第四章 拉深汇总
钣金与成型第4章 拉深
拉
深
航空航天工程学部 主讲： 贺平
重点内容： 1.拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 2.拉深工艺计算方法； 3.拉深工艺性分析与工艺方案制定。
难点内容： 1.拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 2.拉深工艺计算 ； 3.其它形状零件的拉深变形特点 。
4、 1
圆筒件拉深的变形过程
1 、 圆筒件拉深时的应力应变状态
d d d dt dt 2 d sin t 0 2 d d
首次拉深某瞬间毛坯凸
1) 拉深过程法兰区(凸缘区)的应力分布 （图4-6） 设为无压边拉深，忽略厚向应力，即 确定凸缘区的径向应力 求解过程：建立微分平衡方程：
说明：1） 式中 Rw 是变化的，因此厚度的应变分布规律是动态的； 定
t
2）厚度变化分界线 0.607Rw 是近似的，因为其推导中假 0 。
3）圆筒壁和筒底材料的变形：凸缘区材料经过圆角区拉入凹模型腔时， 在凹模圆角处，材料除受径向拉伸外，同时产生塑性弯曲，使板厚减小。进 一步从凹模圆角区拉向筒壁时，又要被校直，即经受反向弯曲。
说明：1）凸缘外区应力状态以压应力为主，内区以拉应力为主。
即为外区增厚，内区减薄。
2）在凹模型腔入口处，径向应力最大，即：
max | a
a
3）凸缘上切向应力恒为负值，
s
说明增大 ， 可减小 。 （图）
特点：
⑴ 径向拉应力在凸缘外边缘处总是零； ⑵ 切向压应力在凸缘外边缘处达最大值， 在筒壁处为最小值； ⑶ 外区切向压应力大于径向拉应力；
2 2 ( R02 H ) ( Rw 2) 2 H R02 2 Rw
第四章 拉深
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析（续）
1、凸缘变形区的应力分析（续） （2）最大径向拉应力σ1max的变化规律：
在变形区的内边缘（即R=r处） 径向拉应力最大，其值为：
1max
1.1 s
ln
Rt r
s：加工硬化
变形区Rt
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
三、拉深变形过程的力学分析（续）
角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。
１-模柄 ２
拉
-上模座 ３-
深
凸模固定板 ４-
模
弹簧 ５-压
结
边圈 ６-定位 板 ７-凹模 ８-下模座 ９
构 图
-卸料螺钉 10-
凸模
§4.1 圆筒件拉深的变形过程
一、拉深变形过程
圆筒形件是最典型的拉深件。 （一）拉深变形过程及特点（如图）
1、金属的流动过程 在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与相同弧
三、拉深变形过程的力学分析（续）
1、凸缘变形区的应力分析（续） （1）拉深中某时刻变形区应力分布（续）
平衡方程：
Rd1 (1 3 )dR 0
屈服条件：
1 3 s 1.1 s
由上述两式，并考虑边界条件(当R=Rt时，σ1=0)，经数学 推导就可以求出径向拉应力，和切向压应力的大小为：
d
2 r1 t f
ln
r r1
4 37
拉深力F应等于dW dh
，它在拉深开始时，r
R0
具有最大值，故
Fm a x
2
r1
t
f
ln
R0 r1
拉深ppt专题培训
第四章 拉深
2. 凸缘厚度应变εt旳讨论：（σt=0）
(2).原板厚t0变形后凸缘外援tk =0凸缘最外缘处，
ln tk 1 ln 2r 1 ln r
t0
2 2R0
2
R0
ln tk ln R0
t0
r
tk t0
R0 r
tk t0
D d
R0:变形过程中最外层纤维半径 r:凸模半径
第四章 拉深
第四章 拉深
第一节 圆筒形件拉深变形过程 四、圆筒零件拉深过程中出现问题及预防措施
拉深过程中旳质量问题：
主要是凸缘变形区旳起皱和筒壁传力区旳拉裂。
凸缘区起皱：因为切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲； 传力区拉裂：因为拉应力超出抗拉强度引起板料断裂。
第四章 拉深
四、圆筒零件拉深过程中出现问题及预防措施
Rw
1
d
1
s
0
d
ln Rw
ln
1
s
ห้องสมุดไป่ตู้(0 )
ln Rw
s
s
ln
Rw
s
s (1
ln
Rw
)
第四章 拉深
圆
筒
形
件 拉 深
s
ln
Rw
时
凸
缘
