拉深工艺与拉深模具设计一

• 拉深变形过程 • 拉深过程中毛坯的应力应变状态 • 拉深过程中的力学分析 • 拉深过程中出现的问题及其防止措施
4.1 拉深变形过程的分析
4.1.1 拉深变形过程
1．金属的流动过程(如图所示) 工艺网格实验
2．拉深变形过程 在拉深力的作用下，毛坯内部的各个小单元体之间产
生了内应力，在径向产生拉应力，在切向产生压应力，在 这两种压力的作用下，凸缘区的材料发生塑性变形并不断 的被拉入凹模内,成为圆筒形零件。


4
d 02
所以：
D
d
2 0

4d
(h


)

2rd0

8r
2
δ=8mm D=282.12mm
4.3.2 复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定
1、作图法
任何形状的母线ＡＢ绕轴线ＹＹ旋转，所得 到的旋转体面积等于母线长度Ｌ与其重心旋转所 得周长２Ｘ的乘积（Ｘ是该段母线重心至轴线 的距离）。
旋转体面积： A 2 LX
3）在设计拉深件时，应注明必须保证外形或内形 尺寸，不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉 深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为 基准。
4）拉深件口部尺寸公差应适当。
5）一般拉深件允许壁厚变化范围0.6t1.2t,若 不允许存在壁厚不均现象，应注明；
6）需多次拉深成形的工件，应允许其内、外壁 及凸缘表面上存在压痕；
4.2.4 拉深件的材料 1）具有较大的硬化指数； 2）具有较低的径向比例应力σr/σb峰值； 3）具有较小的屈强比σs/σb； 4）具有较大的厚向异性指数r。
4.2.5 拉深件工序安排的一般原则
l）在大批量生产中，在凹、凸模壁厚强度允许 的条件下，应采用落科、拉深复合工艺；
2）除底部孔有可能与落料、拉深复合冲压外， 凸缘部分及侧壁部分的孔、槽均需在拉深工 序完成后再冲出；
2）拉深件侧壁上的冲孔与底边或凸缘边的距离
h 2d t
3）拉深件凸缘上的孔距：
D1 (d1 3t 2r2 d )
4）拉深件底部孔距：
d d1 2r1 t
4.2.3 拉深件的精度等级 主要指其横断面的尺寸精度；一般在IT13级
以下，不宜高于IT11级，高于IT13级的应增加整 形工序。
4.2.2 拉深件圆角半径的要求
1.凸缘圆角半径rdΦ 凸缘圆角半径rdΦ ：指壁与凸缘的转角半径。
要求：
1）rdΦ ＞2t 一般取：rdΦ =（48）t
2）当rdΦ ＜0.5mm时，应增加整形工序。
pg
pg
py
2.底部圆角半径rpg 底部圆角半径rpg：指壁与底面的转角半径。
要求：
1）rpg≥t，一般取：rpg≥（35）t 2）rpg＜t，增加整形工序，每整形一次，rpg
拉深工艺与拉深模具设计
概述
4.1 拉深变形过程分析 4.2 审图与拉深工艺性分析 4.3 拉深件毛坯尺寸计算 4.4 圆筒形件拉深计算 4.5 拉深凸、凹模结构设计 4.6 拉深件成形模具总体结构设计 4.7 其它旋转体件的拉深 4.8 盒形件的拉深 4.9 其它拉深方法 4.10拉深次品分析及拉深中的辅助工序
b:用于单动冲床的弹性压边圈，常用动源为橡胶、 弹簧、气垫。
2 、拉裂
拉深时筒壁总拉应力超过筒壁最薄弱处的材料强度 时，拉深件产生破裂。
原因：
1）由于法兰起皱，坯料不能通过凸凹模间隙，使筒 壁拉应力增大
2）压边力过大，使径向拉应力增大 3）变形程度太大
防止拉裂的措施:
1）采用适当的拉深比和压边力 2）增加凸模的表面粗糙度，改善凸缘部分变形材 料的润滑条件 3）合理设计模具工作部分的形状 4）选用拉深性能好的材料.
件的拉深次数及工序件尺寸；查表确定带凸缘圆 筒形件的拉深次数；分别掌握宽凸缘及窄凸缘圆 筒形件的多次拉深的工序计算步骤。
4.4.1 拉深系数
1、拉深系数：拉深系数是指拉深后圆筒形件的直径与拉深前
毛坯（或半成品）的直径之比 。 m=d/D
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，mz
所以，筒壁的拉应力总和为

