉深,2.拉深件各部分尺寸的比例要合適(寬大凸緣:dF3d 較大深度:h 2d),圖5-52 上下部分成形后連接,3.拉深件圓角半徑,拉深件的圓角半徑大,有利于成形和減少拉深次數(shù)。 應滿足: r1t, r2 2t, r3 3t 圖5-53 拉深件的圓角半徑,4.拉深件上的孔位,拉深件側(cè)壁上的沖孔,只有當與底或凸緣距離h2d+t時才有可能,否則只能鉆出。 圖5-54 拉

18、深件側(cè)壁上的孔,拉深件凸緣上的孔距應為 D1(d1+3t+2r2+d) 拉深件底部孔徑應為 dd1-2r1-t 圖5-55 拉深件上孔位的合理布置,第十節(jié) 拉深模,一.拉深模分類及典型拉深模結(jié)構(gòu) (1)按拉深次數(shù)分:首次拉深模,以后各次拉深模; 拉深可以和其它沖壓工序組合成復合模或級進模,如落料、拉深和沖孔復合模等(5-61swf). (2)按拉深件大小分:大型覆蓋件拉深模,中小型件的拉深模; (3)按使用的沖壓設(shè)備分:單動壓力機拉深模,雙動壓力機拉深模;,1.單動壓力機用拉深模,圖5-56 不用壓邊圈的拉深模 1-凸模 2-校模定位圈 3-凹模 4-緊固圈 5-定位板 6-凹模套圈 7-墊板,圖5-57 帶彈性壓邊圈的首次拉深模(5-2avi) 1-彈簧 2-卸料螺釘 3-凸模 4-凸模氣孔 5-壓邊圈 6-限位螺釘 7-定位板 8-凹模,二.拉深模工作部分結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計,1.凹模圓角半徑 式中 rd1 凹模圓角半徑; D0 毛坯直徑; dd 凹模內(nèi)徑; t 板料厚度。,表5-17 第一次拉深凹模圓角半徑rd1 (mm),注:材料拉深性能好,且使用適當潤滑劑時,可取小值,以后各次拉深,可由下式?jīng)Q定: rd2 = (0.60.8)rd1