拉伸工艺及拉伸模具设计ppt课件
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(3)材料的力学性能 板料的屈强比 s b 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
平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件是 :
t (0.09~0.1)71(t)
D
D
用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是：
t 0.031 d
D
D
（2）拉深过程中的1ma和 x |3|ma变x化规律
1max和
3
是当毛坯凸缘半径变化到
max
Rt
时，在
凹模洞口的最大拉应力和凸缘最外边的最大压应力。
2.筒壁传力区的受力分析
（1）压边力 引起的摩擦力
FQ 该摩擦应力为：
M
2uFQ
dt
（2）材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力 可 根据弯曲时内力和外力所作功相等的条件按下式计算：
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。
4.2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计
4.2.1 拉深毛坯尺寸的确定
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
p 1 .1m ln R rt 2d F Q tb2 r d t tb2 r dt 2 t e μα
由上式把影响拉深力的因素，如拉深变形程度，材 料性能，零件尺寸，凸、凹模圆角半径，压边力，润滑 条件等都反映了出来，有利于研究改善拉深工艺。
拉深力可由下式求出： Fdtpsin
示，以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。
4.1.2拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变状态
拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况(如图4.1.5)
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
图 4.1.5 拉深中毛坯的应力应变情况
4.1.3 拉深变形过程的力学分析
1.凸缘变形区的应力分析 （1）拉深中某时刻变形区应力分布 根据微元体的受力平衡可得
1 d 1 R d d R t 1 R t 2 d 3 d sR d in 2 t 0
因为 3 3 取sid n 2d 2并略去高阶无穷小，得:
Rd 1(13)d R 0
W
14b
rd
t t
2
（3）材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯
曲力仍按式上式进行计算:
'WW14b
t rdt
2
拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算，即：
''W14b
rp
t t
2
（4）材料流过凹模圆角时的摩擦阻力 通讨凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为：
p 1 m a M x 2 w w '' e μα
2.典型的拉深件(如图4.0.2)
3.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。
4.1 拉深变形过程的分析
4.1.1板料拉深变形过程及其特点 (如图4.1.1)
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(如图4.1.2) ，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 3，切向产生压缩应力 1 。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。
在拉深后我们发现如图4.1.2：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，如图4.1.3所
3max1.1m
凸缘外边向内边 1 由低到高变化， 3 则由高到低变化，在凸缘中间必有一交 点存在（如右图所示），在此点处有1 3 所以：
1 .1 m lR n t R 1 .1 m 1 lR n t R
Hale Waihona Puke Baidu化简得： lnRt R12
即： R0.61Rt
即交点在 R0.61Rt 处。用R所作出的 圆将凸缘变形区分成两部分，由此圆向 凹模洞口方向的部分拉应力占优势 （ 1 3 ），拉应变为绝对值最大的主 变形，厚度方向的变形 是压缩应变。
如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况
下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法(也是实际生 产中最常用的方法)是采用压边圈 。
2.拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的
(如图4.1.9) 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。 3.硬化
拉深概述
4.1 拉深变形过程的分析 4.2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计 4.3 非直壁旋转体零件拉深成形的特点 4.4 盒形件的拉深 4.5 拉深工艺设计 4.6 拉深模具设计 4.7 其他拉深方法
1.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。(如图4.0.1)
4.1.4 拉深成形的障碍及防止措施
1.起皱(如图4.1.8)，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 :
(2)切向压应力的大小 tD f d 或 tR f r
拉深时 3 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 3 大，就越容易起 皱。
塑性变形时需满足的塑性方程为 :
13 m
由上述两式，并考虑边界条件(当 R Rt 时，1 0 )，经数学 推导就可以求出径向拉应力，和切向压应力的大小为：
1 1.1mlnRRt
31.1m1lnRRt
在变形区的内边缘（即 Rr 处）径向拉应力最大，其值
为：
1max1.1mlnRrt
在变形区外边缘处压应力最大，其值为：
(4)凹模工作部分的几何形状
平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件是 :
t (0.09~0.1)71(t)
D
D
用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是：
t 0.031 d
D
D
（2）拉深过程中的1ma和 x |3|ma变x化规律
1max和
3
是当毛坯凸缘半径变化到
max
Rt
时，在
凹模洞口的最大拉应力和凸缘最外边的最大压应力。
2.筒壁传力区的受力分析
（1）压边力 引起的摩擦力
FQ 该摩擦应力为：
M
2uFQ
dt
（2）材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力 可 根据弯曲时内力和外力所作功相等的条件按下式计算：
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。
4.2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计
4.2.1 拉深毛坯尺寸的确定
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
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由上式把影响拉深力的因素，如拉深变形程度，材 料性能，零件尺寸，凸、凹模圆角半径，压边力，润滑 条件等都反映了出来，有利于研究改善拉深工艺。
拉深力可由下式求出： Fdtpsin
示，以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。
4.1.2拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变状态
拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况(如图4.1.5)
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
图 4.1.5 拉深中毛坯的应力应变情况
4.1.3 拉深变形过程的力学分析
1.凸缘变形区的应力分析 （1）拉深中某时刻变形区应力分布 根据微元体的受力平衡可得
1 d 1 R d d R t 1 R t 2 d 3 d sR d in 2 t 0
因为 3 3 取sid n 2d 2并略去高阶无穷小，得:
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2
（3）材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯
曲力仍按式上式进行计算:
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拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算，即：
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（4）材料流过凹模圆角时的摩擦阻力 通讨凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为：
p 1 m a M x 2 w w '' e μα
2.典型的拉深件(如图4.0.2)
3.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。
4.1 拉深变形过程的分析
4.1.1板料拉深变形过程及其特点 (如图4.1.1)
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(如图4.1.2) ，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 3，切向产生压缩应力 1 。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。
在拉深后我们发现如图4.1.2：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，如图4.1.3所
3max1.1m
凸缘外边向内边 1 由低到高变化， 3 则由高到低变化，在凸缘中间必有一交 点存在（如右图所示），在此点处有1 3 所以：
1 .1 m lR n t R 1 .1 m 1 lR n t R
Hale Waihona Puke Baidu化简得： lnRt R12
即： R0.61Rt
即交点在 R0.61Rt 处。用R所作出的 圆将凸缘变形区分成两部分，由此圆向 凹模洞口方向的部分拉应力占优势 （ 1 3 ），拉应变为绝对值最大的主 变形，厚度方向的变形 是压缩应变。
如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况
下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法(也是实际生 产中最常用的方法)是采用压边圈 。
2.拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的
(如图4.1.9) 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。 3.硬化
拉深概述
4.1 拉深变形过程的分析 4.2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计 4.3 非直壁旋转体零件拉深成形的特点 4.4 盒形件的拉深 4.5 拉深工艺设计 4.6 拉深模具设计 4.7 其他拉深方法
1.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。(如图4.0.1)
4.1.4 拉深成形的障碍及防止措施
1.起皱(如图4.1.8)，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 :
(2)切向压应力的大小 tD f d 或 tR f r
拉深时 3 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 3 大，就越容易起 皱。
塑性变形时需满足的塑性方程为 :
13 m
由上述两式，并考虑边界条件(当 R Rt 时，1 0 )，经数学 推导就可以求出径向拉应力，和切向压应力的大小为：
1 1.1mlnRRt
31.1m1lnRRt
在变形区的内边缘（即 Rr 处）径向拉应力最大，其值
为：
1max1.1mlnRrt
在变形区外边缘处压应力最大，其值为：