圆筒形制件的拉深成形过程分析
圆筒件拉深成形cae分析过程
《板料成型性能及CAE分析》课内试验小结题目课内试验（一）圆筒件拉深成形CAE分析试验学院材料工程学院专业材料成型及控制工程（模具CAD/CAM）班级053113110姓名蒋骁指导老师龚红英完成日期2016年10月28日目录1.前处理环节 (1)1.1 导入模型 (1)1.2网格划分 (2)1.3 网格单元的检查 (3)1.4 创建binder (4)1.5 定义坯料blank (5)1.6 定义母模die (5)1.7 定义材料 (6)1.8 工具运动相关参数设置 (6)1.9 动画模拟 (7)2.后处理结果 (8)2.1 fld分析结果 (8)2.2 壁厚分析图 (9)2.3 最大拉深力分析结果 (11)3实验小结 (12)圆筒件拉深成形cae分析蒋骁 0531131101.前处理环节1.1 导入模型File→import→blank导入→die确定→file→save as→文件名cylinder→保存1.2网格划分→die(就是关掉die)→ok→确定右下方current part是blank(若不是：current part→blank→exit)→→max size:5→select surface→displayed surf(就是全选,此时blank变白)→ok→apply→yes→exit→ok1.3 网格单元的检查preprocess→model check/repair→→cursor pick part→点die凸缘面（就是帽沿）→通过yes 和no选项调整箭头方向，令箭头方向为(工作时)从die 指向blank（如下图所示）→exit→（检查边界）→（清除高亮）→（保存）1.4 创建binder1.5 定义坯料blank1.6 定义母模die1.7 定义材料1.8 工具运动相关参数设置1.9 动画模拟2.后处理结果2.1 fld分析结果DQSK37 压边力11803N不锈钢SS321 压边力2577.712N铝AA1100O 压边力11277.49N 2.2 壁厚分析图DQSK37不锈钢SS321铝AA1100O2.3 最大拉深力分析结果DQSK37（max 54965.3N）不锈钢SS321（max 79054.6N）铝AA1100O（max 13143.9N）3实验小结经过实验课的学习，结合着上课所学，我基本了解了关于快速设置的设置流程。
圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟
圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟摘要：在冲压生产中，拉深是广泛使用的工序。
通过拉深可获得筒形、阶梯形、锥形、球形等零件。
平板毛坯拉深成筒状开口零件时口部出现飞边卷口现象，对此进行切边设计。
关键词：筒形件；模具结构；拉深间隙Dynaform作为近年来板料成形数值模拟技术中常用的软件，可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、回弹等，从而帮助设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。
在利用该软件进行模拟分析时，应该采用理论计算和软件模拟共用，以找出合适的成形工艺。
带凸缘的圆筒形件是日常生活中常用的零件，如不锈钢的面盆、压力锅的锅盖等物品，均属于带凸缘的圆筒形件。
本文利用所给的拉深件，首先计算了拉深过程中的部分尺寸，而后在理论计算的基础上，结合Dynaform软件对零件的拉伸过程进行模拟，找出了较为合适的压边力，从而为后续拉深模具设计提供依据。
1、带凸缘圆筒形件拉深尺寸计算图1是带凸缘圆筒形件的零件图，其壁厚为2mm，材料为304不锈钢，精度为IT14级。
本文计算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次数的计算、压边装置的使用与否以及压边力的计算。
1.1带凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算由图1，零件的厚度t=2mm，因此在计算毛坯尺寸时应采用中线尺寸计算。
该零件的相对直径dt/d=380/320=1.18，其中dt为凸缘直径，d为圆筒件底部直径，取修边余量δ=6mm。
由拉深毛坯尺寸的计算公式可知：根据图1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm由此计算出防尘盖毛坯尺寸：1.2是否需要压边装置和拉深次数的计算本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皱条件为：t/D≥（0.09～0.17）（1-m）由图1和D可计算出：t/D=2/527=0.38%，总拉深系数m=d2/D=332/527=0.63。
因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，则t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此该零件拉深时需使用压边圈。
