1、第四章 拉 深定义：将板料在具有一定圆角半径的凸、凹模作用下变成 开口空心零件的冲压方法。模具特征：凸、凹模具有圆角半径教图4-1 举例： 拉深件分类： 1.直壁轴对称零件2.直壁非轴对称零件3.曲面轴4.曲面非轴对称零件主要讲圆筒形零件的拉深，并以此作为基础讲其他形状零 件的拉深。拉深分为变薄拉深和不变薄拉深。主要讲不变薄拉深。,本 章 目 录,一、圆筒形零件拉深变形过程及出现的现象 二、筒形拉深工艺计算及模具设计 三、带凸缘圆筒形件的拉深 四、阶梯圆筒件的拉深 五、锥形、球形、抛物线形零件的拉深 六、盒形件拉深 七、变薄拉深 八、覆盖件的拉深成形 总结,一、圆筒形零件拉深变形过程及出现的现
2、象1.拉深时变形情况 手工： 底部d h=(D-d)/2 去掉阴影三角形面积 教图4-1、4-4模具拉深过程:动画2个拉深变形过程12 底部d h=(D-d)/2+h“多余三角形面积”在拉深中发生了转移，产品的高度增加和厚度增加。但厚度增加较少，一般计算可以忽略不计。厚度随高度增加；加工硬化随高度增加；拉深工艺的主要特征：金属产生了塑性流动。拉深变形网格图：教图4-2拉深变形特点：切向压缩变形，径向伸长变形 。,2拉深过程中毛坯的应力应变状态教图4-3 分为五个区域： （1）凹模口的凸缘部分（变形区）扇形变为矩形的区域, 当“多余三角形”较大，材料较薄时， 易发生最外缘处波浪形荷叶边。 起皱
3、在切向压应力作用下 板料发生了失稳而拱起的现象称为“起皱”。,（2）凹模圆角部分（变形区、过渡区）（3）筒壁部分（已变形区、传力区）（4）凹模圆角部分（已变形区、过渡区）（5）圆底部分（不变形区）a处：1）冷作硬化弱，s小，在同一拉力作用下，易变薄；2）由平板料转移成筒壁时，a处材料转移较少，厚度最薄；3）与底部圆角相比，摩擦小，易变形。在传力过程中，a处拉应力最大，而 s最小，材料最薄，该处 易拉薄或拉裂。动画开裂,3凸缘变形区的应力分布及起皱问题, 1径向 3切向 2厚向, 1=1.1 s lnRt/r Rt-任意时刻毛坯半径 在拉深凹模口部 1max 1max值随拉深进行而变化 s增大，
4、 1max值增大； 同时lnRt/r减小， 1max值减小； 1max的最大值出现在 Rt=（0.7-0.9）R毛坯 书图4-5, 3=1.1 s（1-lnRt/r）r任意一点的 半径在毛坯外缘处 3 max随变形进行， s增加；（1-lnRt/r）增加; 3 max 增加 1与 3的值相等处的半径为0.61Rt。在此圆环内， 1 3 径向应变大于切向应变,在 拉应力作用下,材料厚度减薄；在此圆环外， 3 1 切向应变大于径向应变,在 压应力作用下,材料厚度增加。,起皱问题：类似压杆失稳理论，一是压力大小，二是杆的粗细。切向3不断增大，增加起皱趋势；而相对厚度 t/(Rt-r)不断增大，减 小
5、起皱趋势。实验表明：最易起皱的时刻是Rt=(0.80.9)Ro。产生材料失稳而起皱。切向 3在外缘最大，变形程度也大，最易起皱。后果：不能拉入凹模而产生断裂；教图4-8如压边力不够或脱离压边圈后可能产生微皱。 解决措施：通常用压边圈解决起皱问题。压边装置分为刚性和弹性两种，见图册P58、教图4-59、4-51压边力太大，危险断面拉应力增加。压边力太小，防皱效果差。压边力 Q压=ApA压边面积 ; p单位压边力 采用或不采用压边圈的条件 表4-2,4.筒壁传力区的受力分析与拉裂问题 （1）凸缘材料的变形抗力 （2）压边力在板料表面引起的双面摩擦力 （3）材料流过凹模圆角处的（摩擦阻力）拉应力近似
6、按受拉皮带沿滑轮的滑动摩擦理论来计算， 即用摩擦阻力系数来修正e值。为90o(1max+m)e/2 （4）材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力w,（5）材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯曲力w w=w 初期凹模圆角 rp 处的弯曲应力w拉应力总和（拉应力随拉深过程变化）：a处产生拉裂现象 动画拉深开裂 教图4-1,5凸耳的产生和残余应力凸耳：因毛坯的各向异性。残余应力：由弯曲反向弯曲产生。从而产生口部切 向拉应力。如黄铜零件或不锈钢零件拉深后口部没有后续 工序直接存放，放一段时间就会产生开裂现象。,返回,二、筒形拉深工艺计算及模具设计 1拉深零件的毛坯尺寸原则：拉深前后的毛坯面积与工件