变
形 区
s (1 ln
Rw )
旳
应
力
分
布
第四章 拉深
s ln
Rw
s
(1
ln
Rw
)
dp
2
dp
2
ρ最大 θ最小
Rw Rw
1.凸缘变形区旳起皱
原因： 一方面是切向压应力σθ旳大小，越大越轻易失稳起皱；
第4章 拉深
d d
拉深过程法兰区(凸缘区)的应力分布 （图4-6） 设为无压边拉深，忽略厚向应力，即 t 0 ，确定凸缘区
0
若不考虑加工硬化，则由屈服条件（TResca)知：
s
由前两式得：
d d
s 0 d
d s
当 D d 18t 时，压边力为零，拉深时可不用压边圈。 而 rd / t 对径向应力的影响较大：
当 rd (8 10)t 时，弯曲附加应力
弯
0.05 s
；
当 rd (1 2)t 时，弯曲附加应力 弯 (0.2 ~ 0.3) s
；
，
当 rd 接近零时，弯曲附加应力
拉 深 的 网 格 试 验
2、圆筒件拉深的力学分析（图4-5）
法兰区（凸缘区）： 法兰区（凸缘区）可看成一个圆环形薄板，内 孔沿径向受均匀的拉伸力作用。 凹模圆角区： 板料在区变形复杂接近拉弯，切向有压缩变形。
筒壁区： 是法兰区（凸缘）材料拉入凹模内形成的已变形区， 也是传力区。将凸模的拉深力传递到凸缘。还可视为受单向 拉应力状态。 凸模圆角区： 板料沿径向受强烈的拉伸作用。 筒底区： 沿径向受均匀的拉伸力作用。
皱褶出现部位不同分为：外皱——凸缘区起皱 内皱——凸、凹模之间悬空部分材料 起皱主要是凸缘区切向应力超过板料临界压应力所引起 的。 切向应力最大值产生在凸缘区的外缘处，起皱首先在此处 开始。 毛坯不产生起皱的条件： 1）对平端凹模
max | a
a
3）凸缘上切向ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力恒为负值，
s
说明增大 ， 可减小 。
（图）
(4-4)圆筒形件拉深工艺计算汇总
复习上次课的内容
1.拉深件坯料尺寸的计算遵循什么原则？
2.简单旋转体与复杂旋转体的拉深件坯料尺寸的计算方法 与步骤？
第四章 拉深工艺与拉深模设计
第四节 圆筒形件拉深工艺计算
一、拉深系数与极限拉深系数
1.拉深系数的定义
拉深系数m是以拉深后的
直径d与拉深前的坯料D
（工序件dn）直径之比表
第四节 圆筒形件拉深工艺计算
二、拉深次数与工序件尺寸
１．拉深次数的确定 （２）推算方法
1）由表4.2.4或表4.2.5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； 3）当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。
第四节 圆筒形件拉深工艺计算
3）材料的表面质量 材料表面光滑，拉深时摩擦力小而容易流动， mmin可减小。
第四节 圆筒形件拉深工艺计算
一、拉深系数与极限拉深系数
２．影响极限拉深系数的因素
（2）模具方面
1）凸模圆角半径和凹模圆角半径
凸模圆角半径过小时，筒壁和底部的过渡区弯曲变形大，使危险断面 的强度受到削弱， mmin应取较大值；
一、拉深系数与极限拉深系数
２．影响极限拉深系数的因素
（1）材料方面
1）材料的力学性能和组织 塑性好、组织均匀、屈强比小，拉深成形性能好，可以采用较小的mmin 。 2）毛坯的相对厚度 t / D
t / D 小时，拉深变形区易起皱。为了防皱增加压料力，又会引起摩 擦阻力增大，变形抗力加大，使mmin提高。t / D 小， mmin可提高；反之， 可选用较小mmin。
D 98.2
按表4.4.4可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。
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4.1 拉深概述
不变薄拉深：
把毛坯拉压成空心体，或者把空心体拉压成外形更小而板厚 没有明显变化的空心体的冲压工序。
变薄拉深是指凸、凹模之间间隙小于空心毛坯壁厚，把空心 毛坯加工成侧壁厚度小于毛坯壁厚的薄壁制件的冲压工序。
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。
拉深件工艺性内容： （1）对拉深件的外形尺寸的要求 ; （2）对拉深件形状要求 : （3）拉深件的圆角半径 ; （4）尺寸公差等级及表面质量的要求 (表4-2，4-3，4-4）。
带台阶拉深件高度尺寸的标注
拉深件的圆角半径
拉深件结构的修改
4.3 旋转体拉深件毛坯尺寸计算
4.3.1 计算方法
拉深件毛坯尺寸确定的原则：