4-1拉深过程分析(模具设计与制造)
2021/1/14
教育部十一五规划教材《模具设计与制造》
第4章 拉深工艺与拉深模具
绪论
用拉深方法来制造薄壁空心件，生产效率 高，材料消耗小，零件的强度和刚度高，而 且工件的精度也较高。拉深件的加工范围非 常广泛，从几毫米的小零件直至轮廓尺寸达2 ~ 3 m，厚度为200 ~ 300 mm的大型零 件。因此，在汽车、拖拉机、航宇航天、国 防、电器、仪表、电子等工业部门以及日常 生活用品生产中，拉深成形占据相当重要的 地位。
2021/1/14
教育部十一五规划教材《模具设计与制造》
第4章 拉深工艺与拉深模具
4．1．2 拉深件与拉深模的分类
（3）在单动压力机上工作的拉深模，按拉深 工序又可分为首次拉深模和再次拉深模。
（4）按有无压边装置可分为有压边装置拉深 模和无压边装置拉深模。
（5）一般板料的拉深要经过数道拉深工序才 能完成，一副拉深模一般只能完成一道拉深 工序，所以拉深模多为单工序模。较复杂拉 深件可采用落料拉深复合模等。
2021/1/14
教育部十一五规划教材《模具设计与制造》
第4章 拉深工艺与拉深模具
4．1．1拉深过程分析 b图表示有压边的拉深过程。
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教育部十一五规划教材《模具设计与制造》
第4章 拉深工艺与拉深模具
4．1．1拉深过程分析
拉深凸模和凹模与冲裁模
不同的是其工作部分没有锋
利的刃口，而是分别有一定
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教育部十一五规划教材《模具设计与制造》
第4章 拉深工艺与拉深模具
4．1．2 拉深件与拉深模的分类
2．拉深工艺分类 拉深工艺可分为不变薄拉深和变薄拉深两
种。后者在拉深后的零件壁部厚度与毛坯厚度 相比较，有明显变薄。生产中主要应用不变薄 拉深。
圆筒形件拉深过程的力学理论分析与计算
形的应 变与 凸缘半径之 间的关系 ． 并通过该 关系求得 了等效应变 ． 确定 了真实 应力
应 变 关 系模 式 。 而 求 解 出 拉 深 力 ． 从
关键 词 ： 拉深过程； 应变分析； 拉深力
中图分类 号 ： Ｇ ８．１ Ｔ ３６４
文献 标识码 ： Ａ
拉 深或拉 延是板 材 冲 压成 形工 艺 中的 一道 重要工 序 ， 在金 属板 材 成形 中 不但 应用 广 泛 ， 且应 用历 而
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内 蒙古 工 业大 学 学报 第２ ５卷 第 ３期
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＮＮＥＲ Ｏ ＮＧＯＬＩ ＯＦ Ｉ Ｍ Ａ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＴＥＣＨＮ（ Ｌ０Ｇ Ｙ ）
文章 编 号 ：０ １ ５６ （０ ６ ０ —１ ３０ １０ — １ ７ ２ ０ ）３０ ８ — ７
性 加工 理 论 ．
维普资讯
内蒙古工业 大学学报
１ １ 平 底拉 深时 的等 效 应变 ．
１１ １ 等效 应变 （ ） ．． 一 如 图 １所示 ， “ 为 凹模 入 口（。 ） 的径 向位 移 ， 设 。 ，点 处 ． 由于 。 方 向是 指 向 凹模 的 中 心 ， 属 向 凹模 内移 动 ， 的 金 凸缘变形 相 当于一 个 环形 毛坯 在径 向拉应 力 的作用 下收
形 理论 》 汪大 年教 授 的《 、 金属 塑 性 成形 原 理 》 俞汉 清 教授 的《 、 金属 塑性 成 形 原理 》 最 新 出版 的《 料 成 、 材
形原理 》 ）在较 为权威的杂志上也没有相关研究的报道． 等 ． 但是这些 问题确实对实际生产有着重要影
响． 特别是 计算 拉 深或 拉 延力 的理 论公 式 即拉 深或拉 延力Ｐ随拉 深 或拉 延ｈ的变 化 关 系——Ｐ—ｈ曲线 ， 对 于精确 计算 拉深 或 拉延 力 、 究拉 延与 胀形之 间的关系 、 件的 胀形 量 与被 拖 入 凹模 内金属 的 量 的计 研 工
圆筒形件拉深模的设计
向： 伸长
凸缘部分 切 向： 压缩
厚度方向： 一定范围内变薄，一定范围外增厚
（2）凹模圆角部分
（3）筒壁部分
圆筒形件拉深模设计
第一节 拉深基本原理
（4）凸模圆角部分 （5）筒底部分
2.应力
拉深成形后制件壁厚和硬度分布
三、拉深时凸缘区的应力分布与起皱
1.拉深过程中某一瞬间，凸缘区的应力分布 （1）径向拉应力边缘最小为0，凹模口处最大。 （2）切向压应力边缘最大，凹模口处最小，但不为0。
圆筒形件拉深模设计
内容简介： 拉深是基本冲压工序之一
本学习情境在分析拉深变形过程及拉深件质量影响因素 的基础上，介绍了拉深工艺计算、工艺方案制定和拉深模设 计。涉及到拉深变形过程分析、拉深件质量分析、拉深系数 及最小拉深系数的影响因素、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、 拉深模的典型结构、拉深模的工作零件设计、辅助工序等。
圆筒形件拉深模设计