7、的表面积相等F毛坯=F工件 教图4-13由于材料各向异性及间隙不均等原因，出现凸耳现象，一 都要修边。因此在产品边缘加上修边余量。表4-5有凸缘的修边余量 表4-4查无凸缘的修边余量筒形的毛坯计算公式 书84页简单旋转体拉深件的毛坯计算 冲模设计手册,*2拉深系数和次数的决定拉深件存在起皱和拉裂问题，起皱可用压边圈解决，而拉裂是主要问题。如工件壁厚要求严格，即使未拉裂，严重变薄也会使工件报废。措施：一是要控制拉深变形程度； 二是要改善拉深条件 。,用一直径不变的凸模拉不同大小的毛坯，随着拉深高度的变化，拉深力有很大的不同，当D大到一定程度，工件拉裂。 d/D越小，转移多余三角面积越多，变形程度
8、就大，产品易裂； 从受力来看，拉深力由壁部传递，P危允Pmax 不裂 ； Pmax P危允 拉裂,为了保证每次拉深变形顺利，要控制环状面积，即控制多余三角形的面积（它意味着变形量多少） ，以保证产品质量。生产中引入了“拉深系数”概念。（1）拉深系数每次拉深后圆筒形件直径与拉深前毛 坯或半成品直径的比值。 d/ D 用m 来表示。m= d/ D 两层含义：教图一是零件所要求的拉深系数，即总变形程度； 产品总m = d工件/ D毛坯 二是按材料的性能及加工条件等因素在一次拉深中所 能达到的极限拉深系数。 书上及手册上是极限值,（2）表达式拉深比 解决破裂问题主要是控制变形程度 如拉深系数取在极限上
9、，改善拉深条件显得尤为重要,m1, 影响拉深系数的因素 材料的机械性能 s b 延伸率屈强比 s/ b m 延伸率 m s/ b 0.65 28% 拉深性好材料的相对厚度t/Dt/D-凸缘材料不易起皱-金属流动阻力 小-拉深顺利。t/D-可不用压边装置-相应拉深力小 -危险断面的拉应力就小-m,润滑条件 润滑条件好-易于流动-阻力小-m润滑条件太好-易起皱 模具情况rd- m； rd，筒形件口部易起小皱。rp-弯曲不厉害-m， rp太小，转角处易拉裂。模具表面光滑，间隙值合理，m 拉深次数越多，板料硬化越严重，塑性下降。根据需要增加工序退火,拉深方式有压边圈，变形可大一些而不起皱；无压边圈，因
10、起皱问题，变形要小一些；有压边圈-m可小；无压边圈-m稍大一些。采用不采用压边圈的条件，见手册或表4-18拉深速度对于大型复杂零件，特别是变形不均匀的复杂件， 拉深速度增大，局部变形加剧，金属来不及向邻近部位扩展，导致局部破裂。 因此，拉深速度应小。如拉深速度较大，m就必须大一些。, 拉深次数 教图4-18计算:判断m总m1 一次m总m1 多次决定拉深次数的一般原则保证产品质量的前提下，尽量减少拉深次数，即每次拉深 工序在毛坯侧壁强度允许的条件下采用最大可能的变形。注意：变形程度大，拉裂产品可能就多，同样成本增大。,方法 查表法 根据t/Dx100和h/d查次数 表4-8 推算法 查m1m2m
11、n 表4-5、4-6 推算 d1=m1D0d2=m2D1dnmnDn-1即可得出n次。,例：某发动机上的空心固定销工件，已知：D0=64 t=2.5， 材料1Cr18Ni9Ti，口部有凸缘，但不大。参考教图4-32 工艺上可先拉 成直筒形件，然后再压出凸缘部分。拉深次数计算如下：平径直径 dn=24.5（t1，按平均直径）查表 m1=0.550.52 mn=0.780.81（第一次之后的各次拉深系数）推荐值: m1=0.530.59取 m1=0.55 mn=0.78d1=m1D0=0.5564=35.2d2=0.7835.2=27.456d3=0.7827.456=21.42,第三次材料塑性有
12、余量，重新分配拉深系数 取m1=0.6 ; m2=0.78m总= 因为 故例子：书88页,首次之后拉深的特点和方法,特点： 圆筒形毛坯的壁厚及力学性能都不均匀，变形复杂，极限拉深系数比首次大m1 m2 变形区保持不变，由于材料硬度和厚度不断增加，拉深力在逐渐增加 破裂往往出现在拉深的末尾力较大。 变形区外缘有筒壁的支持，稳定性好，不易起皱,方法：,正拉深 反拉深 反拉深特点： 材料的流动方向有利于相互抵消拉深时形成的残余应力； 弯曲与反弯曲的次数减少，加工硬化减少，利于成形； 毛坯与凹模的接触面大，材料流动阻力也大，材料不易起皱，可以不用压边圈； 拉深力比正拉深大左右，拉深系数降低，凹模壁厚受
13、强度的影响,3凸、凹模工作部分尺寸教图4-4、11页 书159页 （1）凹模圆角半径在不产生起皱的前 提下，rd越大越好。 首次拉深以后各次rd不能太小,（2）凸模圆角半径 影响不如rd这样大小于或等于N-1次的圆角起点不要小于N次圆角起点，否则底部不平r工件（23）t，如小于，则整形达到。,（3）凸、凹模间隙间隙大小影响产品质量（形状、起皱、划伤等），模具寿命 采用压边圈时：材料正偏差 K料变厚增大系数，查手册或表4-21 不用压边圈拉深件精度要求达到较高（IT1113）黑色金属 c=t 有色金属 c=0.95t 拉深H/d0.15 回弹大采用负间隙 C=（0.9-0.95t）,间隙方向的选
