模具设计与制造第7章 拉深工艺与模具设计

7.2.4 拉深件的工艺性 （1）拉深件的公差等级。 一般拉深件的尺寸精度不宜要求过高，应在IT13级以下，不宜高于 IT11级。 如果公差等级要求高，可增加整形工序达到尺寸要求。 拉深件由于各处变形不均匀，上下壁厚变化可达 ，t为板料厚度。
对于不变薄拉深，壁厚公差要求一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律。 （2）拉深件的形状与尺寸。
图7-6 拉深过程中的应力与应变状态
7.2.3 拉深过程中的起皱与破裂 （1）起皱。 在拉深时，由于凸缘材料存在着切向压缩应力 3 ，当这个压应力大 到一定程度时，板料切向将因失稳而被拱起，这种在凸缘四周沿切向产生 波浪形的连续弯曲称为起皱，如图7-7（a）所示。 当拉深件产生起皱后，轻者凸缘变形区材料仍能被拉进凹模，但会使 工件口部产生波纹，影响工件的质量，如图7-7（b）所示。 起皱严重时，由于起皱后的凸缘材料不能通过凸、凹模间隙而使拉深 件拉裂，如图7-7（c）所示。 起皱是拉深中产生废品的主要原因之一。
图7-4 拉深件的网格试验
图7-5 拉深件材料厚度与硬度的变化
7.2.2 拉深过程中的应力与应变 通过分析板料在拉深过程中的应力与应变，将有助于拉深工作中工艺 问题的解决和保证产品质量。 在拉深过程中，材料在不同的部位具有不同的应力状态和应变状态。 筒形件是最简单、最典型的拉深件。 如图7-6所示是筒形件在有压边圈的首次拉深中某一阶段的应力与应 变情况。 根据应力与应变状态的不同，可将拉深毛坯划分为五个区域：Ⅰ区为 凸缘部分，是拉深工艺的主要变形区；Ⅱ区为凹模圆角部分，是一个过渡 区域；Ⅲ区为筒壁部分，起传递力的作用；Ⅳ区为凸模圆角部分，也是一 个过渡区域；Ⅴ区是筒形件的底部，可认为没有塑性变形。
图7-1 拉深件的类型
| 7.2 圆筒形件拉深工艺分析 |
7.2.1 拉深变形过程及特点 如图7-2所示是圆筒形件的拉深过
程。
直径为D、厚度为t的圆形平板毛坯 经过拉深模具的拉深，得到具有内径为 d、高度为h的开口直壁圆筒型件，并且 h＞（Dd）/2。
图7-3 拉深时材料转移
通过网格试验分析拉深时材料的转移，可进一步说明拉深时金属的流 动情况，如图7-4所示。
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图7-7 拉深件的起皱破坏
（2）破裂。 起皱并不表示板料变形到达了极限，因为通过加压边圈等措施后，变 形程度仍然可以提高。 随着变形程度的提高，变形力也相应地增大，当变形力大于危险断面 的承载能力时，拉深件则被拉破，如图7-8所示，因此，危险断面的承载能 力是决定拉深能否顺利进行的关键。
图7-8 拉深件的破裂
单位：mm
0.5～0.8 1.0 1.2 2 3 4 5 6 7
2.5～4 2 2.5 4 6 8 10 11 12
表7-2
拉深高度h ≤25 25～50 50～100 100～150 150～200 200～250 ＞250
带凸缘拉深件的修边余量h ＜1.5 1.8 2.5 3.5 4.3 5.0 5.5 6.0
表7-1
拉深高度h ≤10 10～20 20～50 50～100 100～150 150～200 200～250 ＞250
无凸缘拉深件的修边余量h
拉深相对高度h/d或h/B 0.8～1.6 1.6～2.5 1.2 1.5 1.6 2 2.5 3.3 3.8 5 5 6.5 6.3 8 7.5 9 8.5 10
模具设计与制造
学习目标
第7章 拉深工艺与模具设计
了解拉深变形过程及特点 熟悉拉深过程的起皱与破裂现象
熟悉拉深件的工艺性
了解圆筒形件拉深的工艺计算及用途 掌握拉深模工作部分的设计 掌握拉深模的典型结构
| 7.1 概述 |
拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件，或将开口空心零件进 一步改变形状和尺寸的一种冲压加工方法。 拉深工艺广泛应用于汽车、拖拉机、仪表、电子、航空航天等各个工业部 门和日常生活用品的生产中，是冷冲压的基本工序之一，不仅可以加工旋转体 零件，还可加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，如图7-1所示。
单位：mm
2～2.5 1.4 1.8 2.5 3.0 3.5 3.8 4.0 2.5～3 1.2 1.6 2.2 2.5 2.7 2.8 3.0
相对凸缘直径dt/d或Bt/B
1.5～2 1.6 2.0 3.0 3.6 4.2 4.6 5.0
（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 求出其表面积后相加。 如图7-10所示的零件可看 成由圆筒直壁部分1，圆弧旋转 而成的球台部分2以及底部圆形 平板3三部分组成。
图7-10 圆筒形件毛坯尺寸计算 1—圆筒直壁部分 2—球台部分 3—底部圆形平板
（3）求出毛坯尺寸。 毛坯的直径D可按以下公式计算。
D (d 2r ) 2 4d ( H r ) 2r (d 2r ) 8r 2
d 2 4dH 1.72dr 0.56r 2
7.3.2 拉深次数的确定 1．拉深系数的概念和意义 拉深的变形程度大小可以用拉深件的高度和直径的比值来表示，比值 小的变形程度小，可以一次拉深成形，而比值大的，需要两次或两次以上 拉深才能成形。 但在设计拉深工艺过程与确定必要的拉深工序数目时，通常用拉深系 数作为计算的依据。 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，如图7-11所示，即
图7-9 拉深件的孔边距
（3）拉深件的高度。 （4）拉深件的圆角半径。 （5）拉深件的材料选用。 用于拉深的材料一般要求具有较好的塑性、较低的屈强比、较大的板 厚方向性系数和较小的板平面方向性。
| 7.3 圆筒形件拉深的工艺计算 |
7.3.1 毛坯尺寸的计算 （1）确定修边余量。 由于板料存在着各向异性，实际生产中毛坯和凸、凹模的中心也不可 能完全重合，因此，拉深件口部不可能很整齐，通常都要有修边工序，以 切去不整齐部分。 为此，在计算毛坯尺寸时，应预先留有修边余量，筒形件和凸缘件的 修边余量可分别查表7-1和表7-2，表中符号如图7-10所示。