第一节 拉深基本原理
（3）在R′=0.61 Rt处，径向拉应力等于切向压应力，往内，拉 应力占优、厚度变薄，往外，压应力占优、厚度增厚。 2.整个拉深过程中σ1max、σ3max的变化规律 （1）σ1max的变化规律
由小逐渐增大，当Rt=（0.8~0.9）R时，σ1max最大，即拉深 刚开始不久拉应力即达到最大；然后逐渐减小，结束时为零。 （2）σ3max的变化规律
编辑本段生产类型
生产类型通常分为三类。
1．单件生产 单个地生产某个零件，很少重复地生 产。
2．成批生产 成批地制造相同的零件的生产。
3．大量生产 当产品的制造数量很大，大多数工作 地点经 常是重 复进行 一种零 件的某 一工序 的生产 。
[机械电子]圆筒形件拉深模设计
![[机械电子]圆筒形件拉深模设计](https://img.taocdn.com/s3/m/9afb6e40856a561253d36f83.png)
按功能分类
（1）经济型数控车床 采用步进电动机和单片机对普通车床 的进给 系统进 行改造 后形成 的简易 型数控 车床， 成本较 低，但 自动化 程度和 功能都 比较差 ，车削 加工精 度也不 高，适 用于要 求不高 的回转 类零件 的车削 加工。
（2）普通数控车床 根据车削加工要求在结构上进行专门 设计并 配备通 用数控 系统而 形成的 数控车 床，数 控系统 功能强 ，自动 化程度 和加工 精度也 比较高 ，适用 于一般 回转类 零件的 车削加 工。这 种数控 车床可 同时控 制两个 坐标轴 ，即X轴 和Z轴 。
圆筒形件拉深模设计
学习目的与要求：
1.了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 2.掌握拉深工艺计算方法。 3.掌握拉深工艺性分析与工艺设计方法； 4.认识拉深模典型结构及特点，掌握拉深模工作零件设计方 法； 5.掌握拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。
圆筒形件拉深模设计
本学习情境重点：
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。
热处理的高速钢，又叫作白钢。
硬质合金 硬质合金由难熔材料的碳化钨、碳 化钛和 钴的粉 末，在 高压下 成形， 经1350－1560摄氏度 高温烧
结而成的。具有极高的硬度，常温下 可达HR A92， 仅次于 金刚石 ；红硬 性很好 ，在1000摄氏 度左右 仍能保 持良好 的切削 机能； 具有较 高使用 强度， 抗弯
圆筒形件拉深模设计
第一节 拉深基本原理
（2）网格变化
① 筒底 无变化
② 筒壁 无变化
③ 凸缘区 径向伸长，切向压缩。
（2）拉深变形特点
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。
第四章、拉深
ζ
1
切向应变大于径
起皱问题：类似压杆失稳理论，一是压力大小，二是杆的粗细。
切向ζ 3不断增大，增加起皱趋势；而相对厚度 t/(Rt-r)不断增大，减 小起皱趋势。
实验表明：最易起皱的时刻是Rt=(0.8—0.9)Ro。产生材料失稳而起皱。
切向ζ
3在外缘最大，变形程度也大，最易起皱。
后果：不能拉入凹模而产生断裂；教图4-8 如压边力不够或脱离压边圈后可能产生微皱。 解决措施：通常用压边圈解决起皱问题。 压边装置分为刚性和弹性两种，见图册P58、教图4-59、4-51 压边力太大，危险断面拉应力增加。 压边力太小，防皱效果差。 压边力 Q压=A×p p——单位压边力 表4-2 A——压边面积 ;
原则：拉深前后的毛坯面积与工件的表面积相等 F毛坯=F工件 教图4-13 由于材料各向异性及间隙不均等原因，出现凸耳现象，一 都要修边。因此在产品边缘加上修边余量。
表4-5有凸缘的修边余量
表4-4查无凸缘的修边余量 筒形的毛坯计算公式 冲模设计手册 书84页 简单旋转体拉深件的毛坯计算
*2．拉深系数和次数的决定
方法：
• １．正拉深 ２．反拉深 • 反拉深特点： • 材料的流动方向有利于相互抵消拉深时形成的 残余应力； • 弯曲与反弯曲的次数减少，加工硬化减少，利 于成形； • 毛坯与凹模的接触面大，材料流动阻力也大， 材料不易起皱，可以不用压边圈； • 拉深力比正拉深大２０％左右，拉深系数降低 １０－１５％，凹模壁厚受强度的影响．
d δ 0
D p ( D 0.75△-Z)
0 p δ
零件给定内形尺寸和公差时：
D p (d 0.4△)
0 p δ
Dd (d 0.4△ Z)0δ p
板料拉深成形工艺实验1
实验目的
（3）学习并掌握板料拉深成形 工艺实验的操作方法。
二、 实验内容
实验内容
（1）完成薄壁圆筒试件毛坯展 开及冲压工艺参数计算
实验内容
（2）完成拉深单工序冲压成形 工艺实验
三、实验仪器设备及试样
实验仪器设备及试样
1 实验仪器设备
Y41K-25单柱校正压装液压机、 游标卡尺、钢皮直尺等。
系数K1的值
毛坯相对厚度
t 100 D0
5 2 1.2 0.8 0.5 0.2 0.1
拉深系数
0.45 0.48 0.50 0.52 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80
