C7拉伸工艺设计

拉伸模具工作部分设计的内容包括 1 结构形式选择； 2 圆角半径确定； 3 模具间隙确定； 4 工作部分尺寸以及制造公差等。
拉伸工艺设计
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸模具工作部分设计—结构形式
1 带圆角的凸模和凹模（F7.49a），通常用于小制件
（d≤100mm）的拉伸。
2 带斜角的凸模和凹模（F7.49b），通常用于大制件
➢拉伸变形分析
• 通常采用网格法研
究。
• 扇形A1被拉伸成了
矩形A2，沿半径方 向被拉长、而在切 向方向则被压缩 。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸时材料的流动
• 筒形件侧壁增加的高
度可以看成是三角形 区域内材料转移的结 果。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸变形规律
5个区域
• 平面凸缘区 • 凸缘圆角区 • 圆筒筒壁区 • 底部圆角区 • 圆筒平底区
➢拉深有变薄拉深和不变薄拉深两种。变薄拉
深就是拉深后制件壁厚与毛坯壁厚有明显的 变薄。本章只讨论不变薄拉深。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸模具特点
• 拉伸模具主要由凸模、
凹模、压边圈组成。
• 凸模/凹模工作部分与
冲裁模显然不同，它们 没有锋利的刃口，而有 一定半径的圆角。
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第7章 拉伸工艺设计
可按下表处理。
表7-16 采用或不采用压边装置的条件
用压边圈 不用压边圈
首次拉伸
100t/D ＜1.5 ＞2.0
m1 ＜0.6 ＞0.6
后次拉伸
100t/Di-1 ＜1 ＞1.5
mi ＜0.8 ＞0.8
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第7章 拉伸工艺设计
➢压边力的计算
• 压边力必须适当，不能过大增加材料进入凹模的
阻力、而被拉破；也不能过小而起不到压料、防 止起皱的作用。
• 压边力Fq可计算如下： Fq=A·q
这里，Fq是压边力，N，A是压边上毛坯的投影面积，mm2
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸力的确定
• 拉伸力的精确计算十分困难，生产中一般
应用经验公式：
1 采用压边装置，首次拉伸：F1＝πd1tσb k1 2 采用压边装置，后次拉伸：Fi＝πditσb k2
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第7章 拉伸工艺设计
➢压力机的选取
2 压力机功率验算
拉深时，通常压力机工作行程较长，消耗功较多，因而要
验算压力机电机功率，即P电≥P
• 拉伸功率 P=
Wn
，kW
60 7501.36
•
所需的电动机功率
P电=
60
750
Wn
1.36
1
2
，kW
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸模具工作部分设计
• 但由于凸模的摩擦阻碍作用，该区域几乎
没有变形。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸件的质量问题
1 口部起皱 起皱：拉伸时，凸缘变
形区材料外缘在过大 压应力作用下失稳、 产生波浪形连续弯曲 的现象就叫起皱。
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第7章 拉伸工艺设计 ➢拉伸件的质量问题
2 底部拉裂 原因：拉伸进行过程中，由于凸模的阻碍作用， 使得与之接触的坯料不能发生流动，底部圆角过 渡区坯料变薄，成为危险断面。当实际应力大于 危险断面的强度极限时，该处材料就会发生破裂 形成拉裂。
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第7章 拉伸工艺设计
平面凸缘区
• 是拉深的主要变形区。材料径向受拉、切
向受压。由于压料圈的作用，材料厚度方 向也受压。
• 材料的最大主应变是切向压应变，径向和
厚度方向还都有拉应变。
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第7章 拉伸工艺设计
凸缘圆角区
• 这是变形过渡区。材料变形比较复杂。 • 应力应变除了与凸缘部分相类似外，还要承受凹
模圆角的压力与弯曲作用，因而还有压应力。
• 该区域径向拉应力最大，径向拉应变也最大，厚
度方向产生压应变，所以材料变薄。
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第7章 拉伸工艺设计
圆筒筒壁区
• 这是已变形区，同时也是传力区。
• 板厚方向没有应力，切向应力是轴向应力
的一半。
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第7章 拉伸工艺设计
底部圆角区
• 是筒壁与筒底的过渡区，与凸缘圆角区的应力应
• 具体的计算方法有解析法、作图法和计算机软件求法等。
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第7章 拉伸工艺设计
➢圆筒形件的拉伸
• 拉伸系数：拉伸件筒部直径与毛坯（或工序件）直径之比。
用m表示。
• 由此可见，拉伸系数必然小于1，并且拉伸系数越小，拉
伸变形越大。
• 极限拉伸系数：能使拉伸继续进行而不致破坏的拉伸系数
极限值，称为极限拉伸系数。用mmin来表示。
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第7章 拉伸工艺设计
➢极限拉伸系数的计算
1 理论估算
a
mmin=
1 1
r 2r
n1
e n
b
这里，n是材料的加工硬化指数，r是材料的各向异性指数，η 是拉伸效率，一般取0.65~0.75
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第7章 拉伸工艺设计
➢极限拉伸系数的计算
2 实验确定 极限拉伸系数一般通过实验确定。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸力与压力机
行程的关系 • 首次拉伸时，极大
值出现在拉伸前期。
• 后次拉伸时，极大
