模具第四章 拉深模

图4－3所示的扇形chef是从板料圆环上截 取的单元，经过拉深后变成了矩形c´h´e´f´。
扇形单元体变形是切
线方向受压缩，径向方向
受拉伸，材料向凹模口流
动，多余的材料（图中阴
影部分）由于流动填补了
双点划线部分。设扇形面
积为A1，拉深后矩形面积
综合起来看，平板毛坯在凸模压力的 作用下，凸模底部的材料变形很小，
一、拉深变形过程
的分析
1、拉深变形过程及特点
圆筒形件的拉深过程如图4－1所示。 直径为D的圆形平板毛坯2被凸模1拉 入凸、凹模的间隙里，形成直径为d 高为H的空心圆柱体4。在这一过程 中，板料金属是如何流动的呢？
如图4－2所示，把直径为D的圆板料 分成两部分：一部分是直径为d的圆 板，另一部分是直径为（D－d）的 圆环部分，把这块板料拉深成直径为 d的空心圆筒。在这个拉伸试验完成 后，发现板料的第一部分变化不大， 即直径为d的圆板仍保持原形状作为 空心圆筒的底，板料的圆环部分变化 相当大，变成了圆柱体的筒壁，这一 部分的金属发生了流动。
3)拉深后工件在各个部分的厚 度是不同的如图4－6所示。
2)在底部圆角与直壁相 接部分工件最薄，最易发生 拉裂，如图4－7所示。
拉深使材料发生塑性变形，所以必然伴随着 加工硬化，如果工件需多次拉深才能成形， 或工件是硬化效应强的金属，则应合理安排 退火工序以恢复材料的塑性，降低其硬度和 强度。
2、影响极限拉深因数的因数 在制定拉深工艺时，拉深次
数愈少愈好．亦即希望尽可能的降低极限拉深因数．在不同的条件下极 限拉深因数是不同的，影响极限拉深因数的因数有以下几个方面：
变形程度是有限的，也就是存在极 限拉深因数，它是由危险截面的强 度来决定的。极限拉深因数是使拉 伸工件不破裂的最小拉深因数。
注：当总拉深因数<极限拉深因数，就必 须进行多次拉深。合理的分配每次 拉深因数是很关键的，一般希望在 保证极限拉深因数的前提下，尽可 能取小的拉深因数，这样就可以减 少拉深次数，提高经济效益。
拉深的变形区比较大，金属流动性大， 拉深过程中容易发生起皱、拉裂而失 败。因此，有必要分析拉深时的应力 状态和变形特点，找出发生起皱、拉 裂的根本原因，在制订工艺和设计模 具时注意它，以提高拉深件的质量。
设在拉深过程的某一时刻，毛坯处于 如图4－4所示情况，分析各部分的 应力状态。
1)平面凸缘部分（A区）＿主变形区
终保持平圆形状，它受两向拉应力σ1和σ3的作用。变形是三向的，
ε1和ε3是拉伸，ε2是压缩。由于拉伸变形受到凸模摩擦力的阻止，
故变薄很小，可忽略不计。
见图4-4
图4-4
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3、拉深变形的特点
综合对拉伸过程的应力和变形的分析可以看到，拉深会产 生一些特定的现象，即起皱、拉裂和硬化。
1)起皱发生在圆筒形凸缘部分，如图4－5所示，是由切向压应力引起 的。起皱的危害很大，首先，起皱变厚的板料不易被拉入凸、凹模的间 隙里，使拉深件底部圆角部分受力过大而被拉裂。即使勉强拉入也会使 工件留下皱痕，影响工件的质量。它还会使材料与模具之间的摩擦与磨 损加剧，损害磨具的寿命。
由于凸模向下压，迫使板料进入
凹模，故在凸缘产生径向拉应力σ1， 小单元体互相挤压产生切向压应力 σ3，由于压边圈提供的压边力产生 法向压应力σ2，在这3个主应力中
σ2的绝对值比σ1 、σ3的绝对值小 得多。凸缘上σ1 、σ3是变化的，是 凸缘外到内， σ1是由小变大，而σ3 的绝对值则是由大变小，在凸缘的最 外缘σ3的压应力是最大的，则材料 在切向上必然是压缩变形。如果被拉 深的材料厚度较薄，压边力太小，就 有可能是凸缘部分的材料失稳而产生 起皱现象。
2)凸缘圆角部分（B区）＿过渡区 这部分的材料受到径向拉应力σ1， 切向压应力σ3，以及凹模圆角的压力和弯曲受压作用共同产生法
向压应力σ2，,此处的σ1值的绝对值最大,则材料会在径向上发生拉 伸变形，材料有变薄的倾向。
3)筒壁部分（C区）＿传力区 该部分受到凸模传来的拉应力σ1和凸模 阻碍材料切向自由压缩而产生的拉应力σ3，显然, σ1的绝对值大,径 向是拉伸变形,径向的拉伸是靠壁厚的变薄来实现的，故筒壁上厚下 薄。
总之，了解拉深工艺的这些特点后，在制订 工艺、设计模具时，应考虑如何在保证最大 变形程度下避免毛坯起皱和工件被拉裂。
二、拉深因数
１、拉深因数的概念和意义
对于旋转类工件来说，拉深因数是指 拉深后工件的直径与拉伸前毛坯（或 半成品）的直径之比，拉深因数用ｍ 表示。如图4－8中：
第一次拉深因数m1为：m1＝d1/ D；
第四章 拉深模
第一节 拉深模的设计基础 第二节 拉深模的设计示范
第一节 拉深模的设计基础
拉深是把一定形状的平板毛坯或空心件通过拉 深模制成各种空心零件的工序。在冲压生产中 拉深是一种广泛使用的工序，用拉深工序可得 到的制件一般可分为三类：
1、旋转体零件：如搪瓷脸盆、铝锅等。 2、方形零件：如饭盒、汽车油箱等。 3、复杂形状零件：如汽车覆盖件等。
4)底部圆角部分（D区）＿过渡区 该部分受到径向拉应力σ1和切向拉应 力σ3的作用，厚度方向上受到凸模的弯曲作用而产生压应力σ2 。材 料变形为平面应变状态，径向拉伸变形，是靠壁厚变薄来实现的，这 部分材料变薄最为严重，最易出现拉裂，此处称为危险断面。
5)圆筒底部（E区）＿不变形区 这部分材料一开始就被拉入凹模中，始
为A2，由于拉深时厚度变
而毛坯（D－d）的环形区的金属在
化很小，可认为拉深前后
凸模压力的作用下，要受到拉应力和
面积相等，即A1= A2，所 以，H> （D－d）/2。
压应力的作用，径向伸长、切向缩短， 依次流入凸、凹模的间隙里成为筒壁， 最后，使平板毛坯完全变成圆筒形工
件为止。

2、拉深时的应力 状态和变形情况
第二次拉深因数m2为：m2＝d2/d1；
……第n次拉深因数mn＝dn/dn－１。
工件直径dn与毛坯直径D之比称为总 拉深因数，即：工件成形所需要的拉 深因数。总的拉深因数：
m总＝ dn/ D＝m1·m2·····mn
若工件是非圆形件，则总的拉深因数 m总＝工件周长/毛坯周长
显然，拉深因数永远小于1，且m越小， 变形程度越大。