冲压拉深工艺设计

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第7章 拉深工艺设计
在模具上加工成为具有一定形状、尺寸和使用要求 的开口空心件的冲压工序称为拉深,拉深又称为拉延、 引伸、延伸等。
7.1.1 拉深的变形过程
拉深所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈三部分组成。
拉深中板料的转移
7.1.2 拉深过程中板料的应力应 变状态
图7.6 分析制件各部分的应力、 应变状态
1 b 2 fQ 1max A B b 1 1.6F R πd t m 2 d 1 t 危险截面的抗拉强度为
max
1 抗 1.155 b R 2 d 1 t
(4) 凸模圆角半径的影响
(5) 摩擦的影响
(6) 压边力的影响
7.4 圆筒形件的拉深
1. 拉深系数 首次拉深时,拉深系数
d1 m1 D
后次拉深系数
d n 1 d d1 d 2 d m m 1 m 2 mn 1mn D D d1 d n 2 d n 1
d2 0.755 43.06 1.00735mm 32.75mm
d3 0.785 32.75 1.00735mm 25.90mm
d4 0.805 25.90 1.00735mm 21mm
(7) 绘制工序图,如图7.20所示。
7.5 带凸缘圆筒形件的拉深
压力机功率的验算
在深拉深时,由于拉深行程较长,消耗功多,为保证 压力机正常工作,需要验算压力机的电动机功率。
7.9 凸、凹模工作部分的设计
凸模和凹模结构形式的选择、圆角半径确定、拉深模间 隙确定、工作部分的尺寸及其制造公差确定。
带压边圈拉深模工作部分结构形式
7.9.2 凸、凹模间隙
1. 不带压边圈模具的间隙 Z=(1~1.1)tmax 2. 带压边圈模具的间隙 拉深模具的间隙按表7-20确定。
限位钉
Z
可调限位柱
0. 2
固定限位柱
带刚性压边圈的拉深模
凸模
压边圈座 凹模 压边圈 下模座 凹模固定板
7.8.2 拉深力的确定
第一次拉深
F1 d1t b k1
(7.39)
以后各次拉深
Fn di t b k2
(7.40)
拉深功的计算
第一次拉深
A1
以后各次拉深
1 F1max h1
1000
(7.41)
Ai
2 Fi max hi
1000
(7.42)
7.8.3 压力机的选取
冲压力与压力机许用压力曲线
P
许用压力曲线 40
α

30 上止点 程 行 块 滑 下止点 20
109.4061
冲裁工艺力 曲线 拉深工
z
落料拉深 工艺力曲线
艺力曲线 弯曲工 艺力曲线
α
0 15 30 45 曲轴转角 60 75 90
d2 0.755 42.75mm 32.27mm d3 0.785 32.27mm 25.33mm
Байду номын сангаас
d4 0.805 25.33mm 20.39mm
需要4次拉深。
(5) 确定各次拉深半成品尺寸。
d 21 K 1.00735 dn 20.39
n 4
d1 0.515 83 1.00735mm 43.06mm
不用压边圈的拉深系数大于用压边圈的拉深系数。
7.4.2 拉深次数的确定
m<m1m2…mn-1,m> m1m2…mn 取n次
7.4.3拉深件工序尺寸的计算
1计算步骤: (1)选取修边余量δ (2)计算毛坯直径D。 (3)计算板料相对厚度,并按表7-1判断是否采用压边圈拉伸。
(4)计算总的拉深系数,并判断能否一次拉深成形。
(1) 确定修边余量δ
d 21
由表7-4 查得: H 69.5 mm 3.31 mm,取δ =6mm
(2) 计算板料直径D:
D d 12 4d 2 h 6.28rd 1 8r 2 ≈ 83mm
(3) 毛坯相对厚度:查表7-1,首次拉伸和以后各次拉深必须 采用压边圈。
t 当 <0.5%时,采用带拉深筋的凹模或反拉深凹模成形。 D0
凸模 压边圈 凹模 顶料板
(a)反拉深;
(b)带拉深筋拉深;
(c)双弯曲拉深