14、取：a.中间过渡拉深工序，间隙方向不作规定， 通常取在凸模上；b.最后一道工序，当工件要求外形尺寸时，以凹模为基准；间隙取在凸模上。当工件要求内形尺寸时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。,4凸、凹模尺寸及制造公差中间过渡工序，以凹模为基准：最后一道工序，零件给定外形尺寸和公差时,零件给定内形尺寸和公差时：D工件外径 d工件内径工件公差 Z凸、凹模双面间隙p凸模制造公差 d凹模制造公差,圆形件 ：见表4-23取p 、d 或采用IT6IT8 非圆形件： 工件公差在IT13以上者,p 、d采用IT6IT8 工件公差IT14以上者，p 、d采用IT10异形件采用配作，只在基准件上标注公差，另一件配作,5
15、、凸、凹模结构形式出气孔作用：卸件作用；使产品贴模。 1）无压边圈的拉深模：书图4-52、4-53、4-54 2）有压边圈的拉深模：教图4-55最后一次模具的设计要求A 多用于直径小于100的拉深件B 多用于直径大于100的拉深件，减轻毛坯的 反复弯曲，改善拉深条件。 3）带限制圈的结构：书图4-56改善切向受拉力的状况，从而改善口部开裂的现象，h=（0.4-0.6）dd1比上次拉深直径小0.1-0.2,典型模具举例：正装、倒装，弹性压边装置 的调整装置等。教图4-18、4-12、4-58、4-59、 4-62、4-63、4-49、4-57、4-61、4-65、4-66、 4-64、8-30。
16、 图册图54-60 6拉深力经验公式 k1、 k2表4-20.小于1压力机总压力：F=F拉深力+F压边力,7拉深功计算拉深功的目的：选电机功率。系数取-0.6-0.8 N电N,8选压机注意事项 （1） （2） 如落料拉深，不能简单迭加，注意压机曲线落料拉深力曲线,浅拉深：F压机=（0.7-0.8）F压机公称压力深拉深：F压机=（0.5-0.6）F压机公称压力（3）对上出件结构,返回,三、带凸缘圆筒形件的拉深 1小凸缘件的拉深( =11.4 ) 可作为圆筒形件拉深，只在倒数第二次拉出法兰边或锥形法兰边，再整形（教图4-32） 2宽凸缘件的拉深 轿车后悬架弹簧支座冲压过程,（1）拉深系数的表示方法
17、产品,（2）拉深特点教图4-31 分析拉深力曲线 例如，两个产品拉深系数 一样，拉深难度不一定一样。 极限拉深系数： 宽凸缘件的首次极限拉深系数比筒形件要小； 宽凸缘件首次极限拉深系数的值与零件的相对凸缘直径有关； 表4-10,窄凸缘件的极限拉深系数与圆筒形件一样；圆筒形件的变形难度由拉深系数确定，而宽 凸缘件的变形难度不一定由拉深系数确定。变形程 度受 ，R/d的影响较大。影响最大是 其次是h/d，再次是R/d.,例如： Ha高、Hb低A拉入材料多，变形量增加，加工硬化 加剧，拉深力增大。切向压缩变形A B,（3）宽凸缘件的极限拉深系数 表4-10拉深系数为0.33当Df/d大于3时，意味着
18、凸缘不参与变形，这时靠材料的变薄而成形，不属于拉深，属于胀形。实际上，几乎大于4才是完全胀形。,3宽凸缘的工艺计算 （1）毛坯计算 等面积原理 查修边余量 （2）判断工件是否一次拉成 一次拉成多次拉成 采用图曲线查 决定能否一次拉成,（3拉深次数和半成品计算 凸缘件第一次拉深应将凸缘要求的直径 （包括修边）拉出来，以后拉深中凸缘直径保持不变。仅使已拉成的中间拉深部分参与变形。, 凸缘件的第一次拉深应使筒形部位（包括圆角Rd在内）表面积比实际多拉35%。即筒形部位深度比实际高一些，多拉入材料在以后各次拉深中逐步返回到凸缘上。,好处：a.防止凸缘变形，增大拉深力，以致产生破裂。b.补偿计算误差和板
19、料变厚。凸缘件第一次拉深d尽量小，以减小拉深次数。以后各次拉深可以参照筒形零件拉深的方法进行计算dnmndn-1 （4）宽凸缘件的拉深方法图4-23 最后需校平凸缘, 修边余量 实际： 毛坯： 凸缘环形d4-d3的面积为1037mm= 61.44,计算工件 和总拉深系数,判断能否一次拉成 表4-10 查表 故不能一次拉成,初选第一次拉深直径d1第一次考虑小凸缘 ，查表4-10列数表比较例4-3取设第一次拉深的圆角半径 考虑多拉入35%的筒形面积修正：则 =18.87,验证m1是否正确当 查表 说明计算正确，可选d1 根据图4-38，用,确定拉深次数和各道半成品直径查表m2=0.76 m3=0.
