1、96第五章 拉深【本章重点】 拉深时的主要质量问题，圆筒件拉深的工艺计算；拉深模工作部分结构参数的确定；带凸缘简形件拉深的特点及工艺计算。【本章难点】 拉深过程中各部应力应变分析；久里金法则；宽边缘圆筒形件拉深工艺计算。【学时分配】 第一节 拉深过程分析拉深（拉延、压延、引伸）：利用模具将平板毛坯制成空心件（或使空心件进一步改变尺寸）的一种冲压工艺方法。拉深的应用：制件形状：圆筒形、阶梯形、球形、盒形、不规则形状等；尺寸范围：几毫米几米。精度：高，IT10 、精整拉深可达 IT 8，表面光滑（近似磨削） 。所以拉深应用很广，成为冲压工艺应用最广泛的工序之一，在汽车、拖拉机、飞机、电器、仪表及日
2、常生活用品生产中有相当重要的地位。拉深件的分类：按工件形状：1、圆筒形零件（直壁旋转体）P119 图 8-1a（无凸缘、有凸缘、阶梯形） ，2、曲面形零件（曲面旋转体）P119 图 8-1b，3、盒形零件（直壁非旋转体）P119图 8-1c，4、非回转体曲面形状零件（不规则复杂形状）P119 图 8-1d。接工作性质：不变薄拉深；宽薄拉深。一、拉深变形过程及特点如图 P120 图 5-2：毛坯： ；制件： 圆筒， 基本不变。td0hdt分析：1、由于工作部分无锋利刃口（一定的圆角半径）间隙略大于厚度 t，材料被拉入间97隙，由体积不变原理：t 不变，则毛坯与工件表面积应相等，从面积分布来看：（
3、 1）毛坯中间部分 变为制件之底， （2）毛坯（ ）圆环变为制件d 0d筒壁，但，毛坏中“多余三角形”被挤向筒壁上部成为h，可见有一个金属流动过程。2、为了解金属流动情况，网格法拉深前：等间距同心圆、等分度幅射线组成网络。拉深后：简底部网络基本不变；筒壁同心圆水平圆线圈，间距増大（越上增加越多） ，幅射线垂线，间隔相等。dh02983、可见：拉深过程中，材料内部单元体受径向拉应力 与圆周切向压应力 共r同作用下，凸缘区材料发生塑性变形，其“多余材料”沿径向被挤出，并不断地被拉入凹模洞口内，成为开口空心件。二、拉深过程中各中分应力应变状态分析拉深过程中受力（复杂）：拉深力、弯曲力、扭转力等。以筒
4、形件带压边圈首次拉深为例，可划分为五个区域1、平面凸缘部分（主要变形区）拉深变形主要在此区完成，位于压边圈下部材料在模具作用下向中心流动，进入间隙最后形成筒壁。受三向应力：径向：拉；切向：压；厚度方向：压（压边圈作用比前两项小得多） 。2、凸缘圆角部分（过度区）位于凹模圆角处材料切向被压缩、径向被拉伸、接触凹模圆角一侧还受弯曲力（凹模圆角半径减小弯曲变形，小到一定程度开裂）3、筒壁部分（传力区）为已变形区，又是传力区，近似单向拉伸变形区，厚度变薄。4、底部圆角部分（过渡区）承受筒壁传来的拉应力、且受凸模压力。在拉、压力的综合作用下，这部分材料变薄最严重，易出现裂纹（危险断面）筒壁直段与圆角相切
5、的部位。5、圆筒件底部（近似不变形区）拉深过程始终为平面形状。综上：拉深件应力应变复杂，又是时刻变化的，壁厚是不均匀的。 （凸缘“起被”和危险断面“捡裂”是能否顺利完成拉深工艺的关键所在） 。99三、拉深时的主要质量问题：起皱与拉裂（补充内容）1、起皱：如前：拉深过程中，凸缘部分受切向压切力作用。当切向应力较大而材料又薄时使凸缘部分材料失稳而发生折皱。起皱一般不允许，轻则影响质量，重则因起皱后不能进入间隙而使制件拉裂。防皱措施：（1）合理选择变形程度（根据塑性大小） 。（2）采取压边圈。（3）合理选择凸凹模圆角半径与间隙。（4）润滑剂（减少摩擦）2、拉裂：厚度变化与危险断面（1）上部变厚，下部
