其他旋转体零件的拉深

其他旋转体零件的拉深
概述
曲面形状（如球面、锥面及抛物面）零件的拉深，其变形区的位置、受力情况、变形特点等都与圆筒形件不同，所以在拉深中出现的各种问题和解决方法亦与圆筒形件不同。

对于这类零件就不能简单地用拉深系数衡量成形的难易程度，也不能用它作为模具设计和工艺过程设计的依据。

图1球形件的拉深
在拉深圆筒形件时，毛坯的变形区仅仅局限于压边圈下的环形部分。

而拉深球面零件时，为使平面形状的毛坯变成球面零件形状，不仅要求毛坯的环形部分产生与圆筒形件拉深时相同的变形，而且还要求毛坯的中间部分也应成为变形区，由平面变成曲面。

因此在拉深球面零件时（图1），毛坯的凸缘部分与中间部分都是变形区，而且在很多情况下中间部分法反而是主要变形区。

拉深球面零件时，毛坯凸缘部分的应力状态和变形特点与圆筒形件相同，而中间部分的受力情况和变形情况却比较复杂。

在凸模力的作用下，
位于凸模顶点附近的金属处于双向受拉的应力状态。

随着其与顶点距离的加大切向应力减小，而超过一定界限以后变为压应力。

在凸模与毛坯的接触区内，由于材料完全贴模，这部分材料两向受拉一向受压，与胀形相似。

在开始阶段，由于单位压力大，其径向和切向拉应力往往会使材料达到屈服条件而导致接触部分的材料严重变薄。

但随着接触区域的扩大和拉深力的减少，其变薄量由球形件顶端往外逐渐减弱。

其中存在这样一环材料，其变薄量与同凸模接触前由于切向压缩变形而增厚的量相等。

此环以外的材料增厚。

拉深球形类零件时，需要转移的材料不仅处在压边圈下面的环形区，而且还包括在凹模口内中间部分的材料。

在凸模与材料接触区以外的中间部分，其应力状态与凸缘部分是一样的。

因此，这类零件的起皱不仅可能在凸缘部分产生，也可能在中间部分产生，由于中间部分不余凸模接触，板料较薄时这种起皱现象更为严重。

锥形零件的拉深与球面零件一样。

除具有凸模接触面积小、压力集中、容易引起局部变薄及自由面积大、压边圈作用相对减弱、容易起皱等特点外，还由于零件口部与底部直径差别大，回弹特别严重，因此锥形零件的拉深比球面零件更为困难。

抛物面零件，是母线为抛物线的旋转体空心件，以及母线为其他曲线的旋转体空心件。

其拉深时和球面以及锥形零件一样，材料处于悬空状态，极易发生起皱。

抛物面零件拉深时和球面零件又有所不同。

半球面零件的拉深系数为一常数，只需采取一定的工艺措施防止起皱。

而抛物面零件等曲面零件，由于母线形状复杂，拉深时变形区的位置、受力情况、变形特点等都随零件形状、尺寸的不同而变化。

由此可见，其他旋转体零件拉深时，毛坯环形部分和中间部分的外缘具有拉深变形的特点，切向应力为压应力；而毛坯最中间的部分却具有胀形变形的特点，材料厚度变薄，其切向应力为拉应力。

这两者之间的分界线即为应力分界圆。

所以，可以说球面零件、锥形零件和抛物面零件等其他旋转体零件的拉深是拉深和胀形两种变形方式的复合，其应力、应变既有拉伸类、又有压缩类变形的特征。

这类零件的拉深是比较困难的。

为了解决该类零件拉深的起皱问题，在生产中常采用增加压边圈下摩擦力的办法，例如加大凸缘尺寸、增加压边圈下的摩擦系数和增大压边力、采用拉深筋以及采用反拉深的方法等等，藉以增加径向拉应力和减小切向压应力。

