拉深工艺与模具设计学习资料
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4.1 拉深过程分析 三、拉深变形中的特殊问题 2.拉裂 筒壁与底部转角稍上部位的材料易被拉断。 拉裂 拉深后得到的工件，其厚度沿底部向口部是不同的：
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4.1 拉深过程分析
侧壁上部的厚度增加最多，约为30％；筒壁与底部转角稍上的部 位厚度最小，厚度减少了将近10％，变薄最严重→最容易被拉裂 的地方——称为“危险断面”。
21
4.1 拉深过程分析
生产中可用下述条件概略估算无压边圈拉深时是否会起皱：
用平端面凹模拉深时：
首次拉深
t 0.09 ~ 0.171 d
D
D
以后各次拉深
t 0.09 ~ 0.17 D 1
d
d
用锥形凹模拉深时：
Leabharlann Baidu
首次拉深
t 0.031 d
D
D
以后各次拉深
t 0.03 D 1
d
——三向应力状态
r 和 的 绝对值要比 大 t得多，
且从凸缘外边向内 r和 的 值是变化的： r由0→最大，而 由最大→最小。
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4.1 拉深过程分析
❖ 应变状态： 可根据体积不变定律和全量理论来确定：
在凸缘外区， 是绝对值最大的主应力（压应力）→ 是绝 对值最大的压应变→ t、 r 为拉应变
在凸缘内区靠近凹模圆角处， r 是绝对值最大的主应力（拉应力）→
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4.1 拉深过程分析
二、拉深时的应力、应变状态 按应力、应变状态的不同分成五个部分 ： ❖ 平面凸缘部分 ❖ 凹模圆角部分 ❖ 筒壁部分 ❖ 凸模圆角部分 ❖ 圆筒底部
7
r
4.1 拉深过程分析
1、平面凸缘部分——主要变形区 ❖ 应力状态：
径向 —r —拉应力 切向 — —压应力
厚向 — t—压应力
2.分度相等的辐射线→筒壁上间距相等的垂直平行线
（ b1 b2 b 坯料变形情况：
d
n
）→切向压缩
1.原始直径为D的平板毛坯→圆筒 2.毛坯环形部分（外径D内径d）→工件直壁—— 环形区域为变形区 3.直径为d的圆盘部分→圆筒底部——不参加 变形，为不变形区 4.被拉入凸、凹模之间的直壁部分——已完成 变形的部分，为传力区
径向 拉r 应力 切向 拉 应力 （切向收缩受凸模阻碍） 厚向 压t 应力 ❖ 应变状态：
径向 拉r 应变
切向 （ 受0 凸模
阻碍，变形无法实现）
厚向 压t 应变
11
4.1 拉深过程分析
4、凸模圆角部分（底部圆角部分）——过渡区 ❖ 应力状态：
径向 拉r 应力
切向 拉 应力
厚向 压t 应力
——相当于拉弯 ❖ 应变状态：
冲压工艺与模具设计
Stamping Technology and Mould Design
拉深工艺与模具设计
第4章 拉深工艺与模具设计 拉深——利用专用模具将平板毛坯制成开口空心工件。 拉深 用拉深可以制得筒形、阶梯形、锥形、球形、方盒形以及其他形 状复杂的零件：
本章主要讨论圆 筒形零件的拉深
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第4章 拉深工艺与模具设计
d
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4.1 拉深过程分析 若不满足上述条件就要起皱，须采取措施。生产中防止起皱的有 效措施是采用压边圈： ❖ 弹性压边装置 ❖ 刚性压边装置
——板料被强迫在压边圈和凹模平面间的间隙中流动，稳定性得 到加强。但加压边圈后拉深阻力增加了。
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4.1 拉深过程分析
多道工序拉深时，也可用反向拉深防止起皱：反向拉深 反向拉深时毛坯与凹模的包角为 180， 板材沿凹模流动的摩擦阻力和变形 抗力显著增大，从而使径向拉应力 增大，切向压应力的作用相应减小 ，能有效防止起皱，但拉深力增大，易产生 拉裂。
【主要内容】 ❖ 拉深的变形过程 ❖ 拉深过程的力学分析 ❖ 拉深系数和影响拉深系数的因素 ❖ 圆筒形件拉深工艺计算 ❖ 拉深中辅助工序的安排 【重点】 ❖ 拉深变形机理 ❖ 变形程度和拉深系数 ❖ 圆筒形件拉深工艺计算
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第4章 拉深工艺与模具设计
4
第4章 拉深工艺与模具设计 4.1 拉深过程分析
毛坯所受拉力过大而断裂报废。 (2)使模具磨损加剧，模具的寿命大为降低。 (3)皱纹在工件的侧壁上保留下来，影响零件的外观质量。
拉深时会不会起皱，取决于下列几方面主要因素：
(1)凸缘部分的相对厚度 t D
凸缘部分相对厚度小，板料抗纵向弯曲能力小，就容易起皱。 （——相当于压杆的直径小）
(2)切向压应力的大小
径向 拉r 应变
切向 （0受凸模
阻碍，变形无法实现）
厚向 压t 应变
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4.1 拉深过程分析
5、圆筒底部——不变形区 ❖ 应力状态：
径向 拉r 应力 切向 拉 应力 厚向 t 0
❖ 应变状态为：
径向 拉r 应变
切向 拉 应变 厚向 压t 应变
但由于凸模圆角及端面摩擦力的阻碍作用很大→制约了底部的 拉伸→圆筒底部变形很小，可忽略不计。
