2 拉深件工艺计算

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圆弧长度和形心到旋转轴的距离计算公式
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对复杂形状的旋转体，公式 D 8 R x l
的应用
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①将工件厚度中线的轮廓线（包括切边余量）分为若干
段直线和圆弧； ②计算出各直线和圆弧的长度l1、 l2… ln ，并找出每 一线段的形心，算出每一形心到旋转轴的距离R1x 、 R2x… Rnx。 直线的形心在直线的中点上，圆弧的形心查表。 ③求出各段母线的长度与其旋转半径乘积的代数和：
模块二
拉深件工艺计算
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复习引入
1.拉深件的主要质量问题及控制? 拉深的主要质量问题包括起皱和拉裂。控制起皱 的主要措施就是采用压料圈装置；控制拉裂的措施包 括加大凸.凹模圆角半径，增加拉深次数，降低拉深力， 润滑等方式。
2.拉深件的工艺性有哪些要求？ 拉深件的工艺性要求包括对形状和尺寸的要求，拉 深件的精度要求及对拉深件材料的要求。
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压料装置
压料装置
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压料装置
上述三种压料装置的压料力变化曲线如图6-22所示。 由图可以看出，弹簧和橡胶压料装置的压料力是随着工 作行程（拉深深度）的增加而增大的，尤其是橡胶式压 料装置更突出。这样的压料力变化特性会使拉深过程中 的拉深力不断增大，从而增大拉裂的危险性。因此，弹 簧和橡胶压料装置通常只用于浅拉深。
表1 无凸缘圆筒形拉深件的修边余量
表2 无凸缘圆筒形拉深件的修边余量
表2 有凸缘圆筒形拉深件的修边余量
当零件的相对高度H/d很小并且高度尺寸要求不 高时，也可以不用切边工序。
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二、简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定
1．将拉深件划分为若干个简单的几何体； 2．分别求出各简单几何体的表面积； 3．把各简单几何体面积相加即为零件总面积； 4．根据表面积相等原则，求出坯料直径。
［m］
（3）拉深工作条件 1）模具的几何参数 2）摩擦润滑 3）压料圈的压料力
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（4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等
表 3 圆筒形件的极限拉深系数（带压料圈） 表 4-8 圆筒形件的极限拉深系数（带压料圈）
圆筒形件的极限拉深系数
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圆筒形件的极限拉伸系数 （不带百度文库料圈）
但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。
圆形拉深件
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方形拉深件
形状复杂的拉深件： 需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。 拉深件的模具设计顺序： 先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。 切边工序：拉深件口部不整齐，需留切边余量。
表1 无凸缘圆筒形拉深件的修边余量
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（4）工序件草图
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拉深力的确定
下图所示为实验测得一般情况下的拉深力随凸模行程 变化的曲线。从图中可以看出，在拉深开始时，由于凸 缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变 形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得 的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长 速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于 前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，变形 区面积减小的速度超过了冷作硬化 增加的速度，于是拉深力逐渐下 降。零件拉深完以后，由于还要 从凹模中推出，曲线出现延缓下 降，这是摩擦力作用的结果，不 是拉深变形力。
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压料力的确定
在模具设计时，压料力可按下列经验公式计算： 任何形状的拉深件
圆筒形件首次拉深
圆筒形件以后各次拉深
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压料装置
目前生产中常用的压料装置有弹性压料装置 和刚性压料装置。 1、弹性压料装置 在单动压力机上进行拉深加工时，一般都是 采用弹性压料装置来产生压料力。根据产生压料 力的弹性元件不同，弹性压料装置可分为弹簧式， 橡胶式和气垫式三种。
常见的旋转体拉深件坯料直径的计算公式查阅手册.
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三、复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定
久里金法则求其表面积：
任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于 该母线的长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。 如右图所示，旋转体表面积为
A 2Rx L
因拉深前后面积相等，故坯料直径D： D 2 2R x L 4 D 8R x L
压料圈的结构形式
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压料装置

