冲压工艺学5-拉深
拉深(拉延)
盒形零件可以划分为长度分别为A—2r和B—2r的4个直边部分和半径为 r 的4个圆角 部分(图2—31)。若直边部分和圆角部分的变形没有联系，则盒形件的拉深就是由直边部 分的弯曲和圆角部分的拉深所组成。 但直边部分和圆角部分是一整体，必然有相互的
作用和影响—— 不存在明确的界限。
协调变形，因此它们的成形不是简单的弯曲和拉深，两部分之间并
表2-11
表2-12
图2-29
3） 压料力 压料力的大小对拉深过程有显著的影响。压料力太小，防皱效果不好；压料力太 大，会增加毛坯的内应力，增加拉裂的危险。通常取压料力稍大于防皱所需的最低值， 可按下式确定： Q=F q 式中： Q——压料力，N； F——拉深开始时的压料面积，mm2 ； q——单位压料力，MPa。 (2—22)
而毛坯与凸模之间的摩擦力有减小危险断面传递拉应力的作用，所以生产中常采 用毛坯单面润滑法。实际上，具体为只润滑凹模腔和凹模上平面。 2）拉深力 拉深力和压料力是选择设备的主要依据之一。 拉深力与拉深系数、材料的力学性能、零件的尺寸、模具的结构以及润滑等有关。 生产中常用经验公式计算拉深力： P1=πd1tσb K1 (2—20) Pn=πdntσb Kn (2—21) 式中： P1 、Pn——分别为第一次拉深力和以后各次拉深力，N； d1、dn——分别为第一次拉深和以后各次拉深所得到的拉 深件直径，mm； t——材料厚度，mm； σb ——材料的强度极限，MPa； K1 、 Kn ——系数，可从表2—11和表2—12中查取。
单动压力机上，压料力Q是弹性压料装置的弹性力或气垫中的压缩空气作用力；双 动压力机上的压料力Q则由压力机的压料滑块直接提供。
图2-27
补2-27-1
补2-27-2
补2-27-3
拉深
一．填空1，拉深是利用拉伸膜将平板毛坯制成开口空心件进一步变形的冲压工艺。
2，拉深凸模和凹模与冲裁模不同之处在于，拉深凸凹模都有一定的圆角而不是锋利的刃口，其间隙一般稍大于板料的厚度。
3，拉深系数M是拉深后的工件直径和拉深前的毛坯直径的比值，m越小，则变性程度越大。
4，拉深过程中，变形区是坯料的凸缘部分，坯料变形区在切向压应力径向拉应力的作用下，产生切向压缩合径向伸长的变形。
5，对于直壁类轴对称的拉深件其主要变形特点有小(1)变形区为凸缘部分,(2)坯料变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩与径向伸长，即一向受压，一向受拉的变形.(3)极限变形程度上主要受传力区承载能力的限制。
6，拉深时，凸缘产生变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。
7，拉深中，产生起皱的现实是因为该区域内受较大的压应力的作用，导致材料失稳而引起。
8，拉深件的坯料确定依据是面积相等的原则。
9，拉深件的壁厚不均匀下部壁厚略有减薄上部都有所增厚。
10，在拉深过程中，坯料各区的应力与应变是不均匀的，即使在凸缘变形区也是这样，愈靠近外缘，变形程度愈大板料增厚也愈大。
11，板料的相对厚度t/D越小，则抵抗失稳能力越弱越容易起皱12，因材料性能和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不齐，尤其是经过多次拉深的拉深件，起口部质量更差。
因此在多数情况下要用加大工序件高度或凸缘直径的方法，拉深后在经过切边工序以保证零件质量。
13，拉深工艺顺利进行的必要条件是筒壁传力区最大拉应力小于危险断面的抗拉强度。
14，正方形，盒形件的坯料形状是矩形、盒件的坯料形状为长圆形或椭圆形。
15，用理论计算方法确定坯料尺寸不是绝对准确，因此对于形状复杂的拉深件，通常是先做好拉深模以理论分析方法，初步确定的坯料进行试模，经过反复试模，直到符合要求的冲件时在将符合要求的坯料形状和尺寸作为落料模的依据。
16，影响极限拉深系数的因素有：材料的力学性能、板料的相对厚度、拉深条件等。
冲压工艺学-5-成形工序_拉深
拉 深
直壁回转体件拉深（圆筒形件、带法兰圆筒形件、阶梯形件等） 直壁回转体件拉深（圆筒形件、带法兰圆筒形件、阶梯形件等） 直壁非回转体件拉深（盒形件、椭圆形件等） 直壁非回转体件拉深（盒形件、椭圆形件等） 曲面回转体件拉深（球面零件、锥面零件、抛物面零件等） 曲面回转体件拉深（球面零件、锥面零件、抛物面零件等） 曲面非回转体件拉深（不规则形状零件、汽车覆盖件等复杂形状件） 曲面非回转体件拉深（不规则形状零件、汽车覆盖件等复杂形状件）
6
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第六章 直壁形状零件拉深
3）变形特点 变形特点
法兰部分是变形区，受切向压应力，径向拉应力，产生切向压缩变形，径向 伸长变形。 极限变形程度主要受传力区承载能力限制，同时受变形区失稳起皱的限制。 厚度发生变化，侧壁上部变厚，下部靠近圆角处变薄最严重，为危险断面。
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第六章 直壁形状零件拉深
a) 轴对称旋转体拉深件
3
b) 盒形件
c) 不对称拉深件
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第六章 直壁形状零件拉深
6.2 圆筒形件拉深时的变形特点
材料转移
1.变形特点 1.
