拉深工艺设计

板料外径减小，相邻单元体相互产生挤压作用，在周向产生压应力。
在转移过程中，板料中由于拉深力的作用，在径向产生拉应力。
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7.1.1 拉深的变形过程
拉深使板料径向被 拉深，周向被压缩， 外径不断减小。 在径向产生拉伸应 力，在周向产生压缩 应力。
板料凸缘区的板料
发生挤压塑性流动。 矩形部分在中间，三角形部分被挤向外部。 板料的各部分重新分布。
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
（2）拉深过程中的 1 max 和 | 3 | max变化规律 1max 和 3 是当毛坯凸缘半径变化到 R 时，在凹
max
t
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 FQ引起的摩擦力 该摩擦应力为： 2uFQ M dt
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7.2.1 起皱
(3) 采用拉深筋 汽车覆盖件等一些复杂曲面制件 的拉深，常采用拉深筋来增大径向拉 应力。 均匀板料流入凹模洞口的阻力， 减少压料面积。 稳定拉深过程，避免板料“多则 起皱，少则裂”的现象，以消除起皱。
凸模 压边圈
28～30
wk.baidu.com30～35
16＋0.2
凹模
9
拉深筋
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概述
按照转向轮廓线分为四大类： (1) 直壁回转体制件 如易拉罐； (2) 曲线回转体制件 如搪瓷盆； (3) 直壁非回转体制件 如饭盒等； (4) 曲面非回转体制件 如汽车覆盖件。
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概述
拉深
不变薄拉深 变薄拉深
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概述
• 拉深模：拉深所使用的模具。
１-模柄 ２-上模座 ３-凸模固定板 ４-弹簧 ５-压边圈 ６-定位板 ７-凹模 ８-下模座 ９-卸料螺钉 10-凸模
1.1 AV ln Rt R 1.1 AV 1 ln Rt R
化简得：
ln Rt R 1 2
R 0.61Rt 即： 即交点在 R 0.61Rt 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。
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
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 d 1 R dR dt 1Rdt 2 3 dR sin 2
t 0
因为 3
3 取 sin d 2 d 2 并略去高阶无穷小，得:
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
（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：
W
1 t b 4 rd 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: 1 t 'W W b
7.2.1 起皱
(4)采用反拉深 有利于抵消正拉深的残余应力； 板料的弯曲和反弯曲次数也少， 加工硬化小，有利于成形； 板料与凹模接触面积大，流动阻 力大，增大径向拉应力，减小切向压 应力，有效防止起皱。 工件的内外表面相互转换，拉深方向 与上次相反。
两点：（1）直径差；（2）直径不能太小
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7.2.2 拉裂
1.拉裂原因 在拉深某一时刻，凸缘上拉应力在凹模入口处达到最大值。 在整个拉深过程中，当Rt减小 (0.8~0.9)R0 到时，出现最大值 σ1max。

max 1max
1 b 2 fQ A B b 1 1.6F R πd t m 2 d 1 t
F dt p sin
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
拉深毛坯各部分受力
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7.2 拉深件的质量分析
• 凸缘变形区的“起皱”和筒壁传力区的“拉裂”是拉深工艺能否 顺利迚行的主要障碍。为此，必须了解起皱和拉裂的原因，在拉 深工艺和拉深模设计等方面采取适当的措施，保证拉深工艺的顺 利迚行，提高拉深件的质量。 • 质量问题：
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7.2.1 起皱
拉深过程中毛坯法兰边的起皱
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球面形状零件的起皱
锥面形状零件的起皱
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7.2.1 起皱
1.影响起皱的主要因素 (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 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。 (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。
Rt 1 1.1 AV ln R
1 max
在变形区外边缘处压应力最大，其值为：
Rt 1.1 AV ln r
3 max 1.1 AV
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
3 凸缘外边向内边 由低到高变化， 1 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：
第一次拉深 拉深方法 (t /D)×100 用压边圈 可用可不用压边圈 不用压边圈 ＜1.5 1.5～ 2.0 ＞2.0 ＜0.60 0.60 ＞0.60 m1 (t /D)×100 ＜1 1～1.5 ＞1.5 mn ＜0.80 0.80 ＞0.80 以后各次拉深
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7.2.1 起皱
(2) 采用锥形凹模 采用锥面易于板料的切向压缩变形。 锥面拉深比平面具有更强的抗失稳能力，更不易起皱。 采用锥形凹模，凸缘板料流经凹模圆角处的摩擦阻力和变形阻 力更小。 拉深力比采用平端面凹模小得多，即允许较大变形。 即可采用较小的拉深系数成形。
重点：
1． 拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 2． 拉深工艺计算方法； 3． 拉深工艺性分析与工艺方案制定； 4． 拉深模典型结构与结构设计； 5． 拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。
难点：
1．拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 2．拉深工艺计算 ； 3．其它形状零件的拉深变形特点 ；
4．拉深模典型结构与拉深模工作零件设计 。
第7章 拉深工艺设计
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内容简介：
• 拉深是基本冲压工序之一
• 本章在分析拉深变形过程及拉深件质量影响因素的基础上，
介绍拉深工艺计算、工艺方案制定和拉深模设计。涉及拉深变形
过程分析、拉深件质量分析、拉深系数及最小拉深系数影响因素、