20、79 m4=.用 推算法 需拉深四次 调整拉深系数 列数表比较例4-3 设各次拉深圆角 r2r3.,计算各次高度 设第二次多拉入材料3%第三次多拉入1.5%的材料,返回,四、阶梯圆筒件的拉深变形特点与圆筒形件相同；教图11页由于这种拉深件的多样性和复杂性,目前还不能用统一的方法来确定工艺计算程序。拉深工艺主要是判断能否一次拉出，然后确定用什么加工方法才能拉出。,1拉深次数一次拉成的条件：由书表4-8、4-9查出,2.拉深方法（1）若任意相邻阶梯直径比大于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则由大阶梯依次进行拉深。,（2）若某两个相邻阶梯的直径比小于相应 圆筒形件的拉深系数，则此阶梯的成形采用带 凸缘
21、工件的成形方法。例子：,如上图所示，材料：黄铜，D=80 t=0.5相对高度H/d=35.5/16.5=2.15相对厚度t/D100=0.59查表H1/d1=0.620.52.15 (表4-8)不能一次拉深又d2/d1=16.5/34.5=0.48查表4-7:m1=0.50.52 m2=0.680.72故该件按带凸缘工件的成形方法成形。,（3）当最小阶梯过小，高度又大时，则 最小阶梯用胀形方法求得。模拟图（4）当阶梯零件较浅，每个阶梯高度不 大，但相邻阶梯直径差较大，不能一次拉深 时，可采用形状逼近法,即先拉深成球形或大圆角的圆筒形，然后用校形获得所需的零件形状和尺寸。书图4-29,返回,五、
22、锥形、球形、抛物线形零件的拉深球形、抛物线形、锥形件拉深件是轴对称旋 转体。与圆筒形件拉深相比，其变形区位置，受力 状况和变形特点都不一样。不能简单地用拉深系数去衡量和判断成形难 易程度，也不能用拉深系数作为模具设计和工艺 设计的根据。,1、球形件的拉深 1球形件拉深变形的特点： 毛坯的凸缘部分和中间部分都是变形区； 球形件拉深是拉深和胀形两种变形方式的复合。,a.应力状态分析：凸缘和筒形件一样，径向受p拉，切向受 压，在顶点附近受双向拉应力。凹模口内切向受压应力，底部切向拉应力， 之间必有一过渡圆切向应力为零，这个圆称为分界圆。b.胀形区和拉深区怎样来的？ （a）任一点D，根据表面积 不变应
23、贴模于d1点，d1d0，D点 切向必受压力而缩短。,（b）但成形开始阶段凸模与毛坯接触面积小，径向p首先达到s ，使中心附近板料在双向拉应力的作用下产生厚度变薄现象，（靠板料变薄而成形，称为胀形）。毛坯的变薄必然引起表面积增大。D点的贴模位置由D1点移到D2点，d2d1切向压缩量减小。（c）中心部分塑性变形（厚度变薄）引起此处加工硬化s增大,阻碍进一步变薄,同时凸模贴于板料的面积增大,摩擦力增大也使变形困难，接触面积外的s低，摩擦小，胀形区逐渐向外扩展，使变形区趋于均匀。,（d）当中心部分的胀形足够大时，可以使D点金属完全不产生切向变形，贴模于D3点上，d0=d3，D3就是分界圆。分界圆内是胀
24、形变形，分界圆外是拉深变形。其切向的应变值沿分界圆两边逐渐增大。,（2）起皱是球形件拉深要解决的主要问题 分界圆外的毛坯处于一切向受压的应力状态， 这部分材料在变形时悬空，属自由表面，抗失稳能 力差，在切向压应力作用下，最易失稳起皱。,（3）解决起皱的措施 对圆筒形件加大压边力就能防皱，对球形零件其悬空自由表面不能实现压边。原则:减小切向压应力. 加大毛坯直径 增大拉深阻力，使胀形区增大，悬空毛坯的切向受压区减小，且受压力数值减小，但费材料，不常用。,增大压边力或采用拉深筋凹模1）增大压边力以增大拉深阻力； 2）板料在拉深筋上弯曲和滑动时产生阻力的作用 。两者都使胀形区增大，毛坯中间部分受压作