1）变形分析 ：根据应力应变状态不同，可将拉深过程的毛坯分成五个 变形分析 部分。 法兰部分－变形区，径向拉应力，切向压应力； 法兰部分
第六章 直壁形状零件拉深
2）厚度分布 厚度分布
拉深变形状态图
拉深过程中板厚应变分布： 实线-未破裂，虚线-破裂
拉深完成板厚应变分布
底部略有变薄，壁部上段增厚，下部变薄，侧壁靠近底部圆角处最严 重，甚至断裂，为危险断面。法兰部分厚度在凹模圆角处稍变薄，在法兰 外缘最厚。另外，拉深件侧壁硬度由底部向口部增大。
模具设计5拉深工艺与模具
•（二）有压边圈装置的简单拉深模
•
正装拉深模
•凸模较长，行程不大。
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•
倒装拉深模
•锥形压边圈将毛坯压成锥形有 利于拉深变形。
模具设计5拉深工艺与模具
•（三）压边圈装置分析 •1、弹性压边装置（用于普通单动压力机）
•a)橡皮压边装置
b)弹簧压边装置
c)气垫压边装置
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模具设计5拉深工艺与模具
模具设计5拉深工艺与模 具
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2020/11/20
模具设计5拉深工艺与模具
概述
• 拉深是将平面板料变成各种开口空心件的冲压工序。
•拉深件的分类：
• 圆筒形零件 • 曲面形零件 • 盒形零件 • 复杂形零件
•拉深件特点：
•效率高，精度高，材料消 耗少，强度刚度高。
•拉深压力机：
•单动、双动、三动压力机 和液压压力机。
模具设计5拉深工艺与模具
二、阶梯形件的拉深特点
• 1、判断能否一（t/D×100>1），而阶梯
之间直径之差和零件的高度较
小时，可一次拉出。
•判断条件：
• 上式中h/d是表6-9中拉深次数为1时的值
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模具设计5拉深工艺与模具
• 2、多次拉深时的拉深方法
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•负间隙拉深
模具设计5拉深工艺与模具
三、拉深凸凹模工作部分的尺寸及其制造公差
•1、最后一道工序： •拉深模工作部分尺寸及公差应按工件要求确定。
•工件要求外形尺寸时：
•工件要求内形尺寸时：
•2、中间各道工序：•凸凹模尺寸取毛坯过渡尺寸
•若以凹模为基准：
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第四章 拉深
dp
rpg
H
rpg
rd
(a)
rpy (b)
图4-6 拉深件圆角半径
3、拉深件的精度
横断面尺寸的精度一般要 求在IT13级以下。如高于 IT13级，应在拉深后增加 整形工序或用机械加工方 法提高精度。
一般壁厚不均，如不允许 须注明
口部应允许稍有回弹，侧 壁应允许有工艺斜度
多次拉深件，起内、外壁 上，或凸缘表面允许留有 压痕
第四章 拉深
4.1 拉深工艺概述
教学要点
【目的要求】 1、拉深工艺性质及其分类 2、拉深变形过程分析 3、拉深工序的主要工艺问题
教学要点
【重点】 1、拉深定义及分类 2、拉深主要变形区、壁厚最薄处及受力情况 3、拉深与冲裁模具结构不同之处 4、拉伸主要工艺问题：起皱与拉裂 【难点】 1、拉深主要变形区及壁厚最薄处的受力情况 2、起皱与拉裂问题出现的原因
变形区—平面凸缘； 已变形区—筒壁； 不变形区—底部。
底部和筒壁为传力区。
已变形区筒壁
变形区-平 面凸缘
不变形区底部
2、无凸缘圆筒形件拉深的变形过程。 通过网络实验可以直观地观察、分析材料在拉深时的变形情
况。 在圆形毛坯的表面上画上许多间距都等于a的同心圆和分度相
等的辐射线，如下图所示
F1
F2
当r d Φ < 2 t或r d Φ < 0.5mm时，也应增加整形工序。
底部的圆角半径应取rpg≥t 。为使拉深变形能顺利进行，常取rpg = （3~5）t。
当rpg<t时，应先以较大的圆角半径拉深，然后增加整形工序逐渐缩小圆 角半径。
矩形拉深件直壁之间的转角半径应取rpy≥3t。为了减少拉深次数， 尽可能使rpy≥0.2H。
模具设计第五章 拉深工艺及拉深模
七、拉深模制造特点
4)由于拉深过程中材料厚度变化及回弹变形等原因，复杂拉深件 坯料形状和尺寸设计值与实际值往往存在误差，坯料形状和尺寸 最终是在试模后确定。 2.拉深模凸、凹模的加工方法
26627D
七、拉深模制造特点
表5-4 拉深凸模常用加工方法
26627D
七、拉深模制造特点
表5-5 拉深凹模常用加工方法
一、拉深变形分析
26627D
图5-3 拉深件的网格变化
二、拉深件的主要质量问题
1.起皱
26627D
图5-4 起皱破坏
二、拉深件的主要质量问题
(1)影响起皱的主要因素 1)坯料的相对厚度t/D。 2)拉深系数ｍ。 (2)起皱的判断 在分析拉深件的成形工艺时，必须判断该冲件 在拉深过程中是否会发生起皱，如果不起皱，则可以采用无压边 圈的模具；否则，应该采用带压边装置的模具，如图5-5所示。
26627D
图5-10 圆筒形件
三、圆筒形件的拉深
解 由于t=2mm>1mm，所以按中线尺寸计算。 1)确定修边余量。 2)计算坯料展开直径。 3)确定是否用压边圈。 4)确定拉深次数。 5)确定各次拉深直径。 6)求各工序件高度。 7)画出工序图，如图5-11所示。
