04拉深工艺及模具设计

冷冲压工艺与模具设计
4.3 拉深模设计计算
二、凸凹模工作部分尺寸的计算
• 1、凸凹模间隙 • 2、凸凹模圆角半径
– 作用
• 凹模圆角半径过大，则易起皱，尤其是相对厚度较小状态下的拉 深后期；凹模圆角半径过小，则增大变形阻力，引起拉深力增加、 模具寿命降低。
• 凸模圆角半径影响不明显，但过大，会引起拉深初期产生内皱； 过小，则降低筒壁传力区危险截面的有效抗拉强度。
• 3、尺寸及技术要求
– 尺寸：与凸模单面间隙取0.2-0.5mm；
– 技术要求：工作表面不允许开螺孔，应具有足够的刚度，顶杆分 布应对称，保证压边圈在工作过程中能平稳地移动，与毛坯的接 触表面Ra0.8，其余表面 Ra6.3- Ra3.2
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4.4 筒形件拉深的主要质量问题及防止措施
– 2、由于直边和圆角变形区内材料的受力情况 不同，直边处材料向凹模流动的阻力要远小 于圆角处)
– 3、在毛坯外周边上，切向压应力的分布也是 不均匀的，从角部到中间直边部位，压应力 的数值逐渐减小。
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4.6 其它零件的拉深
• 二、阶梯形件的拉深
– 1、原理与圆筒形件拉深基本相同； – 2、判断一次拉深成形的方法：相对高度； – 3、多次拉深工艺：①相邻阶梯直径的比值大
•
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4.2 圆筒形件拉深的有关尺寸的确定
• 一、拉深件的修边余量 • 二、变形程度和拉深系数 • 三、拉深次数的确定 • 四、工艺计算
– 1、确定修边余量； – 2、计算毛坯尺寸：
• 简单几何形状拉深件的毛坯尺寸 • 复杂旋转体拉深件的毛坯尺寸：作图法、解析法
– 3、确定是否使用压边圈； – 4、确定拉深次数； – 5、确定各次拉深直径； – 6、选取各次半成品底部的圆角半径； – 7、计算各次拉深高度 – 8、画出工序图
在增加，直至变形的最后阶段才下降至零； • 3、破裂往往出现在拉深的末尾，而不是发生在初始阶段； • 4、稳定性较首次拉深为好：
– 方法：
• 1、正拉深： • 2、反拉深：
– 优点：材料的流动方向有利于相互抵消拉深时形成的残余应力；材 料的弯曲与反弯曲次数较少，加工硬化也少，有利于成形；毛坯与 凹模接触面大，材料的流动阻力也大，材料不易起皱，可不用压边 圈，避免由于压边力不当或不均匀引起的拉裂。
– 凸缘变形区与圆筒形件拉深基本相同，但中 间部分比较复杂，顶点附近是胀形，受双向 拉伸变形(应力)，随着与顶点距离的加大， 逐渐过渡到压应力状态，存在应力界圆)；
– 易起皱，可采用带校整作用的有底凹模； – 拉深系数为常数，常用毛坯的相对厚度作为
判定拉深的难易的主要依据。
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4.6 其它零件的拉深
• 1、凸凹模间隙 • 2、凸凹模圆角半径 • 3、凸凹模工作部分尺寸的确定
– 原则：考虑模具的磨损和拉深件的回弹 – 计算：
• 最后一次拉深：P163
– 工件标注外形尺寸：先确定凹模 Dd=(D-0.75△) – 工件标注内形尺寸：先确定凸模 Dp=(D+0.4△)
• 多次拉深的中间工序：
– 半成品的尺寸公差没有必要予以严格限制，模具的尺寸只要 取半成品的过渡尺寸即可。
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4.3 拉深模设计计算
三、凸凹模工作表面的技术要求
– 目的：提高成形质量和成形极限，降低传力 区最大拉力值，提高危险截面的承载能力。
– 要求：
• 无论凸、凹模，表面不允许有砂眼、缩孔、裂纹 和机械损伤等缺陷。
• 凹模和型腔工作表面一般Ra0.8，圆角处Ra0.4； • 凸模工作表面特别是圆角处Ra1.6-0.8即可。
•
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4.2 圆筒形件拉深的有关尺寸的确定
• 一、拉深件的修边余量 • 二、变形程度和拉深系数 • 三、拉深次数的确定
– 根据极限拉深系数判定能否一次拉深成形； – 多次拉深的拉深次数的确定：
• 计算法 • 查表法：P135表4-8
• 四、工艺计算 • 五、以后各次拉深的特点和方法
• 四、抛物面形拉深件
– 极易起皱； – 浅的抛物面拉深件的拉深方法与半球形件的
拉深方法相同； – 深的抛物面拉深件采用多工序逐渐成形。 – 可采用充液拉深，效果较好。
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4.7 拉深件的工艺性 – 定义：指零件拉深加工的难易程度。 – 应尽量减少拉深件的高度，使其有可能用一 次或两次拉深工序来完成。
– 材料力学性能的影响：塑性越好，极限拉深系数越小； – 材料相对厚度的影响：相对厚度越大，极限拉深系数越小； – 拉深次数的影响：冷作硬化的影响，次数越多，极限拉深系数越大； – 拉深方式的影响：是否使用压边圈则m不同。 – 其他影响：间隙、凸凹模圆角半径、润滑条件等。
• 三、拉深次数的确定 • 四、工艺计算 • 五、以后各次拉深的特点和方法
三、拉深凸耳
• 表征：
– 在制件口端出现有规律的高低不平现象， 凸耳的数目一般为4个；
