拉深工艺与拉深模设计
第一节 圆筒形零件拉深讲解
筒壁传力区拉裂： 由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
一、无凸缘圆筒形零件拉深 4、圆筒形零件拉深成形的缺陷及防止措施
1）凸缘变形区的起皱 主要决定于：
切向压应力σ3的大小，越大越容易失稳起皱； 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， 抵抗失稳能力越差。
第n次拉深系数： mn＝dn/dn-1
6、拉深系数的确定 1）拉深系数的概念
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
若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: 工件在危险断面不至拉破时，所能达到的最小拉深系数mmin。
压料装置产生的压料力Ｆy大小应适当；
在保证变形区不起皱的前提下，尽量选用小的压料力。 理想的压料力是随起皱可能性变化而变。
9、圆筒形零件拉深的压料力和拉深力
2）拉深力与压力机的公称压力 ①拉深力F
按经验公式可计算出圆筒形件带压料装置和不带压料装置的 首次拉深和以后各次拉深的拉深力。 ②压力机的公称压力
②金属的流动过程 工艺网格实验 材料转移：高度、厚度发生变化。
③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)
拉深单元变形动画
一、无凸缘圆筒形零件拉深
2、圆筒形零件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所处的状态
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。
模具设计与制造第7章拉深工艺与模具设计
尺寸测量
使用测量工具对拉深制品的尺 寸进行测量，以检查其是否符 合设计要求。
壁厚测量
使用壁厚测量仪对拉深制品的 壁厚进行测量，以检查其是否 均匀。
强度测试
对拉深制品进行拉伸或压缩试 验，以检测其力学性能是否满
足要求。
提高拉深制品质量的措施
选用优质材料
选用质量稳定、性能良好的材料，以提高拉深制品的基 本质量。
的强度和刚度等因素。
压力过大会导致工件破裂或模 具损坏，而压力过小则会导致
工件起皱或形状不规整。
压力控制需要与速度控制和温 度控制等参数进行协调，以确 保整个拉深过程的稳定性和可
靠性。
拉深工艺的速度控制
速度控制是拉深工艺中的另一 个重要参数，它直接影响到工
件的表面质量和尺寸精度。
速度控制需要考虑到工件的材 质、厚度、润滑条件以及模具
拉深工艺的应用领域
汽车行业
汽车覆盖件、油箱、仪 表盘等部件的制造。
家用电器行业
电子行业
航空航天行业
空调、冰箱、洗衣机等 产品的外壳和内部零件
的制造。
手机、电脑等产品的外 壳和内部结构件的制造。
飞机蒙皮、机身部件等 高精度、高质量要求的
零件的制造。
拉深工艺的发展趋势
高精度、高质量
柔性化、个性化
随着科技的发展，对拉深工艺的精度和 产品质量要求越来越高，高精度、高质 量的模具和加工设备成为发展的趋势。
破裂。
凸模设计
凸模的作用是将材料拉入凹模， 因此需要具有足够的刚性和强度。 凸模的直径应与凹模相匹配，以
保持适当的间隙。
压边圈设计
压边圈的作用是控制材料流动， 防止材料起皱。压边圈的宽度和 重量应适中，以确保压力均匀。
第四章-拉深工艺及拉深模具设计--复习题答案
第四章拉深工艺及拉深模具设计复习题答案一、填空题1.拉深是是利用拉深模将平板毛坯压制成开口空心件或将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，则变形程度越大。
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和径向拉应力的作用下,产生切向压缩和径向伸长的变形。
5.对于直壁类轴对称的拉深件,其主要变形特点有：（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的伸长，即一向受压、一向收拉的变形；（３）极限变形程度主要受传力区承载能力的限制。
6.拉深时,凸缘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，产生起皱的现象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.拉深件的毛坯尺寸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，上部却有所增厚。
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，则抵抗失稳能力越愈弱,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。