【例4-1】 求无凸缘筒形件的毛坯直径尺寸。
4.3.4 复杂旋转体拉深件毛坯尺寸计算
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重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
A2RxL
因拉深前后面积相等，故坯料直径D：
D 2 4
拉深使用设备：单双三动压力机或液压机
拉深 不变薄拉深 变薄拉深
拉深模：拉深工序所使用的模具。
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。
拉深件示例
拉深件示例
不变薄拉深
变薄拉深
4.2 圆筒形拉深件拉深变形过程及 拉深件的工艺性
4.2.1 拉深变形过程 1.毛坯受力分析
本章重点
1． 拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 2． 拉深工艺计算方法； 3． 拉深工艺性分析与工艺方案制定； 4． 拉深模典型结构与结构设计； 5． 拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。
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。
第4章 拉深(4h)
4. 拉深功的计算 由于拉深行程较长，按拉深力选择冲压设备时，有可能 压力机的电机功率不能满足要求，因此，拉深时常计算拉 深功，校核电机功率。 拉深功A A=（0.6~0.8）Ph 式中： A——拉深功（J） P——最大拉深力（N） h——拉深深度（m） 压力机电机功率Pd的校核计算： Pd=nkA/（61200η1η2） 式中： k——不均衡系数，取1.2~1.4 n——压力机每分钟行程次数 η1——压力机效率，取0.6~0.8 η2——电动机效率，取0.9~0.95
切向压应力越大，越容 易失稳起皱。
第4章 拉 深
3.防止起皱的措施
4.2 筒形件拉深的质量问题及防止措施
主要措施有二：压边和反拉深 压边——在凹模上口面配置压 边圈，压边圈的下面（工作面） 距凹模上口面的间隙略大于料厚， 在拉深过程中，压边圈给毛坯有 一定的压力，使毛坯在此间隙中 流动，以限制毛坯的起皱。 压边圈有弹性和刚性之分。 反拉深前面已介绍。
二.拉深间隙Z
4.5 筒形件拉深模工作部分设计
拉深间隙通常指单边间隙。确定原则： 既要考虑板料厚度公差，又要考虑筒形件口部的增厚 现象。根据拉深时是否采用压边和制件尺寸精度、表面粗 糙度要求合理确定。 1.不用压边圈时 Z=（1.0~1.1）tmax 式中：Z——单边间隙，末次拉深取小值，中间拉深 取大值。 tmax——板料厚度的上限值 2.用压边圈时，按P137表4.11选取。
图c：圆弧压边圈，用于带凸缘拉深，可防止拉深结束时起皱。 图d：带限位装置压边圈，改善弹性压边力大小，均衡压边力。
第4章 拉 深
后续拉深的压边圈的形式
4.3 压边方式设计
通过调节限位秆的高度而改变压边力的大小。
第4章 拉 深
二.压边力的计算
第4章 拉深
3 凸、凹模工作部分尺寸及公差： 1）最后一道工序拉深模工作部分尺寸及公差按工件要求确定。 （1）当工件尺寸标注在外形时，以凹模为基准。 0 +Δ D -Δ Z/2 Dp D 0 Z/2 dp
Dd (a)
Dd=(Dmax-0.75Δ)
+δd 0
dd (b)
图4.20 拉深凸凹模尺寸的确定
Dp=(Dmax-0.75Δ-Z) -δp
(4—8)
(4—9
以后各次 (t/dn－1)×100 1～1,5 ＞ 1.5 mn ＜0.8 0.8 ＞ 0.8
2 压边力： 压边力 F压=sp (4—10) 式中：s 在压边圈下毛坯的投影面积，单位mm2 p 单位面积 压边力，表4.9。 F总=F+F压 3 工作总压力 第一次拉深 F总≤（0.7～0.8）F机 以后各次拉深 F总≤（0.5～0.6）F机 拉深功Q 4 拉深功Q 当拉深行程较大时， 不能简单用F总选择压力机，因为 工作时拉力不是常数，应用拉深功 作为选择设备的依据。 Q=cFmaxh 单位 Nm(焦耳) 压力机电动机功率N(Kw) N=KQn/(60×1000×η1×η2 K不均衡系数取1.2～1.4， η1压力机效率0.6 ～ 0.8， η2电动机效率0.9 ～ 0.95。
2 拉深系数 拉深系数: 通常以拉深系数m表示拉深的变形程度 1）拉深系数 通常以拉深系数 表示拉深的变形程度。对于筒形件： （1）一次拉深： m=d/D (2) 多次拉深 第一次拉深 m1=d1/D 第二次拉深 m2=d2/d1 第n次拉深 mn=dn/dn-1