6、变薄，底部基本不变。（2）凸模圆角部分变薄严重（近 10%）危险断面（3）拉裂：危险断面有效抗拉强度 pbk15.拉裂条件：筒壁总拉应力 ， 凸模弯曲时产生的应力。pp防止拉裂措施（1）合理选用冲件材料（2）正确确定 r 凸 r 凹：保证不起皱前提下加大 r 凹，适当加大 r 凸 。（3）合理选取拉深系数 M（M 大变形程度小）见后述。（4）正确润滑（只涂凹模表面，千万不涂凸模-以防滑动，变薄等） 。第二节 圆筒形件拉深的有关尺寸确定（主要确定修边余量，拉深系数，拉深次数，毛坯尺寸，工序尺寸等）一、拉深件的修边余量1、修边余量产生的原因：拉深过程中受材料力学性能的方向性、模具间隙的分布100不
7、均匀、摩擦阻力的不均匀、定位不准确等因素的影响 ，使拉深件口部或凸缘周边不齐，需要修边（毛坯要加修边余量） 。2、修边余量的确定查：P122 表 5-1 无凸缘筒形件的修边余量、P136 表 5-12 凸缘筒形件的修边余量。二、变形程度和拉深系数拉深变形程度用拉深系数 表示（类似弯曲系数） 。m（一）拉深系数 每次拉深后筒形件直径与拉深前（毛坯或半成品）直径的比值（总小于 1，是拉深工艺的基本参数） 。第一次拉深系数： ， 毛坯直径；01dm以后各次拉深系数： ；112nndm总拉深系数： 。nn md 211200101讨论：1） 、 1， 越小，变形程度越大（拉深次数可减少） 。m2） 、
8、 小于一定程度拉裂（变形程度大拉深力大，达危险断面抗拉强度裂） 。3） 、极限拉深系数：能拉成形又不被拉裂情况下允许的最小拉深系数。（二） 、影响拉深系数的因素1、材料的力学性能：塑性好延伸率 大、断面收缩率 大，变形时不易出现细颈；屈強比小 可小。m2、板料相对厚度 大：抗失稳起皱能力大有利于 减小 。0dt m3、拉深次数（冷作硬化）：首次拉深系数可小，以后逐次加大。4、拉深方式（压边条件）：采用压边圈加以合理压边力的 可小，压边力过大（拉深阻力大） 、过小（易起皱）均不利。5、其它：（1）模具工作部分结构参数 、 、 应合适。过小：摩擦阻力增大，prdZ危险断面变薄。过大：减少了有效压边
9、面积，易失稳起皱。 （2）摩擦与润滑：凹模（特别是圆角处）应光滑并润滑 可小，凸模不必很光、不润滑 可小。mm（三）极限拉深系数的确定理论计算：有近似公式（麻烦、欠准确）少用。经验法：见 P123 表 5-2102说明：（1） 、由表可见：首次 左右，以后各次 平均值约等于 06.05.1mm8.7.左右( )，且以后各次拉深系数越来越大。m（2） 、不用压边圈之 大于用压边圈之 。（3） 、实际生产中采用之 应略大于极限 M，当零件质量要求高时采用之 应更mm大些。三、拉深次数的确定（两种方法）（一）推算法：根据拉深系数确定各次拉深直径，直到满足要求为止。1、查 P123 表 5-2，得 /
10、21m2、推算： 01d21nndm一直算到 小于工件直径为止，此时得到的 即为拉深次数。n（二）根据零件相对高度 确定拉深次数。dh查 P124 表 5-3：由 查拉深次数注：常用（一）推算，用（二）校核，二者不统一时按次数大者确定。103四、毛坯尺寸的确定依据：1、旋转体拉深件的毛坯为圆形板。2、拉深前后重量不变、体积不变，对不变薄拉深，面积不变。3、拉深后制件顶部或凸缘不平齐要修边，故毛坯应含修边余量。（一）简单形状旋转体拉深毛坯尺寸的确定等面积法（按中线计算）零件中性层面积： iAA21毛坯面积： 204d毛坯直径： i常见旋转体拉深件毛坯直径计算公式见查 P125 表 5-4。（二）
11、复杂形状旋转体拉深件毛坯尺寸的确定形心法（久里金法）原理：任何形状旋转体表面均为一母线绕轴旋转而形成，若母线长度为 ，其形心l至回转轴距离为 ，则回转体表面积为xxlA2/104久里金法：旋转体面积等于其母线展开长 与其形心绕轴线旋转所得周长 的乘l x2积（为 形心到轴线之距离） 。x母线可分解为线段，每段形心到轴线之距为 ；每段展开长ixil则： ilxA2/毛坯直径： ilxd80计算方法：将复杂母线分段，找出每段展开长 和重心到轴之距 代入公式。ilix求圆弧段形心到轴线距离计算公式 P127 表 5-5。实例：用久里金法计算图示回转体零件毛坯尺寸 D=？五、各次拉深后半成品高度的计算