因此在多数情况下采用加大加大工序件高度或凸缘直径的方法,拉深后再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圆形；矩形盒形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，经反复试模，直到得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制造落料模的依据。
拉深工艺与拉深模设计(二)
４．凸、凹模工作表面粗糙度 凹模： 型腔表面Ra0.8μm， 圆角表面Ra0.4μm 凸模： Ra1.6μm∼0.8μm ５．拉深凸模的出气孔尺寸
4.6.4 凸、凹模的结构形式
拉深凸模与凹模的结构形式取决于工件的形状、尺寸以 及拉深方法、拉深次数等工艺要求，不同的结构形式对拉 深的变形情况、变形程度的大小及产品的质量均有不同的 影响。 当毛坯的相对厚度较大，不易起皱，不需用压边圈压边 时，应采用锥形凹模。
3.压边圈的形式 （1）平面压边圈 适用于一般拉深模
（2）弧形压边圈 适用于 (t / D ×100) < 0.3 ， 且小凸缘和较大圆角半径
（3）带限位装置的压边圈 适于拉深板料较薄或带较宽凸缘的零件
（4）局部压边的压边圈 ） 适于拉深带宽凸缘工件
（5）带拉深筋的压边圈 适用于凸缘特别小或半球形工件
2．中间拉深的凸、凹模尺寸
Dd i = Di 0
+δ d 0 −δ p
D p i = (Ddi − Z )
式中：
Di—各工序的基本尺寸。 —
３．凸、凹模制造公差 非圆形凸、凹模的制造公差可根据工件的公 差来选定。工公差为 ITl3 级以上时, 和 可按IT6 ～8 级取，工件公差在 ITl4 级以下时, 按 ITl0 级 取；圆形凸凹模制造公差查表获得。
4.5 其它旋转体件的拉深
学习目标： 了解其它常见旋转体拉深件的结构、拉深过 程；理解它们的拉深工序安排。 教学要求： 能够计算阶梯圆筒件的拉深次数，确定各种 形状的阶梯圆筒件的拉深工序安排；理解难拉深 的球面、锥形等曲面旋转体拉深件的工艺方案。
4.5.1 阶梯圆筒件的拉深 1. 拉深次数 一次拉深的条件：
4.8 盒形件的拉深
拉深工艺和拉深模设计
公差、材料上旳要求，掌握拉深件工序安排旳一般 原则。
教学要求： 根据弯曲件旳构造工艺性要求改善拉深件旳结
构设计；能够根据拉深件旳工艺条件，拟定拉深件 圆角半径，拟定带孔拉深件旳孔旳位置。
4.2.1 对拉深件形状尺寸旳要求
1）拉深件形状应尽量简朴、对称，尽量一次拉 深成形。
1）孔位应与主要构造面（凸缘面）在同一平面， 或孔壁垂直该平面，便于冲孔与修边在同一 道工序中完毕。
2）拉深件侧壁上旳冲孔与底边或凸缘边旳距离 h 2d t
3）拉深件凸缘上旳孔距：
D1 (d1 3t 2r2 d )
4）拉深件底部孔距：
d d1 2r1 t
4.2.3 拉深件旳精度等级 主要指其横断面旳尺寸精度；一般在IT13级
2）叠加各段中间层面积，求出制件中间层面积；
3）根据“等面积原则”求出毛坯直径。
D
4S
4
f
式中
S——毛坯面积（涉及修边余量）； f——简朴旋转体拉深件各部分面积； D——毛坯直径。
案例分析： 带凸缘制件
无凸缘制件
将制件分割为： 1）1/4凹球环 2）圆柱
3）1/4凸球环 4）圆板
计算：
1）1/4凹球环
要求：
1）rpg≥t，一般取：rpg≥（35）t 2）rpg＜t，增长整形工序，每整形一次，rpg
可减小1/2。
pg
pg
py
3.矩形拉深件壁间圆角半径rpy 矩形拉深件壁间圆角半径rpy：
指矩形拉深件旳四个壁旳转角半径。
要求：rpy≥3t及rpy≥H/5
pg
pg
py
4.2.2 拉深件上旳孔位布置
第三讲有凸缘件的拉深工艺和拉深力的计算
第四章 拉深工艺与拉深模设计
第四节 拉深力和压边力的计算
一、压边形式和压边力
（一）采用压边的条件 材料不起皱的条件： 锥形凹模
t t D 0.03(1 m) m 1) t t
普通平面凹模
D D 0.045(1 m) 0.045( 1 m 1)
首次拉深
以后各次拉深
D
0.03( 1
第四章 拉深工艺与拉深模设计
（二）窄凸缘圆筒形件的拉深 窄凸缘筒形件： d t / d 1.1 ~ 1.4 可作为一般无凸缘圆筒形件拉深，逐次拉出凸缘或锥形 凸缘，最后 校正压平成 水平凸缘。
拉深工艺计 算可参照无 凸缘圆筒形 件的计算过 程。
第四章 拉深工艺与拉深模设计
（三）宽凸缘圆筒形件的拉深 宽凸缘筒形件：d t / d 1.4
若不满足条件，则增加压边装置或查表4-18判断材料 是否起皱，是否需要压边圈。源自第四章 拉深工艺与拉深模设计
（二）压边力计算
FQ Ap
Ａ―压料圈下坯料的投影面积；
ｐ―单位面积压料力，查表4-19；
圆筒形件首次拉深 2
FQ
D 4
( d1 2rA1 ) 2 p