为了保持整个拉深过程中压料力均均衡和防止将坯 料压得过紧，特别是拉深板料较薄且凸缘较宽的拉深件 时，可采用带限位装置的压料圈，如下图所示。限位柱 可使用压料圈和凹模之间始终保持一定的距离s。对于带 凸缘零件的拉深，s=t+(0.05～0.1)mm;铝合金零件的拉 深，s=1.1t;钢板零件的拉深，s=1.2t(t为板料厚度)
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（２）工序件高度的计算 根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得 到如下工序件高度计算公式。计算前应先定出各工序件的底部 圆角半径。 D2 r1 d1 0.32r1 h1 0.25 d 0 . 43 1
d1 d1 D2 r2 d 2 0.32r2 h2 0.25 d2 0 . 43 d d 2 2 ... D2 rn d n 0.32rn hn 0.25 d 0 . 43 n d dn n
m1 第一次拉深系数： d1 D
d2 m2 第二次拉深系数： d1
dn 第n次拉深系数： mn d n1
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拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。 m愈小，说明拉深变形程度愈大，相反，变形程度愈小。 拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即
d n d1 d 2 d 3 d n1 d n m m1m2 m3 mn1mn D D d1 d 2 d n2 d n1
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压料力的确定
压料力的作用是防止拉深过程中坯料的起皱。压料 力的大小应适当，压料力过小时，防皱效果不好；压料 力过大时，则会增大传力区危险断面上的拉应力，从而 引起严重变薄甚至拉裂。因此，应在保证坯料变形区不 起皱的前提下，尽量选用较小的压料力。
应该指出，压料力的大小应允许在一定范围内调节。 一般来说，随着拉深系数的减小，压料力许可调节范围 减小，这对拉深工作是不利的，因为这时当压料力稍大 些时就会产生破裂，压料力稍小些时会产生起皱，也即 拉深的工艺稳定性不好。相反，拉深系数较大时，压料 力可调节范围增大，工艺稳定性较好。这也是拉深时采 用的拉深系数应尽量比极限拉深系数大一点的原因。
lR l 1 R x 1 l 2 R x 2 l n R xn
④求毛坯直径：
D 8 lR 8 ( l 1 R x 1 l 2 R x 2 l n R xn )
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一、拉深系数与极限拉深系数
1.拉深系数的定义 拉深系数m是以拉深后 的直径d与拉深前的坯料D （工序件dn）直径之比表示。
ｄ4＝ ［ｍ4 ］ｄ3＝0.8×28.8ｍｍ＝23ｍｍ
此时ｄ4＝23ｍｍ＜28ｍｍ，所以应该用4次拉深成形。
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（３）各次拉深工序件尺寸的确定 经调整后的各次拉深系数为：
ｍ1＝0.52，ｍ2＝0.78，ｍ3＝0.83，ｍ4=0.846
各次工序件直径为
……
各次工序件底部圆角半径取以下数值： ｒ1＝8ｍｍ，ｒ2＝5ｍｍ，ｒ3＝4ｍｍ 各次工序件高度为 ……
如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。
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拉深实验
b)无压料装置 a)无压料装置 极限拉深系数［m］ 从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。
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２．影响极限拉深系数的因素 （1）材料的组织与力学性能 （2）板料的相对厚度 t / D
t/D
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例4-2 求图中所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。 材料为10钢，板料厚度ｔ＝2ｍｍ。 解：因ｔ＞ 1 ｍｍ，故按板厚中径尺寸计算。 （１）计算坯料直径 根据零件尺寸，其相对高度为
H 76 1 75 2 .7 d 30 2 28
查表4-4得切边量
坯料直径为
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圆筒形件总拉深次数m（d/D）与拉深次数的关系
表 4-11 圆筒形件总拉深系数与拉深次数的关系 表 6 圆筒形件总拉深系数与拉深次数的关系
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三．各次拉深工序件尺寸的确定
（１）工序件直径的确定 确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数， 适当放大，并加以调整，其原则是： d １）保证ｍ1ｍ2…ｍｎ＝ D ２）使ｍ1＜ｍ2＜…ｍｎ 最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径： ｄ1＝ｍ1Ｄ ｄ2＝ｍ2ｄ1 … ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１
表 4 圆筒形件的极限拉深系数（不带压料圈） 表 4-9 圆筒形件的极限拉深系数（不带压料圈）
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二、圆筒形件的拉深次数
１．拉深次数的确定 当 m总＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。 其拉深次数的确定有以下几种方法： （1）推算法 1）由表3或表4中查得各次的极限拉深系数； 2）依次计算出各次拉深直径，即
h 6mm
D d 2 4d ( H h) 1.72 dr 0.56 r 2
代已知条件入上式得Ｄ＝98.2ｍｍ
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（２）确定拉深次数 坯料相对厚度为
t 2 100 % 2.03% 2% D 98.2 按表4-1可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。
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按图得： D 2 A A A A i 1 2 3
4
4
故
D
A
i
A1 d ( H r ) A2 A3