26627D
四、拉深模的典型结构
26627D
图5-9 多次拉深时筒形件直径的变化
三、圆筒形件的拉深
2.拉深系数
表5-3 圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数
3.拉深次数 4.圆筒形件拉深各次工序尺寸的计算
(1)工序件直径 从前面介绍中已知，各次工序件直径可根据各 次的拉深系数算出。
Hale Waihona Puke 26627D三、圆筒形件的拉深
拉深工艺及拉深模具的设计
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
图 4.2.2 拉深工序示意图
《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
拉深系数旳倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：
kn
1 mn
d n 1 dn
拉深系数表达了拉深前后毛坯直径旳变化量，反应了
毛坯外边沿在拉深时切向压缩变形旳大小，所以可用它作为
1.平面凸缘部分
主要变形区
2.凹模圆角区
过渡区
3.筒壁部分
传力区
4.凸模圆角部分
过渡区
5.圆筒底部分
小变形区
《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
图 4.1.5 拉深中毛坯旳应力应变情况
《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计 《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
在拉深后我们发觉如图：工件底部旳网格变化很小， 而侧壁上旳网格变化很大，此前旳等距同心圆，变成了与 工件底部平行旳不等距旳水平线，而且愈是接近工件口部， 水平线之间旳距离愈大，同步此前夹角相等旳半径线在拉
深后在侧壁上变成了间距相等旳垂线，如图所示，此前旳 扇形毛坯网格变成了拉深后旳矩形网格。
3
1.1
m
1
ln
Rt R
在变形区旳内边沿（即 R r 处）径向拉应力最大，其值
为：
1max
1.1 m
ln
Rt r
在变形区外边沿处压应力最大，其值为：
3 max 1.1 m
《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第5章 拉深工艺及拉深模2011.8
第5章拉深工艺及拉深模拉深是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成空心零件的加工方法。
拉深可加工旋转体零件、盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件。
广泛应用于汽车、拖拉机、仪表、电子、航空和航天等各种工业部门和日常生活的生产中。
拉深模的结构一般比较简单，与冲裁模相比，它的凸模与凹模的工作部分均有较大的圆角，表面质量要求高，凸模与凹模的间隙一般略大于坯料厚度。
5．1 拉深变形分析5．2 拉深件的主要质量问题1．起皱在拉深时，凸缘部分材料在直径方向伸长，在圆周方向压缩，当压力达到一定值时，凸缘部分材料便失去稳定而产生弯曲拱起。
这种在的整个凸缘周围产生的波浪形的连续弯曲称为起皱。
2．拉裂3．凸耳5．3 圆筒形件的拉深1．圆筒形工件坯料尺寸的确定方法拉深件坯料尺寸一般是以拉深件尺寸为基础，按体积不变原则和相似原则进行计算。
虽然在拉深过程中坯料的厚度发生一些变化，但在工艺设计时可以不计坯料的厚度变化，按拉深前后坯料面积相等的原则进行计算。
计算坯料尺寸时，当壁厚δ≥1mm时，应按中线尺寸计算。
由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后工件的口部边缘不整齐，需在拉深后进行修边。
因此，计算坯料直径时需增加修边余量。
表5-2为圆筒形工件拉深的修边余量。
当拉深次数多或板料平面上材料组织的方向性差别特别大时，取大值。
当工件的相对高度h/d值很小时，也可不进行修边。
表5-2圆筒形工件拉深的修边余量常见的旋转体拉深件展开后的圆形坯料的直径可参照相关冲压设计资料提供的公式进行计算。
圆筒形工件展开后的坯料直径D的计算公式为D =（d2+4dh-1.72rd-0.56r2）1/2式中：d——圆筒形工件的直径；h——圆筒形工件的高度；r——圆筒形工件底部圆角半径。
2．拉深系数由于拉深工件的高度与其直径的比值不同，有些拉深件可以用一次拉深工序制成，而有些高度大的拉深件，则需要多次拉深才能制成。
在进行冲压工艺过程设计和确定必要的拉深次数时，通常都利用拉深系数作为计算的依据。
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
第四章拉深工艺及拉深模具的设计4.1.1 板料拉深变形过程及其特点拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件, 或将已制成的开口空心件加工成其它形状空心件的一种加工方法。
拉深也称为拉延。
图 4.0.1 所示即为平板毛坯拉深成开口空心件的拉深示意图。
其变形过程是: 随着凸模的下行, 留在凹模端面上的毛坯外径不断缩小, 圆形毛坯逐渐被拉进凸模与凹模间的间隙中形成直壁 , 而处于凸模底面下的材料则成为拉深件的底, 当板料全部拉入凸、凹模间的间隙时，拉深过程结束, 平板毛坯就变成具有一定的直径和高度的开口空心件。
