第四章拉深

第四章拉深教学要点【目的要求】1、拉深工艺性质及其分类2、拉深变形过程分析3、拉深工序的主要工艺问题4.1拉深工艺概述教学要点【重点】1、拉深定义及分类2、拉深主要变形区、壁厚最薄处及受力情况3、拉深与冲裁模具结构不同之处4、拉伸主要工艺问题：起皱与拉裂【难点】1、拉深主要变形区及壁厚最薄处的受力情况2、起皱与拉裂问题出现的原因拉深（又称拉延）是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一，广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中，不仅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。属成形工序拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。不变薄拉深：成形后的零件，其各部分的壁厚与拉深前的坯料相比基本不变；变薄拉深：成形后的零件，其壁厚与拉深前的坯料相比有明显的变薄，这种变薄是产品要求的，零件呈现是底厚、壁薄的特点。在实际生产中，应用较多的是不变薄拉深。本章重点介绍不变薄拉深工艺与模具设计。拉深所使用的模具叫拉深模。与冲裁模比较，拉深凸、凹模工作部分结构与冲裁模、弯曲模有何差别？拉深模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。拉深凸模1、凹模4冲裁凸、凹模图4.1.2为有压边圈的首次拉深模的结构图，平板坯料放入定位板6内，当上模下行时，首先由压边圈5和凹模7将平板坯料压住，随后凸模10将坯料逐渐拉入凹模孔内形成直壁圆筒。成形后，当上模回升时，弹簧4恢复，利用压边圈5将拉深件从凸模10上卸下，为了便于成形和卸料，在凸模10上开设有通气孔。压边圈在这副模具中，既起压边作用，又起卸料作用。4.1.2拉深变形过程1、无凸缘圆筒形件的拉深过程。如图4-1所示(a)1(b)4327109856(c)图4-1拉深工艺过程1-凸模2-压边圈3-毛坯4-凹模5-拉深件6-平面凸缘部分7-凸缘圆角部分8-筒壁部分9-底部圆角部分10-筒底部分拉深变形过程平板圆形坯料的凸缘弯曲绕过凹模圆角，然后拉直形成竖直筒壁。变形区—平面凸缘；已变形区—筒壁；不变形区—底部。底部和筒壁为传力区。变形区-平面凸缘已变形区-筒壁不变形区-底部2、无凸缘圆筒形件拉深的变形过程。通过网络实验可以直观地观察、分析材料在拉深时的变形情况。在圆形毛坯的表面上画上许多间距都等于a的同心圆和分度相等的辐射线，如下图所示12FF(c)aaa2F543aa(b)21aaaF1aaaaaaaa(a)12FF(c)aaa2F543aa(b)21aaaF1aaaaaaaa(a)图4-2拉深网络试验该毛坯拉深成无凸缘圆筒形件后网格的变化情况如图4-2（b）所示。单元网格的变形情况为：切向产生压缩变形(筒壁网格圆周方向弧长=筒底网格最大弧长)径向产生拉伸变形（a5a4a3a2a1a)切向越靠近口部的筒壁材料在拉深时的变形程度越大拉深变形过程中材料的应力与应变状态I凸缘部分II凹模圆角部分III筒壁部分IV凸模圆角部分V筒底部分坯料各区的应力与应变是很不均匀的。划分为五个区：下标1、2、3分别代表坯料径向、厚向、切向的应力和应变拉深变形过程中坯料的应力、应变状态五个区域：平面凸缘部分--Ⅰ区凸缘圆角部分--Ⅱ区筒壁部分--Ⅲ区底部圆角部分--Ⅳ区筒底部分--Ⅴ区图4-3拉深时坯料的应力、应变状态σ1σ3体积不变原则：ε1+ε2+ε3=0最大应变性质与最大应力性质相同原则：1．平面凸缘部分(Ⅰ区)平面凸缘部分--主要变形区。径向拉应力σ1切向压应力σ3（最大）厚向压应力σ2(采用压边装置时)。径向拉应变ε1切向压应变ε3（绝对值最大）厚向拉应变ε2变薄or变厚？2．筒壁部分（Ⅲ区）筒壁部分为已变形区。称为传力区。筒壁部分可近似认为受单向拉应力σ1应变状态为轴向（径向）产生拉应变ε1厚向产生压应变ε2，厚度减薄。