汽车车身制造工艺基础最新版教学课件第5章

表5-1 拉深件类型及变形特点
拉深件类型
变形特点
直壁旋转件
圆筒形件带凸 凸缘部分圆环形区域为变形区，筒壁部位为 缘圆筒形件阶 传力区变形区毛坯径向受拉、切向受压，其
梯圆筒形件 变形是拉深变形
非直壁旋转件
这类零件变形区有三部分：凸缘为拉深变形 球形件锥形件 区；凹模口内悬空部分为拉深变形区；凸模
抛物线形件 顶端至变形过渡环间材料是胀形变形区，其 变形是拉深变形与胀形变形的复合
（1）直壁旋转件（如圆筒形件）； （2）非直壁旋转件（如球形件）； （3）盒形件； （4）不规则形状的零件（如复杂曲面 的汽车车身覆盖件）。
图5-2所示为一拉伸过程,其凸模与凹模的工 作部分均有较大的圆角；凸模与凹模之间的间隙 一般大于板料厚度
图5-2 拉深过程
表5-1列出拉深件的类型及特点。从表中列出的变形特点看，由于每类零件都有自己的变形特点，因 而可以用相同的原则和方法去研究，分析该类零件的拉伸成形问题，并解决所出现的质量问题。
五、后续各次拉深的特点
后续各次拉深与首次拉深相比，有许多不同之处：
1）首次拉深时，平极毛坯的厚度和力学性能都是均匀的，而后续各次拉 深时筒形毛坯的壁厚及力学性能都不均匀。 2）首次拉深时，凸缘变形区是逐渐缩小的。而后续各次拉深时，其变形 区保持不变，只是在拉深终了后才逐渐缩小。 3）首次拉深时，拉深力的变化是变形抗力增加与变形区减小两个相反的 因素互相消长的过程。而后续各次拉深变形区保持不变，但材料的硬化 及厚度增加都是沿筒的高度方向进行的，所以其拉深力在整个拉深过程 中直都在增加，直到拉深的最后阶段才由最大值下降至零，如图5-13所 示。 4）后续各次拉深时的危险断面与首次拉深时一样，都是在凸模的圆角处， 但首次拉深的最大拉深力发生在初始阶段，所以破裂也发生在初始阶段， 而后续各次拉深的最大拉深力发生在拉深的终了阶段，所以破裂往往发 生在结尾阶段。 5）后续各次拉深变形区的外缘有筒壁的刚性支持，所以稳定性较首次拉 深为好。 6）后续各次拉深时由于材料已冷作硬化，加上变形复杂（毛坯的筒壁必 须经过两次弯曲才被凸模拉入凹模内），所以它的极限拉深系数要比首 次拉深大得多，而且通常后一次都大于前一次。
一、拉深变形过程及特点 如图5-3所示，将圆形毛坯置于凹模上，随凸模的下行，在拉深力的作用下，凹模口以外毛坯的环形部
分逐渐被拉入凹模内，最终形成一个圆筒形件。图5-3a）、b）分别表示无压边和有压边的拉深过程。为 了了解变形时金属流动的情况，进行坐标网格试验。
图5-3 拉深变形过程 a）无压边 b）有压边
m总
dn D
d D
d 2 d n 1 dn d 1 d n 2 dn 1
m1m 2 m n 1mn
拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为:
Kn
1
mn
dn dn
1
1）材料的力学性能：屈强比σs/σb越小对拉深越有利。屈服 应力σs小，凸缘材料容易变形；强度极限σb高，材料不易破 裂。 2）材料的相对厚度：材料的相对厚度大时，可减小极限拉深 系数。 3）材料的表面质量：材料的表面光滑，拉深时摩擦力小而容 易流动，所以极限拉深系数可减小。
图5-1 拉深成形的各种零件 a）圆筒形零件 b）带凸缘的筒形零件 c）阶梯形零件 d）锥形
零件 e）抛物线零件 f）球形零件 g）盒形零件 h）复杂曲面形状零件
拉深件种类很多，形状各异，各种零件的变形区位置、受力情况、变形特点和成形机理等也不相同， 因此确定工艺参数、工序顺序及设计模具的原则和方法也有很大差异。为了便于工艺分析，在设计模具时， 可按拉深件的变形力学特点，将其分为四种类型：
图5-8 带弹性压料装置的拉深模具
图5-9 反拉深工艺
1）润滑：拉深时毛坯与模具表面接触时相互之 间产生很大的压力，使毛坯在拉深时与接触表面 产生摩擦力。 2）热处理：在多道拉深时，一般拉深工序间常 采用低温退火，拉深工序后还要安排去应力退火。 3）酸洗:退火后工件表面必然有氧化皮和其他污 物，继续加工时会增加模具的磨损，因此必须要 酸洗，否则使拉深不能正常进行。
图5-5 拉深件的壁厚和硬度变化