与冲裁工序相比, 拉深凸模和凹模的工作部分不应有锋利的刃口, 而应具有一定的圆角, 凸模与凹模之间的单边间隙稍大于料厚。
用拉深工艺可以成形圆筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物线形等旋转体零件, 也可成形盒形等非旋转体零件, 若将拉深与其他成形工艺(如胀形、翻边等)复合 , 则可加工出形状非常复杂的零件, 如汽车车门等, 如图4.0.2 所示。
因此拉深的应用非常广泛, 是冷冲压的基本成形工序之一。
1—凸模； 2—压边圈； 3—凹模；a) 旋转体零件；b) 对称盒形件；c)不对称复杂零件4—坯料； 5—拉深件 4.0.2拉深件示意图图 4.0.1 圆筒件的拉深图拉深工艺可分为不变簿拉深和变簿拉深两种。
后者在拉深后零件的壁部厚度与毛坯厚度相比较，有明显的变簿，零件的特点是底部厚，壁部簿(如弹壳、高压锅)。
4.1 拉深变形过程分析4.1.1 板料拉深变形过程及其特点若不采用拉深工艺而是采用折弯方法来成形一圆筒形件, 可将图 4.1.1 毛坯的三角形阴影部分材料去掉, 然后沿直径为d 的圆周折弯, 并在缝隙处加以焊接，就可以得到直径为 h, 高度为 h=(D-d)/2, 周边带有焊缝的开口圆筒形件。
但圆形平板毛坯在拉深成形过程中并没有去除图示中三角形多余的材料，因此只能认为三角形多余的材料是在模具的作用下产生了流动。
第六章拉深(5—7)
r rd
D 1.13 B 2 4B(H - 0.43rd ) - 1.72r(H 0.5r) - 4rd (0.11rd - 0.18r)
3、多次拉深成形高矩形盒形件的坯料
坯料形状： 椭圆形——形状准确，公式见P189 长圆形——形状不太准确，但落料模制造容易 圆形——L与B相差不大时 多边形——大型件采用
第五节
一、带凸缘圆筒形件的拉深 窄凸缘 宽凸缘
其它形状零件的拉深特点
dt 1.1 ~ 1.4 d
dt 1. 4 d
共同点：变形区应力应变状态相同
与无凸缘件变形比较 区别：首次拉深 （一）变形程度 1．拉深系数
d mt D
D d t2 4dh 3.44dR
当底部圆角半径r与凸缘圆角R相等
dt 相同时， mt 才能比较变形程度的大小。 d
思考： 表5-5为首次拉深有凸缘件极限拉深系数，由表可见，其值比无凸 缘件表5-3m1小，为什么？
2．判断能否一次拉深成功
查表5-5，总拉深系数大于表中数值 可一次成形 查表5-6，相对高度h/d小于表中数值 查图5-18，位于曲线下侧的点，能一次成形。
lZ H 0.57rd
（2）圆角——按拉深
R r 2 2rH - 0.86rd (r 0.16rd )
r rd
R 2rH
(3)修正光滑过渡
r rd
中点→ 切线 → R连接
2、多次拉深成形高方盒形件坯料的确定 坯料形状：圆形 坯料尺寸：
r rd
D 1.13 B 2 4B(H - 0.43r) - 1.72r(H 0.33r)
保证周边各点不超过其抗拉强度允许极限
保证变形区各部分变形均匀一致。
05-拉深成形
①设计拉深件时应尽量减少其高度，使其可能用一次或两次 拉深工序来完成。 ②对于盒形件．一次制成的条件为：当盒形件角部的圆角 半径r=(0. 05～0.20)B(式中，B为盒形件的短边宽度)时，拉 深件高度h<(0 .3～0 .8)B 。 ③对于凸缘件，一次制成的条件为；零件的圆筒形部分直径 与毛坯的比值d/D≥0.4。
m总
=
dn D
d1 d1 D d2
d2 d3
dn dn1
m1 m2
m3
m4
mn
mn—— 第n次拉深工序的拉深系 数； dn — 第n次拉深工序后圆筒形件 的直径； dn-1— 第n-1次拉深工序所用的圆 筒形件的直径。
毛坯尺寸的确定
• 拉深成形零件的毛坯展开尺寸是根
据塑性变形体积不变定律计算的。
⑥摩擦和润滑条件 在凹模面和压料圈与材料接触的部分 进行润滑，可以降低筒壁承受的拉应力，提高材料的拉 深成形极限。而毛坯与凸模面之间的摩擦力可减少危险 断面的拉应力作用，因此凸模表面不必做得很光滑，也 不需要润滑。
拉伸系数的确定
• 拉深系数的确定，既要保证拉深能够进行，不发生破裂 或起皱．又要充分利用材料的塑性变形能力。
当拉深行程较大时，应选择总压 缩量大、压边力随压缩量缓慢增 加的弹簧。橡皮应选用软橡皮， 橡皮的压边力随压缩量增加很快， 因此橡皮的总厚度应选太些，以 保证相对压缩量不致过大。
压边装置 刚性压边装置
压边力不随行程变化，拉深效果较好。 模具压边部分安装在压力机的外滑块上，利用外滑块压力 进行压边。这种压边方式的优点是可以通过调节压力机外 滑块的封闭高度调整压边力的大小，在拉深过程中压边力 保持恒定。刚性压边圈的类型。（a）、 （b）、（c）、 （d）用于首次拉深，其中（a）为常用结构，（b）、（c） 在拉深凸缘宽度很宽的带凸缘件时采用，（d）可以通过修 磨限位钉调整压边力的大小，并使压边力在拉深过程中保 持不变。（e）、（f）用于以后各次拉深，（e）采用固定 限位柱，（f）采用可调限位柱。
拉深工艺与拉深模
第一次k1
n
以后各次拉深：F
dn t b k 2
d 式中： 1…dn—各次拉深后工件直径，mm。
k1、k2—系数，查下页表
（2）矩形等非圆形拉深件，拉深力的计算式：
F=Ltσbk
式中： L —拉深件截面周长