0.95 0.85 0.75 0.65 0.60 0.50 0.43 0.35 0.28 0.20 1.1 1.0 1.1 0.90 0.80 0.75 0.60 0.50 0.42 0.35 0.25 1.0 1.1 0.90 0.80 0.68 0.56 0.47 0.37 0.30 1.0 1.1 0.90 0.75 0.60 0.50 0.40 0.33 1.0 1.1 0.82 0.67 0.55 0.45 0.36 0.90 0.75 0.60 0.50 0.40 1.1 0.9 0.75 0.60 0.50
五、 实验方法和步骤
（1）. 要求在实验前必须完成。（注： 课外完成、凭计算结果才能作实验）
1)根据图2-8所示圆筒件试样，计算展开毛坯的直径 D； 2)完成拉深系数m与拉深成形力F等的计算；
（2）熟悉模具结构及数控冲 床的操作程序；
（3）完成拉深单工序冲压成形 工艺实验；
观察圆筒件拉深成形过程，及所得圆筒件的 拉深质量。
（3）．拉深件毛坯尺寸的确定
拉深变形分析
拉深变形分析
拉深变形过程中坯料的应力、应变状态 在拉深过程中，坯料可分为平面凸缘部分、凸缘圆角部分、筒壁部分、底部圆角部分、筒底部分等五个区域，如图4-1（b）所示。各部分材料在拉深过程中具有不同的应力应变状态，如图4-3所示。
图4-3 拉深时坯料的应力、应变状态
拉深变形分析
1．平面凸缘部分 平面凸缘部分为拉深时的主要变形区。材料产生径向拉应力s1。同时，材料在切向产生压缩变形，相邻材料之间由于相互挤压而产生切向压应力s3。当使用压边装置时，压边力使平面凸缘部分材料产生厚向压应力s2。 由于平面凸缘部分材料在拉深时径向拉长，切向缩短，分别产生径向拉应变e1和切向压应变e3。其中，切向压应变e3的绝对值大于径向拉应变e1，故根据体积不变原则，材料将产生厚向拉应变e2，厚度增加。 2．筒壁部分 筒壁部分为已变形区。在拉深过程中，该部分材料起到向变形区传递拉深力的作用，因而也称为传力区。筒壁部分在拉深时可近似认为受单向拉应力s1作用，应变状态为轴向产生拉应变e1，厚向产生压应变e3，厚度减薄。
拉深变形分析
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
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
拉深变形分析
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，如图4-2（a）所示
拉深变形分析
5．底部圆角部分 底部圆角部分为筒壁部分和筒底部分之间的过渡区，常称为第二过渡区。筒底部分材料主要受拉深力引起的径向拉应力s1，以及凸模的压力和材料的弯曲作用产生的厚向压应力s3。切向有拉应力s2，但量值较小。材料在径向产生拉应变e1，厚向产生压应变e2，厚度变薄。切向压应变e2很小，可忽略不计。
圆筒件拉深成形工艺分析和模具设计毕业设计(论文)
目录1.绪论1.1引言1.2Dynaform简介2.圆筒件拉深成形工艺分析和模具设计2.1拉深工艺分析2.1.1确定修边余量错误！未找到引用源。
2.1.2毛坯尺寸计算2.1.3拉深系数和判断拉深次数2.1.4拉深力的计算2.1.5压边力的计算2.2拉深模主要零部件的设计2.2.1拉深模的间隙计算2.2.2拉深模的圆角半径计算2.2.3凸、凹模工作部分的尺寸计算2.2.4凹、凸模固定板的选择2.2.5模架的选择3.圆筒件拉深成形有限元分析4.结论参考文献致谢一、绪论1.1引言1.2 Dynaform简介基本资料在其前处理器(Preprocessor)上可以完成产品仿真模型的生成和输入文件的准备工作。
求解器(LS-DYNA)采用的是世界上最著名的通用显示动力为主、隐式为辅的有限元分析程序，能够真实模拟板料成形中各种复杂问题。
后处理器(Postprocessor)通过CAD技术生成形象的图形输出，可以直观的动态显示各种分析结果。
Dynaform 软件基于有限元方法建立, 被用于模拟钣金成形工艺。
Dynaform软件包含BSE、DFE、Formability三个大模块，几乎涵盖冲压模模面设计的所有要素，包括：定最佳冲压方向、坯料的设计、工艺补充面的设计、拉延筋的设计、凸凹模圆角设计、冲压速度的设置、压边力的设计、摩擦系数、切边线的求解、压力机吨位等。
Dynaform软件可应用于不同的领域，汽车、航空航天、家电、厨房卫生等行业。
可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹、成形刚度、表面质量，评估板料的成形性能，从而为板成形工艺及模具设计提供帮助。
Dynaform软件设置过程与实际生产过程一致，操作上手容易。
来设计可以对冲压生产的全过程进行模拟：坯料在重力作用下的变形、压边圈闭合过程、拉延过程、切边回弹、回弹补偿、翻边、胀形、液压成形、弯管成形。
Dynaform软件适用的设备有：单动压力机、双动压力机、无压边压力机、螺旋压力机、锻锤、组合模具和特种锻压设备等。
圆筒件拉深变形的力学分析介绍
R02
R2
r02
r0
1
ln
R0