圆筒形件的工艺计算、其它形状零件的拉深变形特点、拉深工艺
性分析与工艺方案确定、拉深模典型结构、拉深模工作零件设计、
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
拉 深 过 程 的 应 力 与 应 变 状 态
某一瞬间：
下标1、2、3分 别代表坯料径向、 厚度方向、切向 的应力和应变
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Ⅳ —在底部圆角和筒壁相切处，受过度拉深产生伸长并变薄。 Ⅱ凸缘过渡圆角区：径向受拉应力，切向受压应力。 此处最有可能出现破裂或过度变薄，使拉深件成为废品。 I凸缘区：径向拉应力和切向压应力使材料向中间流动。 弯曲拉应力随凹模圆角半径的减小而增大。 在厚度方向变厚，极易失稳而起皱。 半径过小时，破裂。
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7.2.1 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 t (0.09 ~ 0.17 )(1 ) D D
用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是：
t d 0.031 D D
（5）拉深系数
起皱最强烈的时刻：在Rt=（0.7～0.9）R0时 防止起皱：压边（详见下页）
拉 深 模 结 构 图
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概述
• 拉深模特点：
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。 • 拉深所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈三部分组成。 凸模、凹模有一定圆角半径。
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7.1 拉深变形过程分析
• 直径为D、厚度为t的圆形板料被拉入凹模，形成外径为d、高度 为H的开口圆筒形工件。
辅助工序等。
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学习目的与要求：
• 1． 了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素；
• 2． 掌握拉深工艺计算方法。
• 3． 掌握拉深工艺性分析与工艺设计方法；
• 4． 认识拉深模典型结构及特点，掌握拉深模工作零件设计方法； • 5． 掌握拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。
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重点难点
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7.1.1 拉深的变形过程
厚度和硬度沿筒 壁纵向变化。 底部略有变薄。 筒壁向上厚, 向 下薄。 筒壁底部转角处 最薄，最易破裂。
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
外力
凸缘产生内应力：径向拉应力σ1；切向压应力σ3 凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁 直径为ｄ高度为Ｈ的圆筒形件（H>（D-d）/2）
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7.2.1 起皱
2.防止起皱的措施 (1) 采用可调节压边力的压边裃置 拉深一开始，板料就被压边圈压住。 在拉深过程中，凸缘始终被紧压在凹模平面上，压边力的大 小最好与拉深力的变化一致。 在迚行工艺设计时，要先判断拉深件是否会起皱。 表 7-1 采用压边圈的条件(平面凹模) 可按表7-1迚行判断。
• 凸缘区起皱：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲； • 传力区拉裂：由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
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7.2 拉深件的质量分析
凸 缘 变 形 区 的 起 皱
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7.2 拉深件的质量分析
筒 壁 的 拉 裂
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7.2.1 起皱
起皱对冲压成形是有害的。 轻微起皱影响冲压件的形状精度和表面光滑程度，而严重的起 皱将成为废品。 起皱是一种塑性变形失稳。 对于圆筒形件，起皱主要是由于凸缘的切向压应力。超过了板 材临界压应力引起压杆失稳。 起皱有两种形式： 一种是凸缘的起皱，一般称为外皱； 另一种是其他位置的起皱，由于这种起皱发生在凹模口内，一 般称为内皱。
4 rd t 2
拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算，即：
1 t ' 'W b 4 rp t 2
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
（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：
'' eμα p 1max M 2 w w
μα Rt 2FQ t t p 1 . 1 ln e m b b r dt 2rd t 2rd 2t
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：
凸模
压边圈
凹模
制件
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7.1.1 拉深的变形过程
圆筒形件底 部网格的形状 基本没变。 原来的同心 圆变成筒壁上 的等直径圆周 线。 间距由底部 向上逐渐增大。
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7.1.1 拉深的变形过程
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7.1.1 拉深的变形过程
挤压 拉伸
拉深过程是板料流入凹模。
Rd1 (1 3 )dR 0
塑性变形时需满足的塑性方程为 :
1 3 m
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7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态
1 0 )，经数学推 由上述两式，并考虑边界条件(当 R Rt 时， 导就可以求出径向拉应力，和切向压应力的大小为：
Rt 3 1.1 AV 1 - ln R 在变形区的内边缘（即R r 处）径向拉应力最大，其值为：
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概述
• 拉深： • 又称拉延、引伸、延伸等，是利用模具在压力机的压力作用 下，将平板坯料制成开口空心零件的冲压加工方法。 • 它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒 形零件及其它形状复杂的薄壁零件。
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概述
拉深 件类 型
a）轴对称旋转体拉深件 b)盒形件 c)不对称拉深件