冷冲压工艺及模具设计教程第四章 拉深模

0.58～0.65 0.62～0.68 0.63～0.72 0.78～0.82 0.70～0.75
0.65～0.73 0.72～0.77 0.75～0.77 0.85～0.90 0.75～0.80
4.7.3 变薄拉深工序计算
(1) 毛坯尺寸的计算 (2) 计算拉深次数 (3) 确定各次变薄拉深工序的毛坯壁厚 (4) 确定各次变薄拉深工序的直径 (5) 确定各次变薄拉深工序的工件高度。 图4.56 变薄拉深件的高度计算
0.52～0.45
0.46～0.38
2
1.88～1.54
1.6～1.32
1.36～1.1
1.13～0.94
0.96～0.83
0.9～0.7
3
3.5～2.7
2.8～2.2
2.3～1.8
1.9～1.5
1.6～1.3
1.3～1.1
4
5.6～4.3
4.3～3.5
3.6～2.9
2.9～2.4
2.4～2.0
2.0～1.5
图4.16 拉深件修边余量
δ
δ
4.3.2 简单回转体拉深件的板料尺寸 计算
1. 相加法 由于拉深件是回转体形状，板料采用圆形。将回转体拉 深件分成若干基本几何形体，按表4.6中的公式算出各 部分的表面积，然后将各部分的表面积相加便得到所 需要的板料面积。再计算出板料直径，即
D 4 F π 4 fi π
复杂形状回转体拉深件板料直径计算的关键是确定回转 体拉深件的表面积。任何回转体表面积都可用形心法 (久里金法则)求得。形心法如图4.18所示，回转体表 面积F等于外形曲线(母线)长度与其重心绕轴旋转所得 周长的乘积，即 F 2 πXL 1. 解析法 2. 作图累加法 3. 利用CAD软件求面积 4. 条线段已添加到多段线
图4.10 锥形凹模
ψ =30°
4.2.2 拉裂
1. 拉裂原因 如图4.14所示，在拉深过程某一时刻，凸缘上的拉应力 在凹模入口处的达到最大值。由实验显示，在整个拉 深过程中，当减小到(0.8～0.9)R0时，出现最大值。 此时危险截面承受最大的拉应力，即
1 b 2 fQ 1max B b max A 1 1.6 F R πdt m 2 凹 1
4.3 回转体拉深件板料尺寸的确定
4.3.1 计算方法 4.3.2 简单回转体拉深件的板料尺寸计算 4.3.3 复杂形状回转体拉深件板料直径的计算
4.3.1 计算方法
常用的是等面积法，即假设拉深件表面积与板料 面积相等，作为计算板料面积的依据。但由于 板料的机械性能差异、模具工作条件的一致性 差异等因素，使拉深后由板料边缘形成的制件 的口部或凸缘周边部不齐，达不到制件的形状、 尺寸要求，必须对边缘处再加工。因此，在计 算板料尺寸时，要在拉深件的高度方向或带凸 缘制件的凸缘半径上加一修边余量δ，如图 4.16所示
表4.13 无凸缘筒形拉深件相对高度 h/d与拉深次数的关系(材料 08F、10F)
拉 延 次 数 1 毛坯相对厚度(t/D)×100 2～1.5 1.5～1.0 1.0～0.6 0.6～0.3 0.3～0.15 0.15～0.08
0.94～0.77
0.84～0.65
0.71～0.57
0.62～0.5
图4.18 形心法求面积
4.4 圆筒形件的拉深
4.4.1 拉深系数 4.4.2 拉深次数的确定 4.4.3 拉深件工序尺寸的计算
4.4.1 拉深系数
1. 拉深系数的概念 图4.24 多次拉深变形情况 2. 极限拉深系数的主要影响因素 (1) 板料机械性能(2) 板料的相对厚度t/D (3) 模具 结构组成即尺寸(4) 拉深次数(5) 润滑条件(6) 拉深速度 3. 极限拉深系数的确定
第4章 拉深模
4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 拉深变形过程的分析 回转体拉深件板料尺寸的确定 带凸缘圆筒形件的拉深 变薄拉深 凸、凹模工作部分的设计 4.2 拉深件的质量分析 4.4 圆筒形件的拉深 4.6 特殊形状的制件拉深 4.8 压边力和拉深力的确定 4.10 拉深模设计应用
4.1 拉深变形过程的分析
图4.6 硬度和壁厚沿筒壁纵向变化
4.2 拉深件的质量分析