圆筒形件以后各次拉深 FQ d 2 i 1 ( d i 2rAi ) 2 p 4 （ｉ＝2、3、…、ｎ）
拉深原则：
零件 m mc 与 h d h1 d 可一次拉深成形。
1
h 零件 m mc 或 h d 1 d
需多次拉深成形。
1
多次拉深的方法：
按表4-9的相对拉深高度或表4-10的第一次极限
拉深系数拉深成凸缘直径等于零件外缘直径dt的中
间过渡形状，以后各次拉深保持dt不变（此需严格 控制凸模进入凹模的深度），按下述方法继续拉深。
拉伸工艺与拉深模具设计
1.凸缘变形区的起皱 拉深过程中，凸缘区变形区的材料在切向压应力 σ 的作用下，可能会产生失稳起皱，如图 4.2.6 所示。 凸缘区会不会起皱，主要决定于两个方面：一方面是切向压应力 σ 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。这类似于材料力学中的压杆稳定问题。压杆是否稳定不仅 取决于压力而且取决于压杆的粗细。在 拉深过程中 是随着拉深的进行而增加的，但凸缘变形区的相对厚度 也在增大。这说明拉深过程中失稳起皱的 因素在增加而抗失稳起皱的能力也在增加。
图 4.2.4
在厚度方向，由于压料圈的作用，产生压应力 ，通常 和 的绝对值比 大得多。厚度方向上材料的的变形 情况取决于径向拉应力 和切向压应力 之间比例关系，一般在材料产生切向压缩和径向伸长的同时，厚度有所 增厚，越接近于外缘，板料增厚越多。如果不压料（ =0），或压料力较小（ 小），这时板料增厚比较大。当 拉深变形程度较大，板料又比较薄时，则在坯料的凸缘部分，特别是外缘部分，在切向压应力 作用下可能失 稳而拱起，产生起皱现象。
此外，影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等。 采用反拉深、软模拉深等可以降低极限拉深系数；首次拉深极限拉深系数比后次拉深极限拉深 系数小；拉深速度慢，有利于拉深工作的正常进行，盒形件角部拉深系数比相应的圆筒形件的
拉深系数小。 ３．极限拉深系数的确定 由于影响极限拉深系数的因素很多，目前仍难采用理论计算方法准确确定极限拉深系数。
5-6 拉深工艺设计
下列3种工艺方案：
方案1
(1)落料 (2)首次拉深 (3)二次拉深 (4)三次拉深
方案2
方案3
(1)落料、首次拉深复合 (1)落料 (2)二次拉深 (2)正、反拉深 (3)三次拉深
三种方案比较 ： 模具结构简单， 压力机吨位可 较小，生产率 低，适于批量 不大的生产。
正、反拉深模具 复合工序的模具 结构较复杂，这 较复杂，且压力 时需要采用双动 机吨位要求较大， 压力机、生产力 生 产 率 比 方 案 1 率高，适宜于批 高，适宜于批量 量大而且具备双 动压力机的情况。 1)多道工序的拉深成形工序设计时，每一道工序完成一 定的加工任务，使先行工序不妨碍后续工序的完成; (2)每道拉深工序的最大变形程度不能超过其极限值； (3)已成形部分和待成形部分之间，不应再发生材料的转 移。 (4)在大批量生产中，若凸凹模的模壁强度允许，应采用 落料、拉深复合工艺。
查表取修边余量为10mm， 则零件高度为570mm， 因而可求得毛坯直径D≈965mm。 357.5 零件的总拉深系数 m Σ = = 0.37 965 t/D=2.5/965=0.25%
查表需分3次拉深，拉深系数分别为： m1=0.58 m2=0.79 m3=0.81 故 d1=m1D=0.58×965mm≈560mm d2=m2d1=0.79×560mm≈442mm d3=m3d2=0.81×442mm≈357.5mm
第五章 拉深工艺与模具设计
§5-6 拉深工艺设计
一、拉深件的工艺性
1.拉深件结构形状的要求 拉深件结构形状的要求
拉深后材料各部位的厚度变化：底部厚度基本 不变，底部圆角部分变薄，凸缘部分变厚。 在设计拉深件时，尺寸应明确标注的是外形尺 寸还是内形尺寸，不能同时标注内、外形尺寸。
拉深工艺及拉深模设计
拉深工艺及拉深模设计本章内容简介：本章在分析拉深变形过程及拉深件质量影响因素的基础上，介绍拉深工艺计算、工艺方案制定和拉深模设计。
涉及拉深变形过程分析、拉深件质量分析、圆筒形件的工艺计算、其它形状零件的拉深变形特点、拉深工艺性分析与工艺方案确定、拉深模典型结构、拉深模工作零件设计、拉深辅助工序等。
学习目的与要求：1．了解拉深变形规律、掌握拉深变形程度的表示；2．掌握影响拉深件质量的因素；3．掌握拉深工艺性分析。
重点：1. 拉深变形特点及拉深变形程度的表示；2．影响拉深件质量的因素；3．拉深工艺性分析。
难点：1．拉深变形规律及拉深变形特点；2．拉深件质量分析；3．拉深件工艺分析。
拉深：利用拉深模将一定形状的平面坯料或空心件制成开口空心件的冲压工序。
拉深工艺可以在普通的单动压力机上进行，也可在专用的双动、三动拉深压力机或液压机上进行。
拉深件的种类很多，按变形力学特点可以分为四种基本类型，如图5-1所示。