12、参见 P125 表 5-43， 推导出计算各次拉深后高2220 56.07.14rdHd度的通式：令 、 ，代入上式nd2nhH220 56.07.14nnrdr实例：计算 P128 图 5-9 所示筒形零件的毛坯尺寸及各中间工序尺寸nnndh35.0105第三节 拉深模设计计算一、力和功的计算（一）拉深力-理论计算繁琐，生产中用经验公式1、采用压边圈时圆筒形件拉深力首次拉深： 1KtdFb以后各次拉深： （ ）2i ni,21，2、不采用压边圈时圆筒形件拉深力首次拉深： btdF)(5.110以后各次拉深： （ ）ii3. ni,21，以上式中： 拉深力（N） ，毛坏厚度（mm） ，t材料抗
13、拉强度（MPa） ，b、 修正系数 P129 表 5-6。1K2（二）压边力1、是否用压边圈的条件见 P130 表 5-7根据相对厚度 ，若小易起皱，要压边。0dt根据拉深系数，若小变形程度大易起皱，要压边。两者有一种情况就要采用压边圈。1062、压边力大小的确定应适当。过大：摩擦力、拉深力危险断面应力易拉裂；过小：防皱效果不好起皱拉深力开裂。经验方式：第一次拉深时压边力 以后各次拉深时压边力 式中： -单位压边力。见 P130 表 5-8p（三）拉深功：拉深的行程较长，消耗功较多，要效核电动机功率。拉深功 式中：C-系数，0.60.8、 凸模工作行程、 最大拉深力。hmaxF根据拉深功计算压
14、力机电机功率式中：P 电机功率 KW、K不均衡系数 K=1.21.4prdF)2(41120diiii 2110maxCFW2106n107若选用压力机电动机功率小于上述计算价值另选功率更大的电动机.二、凸凹模工作部分尺寸的计算（一）凸、凹模圆角半径1、凹模圆角半径 dr原则：应尽可能设计大些（可降低拉深系数，提高质量） ，但过大降低压边圈作用可能引起起皱。（1）首次拉深凹模圆角半径：，或查 P131 表 5-9tdrd08.（2）以后各次拉深凹模圆角半径：应逐渐减小（为前一次的 060.8） ，并使最后一次达图纸要求。即： 18.06.iddi rr ,32i2、凸模圆角半径径 p原则：其影
15、响不及 大，但也要合适。dr最后一次应等于制件圆角半径： rpn其余各次，尽量与 一致或略小： drdiir17.01,2n， （二）凸凹模间隙的确定间隙大小影响：拉深件质量，拉深力大小及模具寿命等。一般：间隙略大于料厚，间隙过小：阻力大、拉裂、加速磨损。间隙过大，易起皱和降低尺寸精度。108经验数据：不使用压边圈时：使用压边圈时：见 P132 表 5-10（三）凸凹模工作部分尺寸的确定1、最后一道工序拉深的凸凹模尺寸及公差（应按零件要求来确立）（1）要求保证外形尺寸，应以凹模为基准，间隙取向凸模（相当于落料） dTdD0max75.pTpZ（2）要求保证内形尺寸，应以凸模为基准，间隙取向凹模
16、（相当于冲孔） 0min4.pTpddpZ0注：凸凹模制造公差的确定： 、 见 P133 表 5-11pTd2、多次拉深之中间工序（1）其半成品尺寸公差不需严格控制max1.2tZ109基准件之基本尺寸：按相应工序冲件之基本尺寸。凸凹模制造公差，按经济精度。（2）间隙取向亦不作规定（一般以凹模为基准线，间隙取向凸模）三、凸、凹模工作表面技术要求1、不允许有影响使用的：砂眼、缩孔、裂纹和机械损伤等缺陷。2、凹模工作表面和型腔表面 Ra0.8，凹模圆角处 Ra0.4。3、凸模：Ra1.60.8四、压边装置（防皱）自阅 P134，图 5-12110第四节 有凸缘圆筒形件的拉深（应用特广泛）有凸缘圆筒