值出现在拉伸后期。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸功的计算
拉伸功按下式计算：W＝ Fmaxh ，J
1000
式中，Fmax是最大拉伸力，N h是拉伸深度，mm λ＝F平均/Fmax，是平均变形力与最大变形力的比值，见
2 计算法
因为dn=mndn_1=mn（n-1）(m1D)， 所以有lgdn＝（n-1）lgmn+lg(m1D)，即n=1+
lg d n lg(m1D) lg mn
3 查表法
根据拉伸件的相对高度（h/d）和板料的相对厚度（t/D），直接查表711拉伸工艺设计
➢变薄拉伸
变相似：径向、切向都是拉应力，厚度方向为压 应力。
• 应变与筒壁相同，但压应变引起的材料减薄更严
重。由于凸模的摩擦阻力作用，筒底材料不可能 弥补伸长导致的减薄，使得该处成为危险断面区， 极易导致拉伸件破裂。
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第7章 拉伸工艺设计
圆筒平底区
• 拉伸一开始，底部就与凸模接触，该区域
一直受双向拉应力作用。
➢拉伸件毛坯尺寸的计算方法
1 对回转体拉伸件，采用圆形毛坯。
毛坯直径D=1.13 f （ F D2 4 ）
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸件毛坯尺寸的计算方法
2 对于复杂形状回转体 • 关键是如何确定其表面积。 • 久里金法则：任何回转体的表面积F，等于其母线长度L与
其重心绕轴线旋转的周长2πx的乘积。即F=2πxL
（d>100mm）的拉伸，斜角通常45º。
注意，拉伸凸模必须开有与大气连通的通气孔 ！
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸模具工作部分设计—圆角半径
一般按下表选取。
首次拉伸 后次拉伸
凸模圆角半径
（0.7 ～1.0）rdi
rpi
di1 di 2
2t
凹模圆角半径
0.8 (D d)t
（0.6～0.8）rdi-1
表7-18。
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第7章 拉伸工艺设计
➢压力机的选取
1 拉伸力验算
一般情况下，压边力和拉伸力同时出现，所以总拉
伸力ΣF=F+Fq
• 浅拉伸时，使ΣF≤（0.7~0.8）F0 • 深拉伸时，使ΣF≤（0.5~0.6）F0
式中，ΣF是总拉伸力，若复合落料或冲孔时，还应累加冲裁 力，N；F0是压力机的公称压力，N
原因：拉深件坯料的形状和尺寸是以制件形状和尺寸 为基础的，拉伸前后坯料并无增减，所以要按“体 积不变原则”和“形状相似原则”确定。
注1：实际计算时，往往忽略坯料厚度变化，采用表面积不变的近似处理。 注2：拉伸变形有许多因素，材料也有各向异性，这些尚不能精确考虑。
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第7章 拉伸工艺设计
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第7章 拉伸工艺设计
注意
• 拉伸是一个塑性变形过程，拉伸后坯料必
然发生加工硬化：强度硬度增加、塑性韧 性降低。
• 因而，拉伸制件的强度、刚度都增强，但
是，进一步塑性变形抗力也增大。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸工艺设计计算—毛坯尺寸计算
原则：体积不变原则，形状相似原则。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸模具工作部分设计—制造公差
• 按照P197 表7-21选取。 • 一般在0.02～0.10mm之间。
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3 不易起皱，不需压料装置，可使用单动压力机成形；
4 一次冲压行程中，可进行多层变薄拉伸，获得很大变形；
5 残余应力较大，需低温回火消除，以免随后自行开裂；
6 摩擦严重，对模具材料和润滑要求高。
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第7章 拉伸工艺设计
➢压边装置的选用
• 是否选用压边装置是一个比较复杂的问题。工程实际上，
冲压工艺与模具设计
第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸：使平板毛坯（工序件）成形为开口
空心制件的冲压工艺。拉伸也称拉深、拉 延、延伸或引伸等。
➢拉伸可制成筒形、阶梯形、锥形、球形、
盒形或其他不规则形状的零件。
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第7章 拉伸工艺设计
➢是三大常用冲压工艺之一，广泛用在汽车、
拖拉机、飞机、钟表、电器、仪表、电子、 轻工和民用产品的冲压生产实际中。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸模具工作部分设计—模具间隙
拉伸模的间隙指的是单边间隙。 1 不带压边圈模具的间隙 Z=（1.0~1.1）tmax
式中，tmax是板料的最大厚度，mm 2 带压边圈模具的间隙 Z=（1.05~1.20）t
注意：一般头几道拉伸模具间隙大于最后拉伸模具间隙。t是材料厚度。
• 实际工作中可通过查阅资料（如表7-8、表7-9和
表7-10）获得。
• 实际冲压生产中采用的拉伸系数不能小于极限拉
伸系数。
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第7章 拉伸工艺设计
➢拉伸次数的确定
1 推算法 直接按照拉伸件的相对厚度，查表获得各次拉伸系数，通过试算
d1=m1D……dn=mndn-1，刚满足条件dn≤d时的n就是拉深次数。
• 变薄拉深主要用来制造厚底薄壁、高度很大的筒
形零件，或用来生产制作波纹管、多层电容的薄 壁管坯等。
• 变薄拉深常用的材料有：铜、白铜、黄铜、磷青
铜；银；铝、铝合金；低碳钢、不锈钢；可伐合 金（铁镍钴合金）等。
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第7章 拉伸工艺设计
➢变薄拉深的特点
1 凸模凹模间隙小于坯料厚度；
2 制件的质量高：壁厚偏差小（±0.01mm以下）、表面粗糙 度低（可达Ra0.2μm以下）、制件性能好（金属晶粒细密， 强度增加）；