线可知，橡胶与弹簧压边力正好与所需相反，随拉
深程度的增加而增加，因此，橡胶与弹簧结构只用 于浅拉深；气垫压边力可认为不随行程变化，压边 效果好，但其结构相对复杂，制造维修不易，且需 压缩空气，限制了其应用。 为克服弹簧和橡胶压边的缺点，可采用带限 位装置（定位销、柱销或螺栓）的压边装置。
固定式 第一次拉深
落料拉深复合模 采用条料作
为坯料，工件坯
料落下后在模具
中自动定位，模
具生产效率高， 操作方便，工件 质量易保证，经 常采用。 1-导料板 2-卸料板 3-打料杆 4-凸凹模 5-上模座 6-下模座 7-顶杆 8-压边圈 9- 拉深凸模 10-落料凹模
双动压力机上使用的首次拉深模
外滑块与1连，
内滑块与2、3连， 拉深时，1后下行； 结束时，1先回复。 双动压力机外
m总= dn / D =m1• m2 • m3• • • mn
即，总拉深系数为各次拉深系数的乘积 注意：生产实际中，有时用拉深比kn表示拉 深变形程度。 kn =1/mn
③意义 a）拉深系数是拉深变形工艺中的重要参数，是拉深 工艺计算的基础；
b）拉深系数是拉深变形程度的标志。拉深系数大，
即拉深变形程度小，材料塑性未被充分利用，拉 深次数增加，模具数量增加，成本提高；拉深系 数小，拉深前后工件直径变化就大，即拉深变形 程度大，拉深就可能无法进行。 c）实际生产中选用拉深系数时应在充分利用材料塑
5-拉深
与
max
的r ma变x 化规律
max 1.1 i
r max
1.1
i
ln
Rt r0
1.1
i
ln
R0 Rt r0 R0
1.1
i
ln
Rt R0
ln m
max r max
=
a m
b
b
18
板料成形
5.3 拉深系数与应变 如果圆板毛料的直径为D0，拉深后筒形件的平均直径为 d，通常以筒形件直径与毛料直径的比值m表示拉深变 形程度的大小。
数 m。拉深系数愈小， pmax愈大。当增加到危险断面的抗拉强度，
使危险断面濒于拉断时，这种极限条件下的拉深系数称为极限拉 深系数 。mmin
mmin
a
n1
1r
1
2r
en b
31
板料成形
5.6.3 影响极限拉深系数的因素
材料的机械性能
材料机械性能指标中，影响极限拉深系数的主要指
标是材料的强化率（ 数r。
5
板料成形
拉 深 的 网 格 试 验
6
板料成形
毛坯拉深中的应力与应变
下标1、2、3分 别代表坯料径向、 厚度方向、切向 的应力和应变
拉 深 过 程 的 应 力 与 应 变 状 态
7
板料成形
毛坯拉深中的应力与应变
平面凸缘部分（主要变形区）
径向拉应力 、1 切向压
应力 3 ，在板厚方向，
因采用压边装置，则产
相对半径 rd / t 2 时，弯曲开裂
9
板料成形
毛坯拉深中的应力与应变
筒壁部分（传力区）
将凸模的拉应力 传递到凸缘，变 形是单向受拉， 厚度变薄。
拉深方法简介
1.2 变薄拉深
拉深方法简介
1.2 变薄拉深
拉深方法简介
1. 凸、凹模之间的间隙小于材料的厚度，毛坯的筒壁部分
显著变薄，同时侧壁高度增加。
2. 拉深件的表面粗糙度可达 Ra 0.2 μm以下 。
3. 拉深过程中摩擦严重，对润滑及模具材料要求较高 。
4. 拉深中不易起皱，不需要压边装置，可在单
冲压工艺与模具设计
动压力机上进行深拉深 。
1.2 变薄拉深
拉深方法简介
（1） 毛坯尺寸按变形前后体积不变
原则确定。
（2）变薄拉深的变形程度用变薄 系数表示。即：
1.2 变薄拉深
拉深方法简介
变薄系数
1.2 变薄拉深
拉深方法简介
变薄拉深通用模
1—压圈； 2—凸模； 3—下紧固圈； 4—卸件器： 5— 6—拉簧； 7—凹模； 8—定位圈； 9— 10—上紧固圈； 11—上模座
冲压工艺与模具设计
1.1 软模拉深
拉深方法简介
液体凸模拉深的变形过程
1.1 软模拉深
拉深方法简介
（1）聚氨酯凹模拉深
1—容框； 2—聚氨酯橡胶； 3—毛坯； 4—凸模； 5—压边圈
1.1 软模拉深
拉深方法简介
（2）液压凹模拉深
液压凹模拉深工作原理 1—溢流阀； 2—凹模； 3—密封圈； 4—压边圈；
第五章 拉深工艺与拉深
5.1 圆筒件拉深变形过程分析
一,圆筒件拉深变形过程分析 (二)拉深变形过程
2.拉深变形过程 外力 凸缘产生内应力:径向拉应力σ1;切向压应力σ3 凸缘塑性变形:径向伸长,切向压缩,形成筒壁 直径为d高度为H的圆筒形件(H>(D-d)/2)
5.1 圆筒件拉深变形过程分析
二,拉深过程中坯料内的应力与应变状态
5.4 拉深模工作部分设计
一,凸,凹模的圆角半径
1.凹模圆角半径的确定 首次(包括只有一次)拉深凹模圆角半径可按下式计算:
rA1 = 0.8 ( D d )t
或
rA1 = c1c 2 t
rAi = (0.6 ~ 0.8) rAi 1
以后各次拉深凹模圆角半径应逐渐减小,一般按下式确定: (i=2,3,…,n)
双动压力机用拉深模刚性压边装置 动作原理
返回
带刚性压边装置拉深模
1-固定板 2-拉深凸模 3-刚性压边圈 4-拉深凹模 5-下模板 6-螺钉
返回
筒形件的切边原理
返回
返回
返回
返回
�
m= d n d1 d 2 d 3 d d = n 1 n = m1 m2 m3 mn 1mn D D d1 d 2 d n 2 d n 1
如果m取得过小,会使拉深件起皱,断裂或严重变薄超差. 极限拉深系数[m] 从工艺的角度来看,[m]越小越有利于减少工序数.
5.2 拉深工艺计算
一,拉深系数与极限拉深系数