17、形件的拉深过程，变形区应力应变状态和变形特点与无凸缘圆筒形件相同。但其工艺计算复杂，与无凸缘圆筒形件差别较大应引起注意（书上讲得太简单） ，以下详讲，听懂并记要点。一、有凸缘圆筒形件的拉深过程再观查无凸缘圆筒形件拉深过程：由 td0凸像直径 逐渐减小， 无凸缘；高度逐渐增加， ；拉td0d1t2t 1h23深系数， 反映 变形程度；带凸缘圆筒形件相当于中间阶段。01mh二、有凸缘圆筒形件的拉深系数分析分析某有凸缘圆筒形件第一次拉深 。01dm由 P125 表 5-4 之 4 ， 22404.3rHd将凸缘直径 ，中性层总高 ，筒形直径 ，中性层圆角半径td1h1d代入上式得：121r11204
18、.3drhdt讨论：1、带凸缘圆筒形件拉深系数与三因素有关（1）相对凸缘直径 ：大 小，影响最大（平方关系） 。大必 大变形区mtd大变形程度大 小（难度大） 。（2）相对拉深高度 ：大 小，影响次之（4 倍） 。d 相同，h 大变形程度大m 小，难度大。)(4.3)()(1. 112111201 drhdmtt 1dt1dh111（3）相对圆角半径 ： 小m 小，影响最小（3.44 倍） ，r 小者变形程度大。2、当拉深后筒体直径 d 相同时，带凸像圆筒形首次拉深系数比无凸像圆筒件极限拉深度系数可小（相当于中间状态停下来） 。经大量试验得经验数据 P136 5-13，m 1： 0.310.5
19、9，而 P123 表 5-2 m1： 0.480.63。由于有凸缘圆筒形件相当于中间状态停下来离极限变形程度远些，为充分利用塑性减少拉深次数，可使 m1 小些3、第一次拉深许可变形程度还受极限相对拉深高度限制（校核）P136 表 5-14由毛坯相对厚度 t/d。及凸缘相对直径 dt/d1极限指对高度4、可根据相对凸缘直径大小将有凸像圆形件之拉深分为（1）窄凸缘小 dt/d=1.1-1.4（2）宽凸缘 dt/d1.4窄凸缘拉深方法：（类似无凸像）先拉成无凸缘圆筒形件再拉出锥形凸缘压平。宽凸像拉深方法：（是重点）第一次 dt 拉到位，以后各次减小 。d5、如何保证宽凸缘以后各次拉深中，凸缘像不参加
20、变形重点方法：首次拉深时，拉入凹模材料之表面积比零件实际需要多 3-5%，多余材料在以后各次拉深中逐渐挤回到凸缘部分（即保证凸缘在以后各次拉深中不参加变形，又可使凸缘增厚以免拉裂，对 t0.5 尤为显著） 。如何实现？通过正确计算各次拉深高度，严格控制凸模进入凹模深度来实现（调节闭合高度）6、有凸缘圆筒形件以后各次拉深之极限拉深系数1h112与无凸缘圆筒形件相同（凸像部分不再变形）按 P123 表 5-2三、实例：计算宽凸缘筒形件毛坯尺寸、拉深次数、工序尺寸。解：按中性层计算： 、 、 、 、76td285h4r2t1、确定修边余量 ：由 P136 表 5-12 查得.实际凸缘直径： 80)2
21、.76(Fd2、初算毛坯直径：由 P125 表 5-4 （当内外圆角直径相等时）134.120drhdt3、确立能否一次拉深成形：由 P136 表 5-14（首次拉深及限相对高度）查得极限相对高度：实际相对高度： ，不能一次拉出。4、确立首次拉深直径 dt（逼近法）见 P136 表 5-13（1）初步确定 （逼近法）1假定值 NdF1第一次拉深直径 dF1实际拉深系数 01dm极限拉深系数查 P136 表 5-13min1相差值 11.2 80/1.2=66.7 66.7/113=0.59 0.49 +0.101.3 80/1.3=61.5 61.5/113=0.54 0.49 +0.051.