25、用区域减小，且压应力数值减小的作用。,（4）拉深方法 分类 半球形、带直边或带凸缘的半球形、浅球形,半球形件的拉深 m不能作为工艺设计参数主要是起皱问题，毛坯相对厚度成为拉深难易和选定拉深方法的主要依据。,a ，不用压边装置即可拉成，易起小皱凹模设计应和凸模吻合，起校正作用。b ，需采用带压边圈的拉深模。c 需采用带有拉深筋的凹模或反拉深如带有（0.10.2）d的直边或带有（0.10.15）的单边凸缘，m有一定降低，但对零件却有好处不易起皱，有时加凸缘，最后切边处理。,浅球形件拉深 书图4-32 a深度较小、毛坯小。毛坯易窜动：可用聚氨酯橡胶做凹模。可能产生回弹：可修正模具；凸、凹模吻合；可用
26、聚 氨酯橡胶做凹模。 b深度较深，但毛坯较小。易起皱：增大拉深成形中的胀形成分。1）采用附加一定宽度的凸缘（余料）；2）用强力压边装置或带拉深筋的模具；同时使回弹小，达到较高的尺寸精度。,2抛物线形件的拉深 灯罩 特点： 自由面大，易起皱；顶端圆角半径小，承载能力受限，易破，拉深难于球形；浅抛物线形件（h/d0.50.65)拉深特点及方法与球形件相似,h/d0.50.6，类似半球形件拉深。如汽车灯的外罩。08钢 t=0.7 D=190 d=126 h=76 h/d=0.603 t/D=0.37% 属于半球形的第3种情况。采用具有两 道拉深筋的压边装置在双动压力机上拉深而成。,深抛物线形件（h/
27、d0.6）产品深而尖，自由面大。起皱和破裂同存为防皱增大径向拉应力和胀形成分，但受到顶尖部分承载能力限制，易破。方法：逐渐增加深度的同时，减小顶端圆角半径，最后一道工序保持一定的胀形成分。, h/d=0.50.7，t/D较大，不易起皱，先接 近口部尺寸，顶部逐渐成形； ,t/D较小时，易起皱，先拉深成柱形或锥形， 然后逐渐成形；,t/D0.03时，h/d=0.71时，薄易皱，深而自由面大。可先拉深成近似于阶梯筒形件，最后胀形。也可采用反拉深，先正后反，不起皱。,3锥形件拉深 顶端接触面小，应力集中，单位压力大，易拉裂； 中间悬空自由面大，易皱； 大小端面直径相差大，易产生回弹。锥形件拉深难度大
28、各部分尺寸比例不同，成形 方法和难度不同。,（1）锥形件的拉深方法 拉深比浅锥形件(h/d2 0.250.3 a = 50135o)变形程度不大，可以一次拉成。因变形不足，回弹大。措施：采用带拉深筋的模具或压边圈， 以增加径向拉应力和胀形成分，无凸缘可加 凸缘后切除。,中锥形件(h/d2=0.30.7 a=1545o)变形量不大 at1002.5可不用压边，一次成形，终了增加校形 。 b. t100.5可一次拉成，防起皱，采用压边装置和拉深 筋，以增大径向拉应力及胀形成分。 c. t1001.5 需多次拉深方法：先拉成有大圆角的圆形的过渡形状， 然后拉成所需要形状 。 如大小直径相差大，先拉成
29、近似锥形； 如大小直径相差小，（25%以内）先拉成圆筒形,截头高锥形(h/d20.5 a10o)可采用筒形过渡到最后成锥形，过渡形状用筒形拉深系数： d1=m1D d2=m2d1 最后一次采用平均直径,尖头高锥形件(h/d20.5 a45o )多数是尖锥体，或大小端直径相差大，需多次拉深。,拉深方法： A.阶梯式拉深法 由大阶梯拉到小阶梯，过渡毛坯应与锥形件成品件内侧相切，经整形得到制件，表面留有痕迹，壁厚不均，应 用较少。,B.锥面增大法 将毛坯先拉成带有锥形口，口部直径与成品件直径相同的圆筒形毛坯，以后各次拉深保持直径和锥角不变，深度逐渐加大，直至成形。这种方法壁厚均匀，故应用较多。,C.