7.6.3 锥形件的拉深
锥形件的拉深次数及拉深方法取决于锥形件的几何参数, 即相对高度 、锥角α和相对厚度 1、对于 ( 可一次拉成。
h d2 h d2
<0.1~0.25,α =50°~80°)浅锥形件,
(7.48)
7.9.3 凸、凹模工作部分的尺寸与公差
图7.52 工件尺寸与模具尺寸
7.9.4 凸、凹模圆角半径
首次拉深凹模圆角半径可按下式计算
rd1 0.80
D d t
(7.55)
以后各次拉深的凹模圆角半径,可按下式确定
rdi 0.6~0.8 rdi1
rp 0.7~ rd1 1.0
(b) 缩小筒径
7.6 特殊形状的制件拉深
阶梯形件、球形制件、锥形件等 7.6.1 阶梯形件的拉深 阶梯形件能否一次拉成,主要根据零件的总高度与其 最小阶梯筒部的直径之比。
2. 拉深方法的确定
相应的圆筒形件的极限拉深系数。
di (1) 若任意两个相邻阶梯的直径之比 都大于或等于 d i 1
(5) 确定拉伸次数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) 确定各次拉伸凸模、凹模圆角半径。 (9) 计算各次拉伸半成品高度。 (10) 绘制工序图。
2. 计算实例
【例7.1】 计算图7.19(a)所示筒形制件的板料直径D拉深次数n 及各半成品尺寸,包括直径di、高度hi 和圆角半径ri ,材料为 08F。
压边力的大小可采用以下公式计算
Fq A q
式中:
(7.38)
q——单位压边力,MPa,见表7-17。
A——在压边圈上毛坯的投影面积,mm2;
压边装置设计
弹性压边装置
橡皮压边装置
弹簧压边装置
气垫式压边装置
压边力与行程的变化曲线
压 边 力 橡皮垫 弹簧垫
气垫
行程
有限位装置的压边装置
Z+
2 0. Z+
部分在通过间隙时受压,厚度显著变薄(见图7.37),同时侧 壁高度增加,因此,叫变薄拉深。 (2) 变薄拉深的工件质量高,壁厚比较均匀,壁厚偏差在 板料两向受压,晶粒细密,提高了拉深件强度。 ,所需冲压设备吨位小。 (4) 变薄拉深不易起皱,不需要压边装置,可在单动压力 机上进行深拉深,并且模具结构简单、造价低。 (5) 在一次冲压行程中,能用多层凹模进行变薄拉深,可以
di (2) 若某相邻两阶梯直径之比 d 小于相应的圆筒极限拉 i 1 深系数,则按带凸缘圆筒形件的拉深进行,先拉小直径 d ,
i
再拉大直径 d
i 1
,即由小阶梯拉深到大阶梯。
7.6.2 球形制件的拉深
半球形件拉深系数为m=0.707
t 当 D >3%时,可以采用不带压边装置的简单有底凹模一次拉成。 0 t 当 =0.5%~3%时,采用带压边圈的拉深模拉深。 D0
0.01mm以内,表面粗糙度R 可达0.2m以下;并且,由于
a
(3) 与冷挤压相比,变薄拉深的变形区域小,拉深力较小
获得很大的变形。图7.38所示模具可在压力机一个行程中完
成一次不变薄拉深和两次变薄拉深。
7.8 压边力和拉深力的确定
压边力是为了防止起皱保证拉深过程顺利进行而施加的 力,它的大小直接关系到拉深能否顺利进行。 拉深力从广义上包括拉深力与拉深功两部分,拉深力与 拉深功常用经验公式计算。
(a) 阶梯拉深成形法
(b) 锥面逐步成形法
7.7 变 薄 拉 深
变薄拉深用来制造壁部与底部厚度不等而高度很大的工件, 例如弹壳、子弹套、雷管套、高压容器、高压锅等或者是用作 制备波纹管、多层电容等的薄壁管状毛坯。 (1)壁厚变薄,内径并不显著缩小; (2) 壁厚变薄,内径也缩小。
(1) 凸、凹模之间的间隙小于毛坯的厚度,而毛坯的直壁
R
7.2 拉深件的质量分析
7.2.1 起皱
1 拉深过程中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 (3) 模具工作部分几何形状
防止起皱的措施
(1)采用便于调节压边力的压边装置 (2) 采用锥形凹模 (3) 采用拉深筋 (4)采用反拉深
7.2.2 拉裂