4.2.1 起皱 4.2.2 拉裂
4.2.1 起皱
1. 影响起皱的主要因素 (1) 板料的相对厚度t/D (2) 拉深系数m 2. 防皱措施 (1) 采用压边圈。 (2) 采用锥形凹模，如图4.10所示。 (3) 采用拉深筋 (4) 采用反拉深
图4.53 变薄拉深时的应力应变状态
4.7.2 变薄系数
变形程度的计算。 变形程度

Fi 1 Fi Fi 1
当采用第一种变薄拉深方法时，由于工件的基本内径不 变(didi－1)，因此，可近似地作如下简化而无太大误 差：
i
πd i t i t i πd i 1ti 1 ti 1
图4.56
变薄拉深件的高度计算
4.8 压边力和拉深力的确定
4.8.1 压边装置与压边力的确定 4.8.2 拉深力的确定 4.8.3 压力机的选取
4.8.1 压边装置与压边力的确定
1. 压边装置的应用 2. 压边装置的形式 (1) 压边圈形式 图4.59 斜底面压边圈和拉深筋压边圈 (2) 弹性压边装置 (3) 定距装置 (4) 刚性压边装置 3. 压边力的确定
常用材料的变薄系数列于表4.19。
表4.19 变薄系数的极限值
材 料 铜、黄铜(H68、H80) 铝 低碳钢、拉深钢板 中碳钢(0.25%～0.35%C) 不锈钢
首次变薄系数

中间工序变薄系数
1
末次变薄系数
n
0.45～0.55 0.50～0.60 0.53～0.63 0.70～0.75 0.65～0.70
图4.2 拉深过程
凸模
压边圈
凹模
制件
4.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
从拉深件的纵截面上观察，厚度和硬度沿筒壁纵 向是变化的，变化规律如图4.6所示。底部略 有变薄，但基本上等于原板料的厚度；筒壁上 端增厚，越接近上边缘厚度越大；筒壁下端变 薄，越靠近圆角处变得越薄；由筒壁向底部转 角偏上处，出现明显变薄，严重时可产生破裂。 硬度沿高度方向也是变化的，越接近上边缘硬 度越高，这说明，压缩变形和板料的冷作硬化 越严重。
图4.24 多次拉深变形情况
4.4.2 拉深次数的确定
根据拉深件的相对厚度t/D，由表4.10查出相对 应的各次拉深系数m1，m2，…，mn。由式 (4.13)得知，总的拉深系数m和各次拉深系数 mi的关系为 m m1m2 mn1mn 。 通过计算，使 m1m2 mn1mn m m1m2 mn1 ，从而 得到拉深次数n。
图4.42 锥形拉深件
4.6.4 抛物线形件拉深
1．浅抛物线形件 2．深抛物线形件 (1) 阶梯成形法 图4.49 阶梯成形法 (2) 曲面增大法(又称相似法) (3) 反拉深法
图4.49 阶梯成形法
4.7 变薄拉深
4.7.1 变薄拉深的特点 4.7.2 变薄系数 4.7.3 变薄拉深工序计算
图4.31 宽凸缘圆筒形件的首次拉深
4.6 特殊形状的制件拉深
4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.4 阶梯形件的拉深 球形制件的拉深 锥形件拉深 抛物线形件拉深
4.6.1 阶梯形件的拉深
如图4.36所示，阶梯形回转体制件的拉深与圆筒 形件的拉深很相似，阶梯制件的每一个直筒的 拉深相当于一个圆筒形件的拉深。阶梯制件的 主要问题是确定拉深次数，这可用下述的方法 作近似判断，即以制件的高度与最小直径之比 值h/d，按圆筒形件的相对拉深高度查表4.13， 确定拉深次数。如果拉深次数为1，则可一次 拉出。
4.7.1 变薄拉深的特点
(1) 凸、凹模之间的间隙小于毛坯的厚度，而毛坯的直壁 部分在通过间隙时受压，厚度显著变薄(图4.53)，同 时侧壁高度增加，因此叫作变薄拉深。 (2) 变薄拉深的工件质量高，壁厚比较均匀，壁厚偏差在 0.01mm以内。表面糙度达Ra＜0.2。并且，由于两向 受压，晶粒细密，提高了强度。 (3) 与冷挤压相比，变薄拉深的变形区域小，拉深力较小， 所需设备吨位小。 略
4.4.3 拉深件工序尺寸的计算