图5-1 拉深件示意图5.1 拉深变形过程分析5.1.1 拉深变形过程及特点图5-2所示为圆筒形件的拉深过程。
直径为D、厚度为t的圆形毛坯经过拉深模拉深，得到具有外径为d、高度为h的开口圆筒形工件。
图5-2 圆筒形件的拉深1．在拉深过程中，坯料的中心部分成为筒形件的底部，基本不变形，是不变形区，坯料的凸缘部分（即D-d的环形部分）是主要变形区。
拉深过程实质上就是将坯料的凸缘部分材料逐渐转移到筒壁的过程。
2．在转移过程中，凸缘部分材料由于拉深力的作用，径向产生拉应力，切向产生压应力。
在和的共同作用下，凸缘部分金属材料产生塑性变形，其“多余的三角形”材料沿径向伸长，切向压缩，且不断被拉入凹模中变为筒壁，成为圆筒形开口空心件。
3．圆筒形件拉深的变形程度，通常以筒形件直径d与坯料直径D的比值来表示，即m=d/D（5-1）其中m称为拉深系数，m越小，拉深变形程度越大；相反，m越大，拉深变形程度就越小。
5.1.2 拉深过程中坯料内的应力与应变状态拉深过程是一个复杂的塑性变形过程，其变形区比较大，金属流动大，拉深过程中容易发生凸缘变形区的起皱和传力区的拉裂而使工件报废。
3 拉深工艺与拉深模设计
教案
课题序号
授课班级
授课教师
授课课时
授课形式
授课时间
授课章节
名称
4.4工艺尺寸计算
使用教具
知识目标
掌握拉深工艺尺寸计算的方法
能力目标
教学重点
拉深工艺尺寸计算的方法
教学难点
型面分割
更新、补充、
删节内容
课外作业
教学后记
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
2.4排样(layout)
②当拉深材料中的应力不大时，允许采用不带填料的油剂润滑剂。
③当拉深圆锥形类零件时，为了用增加摩擦抗力来减少起皱，同时又要求不断通入润滑液进行冷却时，则一般采用乳化液。
④在变薄拉深时，润滑剂不仅是为了减少摩擦，同时又起到冷却模具的作用，因此不应采用干摩擦。在拉深钢质零件时，往往在毛坯表面上镀铜或磷化处理，使毛坯表面形成一层与模具的隔离层，它能贮存液体和在拉深过程中具有“自润滑”性能。在拉深不锈钢，高温合金等粘模严重、强化剧烈的材料时，一般也需要对毛坯表面进行“隔离层”处理。
拉深方法：
1）浅锥形件(t/d2≤0.25~0.30)浅锥形件一般只要一次拉深成形。
通常采用增加工艺凸缘用压边圈或带有拉深筋的模具；或使用液压和橡皮柔性凸(凹)模拉深。
2）中锥形件(t/d2≤0.3~0.7)这类制件大多为一次拉深成形。
当t/D>0.025时，可一次成形，不需要压边，只需要在行程末进行校正整形。
这类制件具有三个变形区：
压边圈下面的圆环部分拉深变形区；
凹模口内至变形过渡环处的拉深变形区；
制件顶部至过渡环处的胀形变形区。
在模具设计和工艺过程设计时，是采用制件的相对高度h/d和材料的相对厚度t/D为依据进行设计。
上盖深拉深冲压工艺制定及拉深模设计
两侧布 置内浇道 ３ ０ ｍｍ陶瓷管６ ０ 道 ，按半 封闭式
浇 注 系 统设 计 横浇 道 和直 浇 道 。
Ⅱ、 Ⅲ两 处 内 腔体 积 较 大 ，并且 出气 只 有侧 面 两 个 圆孔 ，为 保 证 气道 通 畅 ，在 浇 注 专用 芯 骨 时预
７ ． 结语
此件 清 产 后 ，总 体 平 直 度 良好 ，导 轨 面 最 大 弯 曲量 为７ ａｍ，完 全 在 加 工 范 围 内 。现 已精 加 工 完 ｒ 成 ，完全 达 到 图样 设计 要 求 。ＭＷ
５ ｍｍ ×１ ５ ｍｍ圆筒 形 ，该 零 件 可 看成 形 状 简 单 规
则的 旋 转 体拉 深 件 。在 不 变 薄 的拉 深 中 ，材 料 厚 度
虽在 变 化 ，但 其 平 均值 与 毛坯 原 始 厚 度十 分 接 近 。
因此 ，毛坯 的展开尺寸计算可根据毛坯面积与拉深 件面积 （ 加上修边余量 １ ｍｍ）相等的原则求出 ，
图１ 上盖零件
即直 接 套 用 公式 计算 。如 图 ２ 所 示 ，取拉 深 毛 坯 直
８ ０ ｍｍ厚 石 墨 冷 铁 ，同 时分 散 内浇 道 。沿长 度方 向
得 出压 箱 重 量 为 ２ ７ ８ ． ２ ｔ ，考 虑 到 此 件 结 构 并 非 是 抬 箱 力 很 大 的类 型 ，再 加 上 盖 箱本 身 的 重量 ， 因此 在 盖 箱 上压 ２ ８ ０ ｔ 的压 铁 即 可 。
１ ． 工 艺性分 析
（ １ ）零 件拉深工艺性 分析 由图 １ 可知 ，该
零 件 成 形 关 键是 ５ ｍｍ ×１ ５ ｍｍｄ ￣ 圆筒 形 和 顶 面 锥 形成形 。 ５ ｍｍ ｘ １ ５ ｍｍｔ Ｊ ￣ 圆筒形 是 宽 凸缘 筒 形 件 （ ｄ ／ ｄ ＝ ５ ０ ／ ４ ． ２ ＝ １ １ ． ９ ＞１ ． ４ ，属 宽 凸缘 ） ，采 用 多 次 拉 深 得 到 形 状 。即 在 第 一 次 拉 深 时 ， 就 拉 成 零 件 所 要 求 的 凸缘 直 径 ，在 以后 各 次拉 深 中 凸缘直 径 保 持 不 变 。 由于 材 料较 薄 ，所 以采 用 圆角半 径 逐 次 减 少 ， 同时减 少 筒 形直 径 来 达 到增 加 高 度 的 方法 。对 于 顶 面锥 形成 形 ，由于 凸缘 过 大 （ ｄ ／ ｄ － １ １ ２ ／ ４ １ ＝ ２ ． ７ ＞１ ． ４ ，属 宽 凸缘 ） ，采 用 首 次 拉 成 球 面 形 状 ，然 后 用 矫 形 工序 得 到零 件 形 状 （ 锥 形 ）与尺 寸 （ 胀 形 法 ）。
