拉深工艺与模具设计

第四章 拉深工艺与拉深模具设计
二、 拉深件质量分析
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。
第四章 拉深工艺与拉深模具设计
二、 拉深件质量分析
1、起皱
拉深时，主要变形区凸缘部分受到切向压应力的作用，其主要 变形是切向压缩变形，当切向压应力较大，超过临界压应力 时，在凸缘的整个圆周产生波浪形连续弯曲，这就是拉伸时的 起皱。
第四章 拉深工艺与拉深模具设计
4.1 拉深变形过程的分析
• 若不用模具，若改为如图所示，由圆形毛坯裁去多余三角形废料 后，拼装成圆筒形零件，零件的高度为 h =（D- d）/2 。
• 说明：圆形平板毛坯在成为筒形件的过程中必须去除多余材料。
多余三角形
第四章 拉深工艺与拉深模具设计
拉 深 的 网 格 试 验
第四章 拉深工艺与拉深模具设计
概述
拉深：
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。
第四章 拉深工艺与拉深模具设计
用拉深的方法
可以加工筒形（或带凸缘）、锥形、抛 物线形、阶梯形、球形等旋转体零件；
还可加工盒形等非旋转体零件（变形在 毛坯周边上的分布是不均匀的，圆角部分 变形大，直边部分变形小）；
(4) 凹模工作部分的几何形状 与普通的平端面凹模相比，锥形凹模允许用相对厚 度较小的毛坯而不致起皱。 生产中可用下述公式概略估算拉深件是否会起皱。
式中， D ， d 为毛坯的直径和工 件的直径 (mm) ； t 为板料的厚度
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二、 拉深件质量分析
2.筒壁的拉裂
主要取决于：
第四章 拉深工艺与拉深模设计
拉 深 模： 拉深所使用的模具。
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、凹模的单边间隙略 大于板料厚度。
１-模柄 ２-上模座 ３-凸模固定板 ４-弹簧 ５-压边圈 ６-定位板 ７-凹模 ８-下模座 ９-卸料螺钉 10-凸模
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4.2 旋转体零件拉深工艺的设计
4.2.1 拉深件毛坯尺寸的确定
计算拉深件毛坯尺寸的理论依据是：
体积不变原则: 对于不变薄拉深，因假设变形中材料厚度不变，则拉深
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。
相似原则:
拉深前坯料的形状与冲件截面形状相似，得到坯料形状。
形状复杂的拉深件：利用相似原则仅能初步确定坯料形状，必 需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。 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。
4.2 旋转体零件拉深工艺的设计
1．确定修边余量△h(可以根据零件的相对高度 查表确定); 2.计算工件表面积:将拉深件划分为若干个简单 的几何体；分别求出各简单几何体的表面积；把 各简单几何体面积相加即为零件总表面积； 3．求出毛坯尺寸:根据表面积相等原则，求出坯 料直径。
起皱在拉深薄料时更容易发生，而且首先在凸缘的外缘开始， 因为此处的切向压应力值最大。
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二、 拉深件质量分析
1 ．起皱
凸缘的起皱与压杆的受压失稳相似。失稳现象的 产生，既取决于凸缘切向应力的大小，也取决于拉深 件的相对厚度。 （１）毛坯的相对厚度ｔ/Ｄ０
毛坯相对厚度越小，相当于压杆的长径比越大， 其抗失稳能力越差，也越易起皱。
（1）确定修边余量 (可以根据零件的相对高度查表确定) 表 无凸缘拉深件的修边余量 mm
( 2 ) 计算工件表面积
• 为了便于计算，把零件分解成若干个简单几何体，分别求出 其表面积后再相加。
• 图示零件可看成由圆筒直壁部分(A1)，圆弧旋转而成的球台 部分(A2)以及底部圆形平板(A3)三部分组成。 圆筒直壁部分的表面积为：
以及其它形状复杂的薄壁零件（即不对 称拉深件 ）。
若将拉深与其他成形工艺(如胀形、翻边 等)配合 , 则可加工出形状非常复杂的零件 , 如汽车车门等 。
因此拉深的应用非常广泛 , 是冲压的基本 工序之一。
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平板毛坯拉成开口空心件的拉深过程：
1—凸模； 2—压边圈； 3—凹模； 4—坯料； 5—拉深件
式中 d为圆筒部分的直径 （零件厚度的中线尺寸 ）。
圆弧旋转而成的球台部分的表面积为：
式中：d0为底部平板部分的直径； r 为工件在圆角处的圆角半径。
底部圆形平板表面积为 :
工件的总面积为
部分之和，即：
(3) 求出毛坯尺寸 设毛坯的直径为 D ，根据毛坯表面积等于工件表面积的原则：
所以：
D=
d
2 0
+
4d
(h
+
δ
)
+
2πrd0
+
8r 2
4.2 旋转体零件拉深工艺的设计
4.2.2 拉深系数及其影响因素
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（或
工序件dn）直径之比表示。
第一次拉深系数：m1
=
d1 D
第二次拉深系数：m2
=
d2 d1
第n次拉深系数：mn
=dn d n−1来自拉深工序顺序示意图一方面是筒壁传力区中的拉应力； 另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。 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。
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防止拉裂：
一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度； 另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所 受拉应力。
(2) 切向压应力
拉深时， σ 3的值取决于变形程度，变形程度越大，需要转移 的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则σ 3越大，就越容易 起皱。
（3）材料的力学性能
板料的屈强比小，则变形区内的切向压应力也相对减小，因 此，板料不容易起皱。 当板厚异向系数r大于1时，说明板料在宽度方向上的变形易 于厚度方向，材料易于沿平面流动，因此不容易起皱。
4.2 旋转体零件拉深工艺的设计
工件的直径与毛坯直径 D 之比称为总拉深系数，即工件所 需要的拉深系数。
拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即
m=
dn D
=
d1 D
d2 d1
d3 d2
⋅ ⋅ ⋅ d n−1 d n−2
dn d n−1