d1 d2 dn-1 dn
m＜1，m越小， ＜ ， 越小， 越小 说明变形程度越 大
m可计算出各次拉深后的工件的直径，直到dn≤d，则n即为拉深次数。
第四章 拉深
第4章 拉 深拉深(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。
拉深所使用的模具叫拉深模。
拉深是冲压基本工序之一，广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、舶空和航天等各种工业部门的产品生产中，不仅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，如图4.1所示。
拉深工艺可分为不变薄拉深和变薄拉深两种。
后者在拉深后零件壁厚与毛坯厚度相比较有明显变薄。
生产中主要应用不变薄拉深。
本章重点介绍不变薄拉深工艺与模具设计。
4.1 拉深过程分析4.1.1 变形过程分析如图4.2所示为将平板毛坯拉深成空心筒形件的过程。
拉深模的工作部分没有锋利的刃口，而是具有一定的圆角，其单边间隙稍大于毛坯厚度，当凸模向下运动时，即将圆的毛坯经凹模的孔口压下，而形成空心的筒形件。
拉深工艺的主要特征是金属产生了流动。
图4.3所示，是将一个直径为D 的平板毛坯，作成一个直径为d ，高度为h 的筒形件。
如将毛坯与工件的形状和尺寸作一比较，就会发现毛坯中间直径为d 的部分变为工件的底部，毛坯上(D —d)圆环部分变为工件的筒壁h ，而且h>1/2(D —d)，这说明在拉深过程中，金属产生了流动，可认为毛坯中阴影部分的金属被挤向上部，增加了工件的高度。
为更进一步了解金属的流动状态，可在圆形毛坯上画出许多等间距的同心圆和等度的辐射线，如图4.4所示，由这些同心圆和辐射线所组成的网格，经拉深后我们发现：在筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，而在筒形件的筒壁部分，网格则发生了很大的变化。
原来的同心圆变为筒壁上的水平圆筒线，而且其间距a 也逐渐增大，愈靠近筒的上部 图4.1 拉深件的分类图4.2 圆筒件拉深 图4.3 拉深时材料流动示意图1一凸模 2一压边圈 3一凹模4一毛坯 5一拉深件图4.4 拉深件的网格变化增大愈多，即：a1＞a2＞a3＞……a另外，原来等分的辐射线变成了筒壁上的垂直平行线，其间距完全相等，即：b1＝b2＝b3……≥b如从筒壁取下网格中的一个小单元体来看，在拉深前为扇形的A1在拉深后变成了矩形A2，假如忽略很少的厚度变化，则小单元体的面积不变，即：A1＝A2。
拉深
2 拉深件的精度：应该在IT13以下，不应高于IT11级，对于精度较高的 拉深件，应该在拉深后增加整形工序，以提高其精度。 3 拉深材料：要求有比较好的塑性，较小的屈强比，板厚方向性系数r 大，板平面方向性系数∆r小，使得宽度方向变形比厚度方向变形容易
4.4 拉深工艺计算
4.4.1 旋转体坯料尺寸计算 尺寸确定原则： （1）形状相似原则：拉深件坯料形状一般与拉深件截面轮廓形状 近似或相同，即拉深件截面形状是圆形、矩形等时，坯料形状也是圆形 或矩形。 （2）表面积相等原则：虽然拉深过程中壁厚会发生变化，但实践 表明拉深件平均厚度与坯料厚度相差不大，因此可以按坯料面积等于拉 深件表面积原则确定坯料尺寸，在实际结果与计算值有较大出入时，可 以根据具体情况予以修正。
图 4-10
图 4-11
各种弹性材料压料力曲线
压边圈结构
图 4-12
首次拉深压料圈结构形式
A：普通压边圈 B：考虑到拉深过程中壁厚增加因素，锥角大小与壁厚增加大小相 适应； C：适用于有凸缘而且凸缘直径较小的拉深件，防止制件在拉深 结束时起皱； D：有限位装置的压边圈，防止把坯料压得过紧。
后续拉深装置压边圈 后续拉深方法：正向拉深、反向拉深
（2） 拉深件壁厚公差一般不应该超出拉深工艺壁厚变化规律。一 般拉深壁厚最大增加（0.2~0.3）t，最大变薄（0.1~0.18）t。 （3）当零件一次变形程度过大时，为避免拉裂，可以多次拉深。 （4）在保证装配要求的前提下，应该允许拉深件侧壁有一定斜度。 （5）拉深件底部或凹缘有孔时，孔到侧壁的距离应该满足 a≥R+0.5t （6）拉深件的底与壁、凸缘与壁、矩形件的死角应该满足：r≥t， R≥2t，rg≥3t。 （7）拉深件的径向尺寸应只标注外形或内形尺寸，而不能同时标注 内外形尺寸，高度方向一般以拉深件底部为基准。
冲压工艺学 第四章 拉深工艺及模具设计.