切向无变形径向拉应变ε1厚向压应变ε2返回3．筒底部分（Ⅴ区）筒底部分为非变形区。径向、切向双向拉应力σ1、σ3（很小）径向、切向产生拉应变ε1、ε3（很小）厚向压应变，但变薄量很小，一般只有1~3%。径向拉应变ε1切向压应变ε3厚向拉应变ε2为什么？4．凸缘圆角部分（Ⅱ区）凸缘圆角部分为平面凸缘部分和筒壁部分的过渡区。径向拉应力σ1切向压应力σ3厚向压应力σ2（承受凹模圆角的压力而产生）其中，径向拉应力σ1的绝对值最大，故径向拉应变ε1的绝对值也最大切向压应变ε3厚向压应变ε2（很小）径向拉应变ε1切向压应变ε3厚向压应变ε25．底部圆角部分(Ⅳ区)称为第二过渡区。主要受拉深力引起的径向拉应力σ1凸模压力、材料弯曲作用产生的厚向压应力σ2切向拉应力σ3，但量值较小。径向拉应变ε1（最大）厚向压应变ε2，厚度变薄。切向压应变ε3很小，可忽略不计。径向拉应变ε1切向压应变ε3厚向压应变ε2变薄4.1.3拉深的主要的工艺问题（掌握）--拉深和起皱拉深时各部分材料的应力、应变状态有很大的差异，变形程度也各不相同。板料经拉深转化为筒壁时，变形程度很不一致，靠近口部的材料变形程度大，靠近底部的材料变形程度小。1．平面凸缘部分的起皱平面凸缘部分的起皱是指在拉深过程中，该部分材料沿切向产生波浪形的拱起。起皱部位：平面凸缘部分起皱原因：是平面凸缘部分材料在拉深时受切向压应力的作用而失去稳定性的结果。拉深系数m（切向压应力的大小），m=d/D拉深过程中影响起皱的主要因素模具工作部分几何形状板料的相对厚度t/Dt/D越小，拉深变形区抗失稳的能力越差，越易起皱。m越小，拉深变形程度越大，切向压应力的数值越大；另外，变形区的宽度越大，抗失稳的能力变小，越易起皱。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。材料的力学性能屈强比小，板料不容易起皱。bs厚板好m大好锥形凹模好平端面凹模锥形凹模--好屈强比大好生产实际中常用以下公式概略估算普通平端面凹模拉深时的不起皱条件：首次拉深t/D≧0.045(1-m1)以后各次拉深t/di-1≧0.045(1/mi-1)采用压边圈采用锥形凹模采用拉深筋、拉深槛采用反拉深防止起皱的措施正拉深反拉深Dd1a凸模压边圈毛坯凹模带压边圈的拉深模锥形凹模压边力的确定当需要采用压边装置时，压边力的大小必须适当。☆压边力过大，将导致拉深力过大而使危险断面拉裂；☆压边力过小，则不能有效防止起皱。☆在设计压边装置时，应考虑便于调节压边力，以便在保证材料不起皱的前提下，采用尽可能小的压边力。☆压边力Q：Q=Fq式中Q——压边力（N）；F——毛坯在压边圈上的投影面积（mm2）；q——单位压边力（MPa），取值可参考表4-1。2．筒壁危险断面的拉裂拉裂部位：筒壁部分与底部圆角部分的交界面筒壁部分在拉深过程中起到传递拉深力的作用，可近似认为受单向拉应力作用。当拉深力过大，筒壁材料的应力达到抗拉强度极限时，筒壁将被拉裂。图4-5危险断面拉裂教学要点【目的要求】1、拉深件工艺性2、圆筒形拉深件毛坯尺寸的计算3、圆筒形拉深件的拉伸系数和拉深工序尺寸计算4、拉深力计算5、带料级进拉深4.2圆筒形拉深件拉深工艺教学要点【重点】1、拉深件工艺性2、圆筒形拉深件的拉深系数3、影响极限拉伸系数的因素【难点】1、拉深件工艺性2、影响极限拉伸系数的因素1、拉深件的材料拉深件的材料应具有良好的拉深性能。屈强比↓硬化指数↑厚向异性系数↑b/snr低碳钢：50.0~48.0,57.0/bmsm65Mn：70.0~68.0,63.0/bmsm拉深件的材料主要有软钢、不锈钢、铝等。4.2.1拉深件工艺性2、拉深件的结构1)形状简单、对称口部应允许稍有回弹，侧壁应允许有工艺斜度。筒壁部分的壁厚一般都有上厚下薄的现象，如不允许，则应注明，以便采取后续措施。2、拉深件的结构2）圆角半径拉深件的圆角半径如图4-6所示。凸缘圆角半径应满足rdΦ≥2t，一般取rdΦ=（4~8）t。当rdΦ2t或rdΦ0.5mm时，也应增加整形工序。底部的圆角半径应取rpg≥t。为使拉深变形能顺利进行，常取rpg=（3~5）t。