冲压工艺及模具设计--第四章笔记

第四章

拉深的基本概念：拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。

拉深系数：是表示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，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。

拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形工艺的难易程度。良好的工艺性应是坯料消耗少、工序数目少，模具结构简单、加工容易，产品质量稳定、废品少和操作简单方便等。

拉深模具的特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。

板料拉深变形过程及其特点：在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与相同弧度b 辐射线组成的网格，然后将带有网格的毛坯进行拉深。在拉深过程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸缘毛坯的径向产生拉伸应力，切向产生压缩应力。在它们的共同作用下，凸缘变形区材料发生了塑性变形，并不断被拉入凹模内形成筒形拉深件。在拉深后工件底部的网格变化很小，而侧壁上的网格变化很大，以前的等距同心圆，变成了与工件底部平行的不等距的水平线，并且愈是靠近工件口部，水平线之间的距离愈大，同时以前夹角相等的半径线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线，以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。

拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变状态1.平面凸缘部分：主要变形区；2.凹模圆角区：过渡区；3.筒壁部分：传力区；4.凸模圆角部分：过渡区；5.圆筒底部分：小变形区

影响起皱的因素：（1）凸缘部分材料的相对厚度：凸缘部分的相对料厚，即为t/(Df-d)或t/(Rf-r) ;(2)切向压应力的大小: 拉深时σ3的值决定于变形程度，变形程度越大，需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则越σ3大，就越容易起皱。(3)材料的力学性能：板料的屈强比σs/σb小，则屈服极限小，变形区内的切向压应力也相对减小，因此板料不容易起皱。(4)凹模工作部分的几何形状

防止拉裂:可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，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，合理设计模具工作部分的形状，选用拉深性能好的材料。

硬化：拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加工硬化，使其硬度和强度增加，塑性下降。加工硬化的好处是使工件的强度和刚度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。

拉深毛坯尺寸的确定原则：体积不变原理（拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面积）、相似性原理。毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析图解法、作图法。（1）确定修边余量：由于材料的各向导性以及拉深时金属流动条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上(无凸缘件)或凸缘上增加修边余量。（2）计算工件表面积

拉深系数：表示了拉深前后毛坯直径的变化量，反映了毛坯外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此可用它作为衡量拉深变形程度的指标。由此可知，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。

影响拉深系数的因素1 拉深材料：机械性能、料厚、表面质量。2 拉深模具：间隙、凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模形状和凹模表面质量。3 拉深条件：压边圈、次数、

润滑、工件形状。

半成品尺寸确定：（1）半成品直径：拉深次数确定后，再根据计算直径dn应等于d 工的原则对各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数（2）半成品高度：各次拉深直径确定后，紧接着是计算各次拉深后零件的高度拉深系数决定三个因素：相对凸缘直径、相对高度、相对转角半径，影响程度为递减。

有凸缘筒形件的拉深特点：⑴宽凸缘变形程度不能用拉深系数来衡量；⑵首次拉深系数比圆筒件要小；⑶首次拉深极限变形程度与dt/d有关

拉深方法的确定:（1）若任意两个相邻阶梯的直径比都大于或等于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则先从大的阶梯拉起（2）相邻两阶梯直径dn/d n-1之比小于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则按带凸缘圆筒形件的拉深进行,即由小阶梯拉深到大阶梯（3）若最小阶梯直径dn过小，即dn/d n-1 过小，hn又不大时，最小阶梯可用胀形法得到。（4）若阶梯形件较浅，且每个阶梯的高度又不大，但相邻阶梯直径相差又较大而不能一次拉出时，可先拉成圆形或带有大圆角的筒形，最后通过整形得到所需零件

曲面形状零件的拉深特点:（1）拉深球面零件时，毛坯的凸缘部分与中间部分都是变形区，而且在很多情况下中间部分反而是主要变形区。（2）锥形零件的拉深与球面零件一样，除具有凸模接触面积小、压力集中、容易引起局部变薄及自由面积大、压边圈作用相对减弱、容易起皱等特点外，还由于零件口部与底部直径差别大，回弹特别严重，因此锥形零件的拉深比球面零件更为困难。（3）抛物面零件,其拉深时和球面以及锥形零件一样，材料处于悬空状态，极易发生起皱。总之:球面零件、锥形零件和抛物面零件等其他旋转体零件的拉深是拉深和胀形两种变形方式的复合，其应力、应变既有拉伸类、又有压缩类变形的特征。

抛物面零件拉深方法:抛物面零件常见的拉深方法有下面几种：(1)浅抛物面形件( h/d<0.5~.06) 因其高径比接近球形，因此拉深方法同球形件。(2)深抛物面形件( h/d>0.5~0.6)其拉深难度有所提高。这时为了使毛坯中间部分紧密贴模而又不起皱，通常需采用具有拉深筋的模具以增加径向拉应力。

锥形零件拉深方法:（1）对于浅锥形件可一次拉成，但精度不高，因回弹较严重。可采用带拉深筋的凹模或压边圈，或采用软模进行拉深。（2）对于中锥形件:拉深方法取决于相对料厚;（3）对于高锥形，因大小直径相差很小，变形程度更大，很容易产生变薄严重而拉裂和起皱。这时常需采用特殊的拉深工艺，通常有下列方法①阶梯拉深成形法②锥面逐步成形法③整个锥面一次成形法

盒形零件的拉深特点: 根据网格的变化可知盒形件拉深有以下变形特点：（1）盒形件拉深的变形性质与圆筒件一样，也是径向伸长，切向缩短。（2）变形的不均匀导致应力分布不均匀。（3）盒形件拉深时，直边部分除了产生弯曲变形外，还产生了径向伸长，切向压缩的拉深变形。