一、拉深变形过程 拉深变形过程 凸缘材料的变形过程 用坐标网格实验法来说明拉深过程中金属的流动情况：
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4.1 拉深过程分析
→ 等间距同心圆和等分度辐射线划出的扇形网格 底
部网格基本保持原状，筒壁网格则变化很大：
1.同心圆→筒壁上的水平圆圈线，且间距增大，越靠
近筒口间距越大（ a1 a2 a） →径向伸长
r 是绝对值最大的拉应变→ t、为
压应变
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4.1 拉深过程分析
2、凹模圆角部分（凸缘圆角部分）——过渡区 ❖ 应力状态：
径向 拉r 应力 切向 压应力
厚向 压t 应力
——相当于拉弯 ❖ 应变状态：
是r 绝对值最大的拉应变
→ t、是压应变
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t 0
4.1 拉深过程分析
3、筒壁部分——传力区 ❖ 应力状态：
的 大小取决于变形程度。变形程度大，需要转移的剩余材料
多，则 大， 就容易起皱。
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4.1 拉深过程分析 (3)凹模工作部分几何形状
与平端面凹模相比，锥形凹模允许用相对厚度较小的毛坯而不 起皱：
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4.1 拉深过程分析
锥形凹模拉深：
用锥形凹模拉深 时，由于毛坯的过渡 形状使拉深变形区有 较大的抗失稳能力， 与平端面凹模相比可 允许用相对厚度较小 的毛坯而不致起皱。
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4.1 拉深过程分析 三、拉深变形中的特殊问题
1.起皱
受切向压应力 的 作用，凸缘部分，特别是凸缘外边部分的材
料可能会失稳，而沿切向形成高低不平的皱折(拱起)：
——类似于压杆的失稳 起皱
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4.1 拉深过程分析
16
4.1 拉深过程分析
17
4.1 拉深过程分析
起皱的危害表现在三个方面： (1)厚度尺寸加大，很难通过凸、凹模间隙拉入凹模，故容易使
4.1 拉深过程分析 三、拉深变形中的特殊问题 2.拉裂 筒壁与底部转角稍上部位的材料易被拉断。 拉裂 拉深后得到的工件，其厚度沿底部向口部是不同的：
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4.1 拉深过程分析
侧壁上部的厚度增加最多，约为30％；筒壁与底部转角稍上的部 位厚度最小，厚度减少了将近10％，变薄最严重→最容易被拉裂 的地方——称为“危险断面”。
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4.1 拉深过程分析
生产中可用下述条件概略估算无压边圈拉深时是否会起皱：
用平端面凹模拉深时：
首次拉深
t 0.09 ~ 0.171 d
D
D
以后各次拉深
t 0.09 ~ 0.17 D 1
d
d
用锥形凹模拉深时：
Leabharlann Baidu
首次拉深
t 0.031 d
D
D
以后各次拉深
t 0.03 D 1
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——三向应力状态
r 和 的 绝对值要比 大 t得多，
且从凸缘外边向内 r和 的 值是变化的： r由0→最大，而 由最大→最小。
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4.1 拉深过程分析
❖ 应变状态： 可根据体积不变定律和全量理论来确定：
在凸缘外区， 是绝对值最大的主应力（压应力）→ 是绝 对值最大的压应变→ t、 r 为拉应变
在凸缘内区靠近凹模圆角处， r 是绝对值最大的主应力（拉应力）→
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4.1 拉深过程分析
二、拉深时的应力、应变状态 按应力、应变状态的不同分成五个部分 ： ❖ 平面凸缘部分 ❖ 凹模圆角部分 ❖ 筒壁部分 ❖ 凸模圆角部分 ❖ 圆筒底部
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4.1 拉深过程分析
1、平面凸缘部分——主要变形区 ❖ 应力状态：
径向 —r —拉应力 切向 — —压应力
厚向 — t—压应力
2.分度相等的辐射线→筒壁上间距相等的垂直平行线
（ b1 b2 b 坯料变形情况：
d
n
）→切向压缩
1.原始直径为D的平板毛坯→圆筒 2.毛坯环形部分（外径D内径d）→工件直壁—— 环形区域为变形区 3.直径为d的圆盘部分→圆筒底部——不参加 变形，为不变形区 4.被拉入凸、凹模之间的直壁部分——已完成 变形的部分，为传力区
径向 拉r 应力 切向 拉 应力 （切向收缩受凸模阻碍） 厚向 压t 应力 ❖ 应变状态：
径向 拉r 应变
切向 （ 受0 凸模
阻碍，变形无法实现）
厚向 压t 应变
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4.1 拉深过程分析