当rpgt时，应先以较大的圆角半径拉深，然后增加整形工序逐渐缩小圆角半径。矩形拉深件直壁之间的转角半径应取rpy≥3t。为了减少拉深次数，尽可能使rpy≥0.2H。Hpgrrpydpdrpgr(b)(a)图4-6拉深件圆角半径3、拉深件的精度横断面尺寸的精度一般要求在IT13级以下。如高于IT13级，应在拉深后增加整形工序或用机械加工方法提高精度。一般壁厚不均，如不允许须注明口部应允许稍有回弹，侧壁应允许有工艺斜度多次拉深件，起内、外壁上，或凸缘表面允许留有压痕一般拉深件允许壁厚变化范围为0.6t～1.2t，若不允许存在壁厚不均现象，应注明。壁厚变化现象典型案例（1）机壳材料为08F，属于大批量生产。制件形状简单、对称，属无凸缘拉深件，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求，底部圆角半径rpg=6mm＞t，制件精度相当于IT15级，冲孔精度为IT12级，材料为软钢。±1±2+0.20+0.20（2）电容器外壳材料一般为铝（如1200），属于大批量生产。制件形状简单、对称，属无凸缘拉深件，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求，底部圆角半径rpg=1.2mm=t，制件无精度要求，材料为软铝。4121.2?200.6R1.228（3）微电机外壳要求具有通用性和互换性，其材料一般为普通碳素钢（如Q215），属于大批量生产。2.25360?1254R2R0.4R10.5R148?372-R530°2-?4.52-?6.52-R42-R7?4457K+0.050±0.2+0.10+0.20+0.070+0.050+0.0503~410K向BB制件筒体形状对称，是一阶梯形属带凸缘拉深件，但凸缘形状较复杂，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求；凸缘圆角半径rdØ=1mm＜2t，底部圆角半径rpg1=1mm＜t，底部圆角半径rpg2=0.4mm＜t；制件精度相当于IT8级，精度要求过高；材料为软钢。2.25360?1254R2R0.4R10.5R148?372-R530°2-?4.52-?6.52-R42-R7?4457K+0.050±0.2+0.10+0.20+0.070+0.050+0.0503~410K向BB（4）罩壳零件材料为铝，大批量生产，料厚t=0.3。制件筒体形状对称，是一阶梯形属带凸缘拉深件，但凸缘带有弯曲成形，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求；凸缘圆角半径rdØ=0.6mm=2t，底部圆角半径rpg1=0.6mm＞t，底部圆角半径rpg2=0.3mm=t；制件无精度要求，材料为软铝。?3.5?9?15270.31?1.541923R0.3R0.6R0.6R0.3R0.3课堂作业分析下图零件工艺性，材料08F，料厚1mm4.2.2圆筒形拉深件毛坯尺寸的计算拉深件毛坯尺寸计算准则（体积不变原则）不变薄拉深（厚度不变）：采用等面积原则毛坯表面积=拉深件表面积旋转体拉深件毛坯形状为圆形，所以确定毛坯尺寸即计算毛坯直径毛坯拉深后一般出现口部不平整，需进行切边，故计算毛坯尺寸是需加上切边余量在计算毛坯之前，需在拉深件边缘(无凸缘拉深件为高度方向，有凸缘拉深件为半径方向)上加一段修边余量δ的数值。拉深件毛坯尺寸计算方法：查表计算法、解析计算法形状复杂的拉深件：需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。一、查表计算法表4-4二、解析计算法旋转体的表面积等于旋转体外形曲线(母线)的长度L乘以由该母线所形成的重心绕转轴一周所得的周长2πRx的基础上，即：S=2πRsL式中S——旋转体表面积（mm）;L——旋转体母线长，其值等于各组成部分长度之和，即L=l1+l2+l3+……+ln（mm）；Rs——旋转体母线重心至旋转轴距离（mm）