拉深变形分析

2．凸缘圆角部分
过渡区，材料变形较复杂，除有与平面凸缘部 分相同的特点外，还承受凹模圆角的压力和弯 曲作用而产生压应力σ2。
3.筒壁部分
继续拉深时，凸模的拉深力经筒壁传递 到凸缘部分，承受单向拉应力σ1的作用， 发生少量的纵向伸长和变薄。
4．底部圆角部分
过渡区，材料承受径向拉应力σ1和切向拉应力 σ3，在厚度方向承受压应力σ2。
拉深变形的基本原理
拉深: 利用模具使平板毛坯变成为开口的空心 零件的冲压加工方法。
拉深工艺可以制成筒形、 阶梯形、球形、锥形、抛 物面形、盒形和其他不规 则形状的薄壁零件。
一、变形过程
拉深模的工作部分没有锋利 的刃口，而是有一定的圆角 半径，并且其间隙也稍大于 板材的厚度。
金属流动过程的实验：
拉深变形过程可归结如下：
在拉深力作用下，毛坯内部的小单元体在径向 产生拉应力，在切向产生压 应力。
在这两种应力作用下，凸缘 区的材料发生塑性变形并不断 地被拉入凹模内，成为圆筒形 零件。
二 拉深过程中毛坯的应力应变状态
拉深件各部分的厚度变化不一致：
底部略为变薄； 壁部上段增厚，越靠上 缘增厚越大； 壁部下段变薄，越靠下 部变薄越多，在壁部向 底部转角稍上处，则出 现严重变薄。
拉深毛坯应力应变状态的5个区域：
1．平面凸缘区
径向拉应力σ1和切向压应力σ3、厚度方向压应力σ2的作 用下，发生塑性变形而逐渐进入凹模。材料的流动主 要是径向延展，同时也向毛坯厚度方向流动而加厚。 越靠外缘需要转移的材料越多，外缘材料变得越厚， 硬化也越严重。
若不用压边圈，则σ2＝0。此时的ε2 要比有压 边圈时大。当需要转移的材料面积较大而板材 相对又较薄时，毛坯的凸缘部分，尤其是最外 缘部分，受切向压应力σ3的作用极易失去稳定 而拱起，出现起皱。
防皱措施
常见的防皱措施是采用便于调节压边力的压边圈， 把凸缘紧压在凹模表面上．
压边力FQ的大小对拉深力的影响： FQ太大会增加危险断面的拉应力，导拉裂或严重 变薄，太小则防皱效果不好。调节压边力时， 应根据凹模孔口形状，调节各部分不同的材料流 入量，使之均匀稳定。
其它防皱措施：
零件形状、模具设计、拉深工序的安排、 冲压条件以及材料特性等。
注意压边圈和拉深肋的位置和形状；模 具表面形状不要过于复杂。
拉深工序的安排：
应尽可能使拉深深度均匀，使侧壁斜度较小；
对于必须深度拉深的零件，或者阶梯差较大 的零件，可分两道工序或多道工序进行拉深成 形，以减小一次拉深的深度和阶梯差。
冲压条件方面的措施：
均衡的压边力和润滑，零件凸缘部分的压边 力一般都是均衡的，但有的零件在拉深过程中， 在某个局部非常容易起皱，这时就应对凸缘的 该局部加大压边力。
高的压边力虽不易起皱，但这样易发生高温
粘结拉深时产生拉裂的原因： 1.由于凸缘起皱，毛坯不能通过凸、凹模间隙， 使筒壁总拉应力σp增大； 2.由于压边力过大，使σp增大； 3.是变形程度太大，即拉深比D／d大于极限值；
当拉深的变形抗力超过筒壁(特别是变薄最严重 的底部圆角附近最薄弱部分)的材料抗拉强度时， 拉深件就要破裂。
底部圆角稍上处，由于传递拉深力的截面积较 小，但产生的拉应力σ1较大，该处需转移的材 料较少，因此在拉深过程中，该处变薄最为严 重，成为零件强度最薄弱的断面．
5．筒底部分
筒底部分材料基本上不变形，材料承受双向拉 应力，厚度略有变薄。
拉深中主要的破坏 形式是： 起皱 拉裂
三、起皱与拉裂
（一）起皱及防皱措施
零件形状：
在满足零件使用要求的前提下，应尽可能降 低拉深深度，以减小圆周方向的压应力；
应避免形状的急剧改变；
减少零件的平直部分，应使平直部分稍有曲 率，或增设凹坑、凸肋以加强其刚性，从而减 少出现起皱的可能性；
对零件的圆角半径，特别是转角半径的设计 要恰当，稍大的半径有利于防止起皱。
模具设计方面：
防止拉裂的措施：
根据板材成形性能，采用适当的拉深比 和压边力；
增加凸模表面的粗糙度； 改善凸缘部分的润滑条件；
在圆形毛坯上画许多间距都等于a的同心圆和分度相等的辐射线。 拉深后：
同心圆变为筒壁上的水平圆筒线α1>α2>α3…>…>α， 辐射线变成了简壁上的垂直线 b1=b2=b3…b 拉深前后小单元体的面积不变：dA1=dA2。 小单元体由扇形变成矩形，说明小单元体在切向受到压应力的作用，在 径向受到拉应力的作用。
拉深过程中，毛坯凸缘在切向压应力作用下， 可能产生塑性失稳而起皱，甚至使材料不能通 过凸、凹模间隙而被拉断。
轻微起皱的毛坯虽可通过间隙，但会在筒壁上 留下皱痕，影响零件的表面质量。
起皱主要是由于凸缘的切向压应力σ3超过了板 材临界压应力所引起的。
凸缘起皱最严重的瞬间在凸缘宽度缩小到原来 的一半左右时。