2.起皱 图5-6a）所示，起皱严重时，拉深便无法顺利进行。起皱部位相当于板厚增加了许多，使其进入凸模与
凹模之间时不能顺利通过，并使径向拉应力急剧增大，继续拉深，会在危险断面被拉破，如图5–6b）所示。
图5-6 拉深件的起皱 3.拉裂
在拉深过程中，当筒壁处最大拉应力超过了危险断面处材料的抗拉强度时，将在危险断面处产生拉破，如 图5-7所示。
盒形件
盒形件圆角部分接近拉深变形，直边部分基 本上是弯曲变形，其变形是拉深与弯曲变形 复合毛坯周边变形不均匀，变形大的部分与 变形小的部分互相制约与影响
不规则形状拉深件
不规则零件变形复杂，一般外缘是拉深变形， 内部大多数为胀形变形（有些也是拉深变 形），并且具有周边变形不匀的特点的特点
第二节 圆筒形零件拉深的工艺计算
三、拉深件毛坯尺寸的确定 计算拉深件毛坯尺寸的理论依据是：
1.体积不变原理Βιβλιοθήκη 拉深前和拉深后材料的体积不变。2.相似原理: 毛坯的形状一般与工件截面形状相似。毛坯的周边必须制成光滑曲线，无急剧的转折。具体的
方法有等重量法、等体积法、等面积法、分析图解法和作图法等。生产上用得最多的是等面积法。 四、拉深系数及其影晌因素
辐射线在工件侧壁变成了相互平行且垂直于底部的直线，且间距相等，即b1＝b2＝b3＝b
二、拉深中的主要工艺问题 实际生产中，拉深工艺出现质量问题的形式主要是拉深件厚度的变化、凸缘变形区的起皱和传力
区的拉裂。 1.拉深时厚度的变化
由于拉深过程中处于不同部分的材料其应力应变状态不同，从工件底部到口部厚度方向的变形， 其性质和大小都是不同的。从凸缘区内某处开始一直到工件底部，厚度方向都是压缩变形，只是各 点变形大小不同而已。从侧壁下部的某点开始，工件的厚度开始变薄，越接近圆角，工件变得越薄， 筒壁与凸模圆角相切处板料变薄最严重，所以这里是拉深时最容易被拉断的地方，通常称此断面为 危险断面。拉深件厚度变化如图5-5所示。
2.半成品尺寸的确定 半成品尺寸包括半成品的直径dn，筒底圆角半径rn和筒壁高度hn。
（1）推算各次拉深系数 半成品的直径拉深次数确定后，再根据计算直径应等于工件直径的原则，对各次拉深系数进行调 整，使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数。 （2）半成品高度的确定 各次拉深直径确定后，紧接着是计算各次拉深后零件的高度。
图5-19 宽凸缘拉深 a）df≤200mm b）df＞200mm
（1）一种是中小型（df≤200mm）料薄的零件，通常靠减小筒形直径，增加高度 来达到尺寸要求，即圆角半径rp及rd在首次拉深时就与df一起成形到工件的尺寸， 在后续的拉深过程中基本上保持不变。 （2）另一种方法常用在（df＞200mm）的大型拉深件中。零件高度在第一次拉 深时就基本形成，在以后的整个拉深过程中基本保持不变。通过减小圆角半径rp 及rd，逐渐缩小筒形部分的直径来拉成零件，此法对厚料更为合适。 八、阶梯圆筒形件的拉深
汽车车身制造工艺基础
第五章 拉伸工艺
第一节 拉伸过程变形概述 第二节 圆筒形零件拉伸的工艺计算 第三节 其他形状零件的拉伸 第四节 拉伸模设计 第五节 车身拉伸工艺
第一节 拉深变形过程概述 拉深是利用拉深模将已冲裁好的平面毛坯压制成各种形状的开口空心零件，或将已压制的开口空心毛
坯进一步制成其他形状、尺寸的开口空心零件的冲压成形工序，拉深又称拉延或压延。用拉深工艺可以 压制成圆筒形、阶梯形、球形、锥形以及其他不规则形状的开口空心零件，如图5-1所示。如果与其他成 形工艺配合，还可制成形状极其复杂的零件。
七、有凸缘圆筒形零件的拉深方法及工艺计算
图5-16 凸缘件毛坯的计算 1.有凸缘筒形零件的拉深特点 宽凸缘件拉深：
D df 2 4dh 3.44dr
m d
1
D (d f / d) 4h / d 3.44r / d
式中 ： D——毛坯直径，mm； df——凸缘直径，mm； d——筒部直径（中径），mm； r——底部和凸缘部的圆角半径（当料厚大1mm 时，r值按中线尺寸计算）。
图5-7 拉深件的拉裂
4.解决拉深主要工艺问题的方法