30、整个锥面一次成形法,（2）锥形零件尺寸对拉深的影响 思考题相对高度h/d2h增大，D0增大，压边力增大，径向拉应力增 大，顶端易拉破。h增大，D0增大，中间悬空部分切向收缩量 大，易起皱。当h/d2较大时，形成难度增大，需多次拉深。,相对锥顶直径d1/d2d1/d2减小，d1小，接触面积小，承载能力弱，易变薄破裂。另悬空部分自由面积大，易起皱。d1/d2较小，需多次拉深d1/d2较大，接近筒形件，成形较容易。相对厚度t/d2t/d2小，中间部分易起皱，需多次。,返回,六、盒形件拉深 教图4-38,1.盒形件拉深特点：圆角部位近似看成1/4筒形件拉深；直边部位近似看成弯曲件成形；它们变形相互制约
31、，越接近影响越大，可以从网格图见到。直边部分:横向间距缩小，靠近转角部位缩小越多，切向压缩变形；纵向间距增大，越向上增大越多，即伸长变形。,直边变形：直边不单纯弯曲变形，圆角部分向边流动，故直边部分受切向挤压，中间影响小。 圆角变形：变形沿高度方向分布不均，底部小，口部大，由于直边存在，圆角部分的材料向两直边部位流动，减轻了圆角部分材料的变形程度。,从力看：直边承受切向挤压变形力，圆角部分由于变形程度减小， 则需要克服的变形抗力小。径向拉应力：沿盒形件周边分布不均，圆角部分最大，直边最小。且圆角部平均 拉应力小于相应筒形件拉应力。因此，危险断面的载荷比筒形件小些， 故极限拉深系数小。切向压应力
32、：角部最大，向直边逐渐减小，与角部相应筒形件相比，角部压应力 减小，变形程度减小，材料稳定性加强，起皱趋势减小，而直边几乎不 起皱。直边与圆角相互影响，随盒形件尺寸不同而不同，r角/B减小， 影响越大，圆角金属挤向直边。因盒形件在圆角部位应力较大，故起皱，拉裂一般在转角部位。,2.毛坯尺寸确定 原则：毛坯表面积等于零件表面积，加修边余量。毛坯形状必须要保证材料在整个周边上的分 布能满足周边每点上都形成等高的侧壁需要。一次成形每个边根据变形性质而展开。坯料形状尽量做成椭圆形和圆形，生产中初步定，试模中调整。 3盒形件初次拉深的极限变形程度 见表4-17H/r角越大 拉深越难 难度也随r/B而变
33、如产品H/r角H/r角允 则需要多次拉深,4盒形件多次拉深方法（1）方盒件 中间半成品为圆形，最后拉成方形，先计算倒数第二道工序尺寸，然后再由平板毛坯拉成n-1次半成品的工序次数和各工序尺寸。角部壁间距离 =（0.20.25）r,(2)长方盒形件 先计算n-1次拉深半成品的尺寸 书图4-44 椭圆形曲率半径：Ra(n-1)=0.705B-0.41r+Rb(n-1)=0.705A-0.41r+ 椭圆长半轴和短半轴：an-1=Ra（n-1）+（A-B）/2bn-1=Rb（n-1）-（A-B）/2 n-1次以前的各次拉深尺寸确定和拉深系数见 王孝培“冲压手册”P226。,5.凸、凹模工作部分设计 最
34、后一次： 圆角：凹模Rd=(410)t 设计取小值，要修模。角部R取较大，直边R取较小。凸模Rp一般根据产品设计。 间隙：尺寸精度要求高，单边C=(0.91.05)t尺寸精度要求不高，单边C=(1.11.3)t直边取小值，圆角取大值，做成过渡状。如中间过渡形状为圆形，按圆筒形件取间隙。,返回,七、变薄拉深,改变毛坯壁厚；底部不变；可获高径比大的工件。如子弹壳 变薄拉深模具间隙小于坯料壁厚； 毛坯外表面在间隙和摩擦作用下，厚度变薄； 毛坯变长，变形区毛坯沿凸模向上移动；外表面摩擦力使已变薄壁部拉应力增大。 毛坯内表面摩擦力的方向与凸模运动方向相同。内表面摩擦力则使壁部拉应力减小。 力的总和使抗
35、b，获得较大的拉深变形，即在一次拉深中由板厚变薄获得较大的高径比。切向变形量比一般拉深要小得多。,1变薄拉深特点 （1）冷作硬化很大，金属晶粒变细，强度增加。 （2）经塑性变形后的新表面粗糙度可达Ra0.4以上，壁厚差可达+0.01以内。 （3）没有起皱问题，不需压边。 （4）残余应力大，需低温回火消除，以免存储时自行开裂。 （5）拉深时摩擦严重，故对润滑、模具材料的要求很高。,2.模具结构及模具材料 教图4-74 P20（1）凸模有一定的锥度（500：0.2），便于工件从凸模上卸下，凸模上须设出气孔或充油嘴。教图4-75出气孔D=（1/31/6）d凸模,(2)凹模结构对变形抗力的影响很大 教