R02
R2
r02
2
Rr0
采用指数硬化曲线的变形区平均真实应力：
n
S
B
n
B
1
ln
R0
R02
R2
r02
2
Rr0
四、拉深力计算
拉深力的几个部分：
➢凸缘变形区的变形阻力；
➢压边力产生的摩擦力；
➢坯料沿凹模圆角弯曲和反弯曲的阻力；
➢凹模圆角的摩擦阻力。
r max
变形，板厚不变；
当r > Rt 时，| | >| r |，t >0、 <0、 r>0，为压缩
类变形， 板厚增加；
当r < Rt 时，| | <| r | ，t <0、 <0、r>0，为伸长
类变形，板厚变薄；
拉深当r0/R0 <0.61(m<0.61)时，凸缘内同时存在压缩类 变形区和伸长类变形区；随着变形过程，R 减小，伸 长类变形区缩小直到（r0/R =0.61）消失；故拉深凸缘
§5.5 圆筒件拉深变形的力学分析
拉深利用模具将平板坯料变形成薄壁空心零件的冲 压工艺，广泛应用于机械、汽车、航空航天、电器、 轻工、仪表等多各加工行业。
一、拉深变形过程和变形特点
圆筒件拉深将圆形平板坯料变形 成空心圆筒型零件的过程，其实 质是将环形凸缘部分金属通过周 向受压、径向受拉变形逐渐收缩 转化为筒壁的过程，其主要塑性 变形区在凸缘部分。
1.1S
ln
R r0
;
摩
2Q 2 r0t
Q r0t
;
弯
b
12.2 圆筒形零件的拉深工艺计算
D Dd t
rdn 0.6 ~ 0.8 rd ( n 1)
rp 0.7 ~ 1rd
各次工序件底部圆角半径取以下数值： r1＝8mm，r2＝5mm，r3＝4mm，r4＝3mm
第四章 拉深工艺与拉深模设计
例（续） （5）计算各次拉深高度 根据拉深前后表面积不变原则
Φ55.0
36.80 53.0 68.6
三、拉深件毛坯尺寸计算
1、确定依据： 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，计算坯料尺寸。 相似原则:拉深前坯料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：
需多次试验，反复修改，最终确定坯料形状。
hn 0.25 Dk1k 2 ...k n d n 0.43 rn dn
d n 0.32 rn
各次工序拉深工件高度为： h1＝35.8mm，h2＝52.0mm， h3＝67.6mm，h4＝81mm
第四章 拉深工艺与拉深模设计
例（续） （6）工序件草图
82 Φ30.0 Φ34.6 Φ42.3
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。
2、简单旋转体拉深件坯料尺寸
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。
例4-1 图4-14所示圆筒形拉深件，材料08钢， 求毛坯尺寸 零件相对高度h/d=68/20=3.4，高度h>50mm， 查表4-3知，修边余量δ=6mm
l16第6.56节圆筒件拉深变形的力学分析.ppt
产品举例：
6.5.1 拉深制品及其应用范围 消声器多次拉深、冲孔翻边复合工艺生产过程：
6.5.1 拉深制品及其应用范围 非圆形件拉深生产过程：
6.5.2 拉深变形过程和变形特点
圆筒件拉深将圆形平板坯料变形 成空心圆筒型零件的过程 其实质是将环形凸缘部分金属通 过周向受压、径向受拉变形逐渐 收缩转化为筒壁的过程，其主要 塑性变形区在凸缘部分。
Rt 0.607R
相关讨论：
当r = Rt 时，|r | = -| |， t =0、 = -r ，为纯剪切
变形，板厚不变；
当r > Rt 时，| | >| r |，t >0、 <0、 r>0，为压缩
类变形， 板厚增加；
当r < Rt 时，| | <| r | ，t <0、 <0、r>0，为伸长
类变形，板厚变薄；
R02 r2 R2 r2
r' R02 R2 r2
ln
2 r 2 r'
ln
r R02 R2 r2
r ln
R02 R2 r2 r
max
r max r
rR
ln
R0 R
ln
r R02 R2 r2
min r min r rr0 ln
R02 R2 r02 r0
r
1.1S
ln
R r
d r
S
dr r
r S
1.1S 1 ln
R r
r max
r
r r0
1.1S ln
R r0
1.1
SS
r rR 0
论圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟
论圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟Dynaform作为近年来板料成形数值模拟技术中常用的软件，可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、回弹等，从而帮助设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。
在利用该软件进行模拟分析时，应该采用理论计算和软件模拟共用，以找出合适的成形工艺。
带凸缘的圆筒形件是日常生活中常用的零件，如不锈钢的面盆、压力锅的锅盖等物品，均属于带凸缘的圆筒形件。