（1）有效压料：压料防止起皱的实 质是在板料刚出现弯曲时又由压料 圈压平了。 （2）再拉深与反拉深：再拉深就是 首次拉深以后再进行拉深，称多次 拉深。 （3）辅助工序：为了保证拉深工艺 过程的顺利进行，解决拉深工艺问 题，提高拉深工件的尺寸精度和表 面质量，提高模具的使用寿命，需 要安排一些必要的辅助工序，如坯 料或工序件的润滑、热处理和酸洗 等。
2.宽凸缘圆筒形零件的工艺计算要点 （1）毛坯尺寸的计算 毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行，参考无凸缘筒形零件毛坯的计算方法计算，其中要考虑修 边余量。 （2）判别工件能否一次拉成 比较工件实际所需的总拉深系数和h/d与凸缘件第一次拉深的极限拉深系数和极限拉深相对高度 即可。当m总＞m1，h/d≤h1/d1时，可一次拉成，否则应进行多次拉深。 （3）拉深次数和半成品尺寸的计算 凸缘件进行多道拉深时，第一道拉深后得到的半成品尺寸，在保证凸缘直径满足要求的前提下， 其筒部直径应尽可能小，以减少拉深次数，同时又要能尽量多地将板料拉入凹模。 3.宽凸缘零件的拉深方法 宽凸缘件的拉深方法有两种（见图5-19）:
图5-12 锥型凹模
（3）拉深条件
1）是否采用压料圈：拉深时若不用压料圈，每次拉深时变形不能太大，故极限 拉深系数应增大。 2）拉深次数：拉深次数越多，以后的拉深因材料硬化，塑性愈来愈低，变形越 来越困难，故一道比一道的拉深系数大。 3）润滑情况：润滑好则摩擦小，极限拉深系数可小些。 4）工件形状：工的形状不同，则变形时应力与应变状态不同，极限变形量也就 不同，因而极限拉深系数不同。
（2）模具方面
1）模具间隙：模具间隙小时，材料进入间隙后的挤压力增大，摩擦力增加，拉深力 大，故极限拉深系数提高。 2）凹模圆角半径：凹模圆角半径过小，则材料沿嗣角部分流动时的阻力增加，引起 拉深力加大，故极限拉深系数应取较大值。 3）凸模圆角半径：凸模圆角半径过小时，毛坯在此处的弯曲变形程度增加，危险断 面强度过多的被削弱，故极限拉深系数应取最大值。 4）模具表面质量：模具表面光滑，粗糙度小，则摩擦力小，极限拉深系数低。 5）凹模形状：图5-12所示的锥形凹模，因其支撑材料变形区的面是锥形而不是平面， 故防皱效果好，可以减小材料流过凹模圆角时的摩擦阻力和弯曲变形力，因而极限 拉深系数降低。
1.拉深系数的概念和意义: 拉深系数是指拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比，如 图5-11.
图5-11 拉深系数的确定
m1
d1 D
m2
d2 d1
m n 1
d d
n n
1 2
mn
dn d n 1
2.影响极限拉深系数的因素
（1）材料方面
工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数，即:
通过拉深时网格的变化来了解金属流动情况，如图5-4所示。
图5-4 拉深坐标网络试验 将直径为D的圆形毛坯拉深成直径为d的圆筒形工件，拉深前先在平板毛坯上画一些间距都为a的同心圆和分度 相等的辐射线，形成一些小的扇形网格，拉深后小于d部分的坯料变成工件的底，D和d之间的环形部分成了筒体 部分。筒底部分网格基本上没有变化，而环形部分即侧壁上的网格变化很大，同心圆变成了圆筒侧壁上互相平行、 直径相同的圆，而且间距a也变大了。越靠近筒的上部越大，即 a1＞a2＞a3…＞a
图5-13 首次拉深与二次拉深的 拉深力
1-首次拉深 2-二次拉深
六、有凸缘圆筒形零件的拉深方法及工艺计算 1.拉深次数的确定 (1)判断能否一次拉出。判断零件能否一次拉出，仅需比较实际所需的总拉深系数和第一次允许 的极限拉深系数的大小即可。若m总＞m1，说明拉深该工件的实际变形程度比第一次容许的极 限变形程度要小，工件可以一次拉成。反之，则需要多次拉深才能够成形零件。 (2)计算拉深次数。计算拉深次数的方法有多种．生产上经常用推算法辅以查表法进行计算，即 把毛坯直径或中间工序毛坯尺寸依次乘以查出的极限拉深系数，得各次半成品的直径。直到计 算出的直径小于或等于丁件直径为止则直径的下角标即表示拉深次数。