p max M e 2 W
4.1.3 拉深成形过程中出现的问题及防止措施
1 、起皱 起皱主要是由于凸缘处的切向压应力超过了板料的临
界压应力所引起的。起皱首先产生在法兰外缘处。
1）起皱的影响 起皱不利于拉深变形 a、由于起皱，毛坯不能被拉过凸凹模间隙面而拉断 b、轻微起皱的毛坯即使拉过凸凹模间隙，也会在筒
3）当拉深件的尺寸精度要求高或带有小的圆角 半径时．应增加整形工序；
4）修边工序一般安排在整形工序之后；
5）修边冲孔常可复合完成。
电线插座外壳的冲压程序
课后思考
1、什么情况下会产生拉裂？拉深工艺顺利进 行的必要条件是什么？
2、影响拉深时坯料起皱的主要因素是什么？ 防止起皱的方法有哪些？机理是什么？
为极限拉深系数（可查表）。拉深时，要保证拉深顺利
进行，每次拉深系数应大于极限拉深系数。
影响极限拉深系数的因素：
1）材料的内部组织和力学性能：
塑性好，组织均匀，晶粒大小适当；屈强比小，塑性应变比大，板 料的拉深性能好，极限拉深系数就小。
2）毛坯相对厚度t/D： t/D越小，极限拉深系数越大 3）拉深模具：凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模表面质量 4）拉深条件：压边圈、次数、润滑
4.3 拉深件毛坯尺寸计算
学习目标： 能够计算圆筒形拉深件的毛坯尺寸，了解复
杂旋转体拉深件的毛坯计算方法。
教学要求： 能够利用等面积法，计算圆筒形拉深件的毛
坯尺寸；能够查表确定常见的旋转体拉深件的毛 坯尺寸。
4.3.1 简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定 计算原则：
a、形状相似原则：拉深毛坯的形状一般与拉深件横 截面形状相似。旋转体零件的拉深毛坯可采用圆形毛 坯。
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4.1 拉深变形分析
1 、拉深的基本概念 拉深－也称拉延，是利用模具使平板毛坯成为开口
空心零件的冲压加工方法。
2 、拉深件分类 (如图所示)
直壁旋转体－圆筒形零件 （无凸缘圆筒形件、有凸缘圆筒形件）、阶梯形
件 直壁非旋转体－盒形件 曲面旋转体－球面、锥面零件 曲面非旋转体－复杂形状零件
4.1 拉深变形分析
厚度变化：底部略有变薄，壁部上段增厚，下部变薄，
侧壁靠近底部圆角处最严重，甚至断裂，为危险断面
１ 、凸缘变形区的应力分析

1
1.1 s
ln
Rw


3
1.1 s 1 ln

Rw


其中Rw—瞬时法兰外半径
r Rw
max
1.1 s
ln
4.1.2 拉深过程中毛坯的应力与应变状态
根据应力应变状态不同，可将拉深过程的毛坯分成 五个部分：
1 、平面凸缘区—主要变形区 2 、凸缘圆角部分—过渡区 3 、筒壁部分—传力区 4 、底部圆角部分 —过渡区 5 、圆筒底部分—小变形区
拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况(如图4.1.4)
法兰部分－变形区：径向拉应力，切向压应力；材料主要 向径向流动，同时也向厚向流动而加厚 凹模圆角部位－过渡区：除与法兰部分相同特点外，还承 受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生的压应力 侧壁部分－已变形区、传力区：继续拉深时，将凸模拉深 力传递到法兰区，受单向拉应力作用；发生少量的纵向伸 长和变薄 凸模圆角部位－过渡区：底部圆角稍上处，变薄最严重， 为零件的危险断面，直接影响极限变形程度 底部－不变形区、传力区：基本不变形，由于底部圆角部 分的拉深力，材料受两向拉应力作用，厚度略有变薄
拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，拉深系 数是一个小于1的数值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直径 变化愈小，即变形程度小。其值愈小则毛坯的直径变化愈 大，即变形程度大。可用它作为衡量拉深变形程度的指标。
拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：
kn

1 mn

d n 1 dn
2、极限拉深系数 在保证侧壁不破坏的情况下所能得到的最小拉深系数称
b、面积相等原则：拉深前后材料的体积不变，对于 不变薄拉深，可按拉深前毛坯表面积等于拉深后工件 表面积进行计算。 c、在计算毛坯尺寸时，必须计入修边余量δ 。
（1）计算工件表面积
圆筒直壁部分表面积为:
A d(h )
1
球台部分的表面积为 : 底部表面积为：
A2
2 d0
dn=[ mn]dn-1 式中 d1、d2…dn-1、dn—第1、2、…（n-1）、n道工序的直径；
[m1]、[m2]…[mn]—第1、2、…n道工序的极限拉深系数； D—毛坯直径。
2）根据工件的相对高度h/d和毛坯的相对厚度 t/D，查表确定拉深次数n。
上表只适合08及10号钢的拉深件
无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程
教学要求： 根据弯曲件的结构工艺性要求改善拉深件的结
构设计；能够根据拉深件的工艺条件，确定拉深件 圆角半径，确定带孔拉深件的孔的位置。
4.2.1 对拉深件形状尺寸的要求
1）拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉 深成形。
2）尽量避免半敞开及非对称的空心件，应考虑设 计成对称（组合）的拉深，然后剖开；
2
2r 4
2rd0 8r 2
A3


4
d
2 0
工件的总面积为 A1，A2和A3 部分之和，即 :
A dh 4
2rd0 8r 2


4
d
2 0
（ 2 ）求毛坯尺寸： D2 dh
4
4
2rd0 8r 2
Rw r