第四章 拉深工艺及模具设计
拉深过程中影响起皱的主要因素
板料的相对厚度 t/D
t dt d
t/D 越小，拉深变形区抗失稳的能力越差，越易起皱。
拉深系数 m（切向压应力的大小）
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。
模具工作部分几何形状
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。
划分为五个区： 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
下标1、2、3分别代表 坯料径向、厚向、切 向的应力和应变
坯料各区的应力与应变是很不均匀的。
24.10.2023
IV
24.10.2023
I II
III V
三、拉深变形过程中凸缘变形区的应力分布
拉深至某一瞬时 R t
使
max 1 max
出现在
R t0.7~0.9R 0
即拉深早期。
24.10.2023
四、筒壁传力区的受力分析
（1）压边力Q 引起的摩擦应力
M
2 Q dt
（2）材料流过凹模圆角半径产生弯 曲变形的阻力
W 14b
rd
t t
2
（3）材料流过凹模圆角后又被拉直 成筒壁的反向弯曲力
'WW14b
t rdt
2
24.10.2023
§4-3 直壁旋转体零件的拉深
一、拉深毛坯尺寸的确定
拉深毛坯尺寸的确定原则： 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。
第 4 章 拉深工艺与拉深模
第4章 拉深工艺与拉深模 (Drawing Process and Drawing Die)教学目标了解拉深工艺及拉深件的结构工艺性、变形过程分析、拉深件的质量问题及防止措施，基本掌握拉深工艺设计、拉深模具典型结构组成及工作过程分析、拉深模具设计。
应该具备的能力：具备拉深件的工艺性分析、工艺计算和典型结构工作过程分析、拉深模设计的基本能力。
教学要求能力目标知识要点权重自测分数了解拉深工艺及拉深件的结构工艺性拉深概念及拉深件的结构工艺性12.5%理解拉深变形过程分析拉深变形过程及变形分析、拉深件的质量问题及防止措施12.5%基本掌握拉深工艺设计毛坯尺寸计算、拉深系数、拉深次数、各次拉深半成品件尺寸的计算25%熟悉拉深模具典型结构拉深模分类、典型结构、拉深模主要特点25%熟悉拉深模具设计拉深力计算，压边装置及压边力、压力机的选择，凸、凹模工作尺寸计算25% 引例壳形件在生产生活中经常见到，如下图所示的机壳、电动机叶片、摩托车轮护瓦，还有诸如不锈钢饭盒、易拉罐等产品。
这些零件从板料成为深腔件，就是通过拉深工艺实现的，其发生的塑性变形比较大，那么所用模具如何设计？这就是本章所要解决的问题。
思考电动机叶片模具的制造过程中包括哪些冲压工序。
模具设计与制造·108· ·108·4.1 拉深工艺与拉深件工艺性(Drawing Process andProcessability of Drawing Part)4.1.1 拉深件与拉深工艺分类(Drawing Part and Classification of Drawing Process)拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成各种开口的空心零件，或将已制成的开口空心件压制成其他形状和尺寸空心件的一种冲压加工方法。
1．拉深件分类冲压生产中，拉深的种类很多，各种拉深件按变形力学特点可以分为表4-1所示的基本类型。
表4-1 拉深件的分类拉深件名称 拉深件简图变形特点 轴对称零件 圆筒形件 带凸缘圆筒形件 阶梯形件1．拉深过程中变形区是坯料的凸缘部分，其余部分是传力区；2．坯料变形区在切向压应力和径向拉应力作用下，产生切向压缩与径向伸长的一向受压一向受拉的变形；3．极限变形程度主要受坯料传力区承载能力的限制 盒形件 带凸缘盒形件 其他形状零件 1．变形性质同前，区别在于一向受拉一向受压的变形在坯料周边上分布不均匀，圆角部分变形大，直边部分变形小； 2．在坯料的周边上，变形程度大与变形程度小的部分之间存在着相互影响与作用 直壁类拉深件 非轴对称零件 曲面凸缘的零件 除具有前项相同的变形性质外，还有如下特点：1．因零件各部分高度不同，在拉深开始时有严重的不均匀变形；2．拉深过程中，坯料变形区内还要发生剪切变形轴对称零件球面类零件 锥形件 其他曲面零件 拉深时坯料变形区由两部分组成： 1．坯料外部是一向受拉一向受压的拉深变形；2．坯料的中间部分是受两向拉应力的胀形变形区 曲面类拉深件非轴对称零件 平面凸缘零件 曲面凸缘零件 1．拉深时坯料的变形区也是由外部的拉深变形区和内部的胀形变形区所组成，但这两种变形在坯料中的分布是不均匀的； 2．曲面凸缘零件拉深时，在坯料外周变形区内还有剪切变形第4章 拉深工艺与拉深模 ·109··109·虽然这些零件的冲压过程都叫做拉深，但是由于其几何形状不同，在拉深过程中，它们的变形区位置、变形性质、毛坯各部位的应力状态和分布规律等都有相当大的差别，所以在确定拉深的工艺参数、工序数目与工艺顺序等方面都不一样。