d1 m 第一次拉深系数: 1 = D
m 第二次拉深系数: 2 =
d2 d1
第n次拉深系数: n = d n m
d n 1
5.2 拉深工艺计算
一,拉深系数与极限拉深系数
1.拉深系数的定义(续) 拉深系数m表示拉深前后坯料(工序件)直径的变化率. m愈小,说明拉深变形程度愈大,相反,变形程度愈小. 拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积,即
各工序压边力的计算
二、拉深力的计算
对圆筒形件，拉深力计算： F=Kπdtσb
k—修正系数
压力机的总压力根据拉深力和压边力的总 和选择： F F FQ
当拉深行程较大，特别是采用落料拉深复合模 时，不能简单地将落料力与拉深力迭加来选择 压力机，因为压力机的标称压力是指在接近下 死点时的压力机压力。因此，应该注意压力机 的压力曲线。
D m
用普通的平面凹模拉深时，毛坏不起皱的 条件是： t (0.09 ~ 0.17 )(1 m) 首次拉深 D t 1 以后各次拉深 D (0.09 ~ 0.17 )( m 1)
（二）压边力计算
压边力过大，会增大拉入凹模的拉力，使危险 断面拉裂； 如果压边力不足，则不能防止凸缘起皱。
按下式计算： 浅拉深时： F (0.7 0.8)F0 深拉深时： F (0.5 0.6)F0
式中 F ——拉深力、压边力以及其他变形力的 总和； F0 ——压力机的标准压力。
本节结束
第五章 拉深工艺与模具设计
§5-5压边力、拉深力的计算
一、压边形式与压边力
（一）采用压边的条件
压边装置的作用就是在凸缘变形区施加轴向 （材料厚度方向）压力，防止起皱。
用锥形凹模拉深时，材料不起皱的条件是： t 首次拉深 D 0.03(1 m) t 1 以后各次拉深 0.03( 1)
2．以后各次拉深模
压边圈的形状为筒形（图48b、c）。毛坯均为筒形， 其稳定性比较好，在拉深过程中不易起皱，因此一般 所需的压边力较小。大多数以后各次拉深模，都应使 用限位装置。
3．在单动压力机上进行拉深
压边力靠弹性元件产生，称作弹性压边装置。 常用的弹性压边装置有橡皮垫、弹簧垫和气垫 三种（图4-49）。弹簧垫和橡皮垫的压力随行 程增大而增大，这对拉深不利。
16大“拉深加工”类型，原来拉深工艺分的这么细~
16大“拉深加工”类型，原来拉深工艺分的这么细~拉深（成形）加工是利用模具将平板毛坯成形为开口空心零件的冲压加工方法。
拉深作为主要的冲压工序之一，应用广泛。
用拉深工艺可以制成圆筒形、矩形、阶梯形、球形、锥形、抛物线形及其他不规则形状的薄壁零件，如果与其他冲压成形工艺配合，还可制造形状更为复杂的零件。
使用冲压设备进行产品的拉深（成形）加工，包括：拉深加工、再拉深加工、逆向拉深、曲面成形及变薄拉深加工等。
拉深加工（Drawing），使用压板装置，利用凸模的冲压力，将平板材的一部分或者全部拉入凹模型腔内，使之成形为带底的容器。
容器的侧壁与拉深方向平行的加工，是单纯的拉深加工，而对圆锥（或角锥）形容器、半球形容器及抛物线面容器等的拉深加工，其中还包含扩形加工。
再拉深加工，即对一次拉深加工无法完成的深拉深产品，需要将拉深加工的成形产品进行再次拉深，以增加成形容器的深度。
逆向拉深加工，将前工序的拉深工件进行反向拉深，工件内侧变成外侧，并使其外径变小的加工。
变薄拉深加工，用凸模将已成形容器挤入比容器外径稍小的凹模型腔内，使带底的容器外径变小，同时壁厚变薄，既消除壁厚偏差，又使容器表面光滑。
使用冲压设备的拉深加工，包括以下16大类型：（1）圆筒拉深加工（Round drawing）如图1a所示，带凸缘（法兰）圆筒产品的拉深。
法兰与底部均为平面形状，圆筒侧壁为轴对称，在同一圆周上变形均匀分布，法兰上毛坯产生拉深变形。
圆筒拉深加工极限参考值如图1b所示。
图１（2）椭圆拉深加工（Ellipse drawing）如图2所示，法兰上毛坯的变形为拉深变形，但变形量与变形比沿轮廓形状相应变化。
曲率越大的部分，毛坯的塑性变形量就越大；反之，曲率越小的部分，毛坯的塑性变形越小。
（3）矩形拉深加工（Rectangular drawing）如图3所示，一次拉深成形的低矩形件。
拉深时，凸缘变形区圆角处的拉深阻力大于直边处的拉深阻力，圆角处的变形程度大于直边处的变形程度。
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四、毛坯尺寸的确定
体积不变原则: 若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与
拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。 相似原则: 拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。 但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。 形状复杂的拉深件： 需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。 拉深件的模具设计顺序： 先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。 切边工序：拉深件口部不整齐，需留切边余量。
以后各次拉深 F 1.3 (d i 1 d i )t b （ｉ＝2、3、…、ｎ）
第五章 拉深