22、4 80/1.4=57.1 57.1/113=0.50 0.47 +0.031.5 80/1.5=53.3 53.3/113=0.47 0.47 0（2）确定凹、凸模圆角半径，由 P131 公式 tdrd08.2)3.51(8.08.011 tdrd取 9p（3）重新计算毛坯直径为保证凸缘部分在以后各次拉深中不参加变形，首次拉深时拉入凹模之材料的表面积比零件实际需要多 3-5%，并在以后各次拉深时逐渐挤回凸缘部分（技巧） 。2.018.max1hmax751dh113由 ，将 分解成两部分：FdF402421F凸缘环行部分：2 2423680拉入部分（增大 3-5%）：1 22421 3680
23、F代入 得Fd40242440 13d 510768036122 增大 5%，取 md15405.760 （4）校核按上述 ，其相对高度 是否超过极限相对高度（P136 表 5-14） 。由 P125 表1m1dh5-4 公式 可得计算有凸缘圆筒形件拉深高度的通式：iiFrd4.320iFdi rhi 86.02025. 所以： ， 。.4186.01523.20h 76.035.41h查 P136 表 5-14，得，实际 ，不行。58.04.max1dh 58.04.76.01dh重新计算首次拉深之工序尺寸（放大一点，见逼近法之表）选 档，即 ，4.N.57.011d再计算 ， ，1h2.3
24、806.852.720 67.0152.381dh再查 P136 表 5-14，得，实际 ，可行。0.58.max1dh 70.6.1dh希望还可再选大点，将 圆整为 ， （书上为 ）1d0131再算 ， ，实际1h3786.052602. 52.067dh5、计算以后各次次拉深工序尺寸（推算法）（1）确定各次拉深系数，见 P123 表 5-2，由 得4.10t114，圆整为28.43607.3.022 dm 04.7.604622 md，圆整为.6. 0.78.465.35.32d，圆整为2078.44 dm 01.79.53284 md（2）圆整 i（3）确定 345.69dpr中线 .7
25、10（4）计算拉深高度先定出每次返回凸缘材料（%） ，设每次需多拉入材料（%）5.120，为了计算拉深高度，需求出每次“假想毛坯直径” 。05.13通式： iFdi rhi 86.22. m14503.17602 2.786425.hd5.1304.1760386.5.2.2 h第四次达图纸要求， 46、画工序草图（1）由中性层尺寸转换成外径、总高、内外圆角半径。（2）画工序草图（凸缘直径不变，筒壁直径和高度改变） 。115第五节 其它形状零件拉深的特点一、阶梯圆筒形零件拉深的特点，应用甚为广泛变形特点：同圆筒形件（每一阶梯相当于圆筒）工艺过程：次数、顺序取决于形状、尺寸（由于形状、尺寸的多样
26、性和复杂性现还不能用统一方法确定以下分析方法可供参考）（一）判断能否一次拉深成形（两种判断方法）1、按相对高度值判断求出： （总高与最小阶直径之比）ndH查 P136 表 5-14，凸缘圆筒形件首次拉深极限相对高度 max1dh若 ，则可一次拉成。max1dhn实质：将阶梯形圆筒形件按小端直径筒化为圆筒形件来判断。2、按假想拉深系数判断由经验公式（P144 式子）求出假想拉深系数 m按 P123 表 5-2 查 t/d100 时的极限拉深系数 若： 假想拉深系数 可一次拉成，m 可多次拉成。3、可一次拉成之阶梯圆筒形件的拉深方法（1）可一次拉成，（2）也可：先拉小直径，后拉大直径依次拉出（确保
27、质量，每套模具简单） 。（二）多次拉深阶梯圆筒形件的拉深顺序1161、按直径大小，由大到小依次提出（基本方法） ，拉深次数等于阶梯数。条件：相邻阶梯的直径比均大于圆筒形件极限拉深系数（P123 表 5-2） 。2、先拉小直径再拉大直径条件：某相邻两阶梯直径比小于圆筒形件极限拉深系数（说明该小直径不能一次拉成）这两阶梯之成形应先拉小直径再拉大直径（即按有凸像件拉深方法进行）二、半球形、锥形、物线形，盒形及复杂非转体零件拉深特点（自阅）117第六节 拉深中辅助工序的安排一、退火工序的安排强度变形拉力 再拉深破裂为什么退火？拉深加工硬化 塑性目的：消除硬化？恢复塑性不同金属硬化程度不同。若工艺过程制
28、定合理，拉深普通金属材料时可不进行中间退大；对拉深硬化明显的金属应拉深 1-2 道工序后就需要退火，见 P147 表 5-21。方法：低温退火（常用方法）相变温度以下高温退火，加热高于临界点（完全再结晶）软化效果好，但晶粒粗大影响力学性能。温度规范：P148二、酸洗：退火后产生氧化皮（硬、加剧模具磨损）方法：在加热的稀酸液中浸蚀冷水漂洗弱碱中和热水中洗涤烘干三、润滑：减少摩擦、除低阻力不易拉裂，减轻模具磨损1）涂在凹模圆角部位，2）切忌在凸模表面或与凸模接触的毛坯面上3）润滑剂 P149 表 5 25习题五1、什么是拉深系数？影响它的主要因素有哪些：116答：拉深系数反映了拉深变形的程度。圆筒形件的拉深系数用拉深后，前的直径比表示，影响拉深系数的主要因素有：（1）材料的力学性能；（ 2）材料的相对厚度；（3）拉深方式；（4）拉深次数（5）凸凹模圆角半径、间隙值及润滑条件等