4、凸模圆角部分（底部圆角部分）——过渡区 ❖ 应力状态：
径向 拉r 应力
切向 拉 应力
厚向 压t 应力
——相当于拉弯 ❖ 应变状态：
冲压工艺与模具设计
Stamping Technology and Mould Design
拉深工艺与模具设计
第4章 拉深工艺与模具设计 拉深——利用专用模具将平板毛坯制成开口空心工件。 拉深 用拉深可以制得筒形、阶梯形、锥形、球形、方盒形以及其他形 状复杂的零件：
本章主要讨论圆 筒形零件的拉深
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第4章 拉深工艺与模具设计
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4.1 拉深过程分析 若不满足上述条件就要起皱，须采取措施。生产中防止起皱的有 效措施是采用压边圈： ❖ 弹性压边装置 ❖ 刚性压边装置
——板料被强迫在压边圈和凹模平面间的间隙中流动，稳定性得 到加强。但加压边圈后拉深阻力增加了。
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4.1 拉深过程分析
多道工序拉深时，也可用反向拉深防止起皱：反向拉深 反向拉深时毛坯与凹模的包角为 180， 板材沿凹模流动的摩擦阻力和变形 抗力显著增大，从而使径向拉应力 增大，切向压应力的作用相应减小 ，能有效防止起皱，但拉深力增大，易产生 拉裂。
【主要内容】 ❖ 拉深的变形过程 ❖ 拉深过程的力学分析 ❖ 拉深系数和影响拉深系数的因素 ❖ 圆筒形件拉深工艺计算 ❖ 拉深中辅助工序的安排 【重点】 ❖ 拉深变形机理 ❖ 变形程度和拉深系数 ❖ 圆筒形件拉深工艺计算
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第4章 拉深工艺与模具设计
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第4章 拉深工艺与模具设计 4.1 拉深过程分析
毛坯所受拉力过大而断裂报废。 (2)使模具磨损加剧，模具的寿命大为降低。 (3)皱纹在工件的侧壁上保留下来，影响零件的外观质量。
拉深时会不会起皱，取决于下列几方面主要因素：
(1)凸缘部分的相对厚度 t D
凸缘部分相对厚度小，板料抗纵向弯曲能力小，就容易起皱。 （——相当于压杆的直径小）
(2)切向压应力的大小
径向 拉r 应变
切向 （0受凸模
阻碍，变形无法实现）
厚向 压t 应变
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4.1 拉深过程分析
5、圆筒底部——不变形区 ❖ 应力状态：
径向 拉r 应力 切向 拉 应力 厚向 t 0
❖ 应变状态为：
径向 拉r 应变
切向 拉 应变 厚向 压t 应变
但由于凸模圆角及端面摩擦力的阻碍作用很大→制约了底部的 拉伸→圆筒底部变形很小，可忽略不计。
一、拉深变形过程 拉深变形过程 凸缘材料的变形过程 用坐标网格实验法来说明拉深过程中金属的流动情况：
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4.1 拉深过程分析
→ 等间距同心圆和等分度辐射线划出的扇形网格 底
部网格基本保持原状，筒壁网格则变化很大：
1.同心圆→筒壁上的水平圆圈线，且间距增大，越靠
近筒口间距越大（ a1 a2 a） →径向伸长
r 是绝对值最大的拉应变→ t、为
压应变
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4.1 拉深过程分析
2、凹模圆角部分（凸缘圆角部分）——过渡区 ❖ 应力状态：
径向 拉r 应力 切向 压应力
厚向 压t 应力
——相当于拉弯 ❖ 应变状态：
是r 绝对值最大的拉应变
→ t、是压应变
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t 0
4.1 拉深过程分析
3、筒壁部分——传力区 ❖ 应力状态：
的 大小取决于变形程度。变形程度大，需要转移的剩余材料
多，则 大， 就容易起皱。
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4.1 拉深过程分析 (3)凹模工作部分几何形状
与平端面凹模相比，锥形凹模允许用相对厚度较小的毛坯而不 起皱：
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4.1 拉深过程分析
锥形凹模拉深：
用锥形凹模拉深 时，由于毛坯的过渡 形状使拉深变形区有 较大的抗失稳能力， 与平端面凹模相比可 允许用相对厚度较小 的毛坯而不致起皱。
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4.1 拉深过程分析 三、拉深变形中的特殊问题
1.起皱
受切向压应力 的 作用，凸缘部分，特别是凸缘外边部分的材
料可能会失稳，而沿切向形成高低不平的皱折(拱起)：
——类似于压杆的失稳 起皱
15
4.1 拉深过程分析
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4.1 拉深过程分析
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4.1 拉深过程分析
起皱的危害表现在三个方面： (1)厚度尺寸加大，很难通过凸、凹模间隙拉入凹模，故容易使