第四节 拉深模设计计算
筒 壁 的 拉 裂
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
一、拉深件的修边余量
材料力学性能的不均 匀性，模具间隙分布 的不均，摩擦阻力的 不均以及定位不准确 等原因，拉深件的口 部或凸缘周边不齐， 需要修边。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
一、拉深件的修边余量
材料力学性能的不均 匀性，模具间隙分布 的不均，摩擦阻力的 不均以及定位不准确 等原因，拉深件的口 部或凸缘周边不齐， 需要修边。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
例 求右下图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。 材料为10钢，板料厚度ｔ＝2ｍｍ。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
解：因ｔ＞ 1 ｍｍ，故按板厚中径尺寸计算。 （１）计算坯料直径 H 76 1 75 根据零件尺寸，其相对高度为 d 30 2 28 2.7 查表得切边量
第二节 圆筒形件拉深变形分析
二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态
拉深过程中某一瞬间坯料的应力、应变状态
1.凸缘部分 应力分布图
径向应力 1 1.1 sm ln Rt R
切向应力 3 1.1 sm （1 ln Rt ） R
2.凹模圆角部分 3.筒壁部分 4.凸模圆角部分 5.筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的。 拉深成形后制件壁厚和硬度分布
四、毛坯尺寸的确定 （三）复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定
先沿厚度中线将复杂旋转体轮廓 线分成直线和圆弧，找出每一段 的形心和长度，按下式计算毛坯 的直径。
D 8 Rxi Li
i 1
n
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定
D 8 Rxi Li
i 1
n
第五章 拉深
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂
拉深过程中的质量问题：
主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。
凸缘区起皱： 由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲； 传力区拉裂： 由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂（续）
第五章 拉深
拉 深 件 类 型
a）轴对称旋转体拉深件 b)盒形件 c)不对称拉深件
第五章 拉深
１-模柄 ２ -上模座 ３凸模固定板 ４弹簧 ５-压 边圈 ６-定位 板 ７-凹模 ８-下模座 ９ -卸料螺钉 10凸模
拉 深 模 结 构 图
第五章 拉深
拉深变形过程
第五章 拉深
拉 深 的 网 格 试 验
第五章 拉深
拉 深 过 程 的 应 力 与 应 变 状 态
下标1、2、3分 别代表坯料径向、 厚度方向、切向 的应力和应变
第五章 拉深
圆 筒 形 件 拉 深 时 凸 缘 变 形 区 的 应 力 分 布
第五章 拉深
拉深件的壁厚和硬度的变化
第五章 拉深
凸 缘 变 形 区 的 起 皱
第五章 拉深
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂（续）
2.筒壁的拉裂
主要取决于：
1.筒壁传力区中的拉应力；
2.筒壁传力区的抗拉强度。
当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在 底部圆角与筒壁相切处——“危险断面”产生破裂。
防止拉裂：
一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度； 另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所 受拉应力。
1.凸缘变形区的起皱
主要决定于：
一方面是切向压应力σ 3的大小，越大越容易失稳起皱； 另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。 凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越 小，抵抗失稳能力越小。
最易起皱的位置：凸缘边缘区域 起皱最强烈的时刻： 在Rt=（0.7～0.9）R0时 防止起皱：压边
第五章 拉深
例 （续） （２）确定拉深次数
查表5-2得各次极限拉深系数ｍ1＝0.50，ｍ2＝0.75，ｍ3＝0.78， ｍ4＝0.80，…。 故ｄ1＝ｍ1Ｄ＝0.50×98.2ｍｍ＝49.2ｍｍ ｄ2＝ｍ2ｄ1＝0.75×49.2ｍｍ＝36.9ｍｍ ｄ3＝ｍ3ｄ2＝0.78×36.9ｍｍ＝28.8ｍｍ
h 6mm
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
解：
查表得切边量