拉深工艺及模具设计
（a） 图4-9 拉深件的工艺性
（b）
拉深工艺及模具设计
（5）拉深件的精度要求不宜过高 拉深件的精度包括
拉深件内形或外形的直径尺寸公差、高度尺寸公差等，一般
合适的精度在GB6（IT11）级以下，其精度等级如表4-1所示。 （6）拉深件的尺寸标注应合适 拉深件直径尺寸应明
显注明必须保证外部尺寸或是必须保证内部尺寸，不能同时
2 D d12 6.28rd1 8r 2 d32 d2 )
拉深工艺及模具设计
表4-2 拉深件展开尺寸计算公式(四）
D d12 4d 2 h 6.28rd1 8r 2 或D d12 4d 2 H 1.72rd 2 0.56r 2
2 D d12 2 r2 d1 8r22 4d 2 h 2 r1d 2 4.56r12 d 4 d32
拉深工艺及模具设计
4.1.2 以后各次拉深 通常，当筒形件高度较大时，由于受板料成形极限的限 制，不可能一次拉成，而需要二次或二次以上拉深。以后各 次拉深，就是指由浅筒形件拉成更深筒形件的拉深。 以后各次拉深大致有两种方法：一种是正拉深，如图47(a)所示，另一种是反拉深，如图4-7(b)所示。反拉深就是 将经过拉深的半成品倒放在凹模上再进行拉深。这时，材料 的内、外表面将互相转换。
12
若r1 r2 r3时，则 D d12 4d 2 h 2 r (d1 d 2 ) 4 r 2
拉深工艺及模具设计
表4-2 拉深件展开尺寸计算公式(五）
13
D d12 4d2 h 2 r d1 8r 2 2L(d 2 d3 )
14
D d12 2 r (d1 d2 ) 4 r 2
第四章 拉深作业
第四章拉深
一.填空题
1.拉深变形程度用表示。
2.拉深模中压边圈的作用是防止工件在变形过程中发生。
3.拉深加工时，润滑剂在与接触的表面上。
4.拉深件毛坯尺寸的计算依据是和，其具体计算方法有、和，一般不变薄拉升简单旋转体采用法。
5.拉深过程中的辅助工序有、、等。
6.矩形件拉深时，直边部分变形程度相对，圆角部分的变形程度相对。
二、判断题
1.后次拉深的拉深系数可取得比首次拉深的拉深系数小。
（）
2.拉深系数越小，说明拉深变形程度越大。
（）
3.在拉深过程中，压边力过大或过小均可能造成拉裂。
（）
4.一般情况下，从拉深变形的特点考虑，拉深模的凹模的圆角表面粗糙度应比凸模的圆角表面粗糙度小些。
（）
三、选择题
1.拉深变形时，润滑剂涂在。
A、毛坯与凹模接触的一面
B、工件毛坯与凸模接触的一面
C、工件毛坯的两面
2.影响拉深系数的因素较多，其中拉深系数就可随之减小。
A、材料的相对厚度（t/D）*100大；
B、屈强比σs/σb大；
C、凹模圆角半径小；
D、板厚方向性系数γ小。
3.在拉深过程中，决定材料是否起皱的因素是。
A、材料的相对厚度（t/D）*100大；
B、材料的拉深变形程度；
C、材料所受的径向拉应力；
D、材料所受的切向拉应力。
四、练习题
下图a所示为电工器材山的罩，材料08F，料厚1mm；下图b所示为手推车轴碗，材料10钢，料厚3mm，试计算拉深模工作部分尺寸。
第4章拉深模具设计过程
项目四、拉深模具设计过程任务1：根据设计任务，选择图4.1零件，设计拉深模具。
1．分析拉深件工艺性并拟定拉深工艺方案零件为一无凸缘圆筒形件，材料为08F,拉深性能较好，尺寸为未注公差，可作IT14级精度，壁厚1mm，高度尺寸不大，整体拉深工艺性较好，采用普通的拉深工艺应该能满足要求。
图4.1圆盖，20万件/年2．确定冲压模具类型采用正装拉深模。
3．拉深工艺计算(1)确定修边余量Δh；零件的相对高度h/d=59/48=1.21，经查得修边余量Δh=2.5（查表4-3）所以，修正后拉深件的总高应为48+2.5=50.5mm。
(2)计算毛坯直径D；确定坯料尺寸由无凸缘筒形拉深件坯料尺寸计算公式（4-5）D=(3)计算板料相对厚度（t/D）×100，并判断是否采用压边圈t/D×100=1/121.31×100=0.82<1.5，查表4-8，要压边圈(4)拉深系数计算，确定拉深次数，求出工序件尺寸d/D=59/121.31=0.49＜[m1]=0.55，不能一次过拉深成形，需要多次拉深。