无凸缘筒形拉深件相对高度h/d与拉深次数的关系如表 4.13所列 (1) 选取修边余量δ (2) 计算板料直径D (3) 计算板料相对厚度 (4) 计算总的拉深系数，并判断能否一次拉深成 (5) 确定拉深次数n。 (6) 初步确定各次拉深系数 (7) 调整拉深系数，计算各次拉深直径 (8) 确定各次拉深凸模、凹模圆角半径 (9) 计算各次拉深半成品高度 (10) 绘制工序图
2. 公式法 对于常用的回转体拉深件，可按表4.7列出的公式求得板 料直径D。
表4.7 旋转体制件板料直径计算公式
序号 1 制件形状
D d 2 4dh
毛坯直径D
2
D d 2 4d1 h
2
3
D d 2 4(d1 h1 d 2 h2 )
2
4.3.3 复杂形状回转体拉深件板料直 径的计算
图4.29 窄凸缘圆筒形件第一种拉深 方法
4.5.2 宽凸缘圆筒形件的拉深
宽凸缘圆筒形件的首次拉深，如图4.31所示。相 当于按无凸缘圆筒形件拉深，只是拉深到凸缘 板料并未全部进入凹模而已。此时两者的应力 状态和变形的特点是一致的。 1. 宽凸缘圆筒形件总的拉深系数、首次拉深系数 2. 宽凸缘圆筒形件的拉深方法 3. 宽凸缘圆筒形件拉深工序尺寸的计算
5
8.9～6.6
6.6～5.1
5.2～4.1
4.1～3.3
3.3～2.7
2.7～2.0
ຫໍສະໝຸດ Baidu
4.5 带凸缘圆筒形件的拉深
4.5.1 窄凸缘圆筒形件的拉深 4.5.2 宽凸缘圆筒形件的拉深
4.5.1 窄凸缘圆筒形件的拉深
第一种方法是，在前几道工序中按无凸缘圆筒形 件拉深及尺寸计算，而在最后两道工序中，将 制件拉深成为口部带锥形的拉深件，最终将锥 形凸缘校平，如图4.29所示。 第二种方法是，一开始就拉深成带凸缘形状，凸 缘直径为 d凸 +t+2 R凹 ，以后各次拉深一直保持这 样的形状，只是改变各部分尺寸，直至拉到所 要求的最终尺寸和形状，
2. 影响拉深变薄和拉裂的因素 (1) 拉深系数m的影响(2) 板料机械性能的影响(3) 凹模圆 角半径的影响(4) 凸模圆角半径的影响(5) 摩擦系数的 影响 (6) 压边力的影响
t
图4.14 出现最大值σ
R0
max 1max
的位置
r0
σ 1max
R t =(0.8~0.9)R
0
max σ 1max
图4.39 球形制件
d
R R
d d
R
R
d
d
4.6.3 锥形件拉深
锥形件的拉深情况与球形制件拉深类似，如图4.42所示。 开始时，凸模与板料平面接触面积很小，接触处首先 产生变形，易使该处的板料变薄。又由于未被压住的 自由表面较大，压住的面积小，制件易起皱。同时， 锥形制件底部与口部尺寸差别很大，拉深回弹严重。 因此，拉深锥形件要比球形件难度更大。 1. 低锥形件 2. 中锥形件 3. 高锥形件
图4.36 阶梯形回转体制件
4.6.2 球形制件的拉深
对球形制件拉深，如图4.39所示，凸模形状是半球形。 在拉深初始阶段，凸模与板料平面接触面积很小，接 触处首先产生变形，易使该处的板料变薄。与此同时， 接触面附近的板料未被压边圈压住，容易起皱(内皱)。 由于间隙大，皱折不易消除。因此，球形制件的拉深 难度较大。 1. 半球形制件的拉深 2. 浅球形制件的拉深 3. 带有圆筒的球面形制件的拉深
图4.59 斜底面压边圈和拉深筋压边圈
斜底面
拉深筋
4.8.2 拉深力的确定
首次拉深所采用的压边圈 P K 1πd1t b (N) 后次拉深用的压边圈 P K 2 πd i t b(N) 无压边圈的首次拉深 P 1.25π(D d 1 ) t (N) b 无压边圈的后次拉深
4.1.1 拉深的变形过程 4.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
4.1.1 拉深的变形过程
拉深过程如图4.2所示。拉深所用的模具主要由 凸模、凹模和压边圈三部分组成。与冲裁所不 同的是，凸模刃口、凹模刃口部位的形状变成 具有一定半径值的圆角，凸、凹模之间的间隙 稍大于板料的厚度。拉深时，板料毛坯受到凸 模、凹模和压边圈所产生的力作用，凸模使板 料进入凹模型腔，将板料拉深成开口的圆筒形 状。压边圈的作用是防止板料在拉深过程中四 周翘起(起皱)。