2r (d 2r ) 8r 4
2
4
( d 2r ) 2
整理后可得坯料直径为:
D (d 2r ) 2 4d ( H r ) 2r (d 2r ) 8r 2 d 2 4dH 1.72dr 0.56r 2
ｄ1＝［ｍ1］Ｄ；ｄ2＝［ｍ2］ｄ1；…ｄｎ＝ ［ｍｎ］ｄｎ－１；
3）当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。
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2. 查表法 圆筒形件的拉深次数还可以从各种实用的表格中查取。
表 4-10 圆筒形件相对高度与拉深次数的关系 表 5 圆筒形件相对高度与拉深次数的关系
圆筒形件相对高度H/d与拉深次数的关系
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拉深力的确定
由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变 形情况来准确计算拉深力是比较困难的，所以，实际生 产中通常是以危险段面的拉应力不超过其材料抗拉强度 为依据采用经验公式计算拉深力。对于圆筒形件： 首次拉深 以后各次拉深


式中 F——拉深力 d1、d2、…、dn——各次拉深工序件直径 t ——板料厚度 σb ——拉深件材料的抗拉强度 K1、K2——修正系数，与拉深系数有关
根据ｔ/Ｄ＝2.03％，查表得各次极限拉深系数［ｍ］1＝0.50， ［ｍ2 ］ ＝0.75，［ｍ3 ］ ＝0.78，［ｍ4 ］ ＝0.80，…。
故 ｄ1＝ ［ｍ1 ］Ｄ＝0.50×98.2ｍｍ＝49.2ｍｍ ｄ2＝ ［ｍ2 ］ｄ1＝0.75×49.2ｍｍ＝36.9ｍｍ ｄ3＝ ［ｍ3 ］ｄ2＝0.78×36.9ｍｍ＝28.8ｍｍ
压料力曲线
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压料装置

压料圈是压料装置的关键零件，常见的结构形式有 平面形，锥形和弧形，如下图所示。一般的拉深模采用 平面形压料圈（图a）；当坯料相对厚度较小，拉深件凸 缘小且圆角半径较大时，则采用带弧形的压料圈（图c）； 锥形压料圈（图b）能降低极限拉深系数，其锥角与锥形 凹模的锥角相对应，一般取30°～40°，主要用于拉深 系数较小的拉深件。
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项目分析
工件名称：金属保护筒 生产批量：大批量 材料：08钢 材料厚度：2mm
完成金属保护筒 拉深工艺计算
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新课讲授
一、坯料形状和尺寸确定的依据
表面积不变原则: 若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与
拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。
形状相似原则: 拉深前坯料的形状与拉深件的截面轮廓形状相似。