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
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七、拉深模制造特点
表5-4 拉深凸模常用加工方法
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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
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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
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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。
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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。
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四、拉深模的典型结构
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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
第四章 拉深工艺与模具设计
t D
Ky (1
m1 )
以后各次拉深中制件不起皱的条件是： 实践证明：
t di1
K
y
(
1 m1
1)
直壁圆筒形件的首次拉深中起皱最易发生的时刻：拉深的初期
（二）拉裂 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。
为防止拉裂，可以从以下几方面考虑： （1）根据板材成形性能，采用适当的拉深比和压边力； （2）增加凸模表面粗糙度；改善凸缘部分的润滑条件； （3）合理设计模具工作部分形状；选用拉深性能好的材料等。
第四章 拉深工艺与模具设计
拉深变形过程分析
直壁旋转体零件拉深 工艺计算
非直壁旋转体零件拉深 成形方法
盒形件的拉深
拉深工艺设计 拉深模具的类型与结构
其他拉深方法 拉深模工作部分的设计
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拉伸：
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工 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冲压加 工方法。拉深也叫拉延。
（二）筒壁传力区的受力分析
1．压边力Q引起的摩擦力：
m
2Q dt
2．材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力
w
1 4
b
rd
t t
/
2
3．材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯曲w 力 仍按上式进行计
算，拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算
w
w
1 4
b
rd
t t
2）筒底圆角半径rn
筒底圆角半径rn即是本道拉深凸模的圆角半径rp,确定方法如下：
r r 一般情况下，除末道拉深工序外，可取 pi = di。 对于末道拉深工序：
拉深工艺与拉深模设计
82449 9(76 3.8)6.2 87.584 87.52 20.572 20m8m
案例分析（毛坯尺寸计算） 电容器外壳 由图4-2可得：
d1=17.6mm d2=21.2mm h1=26.8mm h=28.6mm r=1.8mm h/d=28.6÷21.2=1.35
r
y
α
O
y
a）
b）
圆心重心位置
a）圆弧与水平线相交
b）圆弧与垂直线相交
O
2）作图解析法 ①将零件按母线分成若干个简单的几何部分；