球面零件的拉深方法
球面零件可分为半球形件（图2a）和非半球形件（图2b ，c ，d）两大类。

不论哪一种类型，均不能用拉深系数来衡量拉深成形的难易程度。

对于半球形件，根据拉深系数的定义可求出其拉深系数为
m=0.707 ，是一个与拉深直径无关的常数。

因此这里使用相对料厚（t 为板料厚度， D 为毛坯直径）来确定拉深的难易和拉深方法。

当>3% 时，采用不带压边圈的有底凹模一次拉成；当=0.5%~3% 时，采用带压边圈的拉深
模拉深；当<0.5% 时，采用有拉深肋的凹模或反拉深凹模。

对于带有高度为的圆筒直边或带有宽度为的凸缘的非半球面零件（图2b ，c），虽然拉深系数有所降低，但对零件的拉深却有一定的好处。

当对半球面零件的表面质量和尺寸精度要求较高时，可先拉成带圆筒直边和带凸缘的非半球面零件，然后在拉深后将直边和凸缘切除。

图 2 各种球面零件
高度小于球面半径（浅球面零件）的零件（图 2d），其拉深工艺按几何形状可分为两类：当毛坯直径D较小时，毛坯不易起皱，但成形时毛坯易窜动，而且可能产生一定的回弹，常采用带底拉深模；当毛坯直径D较大时，起皱将成为必须解决的问题，常采用强力压边装置或用带拉深筋的模具，拉成有一定宽度凸缘的浅球面零件。

这时的变形含有拉深和胀形两种成分。

因此零件回弹小，尺寸精度和表面质量均得到提高。

当然，加工余料在成形后应予切除。

抛物面零件的拉深方法
抛物面零件拉深时的受力及变形特点与球形件一样，但由于曲面部分的高度h与口部直径d之比大于球形件，故拉深更加困难。

抛物面零件常见的拉深方法有下面几种：
（1）浅抛物面形件（）因其高径比接近球形，因此拉深方法同球形件。

（2）深抛物面形件其拉深难度有所提高。

这时为了使毛坯中间部分紧密贴模而又不起皱，通常需采用具有拉深筋的模具以增加径向拉应力。

如汽车灯罩的拉深（图3）就是采用有两道拉深筋的模具成形的。

图 3 较深的抛物面零件（灯罩）拉深模
但这一措施往往受到毛坯顶部承载能力的限制，所以需采用多工序逐渐成形，特别是当零件深度大而顶部的圆角半径又较小时，更应如此。

多工序逐渐成形的主要要点是采用正拉深或反拉深的办法，在逐步增加高度的同时减小顶部的圆角半径。

为了保证零件的尺寸精度和表面质量，在最后一道工序里应保证一定的胀形成分。

应使最后一道工序所用中间毛坯的表面积稍小于成品零件的表面积。

对形状复杂的抛物面零件，广泛采用液压成形方法。

锥形零件的拉深方法
锥形件的拉深次数及拉深方法取决于锥形件的几何参数，即相对高度 h/d 、锥角和相对料厚 t/D ，如图 4 所示。

一般当相对高度较大，锥角较大，而相对料厚较小时，变形困难，需进行多次拉深。

根据上述参数值的不同，拉深锥形件的方法有如下几种：
（1）对于浅锥形件（），可一次拉成，但精度不高，因回弹较严重。

可采用带拉深筋的凹模或压边圈，或采用软模进行拉深。

（2）对于中锥形件（，拉深方法取决于相对料厚：
当时，可不采用压边圈一次拉成。

为保证工件的精度，最好在拉深终了时增加一道整形工序。

当时，也可一次拉成，但需采用压边圈、拉深筋、增加工艺凸缘等措施提高径向拉应力，防止起皱。

当时，因料较薄而容易起皱，需采用压边圈经多次拉深成形。

图 4 锥形件
⑶对于高锥形件（），因大小直径相差很小，变形程度更大，很容易产生变薄严重而拉裂和起皱。

这时常需采用特殊的拉深工艺，通常有下列方法：
图 5 阶梯拉深成形法
图 6 逐步拉深成形法
图 7 锥面一次成形法
①阶梯拉深成形法（图5）这种方法是将毛坯分数道工序逐步拉成阶梯形。

阶梯与成品内形相切，最后在成形模内整形成锥形件。

②锥面逐步成形法（图6）这种方法先将毛坯拉成圆筒形，使其表面积等于或大于成品圆锥表面积，而直径等于圆锥大端直径，以后各道工序逐步拉出圆锥面，使其高度逐渐增加，最后形成所需的圆锥形。

若先拉成圆弧曲面形，然后过渡到锥形将更好些。

③整个锥面一次成形法（图7）这种方法先拉出相应的圆筒形，然后锥面从底部开始成形，在各道工序中锥面逐渐增大，直至到最后锥面一次成形。