第五章拉深

第五章拉深(09.1.3.)

§5-1.拉深定义、应用与分类.

一.定义：

利用金属材料的塑性，把剪裁或冲裁成一定形状的平板坯料，通过拉深模和压力机，把它压制成开口的、空心的零件的一种冲压工艺。

二.应用：

拉深的加工尺寸范囲也相当广泛，从几毫米的小零件，直到轮廓尺寸几米的大型零件，都可以用拉深工艺制造。因此，在汽车、航空、拖拉机、电器、仪表、电子、国防等工业部门，以及日常生活用品，拉深工艺得到广泛的应用。

三.分类：

(一)按形状分：

1.旋转体<轴对称>零件.

如园筒形、带凸缘园筒形、园筒阶梯形、锥凸缘形、抛物线

形、半球形等。

2.矩形零件.如长方形盒、正方形盒等。

3.复杂形状零件.如汽车覆盖件、内、外门板、油底壳等。

(二)按性质分：

1.不变薄拉深零件.

2.变薄拉深零件.

§5-2拉深变形过程的分析。

一．拉深变形过程.

（一）拉深过程：如图5-2-01，直径为Ｄ，厚度为ｔ的园形毛坯，经拉深模拉深，得到了具有外径为ｄ、高为Ｈ的开口的园筒形工件。

(二)园形的平板毛坯究竟是怎样变成园筒形工件的呢？图5-2-02

如图5-2-02园形的平板毛坯分成若干等分，三角阴影部分ｂ１、

ｂ２、ｂ３、ｂ４……切去，留下ａ１、ａ２、ａ３、ａ４……

这些狭条沿直径ｄ园周弯拆过来，再把它们焊接起来，就可以成

为一个园筒形件。则高度ｈ＝１／２〔Ｄ－ｄ〕。

但是，在实际拉深过程中，并没有将阴影部分的三角形材料切

去，这部分材料是拉深过程中，由于“产生塑性流动而转移了”。

这部分材料称为“多余三角形”。

这部分“多余三角形”材料的转移，使得：

1．增加工件的高度△ｈ，使ｈ＞1/2（D-d）.

2．增加工件侧壁部的厚度△ｔ.

（三）纲格试验(说明金属流动的过程).

1．在园形毛坯上：图5-2-03

（1）画上许多间距都等于α的同心园.

（2）画上分度相等的辐射线.

2．组成网格的园形毛坯，经过拉深模拉深后：图5-2-04

（1）在底部的网格基本保持原来的形状.

（2）在板筒壁部分则发生很大的变化.

（ａ）原来同心园变为筒壁上的水平园线，而且

间距α也增大了，愈近上部增大愈多.即α1＞α2

＞……＞α５＞α

（ｂ）原耒分度相等的辐射线变成了筒壁上的垂

直平行线，其间距则完全相同.即b1=b2=b3=b4……

=b

（ｃ）分析网格中一个单原体：图5-2-05

﹙Ⅰ﹚拉深前Ｆ1是扇形，拉深后Ｆ2是矩形，一般认为料厚度变化很小，而忽略计算，则

Ｆ1=Ｆ2。

（Ⅱ）为什么小单原体由扇形（Ｆ1）变为矩形（Ｆ2）呢？在变形过程中，可以先假想毛坯上扇

形小单体，看作被拉进一个假想的“楔形槽”而变成

矩形的。结果在切向被压缩，而在直径方向被拉

长。可见小单原体在切向受到压缩应力σ3的作用，

半径方向受到拉伸应力σ1的作用。

实际上没有“楔形槽”，小单原体也不存在的，那么，σ1

和σ3是怎样产生的呢？在拉深力的作用下，σ1是由于材料

之间，在半径方向的相互作用（拉伸）产生的，σ3是由于

材料之间，在切线方向的互相作用（挤压）产生的。（四）拉深变形过程可归纳如下：

在拉深过程中，因为，毛坯金属材料内部的相互作用，产生了内应力（σ1 、σ3），在径向产生拉伸应力σ1；在切向产生压缩应力σ3。在应力 σ1、 σ3的共同作用下，凸缘区的材料发塑性变形，而不断地被拉入凹模内，成为园筒

形零件。

二．拉深过程中毛坯的应力与应变状态.

（一）图5-2-06是拉深过程中的某一时刻的状态.

1.每个瞬间，各部分应力、应变状态是不同的.

2.各个瞬间，应力、应变又是变化的，是凸模位置的函数.

(二)根据应力和应变状态的不同，可将拉深毛坯划分为五个区域，用宏观的主应力和主应变耒表示瞬时的各个部位的状态

Ａ区凸缘部分：

1. 拉深变形的主要变形区域，是小单原体由扇形变为矩形的区

域，拉深过程在这里完成.

2. 由压边圈的作用，产生σ2(压应力)，但在一般情况下，由于

σ1、σ3一的绝对值比σ2大得多，“多余三角形”材料的转移主

要是向径向延展，同时也向毛坯厚度方向流动而增加厚度，

即ε2是正值，当无压边圈时σ2=0 ε2更大.

3. 由于愈到外缘，需转移的材料愈多，因此，愈到外缘材料变

厚愈大，材料硬化现象也愈严重.

4. 当σ2=0，不用压边圈或压边力不够时，又当“多余三角形”较

大，板料较薄时，特别最外缘处，在切向应力σ3作用下，会

失去稳定而拱起，即形成所谓“起皱现象”.(第一大难题)

5. 这区的应力、应变状态：

Ｂ区凹模园角部分：

1. 这是一个过渡区，材料的应力、变形比较复杂.

2. 与Ａ区相同的特点，径向σ1切向σ3的作用.

3. 受凹模园角的压力和弯曲作用而产生压应力σ2.

4. 这区的应力、应变状态：

C区筒壁部分：

1.材料不发生大的变化.

2.凸模的拉深力要经筒壁传递到凸缘部分.

3.受单向拉σ1，发生少量的纵向伸长和变薄.

4.这区的应力、应变状态：

D 区凸模园角部分：

1.承受径向拉应力σ1和切向应力σ3.

2.在厚度方向，由于凸模的压力和弯曲作用下，承受压应力σ2.

3.在筒壁与底部转角处稍上的地方：

(1)由于传递拉深力的截面积较小，因此产生σ1较大.

(2)在该处所需要转移的材料较少，故该处材料的变形程度小，冷

作硬化较低，材料的σs也就低.

(3)变薄最严重，成为整个另件强度最薄弱的地方，通常称‘危险断

面’<第二大难题>.若σ1>[σ] 就要拉裂或即使未裂，由于应力过大，材料在该处变薄过于严重，而使工件超差或报废.

4.这区的应力、应变状态：

E 区筒底部分：

..1.不产生大的变形.

2.由于凸模拉深力的作用，材料受两向拉应力，厚度略有变薄.

3.这区应力、应变状态：

§ 5-3 园筒形件的拉深.(工艺计算)

园筒形件的拉深可分为凸缘园筒形件拉深和有凸缘园筒形件拉深两种. 图5-3-01

1. 切边余量的确定：

(一)为什么要考虑切边余量[δ值]？

由于1.材料机械性能的方向性. 2.模具间隙不均匀. 3.板厚的

偏差. 4.磨擦力不等. 5.坯料定位的误差等。使拉深件上部或凸

缘周边高低不齐，所以，必须要进行修边，故要放切边余量δ

值。

(二)δ值的确定.

1.无凸缘园筒形拉深件的切边余量查阅冲压手册Ｐ182表4-

4.

2．有凸缘园筒形拉深件的切边余量查阅冲压手册Ｐ183表