h 6mm
由前面推得的坯料直径公式为
D d 2 4d ( H h) 1.72 dr 0.56 r 2
代已知条件入上式得Ｄ＝98.2ｍｍ
第五章 拉深
例 （续） （２）确定拉深次数 t 2 坯料相对厚度为 D 98.2 100 % 2.03% 2% 按表下表可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。 根据ｔ/Ｄ＝2.03％，
当 m总＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。 其拉深次数的确定有以下几种方法： （1）查表法
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
三、拉深次数的确定
（2）推算方法 1）由表5-2中查得各次的极限拉深系数； 2）依次计算出各次拉深直径，即 ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１；
ｄ4＝ｍ4ｄ3＝0.8×28.8ｍｍ＝23ｍｍ
此时ｄ4＝23ｍｍ＜28ｍｍ，所以应该用4次拉深成形。
第五章 拉深
例（续） （３）各次拉深工序件尺寸的确定 经调整后的各次拉深系数为：
ｍ1＝0.52，ｍ2＝0.78，ｍ3＝0.83，ｍ4=0.846
各次工序件直径为 …… 各次工序件底部圆角半径取以下数值： ｒ1＝8ｍｍ，ｒ2＝5ｍｍ，ｒ3＝4ｍｍ
第5章 拉深
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 拉深过程分析 圆筒形零件拉深的有关尺寸的确定 拉深模设计计算
第五章 拉深
第一节 概述
拉深：
又称拉延，是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯 料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。 它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒 形零件及其它形状复杂的薄壁零件。 变薄拉深 拉深模： 拉深所使用的模具。 拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较 大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大 于板料厚度。 拉深
各次工序件高度为
……
第五章 拉深
例（续） （4）工序件草图
第五章 拉深
第四节 拉深模设计计算
一、力和功的计算
1. 拉深力 采用压料圈拉深时 首次拉深 F d1t b K1 以后各次拉深 F d i t b K 2 （ｉ＝2、3、…、ｎ） 不采用压料圈拉深时
首次拉深 F 1.25 ( D d1 )t b
3）当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
三、拉深次数的确定
（3）计算方法 拉深次数 n 1
lg d 1gm1D lg m均
式中 d——冲件直径；
D——坯料直径；
m1——第一次拉深系数； m均——第一次拉深以后各次的平均拉深系数。
第五章 拉深
如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。 极限拉深系数［m］ 从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
二、拉深系数与极限拉深系数
２．影响极限拉深系数的因素 （1）材料的组织与力学性能 （2）板料的相对厚度 t / D ［m］ （3）拉深工作条件 1）模具的几何参数 2）摩擦润滑 3）压料圈的压料力 （4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等
2
4
( d 2r ) 2
整理后可得坯料直径为:
D (d 2r ) 2 4d ( H r ) 2r (d 2r ) 8r 2 d 2 4dH 1.72dr 0.56r 2
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （三）复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定
久里金法则求其表面积：
任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于 该母线的长度与其形心绕该轴线旋转所得周长的乘积。 如右图所示，旋转体表面积为
A 2Rx L
因拉深前后面积相等，故坯料直径D：
D2
4 2 Rx L D 8Rx L
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （一）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定
1．将拉深件划分为若干个简单的几何体；
2．分别求出各简单几何体的表面积；
3．把各简单几何体面积相加即为零件总面积；
4．根据表面积相等原则，求出坯料直径。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （二）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定