36、图4-76主要是锥角，刃带宽度。=6o10o 1=6o20o h查手册，书表4-29。 工作刃带太宽，增加摩擦力，拉深力增大；太小，模具易磨损。,当采用多个凹模串联进行变薄拉深时，若模具参数合 理，润滑条件好，即在一次行程中极大地提高变形程度。由于加工硬化，后面的拉深变形程度应取较小值。在生产中，一般采用23个凹模串联。教图4-71、4-72、4-73 （3）模具材料凸模材料 T10A CrWMn 6365HRC凹模材料 CrWMn Cr12MoV 6567HRC大量生产时采用YG8 YG10 硬质合金，不热处理可达 86HRC。,3.变形程度变薄系数:横断面积 内径不变的变薄拉深可用: t工
37、件拉深的壁厚书表4-28变薄系数的极限值,返回,八、覆盖件的拉深成形 覆盖件的特点与要求覆盖件主要指汽车等车身部位的大型拉深件。如外 门板、驾驶室、前围板、顶盖等，覆盖发动机，底盘的异型 体。汽车覆盖件图1-1、汽车车身冲压件图 钣金件模拟冲压 冲压成形数值模拟 地铁客车牵引架冲压过程 吉普车（挑战者）侧边框冲压过程模拟 吉普车（挑战者）地板冲压过程 卫星通讯天线反射面冲压模具,（）特点：具有材料薄，形状复杂（多为立体空间曲面）， 结构尺寸大，表面质量要求高，刚性好等特点。 （）要求表面质量要求覆盖件表面不允许波纹、皱纹、凹痕、边缘、拉痕及其他 破坏完美表面的缺陷。工件上的棱线、装饰筋条要求清
38、晰、平 滑，覆盖件之间的装饰棱线衔接处应吻合，不允许参差不齐。材料要求要求材料有一定的强度和刚度，对复杂工件拉深要求材料 是具有较高的均匀延深率n以适应一次成形要求。目前选用深拉深材料：08Al 08, 10,15, 20， 最大用 量是08类,冲压工艺要求 生产纲领与冲压工艺方案单件：以钣金为主 小批：拉深成形用模具 中批：关键零件和劳动量大的用模具 大批：全部使用模具并考虑自动化生产线生产覆盖件 冲压工序：落料、拉深、修边、翻边和冲孔。 有时将修边冲孔、修边翻边合并。,2覆盖件拉深特点 （1）覆盖件拉深的变形特点覆盖件的变形是几种典型的变形组合：弯曲、胀形、拉深；覆盖件成形时应力与应变分布
39、不均匀，易回弹、起皱、拉裂。 （2）拉深工艺特点 覆盖件一般一次拉深成形（模具成本，确定半成品尺寸难，定位难，表面质量，最多增加一次整形圆角工序）。,通过计算机模拟分析实验，证实拉深设计的可 行性，最后确定拉深件形状尺寸，一次成形。可用类比法或断面延伸率判断成形难易：各断面之间距离取50100 断面延伸率:平均 2%没有充分塑性变形，回弹大，考虑胀形； 平均 5% max 10%不能只用胀形，要考虑拉深； 平均 30% max 40%不能只有拉深，还要用胀形； 如底部较平，取上述数据值的考虑。,按图形拉线估量或通过软件展开覆盖件毛坯的形状和尺寸，最后需要修正。 需要较大和较稳定的压边力。双动拉
40、深机压边力可达拉深力的60%以上，压边力可调。 对原材料性能有严格的要求要求s/b小，均匀u大，应变硬化指数n大， 塑性应变比r=b /t大，表面粗糙度值小，厚度尺寸 精度较高，材料晶粒度（6级）。一般用类,覆盖件拉深的六大工艺要素 （）拉深方向的确定 汽车覆盖件图2-6关系到能否拉出合格制品，影响到工艺补充面 部分的多少和压料面形状，拉深方向考虑到和以后 工序的冲压方向一致。,原则： 保证凸模能顺利地进入凹模； 应使拉深深度尽量均匀，它是保证进料阻力均匀的重要条件；汽车覆盖件图2-7 应使凹模与毛坯有良好的接触状态。汽覆图2-10.11在保证凸模能进入凹模的前提下：接触面大，不易应力集中。位