本文利用所给的拉深件，首先计算了拉深过程中的部分尺寸，而后在理论计算的基础上，结合Dynaform软件对零件的拉伸过程进行模拟，找出了较为合适的压边力，从而为后续拉深模具设计提供依据。
1、带凸缘圆筒形件拉深尺寸计算图1是带凸缘圆筒形件的零件图，其壁厚为2mm，材料为304不锈钢，精度为IT14级。
本文计算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次数的计算、压边装置的使用与否以及压边力的计算。
1.1带凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算由图1，零件的厚度t=2mm，因此在计算毛坯尺寸时应采用中线尺寸计算。
该零件的相对直径dt/d=380/320=1.18，其中dt为凸缘直径，d为圆筒件底部直径，取修边余量δ=6m m。
由拉深毛坯尺寸的计算公式可知：根据图1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm 由此计算出防尘盖毛坯尺寸：1.2是否需要压边装置和拉深次数的计算本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皱条件为：t/D≥（0.09～0.17）（1-m）由图1和D可计算出：t/D=2/527=0.38%，总拉深系数m=d2/D=332/527=0.63。
因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，则t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此该零件拉深时需使用压边圈。
查表得出，该零件总拉深系数大于其极限拉伸系数0.55，因此可一次拉深成形。
1.3压边力的计算一次拉深成形时的压边力：FY=Ap，查表可知，根据零件的复杂程度，p可以取值为2.5、3和3.7MPa。
拉深成形的基本原理及变形过程分析
2．回弹
拉深成形的基本原理及变形过程分析
四、拉深过程中零件的变形特点
3.厚度与硬度的变化
拉深成形的基本原理及变形过程分析
四、拉深过程中零件的变形特点
4.起皱 （1）起皱机理与类型 起皱的主要原因是压缩失稳，周向压缩应力并不是引起皱折的唯一原因。 皱折的产生受到诸多因素影响，如拉深系数、板料相对厚度、模具结构类型与 几何参数、润滑状态和材料硬化指数等。 起皱的条件和皱折的大小主要决定于变形程度和板料抗压失稳刚度。变 形程度用拉深系数表示，板料的抗压失稳刚度可用板料的相对厚度（to/Do） 来表示。 根据皱折出现的部位不同，起皱有外皱和内皱之分。外皱指出现拉深件 凸缘外区的皱折。内皱指出现在凸模与凹模之间悬空部分材料上的皱折。
拉深成形的基本原理及变形过程分析
四、拉深过程中零件的变形特点
起皱
（a）外皱 （b）内皱 外皱和内皱
拉深成形的基本原理及变形过程分析
四、拉升过程中零件的变形特点
（2）防皱措施 1）固定压边圈
拉深成形的基本原理及变形过程分析
四、拉升过程中零件的变形特点
2）弹性压边圈
拉深成形的基本原理及变形过程分析
二、拉深成形的过程
1.局部变形阶段 2.主要变形阶段 3.推件阶段
拉深成形的基本原理及变形过程分析
三、筒形件拉深成形时材料的变形分析
1.凸缘区——主变形区 2.凹模圆角区——过渡区 3.筒壁区——传力区 4.凸模圆角区——过渡区 5.筒底区——不变形区
拉深成形的基本原理及变形过程分析
四、拉深过程中零件的变形特点
拉深成形的基本原理及变 形过程分析
1
拉深成形的基本原理
2
拉深成形的过程
3
【材料成型工艺--锻压】2.4圆筒拉深件的拉深工序计算
5、润滑条件及模具情况
压边圈和凹模的表面光滑并进行润滑，间隙正常，均可改 善金属流动条件，有助于m减小。
凸凹模间隙过小，材料收到过大的挤压作用，并使摩 擦阻力增加，不利于减小极限拉深系数；过大，影响拉深 件精度。
6、拉深方式（是否压边 ） 有压边圈时，不易起皱，m值可取得小些。
不用压边圈时，m要取大些。
5．确定各次拉深直径
查 表 取 各 次 拉 深 极 限 拉 深 系 数 ( 小 值 ) 为 m1=0.50 、 m2=0.75 、 m3=0.78、m4=0.80,则各半成品直径为：
d1=0.5×78=39mm
；
d2=0.75×39=29.3mm
；
d3=0.78×29.3=22.8mm ；
d4=0.80×22.8=18.3mm 。
4．确定拉深次数 :先判断能否一次拉出。
零件总的拉深系数m总：m总=d/D=20/78=0.256 查表得极限拉深系数m1=0.50～0.53， 由于m总=0.256<<m1=0.50～0.53，因此不能一次拉出。 采用查表法确定拉深次数：
由t/D×100=1.28，h/D=3.7查表得拉深次数n=4
极限拉深系数的确定
根据最大拉应力和危险截面抗拉强度，用公式计算，但 误差大。通常通过实验得到。
为了提高工艺稳定性和零件质量，零件每一次的拉深系数必
须大于极限拉深系数［m］的值。
影响拉深系数的因素
1、材料性能
屈强比 s / b ↓延伸率↑→拉深成形性能↑拉深系数↓
2、毛坯相对厚度
材料相对厚度 t/D ↑→拉深系数↓
dn d n 1