②求出各简单几何部分的重心至旋转轴的旋转半径r1、r2、 r3……rn；并求出各部分母线长度l1、l2、l3……ln；则其 乘积之和lr= l1r1+l2r2+l3r3+……+lnrn；
当零件尺寸标注在外形时
D dD m a0 x .7 5 0 d
D pD m a0 x.7 5 Z0 p
当零件尺寸标注在内形时
dddm in 0.40 d
dpdm in 0.4Z0 p
D0 -Δ
Z /2
D +Δ 0
Z /2
Dp
dp
Dd
a）
零件尺寸标注
dd
b）
对于多次拉深，工序尺寸无需严格要求，凸、凹
（2）凸模圆角半径的确定 首次拉深，凸模圆角半径
rp1=（0.7~1.0）rd1 最后一次拉深，凸模圆角半径
r—零件圆角半径。
rpn=r
如果r<t时，则rpn≥t，然后整形。
中间各次拉深，凸模圆角半径
rpi-1=0.5（di-1-di-2t）
式中 di-1，di—各工序的外径（mm）。
第4章 拉深工艺与拉深模
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面积相等原则：将三角 形阴影部分切除，把留 下的狭条沿直径d的圆周 折弯后竖起来并加以焊 接，就得到一个直径为d， 高度为h=（D-d）/2的圆 筒件，说明被切除的三 角形阴影部分在模具的 作用下发生了塑性流动， 从而使拉深后的工件高 度增加了Δh，所以h> （D-d）/2。
rn rpn 2
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（3）半成品高度尺寸的计算
D2 rn h n 0.25 d d n 0.43 d d n 0.32rn n n
4 拉深工艺力的计算 （1）压边力 是否采用压边圈？查表4.6（P125） 压边力过大，会增加坯料拉入凹模的拉力，容易拉 裂工件；过小，则不能防止凸缘起皱。
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（2）拉深件毛坯尺寸的确定 根据拉深后工件表面积与拉深前毛坯表面积相等 这一原则来计算
(1)确定修边余量：查表4.1、4.2(P119)查处Δh (2)计算工件表面积，分解成若干简单几何体 (3)求出毛坯尺寸
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表4.1筒形件的修边余量(mm)
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拉深起皱后，轻者 凸缘变形区材料仍 能被拉进凹模，会 使工件口部产生波 纹，影响工件的质 量。
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起皱严重时，起皱的凸缘 材料不能通过凸、凹模间 隙而引起拉深件拉裂。 拉深是否起皱与σ 3大小 有关，也与毛坯的相对厚 度t/D有关，而σ 3与拉深 的变形程度有关。而每次 拉深的变形程度较大而 t/D较小时就会起皱。 防止起皱的方法是压边圈， 或者减小拉深变形程度、 加大毛坯厚度。
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3）在设计拉深件时，应注明必须保证外形或内形 尺寸，不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉 深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为 基准。
4）拉深件口部尺寸公差应适当。
拉深工艺与拉深模设计
5）一般拉深件允许壁厚变化范围0.6t1.2t,若 不允许存在壁厚不均现象，应注明；
6）需多次拉深成形的工件，应允许其内、外壁 及凸缘表面上存在压痕；
2）叠加各段中间层面积，求出制件中间层面积； 3）根据“等面积原则”求出毛坯直径。
式中
S——毛坯面积（包括修边余量）； f——简单旋转体拉深件各部分面积； D——毛坯直径。
拉深工艺与拉深模设计
拉深工艺与拉深模设计
案例分析： 带凸缘制件
无凸缘制件
拉深工艺与拉深模设计
将制件分割为： 1）1/4凹球环 2）圆柱
凸缘部分及侧壁部分的孔、槽均需在拉深工 序完成后再冲出； 3）当拉深件的尺寸精度要求高或带有小的圆角 半径时．应增加整形工序； 4）修边工序一般安排在整形工序之后； 5）修边冲孔常可复合完成。
拉深工艺与拉深模设计
电线插座外壳的冲压程序拉深工艺与拉深模设计
实例分析 生产批量：大批量 材料：Al 料厚：0.3mm
坯尺寸；能够查表确定常见的旋转体拉深件的毛 坯尺寸。
拉深工艺与拉深模设计
4.3.1 简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定 计算原则：按等面积（即拉深前后材料面积不变）
原则进行计算，再加上修边余量。
拉深工艺与拉深模设计
数学计算法： 1）将制件分成若干简单几何形状（包括修边余
量），以其中间层进行计算；