1. 拉裂原因 在拉深过程某一时刻,凸缘上拉应力在凹模入口处达到最大值。由实 验显示,在整个拉深过程中,当Rt减小到时,出现最大值。此时筒壁承 受最大的拉应力为
t 。 d2
对于(
h d2
=0.3~0.70,α=1°~45°)中锥形拉深件,
t d2
拉深次数主要取决于毛坯的相对厚度
,一般需一次或多
次拉深,根据相对厚度不同可以分为以下三种情况: 件的精度,最好在拉深终了时增加一道整形工序。 当 皱。 当 圈经多次拉深成形。
t d2 t d2
t 当 >2.5%时,可不采用压边圈一次拉成。为保证工 d2
t /D 1/ 83 100 1.2,
m d / D 21/ 83 0.253,
(4) 确定拉深次数n按表7-8取拉深系数: 。
m1 0.515, m2 0.755, m3 0.785, m4 0.805
各次拉深直径:
d1 0.515 83mm 42.75mm
1
(7.56)
首次拉深凸模圆角半径按下式确定 以后各次拉深凸模圆角半径为:
(7.57)
rp
i 1
di 1 di 2t 2
(7.58)
d 式中: i 、d i1 各工序件的外径,mm;
对于中间各次拉深工序,一般情况下可取
rp= rd 。
最后一次拉深凸模圆角半径应等于零件的圆角半径,但 不得小于(2~3)t。如果零件的圆角半径要求小于(2~3)t 时,
多次拉深变形情况
2. 影响极限拉深系数mmin的主 要因素
(1)板料的力学性能
(2) 板料的相对厚度t/D (3) 拉深条件 ① 压边力 ② 模具几何参数
(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
用压边圈首次拉伸时的m1为0.5~0.6;后次拉深mn为
0.75~0.85,且 m2<m3<m4,…,<m。
Rt 1 1.1 均 ln R
Rt 3 1.1 均 (1 ln ) – R
图7.7 应力沿半径按对数曲线分布
R0
1max
Rt 1.1 均ln r
Rt r
3max 1.1 均
σ 1max σ 3min
0.61R t
σ1 σ3 σ 1 >σ 3 σ 1 <σ 3
R
=1.5%~2.0%时,也可一次拉成,但需采用压边
圈、拉深筋、增加工艺凸缘等措施提高径向拉应力防止起 <1.0%时,因坯料较薄而容易起皱,需采用压边
h 对于( d 2
>0.7~0.80,α ≤10°~30°)的高锥形拉深
件,其变形程度更大,这时常需采用多工序的冲压方法使零 件逐渐成形,以防止因局部变薄严重而拉裂。
式中:Q——压边力; f——板料与凹模和压边圈之间的摩擦系数; σ b——板料的拉深强度极限; m——拉深系数; t——板料厚度; Rd——凹模的圆角半径;
出现最大值的位置

max 1max 出现最大值的位置
2. 影响筒形件拉裂的主要因素
(1)板料力学性能的影响 (2) 拉深系数m的影响 (3) 凹模圆角半径的影响
7.5.2 宽凸缘圆筒形件的拉深
d 1 m 2 D d凸 h r d 4 d 3.44 d
表12
影响变形程度的变量有两个
m1 和 h1 / d1
相同的m1而不同的hi
表13
2. 宽凸缘圆筒形件的拉深方法
1) 宽凸缘圆筒形件拉深应遵循的规律
(a) 圆角半径不变
带凸缘圆筒形件按其凸缘尺寸的大小分为窄凸缘( d凸 / d <1.1~1.4 ) 和宽凸 缘( d凸 / d > 1.4 )两种类型,如图7.21所示。
7.5.1 窄凸缘圆筒形件的拉深
窄凸缘圆筒形件拉深,有两种拉深方法。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7.22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 2Rd ,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,如图7.23所示。
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