m1m2 mn1mn
拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。 是衡量拉深变形程度的一个重要的工艺参数。
圆筒形件拉深变形分析
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。
拉深工艺与拉深模设计
圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂（续）
1.凸缘变形区的起皱
主要决定于：
一方面是切向压应力σ3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。
拉深工艺与拉深模设计
圆筒形件拉深变形分析
一、拉深变形过程
圆筒形件是最典型的拉深件。 （一）拉深成形时板料的受力分析
（二）拉深变形过程及特点 1．变形现象 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——凸缘； 已变形区——筒壁； 不变形区——底部。 底部和筒壁为传力区。
拉深工艺与拉深模设计
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
1.凸缘部分 应力分布图
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
拉深工艺与拉深模设计
圆筒形件拉深变形分析
拉深工艺与拉深模设计
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
拉深工艺与拉深模设计
拉深变形过程
拉深工艺与拉深模设计
拉 深 的 网 格 试 验
拉深工艺与拉深模设计
拉
深
过
程
的
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矩形件的反向拉深成形模拟
1.矩形件的拉深成形工艺分析
矩形件的拉深在凸缘上受到径向拉深和切向压缩的应力。
在直边的部分，材料几乎是平行移动，能够比较快地进入凹模洞口，而圆角部分，材料聚集到狭窄的圆角洞口，流动变得缓慢，在整个过程中侧壁直边部分和圆角部分相互作用影响。
产生的流动速度差使得在转角处产生剪切变形。
进行矩形件拉深成形，如果矩形件的圆角半径r和宽度B之比r/B 数值较小，则将导致矩形件圆角部分的变形和直边部分存在较多差异，即直边部分对圆角部分的变形影响显著，将对矩形件圆角部分产生较大的影响，同时矩形件凸缘面受到切向压缩易产生起皱缺陷，如果矩形件拉深高度过大，则可能产生破裂、“凸耳”等其他缺陷。
因此，采用Dynaform软件进行矩形件拉深成形分析中应高度重视可能产生的缺陷问题。
2.前期处理
矩形件毛坯尺寸计算方法有很多种，例如等重量法、等体积法、等面积法和经验的近似估算法等。
在计算有较大相对圆角半径的高盒形零件的毛坯时，不能将矩形直边部分尺寸按简单弯曲件的展开计算方法来进行相关计算，可先通过采用经验公式初步计算出相应的毛坯尺寸，再进行相应的数值模拟和毛坯优化计算，以获得最佳坯料外形及尺寸。
矩形件的实际尺寸
此次采用的矩形件实际尺寸为：长X宽X高=AXBXC=60mmX40mmX25mm，圆角半径r=6mm。
判断拉深次数
根据有关手册可知，此矩形件可采用长圆形毛坯，具体尺寸计算如下：
毛坯总长度L=D+(A-B)=125mm
毛坯总宽度K={D(B-2r)+[B+2(H-0.43r)](A-B)}/(A-2r)=96.6mm
因为矩形件的高度H=25mm﹤6r=36mm，此矩形件的拉深次数为N=1.
判断修边余量
根据拉深次数判断修边余量，在此修边余量δ=0.04H=0.04X25mm=1mm。
因此，采用长圆形坯料的尺寸为长X宽=LXK=126mmX97.6mm。
但我们采用的坯料是经过相应的数值模拟的坯料尺寸优化后所获得的椭圆形坯料，具体尺寸为长X宽=LXK=120mmX105mm，如下图所示：
毛坯材料选择
冲压用材料应具备的基本条件：
㈠保证冲压性能
㈡满足冲压工艺条件
初选毛坯材料为B170P1，其各项参数如下所示：
B170P1的力学性能应符合下表规定
3计算工序冲压力初选压力机
落料力的计算
F
落料=Lt
b
σ
式中L—冲裁轮廓的总长度；t—板料厚度；
b
σ--板料的抗拉强度
由上表可知：
b
σ=340MPa ，这里毛坯厚度初选0.8mm。
故： F
落料
=（2A+2B）⨯0.8⨯340=54.4KN
压边力的计算
采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压边力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对
厚度t/（2A+2B）⨯100
由相对厚度=0.8/200⨯100
0 =0.400
压边力:
压
F=Ap
式中A为压边圈的面积；p为单位压边力（MPa）
查《新编实用冲压模具设计手册》表4-28：p=2.5MPa
压
F=Ap
=π⨯A⨯B⨯P
=1.88KN
拉深力的计算
拉深力为：
拉
F==30.028KN
K —修正系数，一般取0.5-0.8，此处K 取0.75
b
σ