根据t/D=0.82，查表4-4得各次拉深的极限拉深系数为[m]=0.55，[m2]=0.78，1[m3]=0.80。
d1=[m1]D=0.55×121.31=66.72mm （4-10）d1=[m2]D=0.78×67.55=52.04mm因d2=52.04mm＜59mm，所以需采用2次拉深成形。
计算各次拉深工序件尺寸，为了使第2次拉深的直径与零件要求一致，需对极限拉深系数进行调整。
调整后取各次拉深的实际拉深系数为m1=0.57，m2=0.84重新计算各次工序件直径为：d1=m1D=0.57×121.31=69mm （4-10）d2=m2d1=0.85×70=59mm根据公式（4-27和4-28），给出工序件圆角r 1=7，r 2=6.5，计算出各工序件的高度尺寸：()211111110.250.430.3239.2r D h d d r mm d d ⎛⎫=-++= ⎪⎝⎭（4-12） ()222222220.250.430.3250.5r D h d d r mm d d ⎛⎫=-++= ⎪⎝⎭画出工序草图，如图1工序件草图。
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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●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，广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中，不仅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。
●属成形工序●拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。
不变薄拉深：成形后的零件，其各部分的壁厚与拉深前的坯料相比基本不变；变薄拉深：成形后的零件，其壁厚与拉深前的坯料相比有明显的变薄，这种变薄是产品要求的，零件呈现是底厚、壁薄的特点。
在实际生产中，应用较多的是不变薄拉深。
本章重点介绍不变薄拉深工艺与模具设计。
●拉深所使用的模具叫拉深模。
●与冲裁模比较，拉深凸、凹模工作部分结构与冲裁模、弯曲模有何差别？●拉深模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。
拉深凸模1、凹模4 冲裁凸、凹模图4.1.2为有压边圈的首次拉深模的结构图，平板坯料放入定位板6内，当上模下行时，首先由压边圈5和凹模7将平板坯料压住，随后凸模10将坯料逐渐拉入凹模孔内形成直壁圆筒。
成形后，当上模回升时，弹簧4恢复，利用压边圈5将拉深件从凸模10上卸下，为了便于成形和卸料，在凸模10上开设有通气孔。
压边圈在这副模具中，既起压边作用，又起卸料作用。
4.1.2 拉深变形过程1、无凸缘圆筒形件的拉深过程。
如图4-1所示(a)1(b)4327109856(c)图4-1 拉深工艺过程1-凸模 2-压边圈 3-毛坯 4-凹模 5-拉深件 6-平面凸缘部分 7-凸缘圆角部分8-筒壁部分 9-底部圆角部分 10-筒底部分拉深变形过程平板圆形坯料的凸缘弯曲绕过凹模圆角，然后拉直形成竖直筒壁。
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。
变形区-平面凸缘已变形区-筒壁不变形区-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σ11σ2σ(c)a aa 2F 543a a (b)21a a a F 1a a a a a aa a (a)12σ121σσ2σF F (c)a aa 2F 543a a (b)21a a a F 1a a a a a aa a (a)图4-2 拉深网络试验该毛坯拉深成无凸缘圆筒形件后网格的变化情况如图4-2（b ）所示。