注：厚度小于1mm的拉深件，可根据工件外壁尺寸计算
教学要求： 根据弯曲件的结构工艺性要求改善拉深件的结
构设计；能够根据拉深件的工艺条件，确定拉深件 圆角半径，确定带孔拉深件的孔的位置。
拉深工艺与拉深模设计
4.2.1 对拉深件形状尺寸的要求 1）拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉
深成形。 2）尽量避免半敞开及非对称的空心件，应考虑设
计成对称（组合）的拉深，然后剖开；
4.2.4 拉深件的材料 1）具有较大的硬化指数； 2）具有较低的径向比例应力σr/σb峰值； 3）具有较小的屈强比σs/σb； 4）具有较大的厚向异性指数r。
拉深工艺与拉深模设计
4.2.5 拉深件工序安排的一般原则 l）在大批量生产中，在凹、凸模壁厚强度允许
的条件下，应采用落科、拉深复合工艺； 2）除底部孔有可能与落料、拉深复合冲压外，
拉深工艺与拉深模设计
课后思考
1、什么情况下会产生拉裂？拉深工艺顺利 进行的必要条件是什么？
2、影响拉深时坯料起皱的主要因素是什么？ 防止起皱的方法有哪些？机理是什么？
拉深工艺与拉深模设计
4.3 拉深件毛坯尺寸计算
学习目标： 能够计算圆筒形拉深件的毛坯尺寸，了解复
杂旋转体拉深件的毛坯计算方法。
教学要求： 能够利用等面积法，计算圆筒形拉深件的毛
筒壁与筒底厚度较一致的拉深工艺。 变薄拉深：指以空心开口零件为毛坯，通过减小
壁厚成形零件的拉深工艺。
拉深工艺与拉深模设计
拉深件
拉深工艺与拉深模设计
拉深模
播放动画
拉深工艺与拉深模设计
4.1
拉深模设计程序
审图
拉深工艺性分析
拉深工艺方案制定
毛坯尺寸计算
拉深次数确定
冲压力及压力中心计算
冲压设备选择
凸、凹模结构设计
拉深工艺与拉深模设计
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拉深工艺与拉深模设计
概述 拉深：指将一定形状的平板毛坯通过拉深模冲压
成各种形状的开口空心件，或以开口空心 件为毛坯通过拉深进一步使空心件改变形 状和尺寸的一种冷冲压加工方法。
拉深变形过程
拉深工艺与拉深模设计
类型：不变薄拉深、变薄拉深 不变薄拉深：在拉深过程中不产生较大的变薄，
拉深工艺与拉深模设计
4.2.2 拉深件圆角半径的要求
1.凸缘圆角半径rdΦ 凸缘圆角半径rdΦ：指壁与凸缘的转角半径。
要求：
1）rdΦ＞2t 一般取：rdΦ=（48）t
2）当rdΦ＜0.5mm时，应增加整形工序。
拉深工艺与拉深模设计
2.底部圆角半径rpg 底部圆角半径rpg：指壁与底面的转角半径。
要求：
1）rpg≥t，一般取：rpg≥（35）t 2）rpg＜t，增加整形工序，每整形一次，rpg
可减小1/2。
拉深工艺与拉深模设计
3.矩形拉深件壁间圆角半径rpy 矩形拉深件壁间圆角半径rpy：
指矩形拉深件的四个壁的转角半径。
要求：rpy≥3t及rpy≥H/5
拉深工艺与拉深模设计
4.2.2 拉深件上的孔位布置 1）孔位应与主要结构面（凸缘面）在同一平面，
总体结构设计
冲压模装配图绘制
非标零件图绘制
拉深工艺与拉深模设计
课后思考
1、阐述拉深模设计程序，与冲裁模设计程 序比较，在确定工艺方案时有什么区别？
拉深工艺与拉深模设计
4.2 审图与拉深工艺性分析
学习目标： 掌握拉深件的结构工艺性要求，了解拉深件在
公差、材料上的要求，掌握拉深件工序安排的一般 原则。
或孔壁垂直该平面，便于冲孔与修边在同一 道工序中完成。
拉深工艺与拉深模设计
2）拉深件侧壁上的冲孔与底边或凸缘边的距离
拉深工艺与拉深模设计
3）拉深件凸缘上的孔距： 4）拉深件底部孔距：
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4.2.3 拉深件的精度等级 主要指其横断面的尺寸精度；一般在IT13级
以下，不宜高于I深工艺与拉深模设计
4.3.2 复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定 2.形心法：
任何形状的母线ＡＢ绕轴线ＹＹ旋转，所得 到的旋转体面积等于母线长度Ｌ与其重心旋转所 得周长２Ｘ的乘积（Ｘ是该段母线重心至轴线 的距离）。 旋转体面积： 毛坯面积： 因： 故
拉深工艺与拉深模设计
（1）由直线和圆弧相连接的形状
3）1/4凸球环 4）圆板
拉深工艺与拉深模设计
计算： 1）1/4凹球环
2）圆柱
3）1/4凸球环
4）圆板
5）修边 无凸缘 有凸缘
拉深工艺与拉深模设计
1）带凸缘毛坯直径 2）不带凸缘毛坯直径
拉深工艺与拉深模设计
拉深工艺与拉深模设计
4.3.2 复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定 相似原则 1.解析法
若拉深件可由若干个简单几何形状组成， 则先分别求出各部分的表面积F，再相加得出 拉深件的总面积∑F，最后按下式计算毛坯直 径。