—拉伸件材料的抗拉强度，此处为340MPa
故总拉深力为：落料
压拉总F ++=F F F
总F =30.028+1.88+54.4=86.308KN
压力机公称压力
由于制件属于深拉深，故确定压力机的公称压力应满足： 总F P
)8.1~6.1(≥
取 p=1.8×86.308=155.35KN. 压力机的许用负荷
在深拉伸时，最大拉深力≦（0.5～0.6）压力机公称压力； 在浅拉深时，最大拉深力≦（0.7～0.8）压力机公称压力。
压
F =1.88KN ﹤0.7×p=108.745KN
故压力机的公称压力符合要求。
压力机的选择
冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列重要问题。
首先，应根据所要完成工序的工艺性质。
批量大小。
工件的几何尺寸和精度等选择压力机类型。
冲压生产中常用的是曲柄压力机和液压机，它们在性能方面的比较见下图：
由于该制件属于小型制
件，且精度要求不高，因此选
用开式可倾压力机，它具有工
作台面三面敞开，操作方便，
成本低廉的有点。
根据总压力
选择压力机，压力机的公称压
力为155.35KN.力机的型号为：
JB23-63 图1.1 曲柄压力机结构
1—电动机2—皮带轮3—皮带4—飞轮5—离合器6—轴承7—曲轴8—连杆9—滑块10—上模11—下模12—工作台13—制动器14—导块15—床身
3.创建三维模型
利用Pro/E软件建立上模DIE和毛坯BLANK的实体模型，如下图所示，将所建立的模型一*.Igs格式进行保存。
由于所建立的上模在成形过程中与制件的内表面接触，所以其几何尺寸与制件的内表面尺寸想一致。
4.数据库的操作
（1）启动DYNAFORM软件后，选择File|Save as菜单项，修改文件名后，将所建立的数据库保存在自己设定的目录下。
（2）导入模型
将上面多建立的*.igs模型文件导入到数据库中后，如下图所示
模型导入之后编辑各零件层，并将毛坯层命名为BLANK，将上模
层命名为DIE，单击OK按钮确定。
选择Tool|Analysis Setup菜单项进行相应的参数设置。
（3）划分网格，并检查边界
选择相应的菜单项进行毛坯层和工具层的网格划分，划分结果如下所示
相应的毛坯和工具的边界检查结果如下所示
(4)负角检查
分析图形如下图所示；
负角产生的原因可能是由于毛坯转角过小或者是因为压边圈了过小造成的。
5.快速传统设置
新建文件夹名为“quick setup test”,并复制上面创建的“矩形件”文件到新建的文件夹中，在DYNAFORM软件中打开此文件。
（1）创建压边圈“BINDER”
在菜单栏中选择“Parts/Creat”命令，创建一个名为BINDER的新零件，并选择“Parts|Add…TO Part”命令，将零件“DIE”的凸缘面，添加到“BINDER”中，从而将压边圈零件“BINDER”网格从凹模零件“DIE”网格上完全分离，形成两个独立零件网格模型。
（2）单动设置[反向拉深/Single action()]
选择菜单栏中的“Setup/Draw Die”命令，然后在弹出的对话框，选择“Single Action”和“Upper Tool Available”,进行“Quick Setup/Draw”设置。
（3）定义坯料零件“BLANK”，定义压边圈零件“BINDER”，定义凹模零件“DIE”和定义材料为“B170P1”，然后设置材料及工具运动的相关参数，如下图所示：
（6）工具运动规律及动画演示
点击“Quick Setup/Draw”对话框中的“Preview”按钮，进行动画模拟演示,如下图所示
成型极限图
根据板料各部分颜色的不同可以知道各部份所处的状态，红色代表破裂，黄色代表危险，绿色代表安全，由分析可知本设计安全性问题可
以得到保证。
厚薄图
由上图可知厚薄在矩形件的顶点处有明显变化与原先厚薄变化不大有所不同。
最大与最小主应力变图
最大主应力变图和最小主应力变图分别如下图如图所示：
最大应力变图
最小应力变图6.模具装配图
左视图
1上模座；2导套；3导柱；4凹模垫板；5螺钉；6推件板；7模柄；8推杆；9销钉；10拉深凹模；11压边圈；12凸模固定板；13下模坐；14螺塞；15销钉；16弹簧；17拉深凸模；18卸料螺钉。
三维总装配爆炸图如下所示：
5.结束语
通过Pro/E软件建立的矩形件反向拉深模型，再借助Dynaform 软件分析其厚度变化、成形极限，进而发现矩形件梁的危险地方加以改进。
但是实际加工总是和理论分析存在一定的误差，所以理论分析在起指导作用的同时更应该注意实际的运用。
参考文献
【1】王秀凤，郎利辉等。
板料成形CAE设计及应用。
北京航空航天大学出版社，2007.
【2】陈文亮。
板料成型CAE分析教程。
北京：机械工业出版社，2005。
【3】詹友刚。
Pro/ENGINEER中文野火版教程——零件设计范例。
清华大学出版社，2004.
【4】崔令江。
冲压板材的成形性。
锻压机械，1997.
目录
1.矩形件的拉深成形工艺分析 (1)
2.前期处理 (2)
3.创建三维模型 (4)
4.数据库的操作 (8)
5.快速传统设置......。
(10)
6.模具装配图 (14)
7.结束语 (16)
参考文献。