单元网格的变形情况为：切向产生压缩变形(筒壁网格圆周方向弧长=筒底网格最大弧长) 径向产生拉伸变形（a5>a4>a3>a2>a1>a)切向越靠近口部的筒壁材料在拉深时的变形程度越大拉深变形过程中材料的应力与应变状态I 凸缘部分 II 凹模圆角部分 III 筒壁部分 IV 凸模圆角部分 V 筒底部分坯料各区的应力与应变是很不均匀的。
划分为五个区：下标1、2、3分别代表坯料径向、厚向、切向的应力和应变拉深变形过程中坯料的应力、应变状态 五个区域：平面凸缘部分--Ⅰ区 凸缘圆角部分--Ⅱ区 筒壁部分--Ⅲ区底部圆角部分--Ⅳ区 筒底部分--Ⅴ区图4-3 拉深时坯料的应力、应变状态σ1σ3体积不变原则：ε1+ε2+ε3=0最大应变性质与最大应力性质相同 原则：1．平面凸缘部分(Ⅰ区) ●平面凸缘部分--主要变形区。
径向拉应力σ1切向压应力σ3 （最大）厚向压应力 σ2 (采用压边装置时)。
径向拉应变ε1切向压应变ε 3（绝对值最大）厚向拉应变ε 2变薄or 变厚？2．筒壁部分（Ⅲ区）●筒壁部分为已变形区。
●称为传力区。
●筒壁部分可近似认为受单向拉应力σ1●应变状态为轴向（径向）产生拉应变ε1厚向产生压应变ε2，厚度减薄。
切向无变形径向拉应变ε1厚向压应变ε2返回3．筒底部分（Ⅴ区）●筒底部分为非变形区。
●径向、切向双向拉应力σ1、σ3（很小）●径向、切向产生拉应变ε1、ε3（很小）●厚向压应变，但变薄量很小，一般只有1~3%。
径向拉应变ε1切向压应变ε3 厚向拉应变ε2为什么？4．凸缘圆角部分（Ⅱ区）●凸缘圆角部分为平面凸缘部分和筒壁部分的过渡区。
●径向拉应力σ1●切向压应力σ3 ●厚向压应力σ2（承受凹模圆角的压力而产生）●其中，径向拉应力σ1的绝对值最大，故径向拉应变ε1的绝对值也最大●切向压应变ε3●厚向压应变ε2（很小）径向拉应变ε1切向压应变ε3厚向压应变ε25．底部圆角部分(Ⅳ区)●称为第二过渡区。
●主要受拉深力引起的径向拉应力σ1●凸模压力、材料弯曲作用产生的厚向压应力σ2●切向拉应力σ3，但量值较小。
●径向拉应变ε1（最大）●厚向压应变ε2，厚度变薄。
●切向压应变ε3很小，可忽略不计。
径向拉应变ε1切向压应变ε3厚向压应变ε2变薄4.1.3 拉深的主要的工艺问题（掌握）--拉深和起皱 拉深时各部分材料的应力、应变状态有很大的差异，变形程度也各不相同。
板料经拉深转化为筒壁时，变形程度很不一致，靠近口部的材料变形程度大，靠近底部的材料变形程度小。
1．平面凸缘部分的起皱●平面凸缘部分的起皱是指在拉深过程中，该部分材料沿切向产生波浪形的拱起。
●起皱部位：平面凸缘部分●起皱原因：是平面凸缘部分材料在拉深时受切向压应力的作用而失去稳定性的结果。
✧拉深系数 m （切向压应力的大小） ，m=d/D拉深过程中影响起皱的主要因素 ✧模具工作部分几何形状✧板料的相对厚度 t/Dt/D 越小，拉深变形区抗失稳的能力越差，越易起皱。
m 越小，拉深变形程度越大，切向压应力的数值越大；另外，变形区的宽度越大，抗失稳的能力变小，越易起皱。
用锥形凹模拉深时，由于毛坯的过渡形状使拉深变形区有较大的抗失稳能力，与平端面凹模相比可允许用相对厚度较小的毛坯而不致起皱。
✧ 材料的力学性能屈强比小，板料不容易起皱。
b s σσ厚板好m 大好锥形凹模好平端面凹模锥形凹模--好屈强比大好●生产实际中常用以下公式概略估算普通平端面凹模拉深时的不起皱条件：首次拉深 t/D ≧0.045(1-m 1)以后各次拉深 t/d i-1 ≧0.045(1/m i -1)✦采用压边圈✦采用锥形凹模✦采用拉深筋、拉深槛✦采用反拉深防止起皱的措施正拉深反拉深Dd1a凸模压边圈毛坯凹模带压边圈的拉深模锥形凹模压边力的确定当需要采用压边装置时，压边力的大小必须适当。
☆压边力过大，将导致拉深力过大而使危险断面拉裂；☆压边力过小，则不能有效防止起皱。