41、于模具中心，板料均匀进入凹模，不易窜动。,（）工艺补充面为实现拉深，临时增添的、以后切边工序要切除的那一部分材料。包括工艺延伸面，压边面两部分。例：骑式摩托车的油箱：三片式油箱成形工艺及改进,为产生均匀变形，要加工艺补充面进行拉深，控 制材料流向及流速，防止起皱和拉裂。 工艺补充面作用 汽车覆盖件图2-25改善拉深条件，使材料变形均匀。 确定工艺补充面的原则 书表5-5a.工艺补充面尽量小b.使拉深深度浅，并尽量使水平修边变为垂直修 边 教图P41、冲模图18（深度浅不易裂；垂直修边产 品定位方便，可一次修边完成，模具结构简单）。,（）压边面压边面作用拉深时，压边圈将压边面压在凹模上，以保证在
42、凸模作用下，毛坯不起皱。压边面可以是拉深件本身，也可以是工艺补充面。确定压边形状a.压边形状为平面，单曲面，曲率很小的双曲面。不允许有局部的起伏或折棱，当毛坯被压紧时，不产生褶皱，而且要求塑性流动阻力小，向凹模内顺利流动；,b.压边面形状要考虑毛坯定位的稳定性、可靠和送料取件方便； c.合理选择压边面与拉深方向的相对位置。水平位置最好 4050o 不正确金属流动差,（）工艺切口和工艺孔 汽车覆盖件图2-28 作用在局部突起变形区的适合位置冲出工艺孔或工艺切口使容易破裂的 区域，从变形区内部得到材料的补充而不破裂。 设置工艺孔或切口的条件必需在容易破裂的区域设置工艺切口或工艺孔，而切口或孔又必须
43、 在修边线以外，以便在修边工序中切除而不影响零件整体。 工艺切口制法 a.落料时冲出，用于局部成形深度较浅的场合，基本上从内向外流动。 b.拉深中冲出，不能切断，切断难以清除废料。它可充分利用材料的塑性，在材料不能从外部流入时，切口作用使 材料自由向外流动，以满足成形深度较大的零件。,（5）定位必须满足成形表面不破坏，为后续工序设计定位。 用工件外表面定位，送料简单。 用工件内表面定位，操作简单，送料、出件都要提升一段高度。 在倾斜表面上或水平面上冲孔或刺孔定位（工艺孔） 压料槛形状定位，用于中间曲面变化小，浅拉深件。,（6）拉深筋、拉深槛。教图5-25 汽车覆盖件图A.作用： （a）增加进料
44、阻力，反复弯曲，加大径向拉应力，使毛坯塑性变形量增加，从而增加零件刚度，减少回弹。 （b）调节材料流动量，使材料流入模腔的量适合工件各处的需要。 （c）降低了对压边面接触的要求。如平面压边，压边面大，要求平行，粗糙度低，压边面与凹模面 间隙一致。且磨损大。采用拉深筋，主要考虑拉深筋来调节进料阻力，相应降低了压边 面加工要求。 （d）辅助调节压边力 （e）纠正材料不整的缺陷，当于辊压校平。,B.拉深筋的种类及应用 （a）拉深筋应用较广，采用的数量及形式上灵活，流动阻力不如拉深槛高。教图4-79图：安在压边圈上，而凹模压边面上开出相应的 槽，剖面呈半圆形状，有嵌入式，整体式。嵌入式耐磨，制造困难；
45、整体式和凹模压边圈一起加工出来。,（b）拉深槛阻力作用比拉深筋大，多在深度 浅的大型曲面的拉深件中采用。教图4-80拉深槛与凹模作成一体，剖面呈梯形，放在凹模 口部。,3.拉深筋的分布原则根据外形，起伏特点及拉深件深度来定。拉深深度大的零件在直线部位设拉深 筋，而在圆弧部位不设拉深筋。同一零件拉深厚度相差大时，在深的部 位不设拉深筋，在浅的部位设拉深筋。拉深筋的位置要保证与拉深毛坯材料流 动方向垂直。,大型覆盖件模具的结构 冲模图64、汽车覆盖件图 附：拉深工作中的润滑、退火、酸洗简介,目录,小结： 1.拉深变形的特征就是金属发生了塑性流动，径向受拉深长变形，切向受压压缩变形。 2.起皱和拉裂都应从影响因素方面去解决，从力学角度去分析。 3.从力学的角度讲了一次拉不起的工件可多次拉起。 4.带凸缘件的拉深第一次拉深系数与筒形件不同，以后各次相同。,5.阶梯形件的拉深方法有多种。 6.球形、抛物线形、锥形件的拉深特点，难度大，易拉裂，易起皱。 7.盒形件拉深直边、圆角应力，拉深难度不一。 8.覆盖件拉深各处变形不一，拉深难度大，因此与一般拉深不同，具有六大拉深工艺要素。,课外作业及参考书： 参考书：冷冲模设计手册 王孝培冲压资料 第4章作业P176,返回,