• 原因：
– 材料的各向异性、纤维流线的影响；
• 影响：
– 制件口端不平齐，浪费材料；
• 防止措施：
– 修边
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4.4 筒形件拉深的主要质量问题及防止措施
四、时效开裂
• 表征：制件拉深成形后，由于经受到撞击或振动， 甚至存放一段时间后出现的口部开裂现象，一般是 从口端先开裂，进而扩展开来。
• 一、拉深件结构形状的要求 • 二、拉深件圆角半径的要求 • 三、拉深件的公差 • 四、拉深件的材料
• 1)采用压边的条件：P155公式或P156表4-18 • 2)压边力的计算：FQ=A p
– 2、拉深力的计算
• 无压边圈：FW=Kπd t σห้องสมุดไป่ตู้ • 有压边圈：F=FW + FQ • 选择压机时的注意事项：注意考察压力机的压力曲线，防
止过载。一般地：
– 浅拉深：F≤0.7-0.8 F0 – 深拉深：F≤0.5-0.6 F0
– 缺点：当拉深系数很大而凹模壁厚不大时，凹模强度会不足
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4.3 拉深模设计计算
• 一、拉深力和拉深功的计算 • 二、凸凹模工作部分尺寸的计算 • 三、凸凹模工作表面的技术要求 • 四、压边装置
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4.3 拉深模设计计算
一、拉深力和拉深功的计算
– 1、压边力的计算
• 一、起皱 • 二、拉裂 • 三、拉深凸耳 • 四、时效开裂
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4.4 筒形件拉深的主要质量问题及防止措施
一、起皱
• 表征：凸缘边上材料产生皱折 • 原因：坯料凸缘在切向压应力的作用下，可能产生失稳
现象。 • 影响：轻微的起皱坯料可通过凸凹模间隙完成拉深，但
在筒壁上留下皱痕，影响制件表面质量，而严重的起皱 会使材料不能通过凸凹模间隙而出现拉裂现象。 • 防止措施：
– 3、拉深功的计算
• 拉深功：W=CFmaxh×EXP-3 (J) • 校核压机功率：P=k W n / 60×1000×η1η2
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4.3 拉深模设计计算
二、凸凹模工作部分尺寸的计算
• 1、凸凹模间隙
– 定义：单边间隙 – 作用和影响：Z过小，则增加摩擦阻力，使工件易拉
裂，易擦伤工件表面，降低模具寿命；Z过大，则对 毛坯的校直作用小，影响工件尺寸精度。 – 确定原则：考虑板料本身的公差，又要考虑筒形件 口部的增厚现象。 – 确定值：
程度太大，拉深力过大导致该部所受拉应力超 过材料的有效抗拉强度。 • 影响：制件报废。 • 防止措施：
– 合理选取拉深系数，减小拉深变形程度，减小拉深 力；
– 合理选用材料：屈强比小、屈服点低，硬化指数n值 大；
– 选择合理的凸、凹模圆角半径； – 合理进行润滑。
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4.4 筒形件拉深的主要质量问题及防止措施
• 二、举例
– P137-138 工艺计算示例
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4.6 其它零件的拉深
• 一、盒形件的拉深特点 • 二、阶梯形件的拉深 • 三、半球形件的拉深 • 四、抛物面形拉深件 • 五、锥形件的拉深
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4.6 其它零件的拉深
• 一、盒形件的拉深特点
– 1、凸缘变形区内径向拉应力的分布是不均匀 的。在圆角部分最大，直边部分最小。(与圆 筒形件相比，平均拉应力载荷要小很多)
4.2 圆筒形件拉深的有关尺寸的确定 • 一、拉深件的修边余量 • 二、变形程度和拉深系数 • 三、拉深次数的确定 • 四、工艺计算 • 五、以后各次拉深的特点和方法
•
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4.2 圆筒形件拉深的有关尺寸的确定 • 一、拉深件的修边余量
– 影响因素：材料的力学性能的各向异性，模具间隙 分布不均，摩擦阻力不均，定位不准确等。
• 不用压边圈：Z=1-1.1 tmax • 使用压边圈：P159表4-21； • 对于精度要求高的拉深件，为了减小拉深后的回弹，降低
零件的表面粗糙度，常采用负间隙拉深，Z = 09-0.95 t • 最后一道拉深的间隙计算视工件尺寸标注决定。
• 2、凸凹模圆角半径 • 3、凸凹模工作部分尺寸的确定
– 1) 采用压边装置； – 2) 改善凸缘部分的润滑，选用屈强比小、屈服点低的材料，尽
量使板料相对厚度t/D大些，增大抗失稳能力； – 3) 设计合理的压边形式和适当的拉深筋； – 4) 采用反拉深方法
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4.4 筒形件拉深的主要质量问题及防止措施
二、拉裂
• 表征：筒壁与筒底过渡部位产生开裂。 • 原因：①出现起皱现象导致异常；②拉深变形
– 计算
• 凹模：
– 首次拉深：P160公式； – 以后各次拉深：rdi =0.6-0.8 rdi-1