☆在设计压边装置时，应考虑便于调节压边力，以便在保证材料不起皱的前提下，采用尽可能小的压边力。
☆压边力Q：Q = Fq式中 Q ——压边力（N）；F ——毛坯在压边圈上的投影面积（mm2）；q ——单位压边力（MPa），取值可参考表4-1。
2．筒壁危险断面的拉裂●拉裂部位：筒壁部分与底部圆角部分的交界面●筒壁部分在拉深过程中起到传递拉深力的作用，可近似认为受单向拉应力作用。
●当拉深力过大，筒壁材料的应力达到抗拉强度极限时，筒壁将被拉裂。
图4-5 危险断面拉裂4.2 圆筒形拉深件拉深工艺教学要点【目的要求】1、拉深件工艺性2、圆筒形拉深件毛坯尺寸的计算3、圆筒形拉深件的拉伸系数和拉深工序尺寸计算4、拉深力计算5、带料级进拉深教学要点【重点】1、拉深件工艺性2、圆筒形拉深件的拉深系数3、影响极限拉伸系数的因素【难点】1、拉深件工艺性2、影响极限拉伸系数的因素1、拉深件的材料拉深件的材料应具有良好的拉深性能。
屈强比↓ 硬化指数↑ 厚向异性系数 ↑b /σσs n r 低碳钢： 50.0~48.0 ,57.0/b =≈m s m σσ65Mn ： 70.0~68.0 ,63.0/b =≈m s m σσ 拉深件的材料主要有软钢、不锈钢、铝等。
4.2.1 拉深件工艺性2、拉深件的结构1)形状●简单、对称●口部应允许稍有回弹，侧壁应允许有工艺斜度。
●筒壁部分的壁厚一般都有上厚下薄的现象，如不允许，则应注明，以便采取后续措施。
2、拉深件的结构 2）圆角半径●拉深件的圆角半径如图4-6所示。
凸缘圆角半径应满足r d Φ ≥ 2 t ，一般取r d Φ =（4 ~ 8）t 。
● 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r pg ≥t 。
为使拉深变形能顺利进行，常取r pg =（3~5）t 。
●当r pg <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r py ≥3t 。
为了减少拉深次数，尽可能使r py ≥0.2H 。
Hpgr r pyd pdr pgr (b)(a)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一般拉深件允许壁厚变化范围为0.6t～1.2t，若不允许存在壁厚不均现象，应注明。
壁厚变化现象典型案例（1）机壳材料为08F ，属于大批量生产。
制件形状简单、对称，属无凸缘拉深件，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求，底部圆角半径r pg =6mm ＞t ，制件精度相当于IT15级，冲孔精度为IT12级，材料为软钢。
±1±2+0.2 0+0.2（2）电容器外壳材料一般为铝（如1200），属于大批量生产。
制件形状简单、对称，属无凸缘拉深件，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求，底部圆角半径r pg =1.2mm=t ，制件无精度要求，材料为软铝。
412 1.2?200.6R 1.228（3）微电机外壳要求具有通用性和互换性，其材料一般为普通碳 素钢（如Q215），属于大批量生产。
2.25360?1254R 2R 0.4R 10.5R 148?372-R 530°2-?4.52-?6.52-R 42-R 7?4457K+0.05 0±0.2+0.1 0+0.2 0+0.07 0+0.05+0.05 03~410K 向BB制件筒体形状对称，是一阶梯形属带凸缘拉深件，但凸缘形状较复杂，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求；凸缘圆角半径r d Ø=1mm ＜2t ，底部圆角半径r pg1=1mm ＜ t ，底部圆角半径r pg2=0.4mm ＜t ；制件精度相当于IT8级，精度要求过高；材料为软钢。