模具设计5拉深工艺与模具

1第一节拉深过程分析第二节筒形件拉深的工艺计算第三节筒形件的以后各次拉深第四节拉深力与压边力的计算第五节拉深模工作部分结构参数第六节拉深模的典型结构第七节其它形状零件的拉深特点第五章拉深工艺与拉深模具2概述拉深是将平面板料变成各种开口空心件的冲压工序。圆筒形零件曲面形零件盒形零件复杂形零件拉深件的分类：拉深件特点：拉深压力机：效率高，精度高，材料消耗少，强度刚度高。单动、双动、三动压力机和液压压力机。3第一节拉深过程分析一、拉深变形过程拉深模与冲裁模的区别：凸、凹模有一定的圆角单面间隙稍大于板料厚度4拉深件的网格试验试验表明：1、拉深过程实质是将毛坯凸缘部分材料逐渐转移到筒壁部分的过程2、凸缘部分材料，在径向产生拉应力σ1，切向产生压应力σ3筒壁上同心圆→水平圆周线，间距增大辐射线→垂直平行线，间距相同结论：筒底网格基本不变5二、拉深过程中毛坯的应力、应变分析Ⅰ（凸缘部分）——变厚Ⅱ（凹模圆角）和Ⅲ（筒壁部分）——变薄Ⅳ（凸模圆角部分）——严重变薄Ⅴ（筒底部分）——变薄甚微，可忽略。6三、拉深变形的力学分析（一）凸缘变形区的应力分布R0→Rt)ln1(1.1ln1.131RRRRtt1.1ln1.1max30max1rRt（R=r0）（R=Rt）凸缘变形：压缩类变形（以压缩变形为主）7（二）整个拉深过程中σ1max和σ3max的变化规律1、σ1max的变化规律2、σ3max的变化规律0max1ln1.1rRt1.1max3当Rt=r0时当Rt=R0时bbma)(maxmax10max1变形度↑→σ3max↑，拉深结束时，σ3max最大8四、拉深时的质量问题——起皱与拉裂（一）起皱起皱原因：凸缘主要变形——切向压缩变形切向压应力σ3愈大，凸缘相对厚度t/(Dt–d)愈小，则愈易起皱。拉深过程中σ3↑→起皱↑t/(Dt–d)↑→起皱↓当Rt=(0.8~0.9)R0时,起皱趋势最大。防止起皱——采用压边圈9（二）拉裂1、拉深件筒壁部的“危险断面”2、筒壁所受的拉应力bpbma)(11maxmax1（拉深效率η=0.65~0.75）3、拉裂筒壁危险断面上的有效抗拉强度wbk155.1时，拉裂当kp10拉深起皱11拉裂12正常拉深13一、旋转体拉深件毛坯尺寸的计算第二节筒形件拉深工艺计算1、旋转体毛坯直径的计算方法？2、对上述计算的毛坯进行拉深会出现问题？体积法重量法面积法件坯MtDM42件坯VtDV42件坯ADA42毛坯尺寸中，应包括修边余量△（见表6-2，表6-3）14简单形状的旋转体拉深件15二、拉深系数(一)拉深系数的概念拉深系数m——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。nnnnnnnnnnmmmmmddddddddDdDdmddmddmDdm132112123121112211总m越小，拉深变形程度越大，拉深次数越少。(m1)16(二)影响拉深系数的因素材料的机械性能板料的相对厚度t/D拉深条件材料的屈强比σs/σb愈小，延伸率δ愈大，对拉深愈有利，m↓。相对厚度t/D愈大，抗失稳起皱的能力愈大，压边力↓，摩擦力↓，m↓。模具工作部分的结构参数（合适的R凸、R凹和Z）压边条件（合理的压边力）摩擦与润滑条件（凹模与压边圈工作表面应润滑）17bpbma)(1wbk155.1时kpbambw)155.1(min实际生产中应用的极限拉深系数，都是在一定的拉深条件下用实验方法求出。表6-6、6-7和6-8为不同情况下的拉深系数。首次拉深系数最小，以后得各次拉深系数愈来愈大；不用压边圈的拉深系数比用压边圈的大；一般不采用极限拉深系数。(三)极限拉深系数的确定18三、拉深次数的确定计算法推算法查表法nnmdmdnlg)lg(lg11（取整数）根据t/D查出m1、m2、m3…，然后进行推算。112211nnndmddmdDmd直到dn≤工件直径d拉深次数为n表6-9拉深件相对高度h/d愈拉深次数的关系（无凸缘）表6-10总拉深系数[m总]与拉深次数的关系19四、筒形件各次拉深件的半成品尺寸计算1、各次半成品直径2、各次半成品高度112211nnndmddmdDmd根据半成品零件的面积与毛坯面积相等的原则求得：)32.0(43.0)(25.02rddrddDh20例计算图示筒形件的毛坯直径、拉深次数及半成品尺寸。材料为08钢，料厚t=1mm。解题步骤：1、确定修边余量△h2、计算毛坯直径D3、确定拉深次数（判断能否一次拉出）4、确定各次拉深半成品尺寸5、画出工序图21一、以后各次拉深的特点第三节筒形件在以后各次拉深时的特点及其方法机械性能拉深力危险断面起皱倾向首次拉深——毛坯性能均匀以后拉深——加工硬化，m↑首次拉深——最大拉深力出现在初始阶段以后拉深——最大拉深力出现在最后阶段首次拉深——破裂出现在初始阶段以后拉深——破裂出现在最后阶段破裂位置相同以后各次拉深不易起皱，只是在最后阶段可能起皱22二、以后各次拉深的方法拉深方法：正拉深和反拉深反拉深特点：1、抵消拉深时形成的残余应力2、弯曲次数少，加工硬化少3、不易起皱（不用压边圈）4、拉深力较大（20%）5、拉深系数m不能太大反拉深零件：反拉深应用：板料较薄的大件和中等尺寸零件。23第四节拉深力与压边力计算一、拉深力计算二、压边力计算——与拉深系数有关的修正系数，表6-11bdtKFK筒形件有压边圈时拉深力：拉深模是否一定采用压边圈？采用或不采用压边圈的条件，表6-12压边力：第一次拉深：以后各次拉深pRddFpRdDFApFnnQnQQ])2([4])2([42212121凹凹24三、拉深时压力机吨位选择四、拉深功与拉深功率计算采用单动压力机时：QFFF总采用落料拉深复合模时：压力机过载损坏浅拉深时：深拉深时：压总压总（FFFF)6.0~5.0()8.0~7.0拉深功：拉深功率：电机功率：)(36.175060)(36.175060)(1010213max3kWKWnPkWWnPJCFhFW电平均25一、拉深凹模和凸模的圆角半径第五节拉深模工作部分结构参数的确定1、凹模圆角半径R凹tCCR211凹tdDR)(8.011凹2、凸模圆角半径R凸第一次拉深：以后各次拉深：tRRnn2)8.0~6.0(1凹凹最后一次拉深：中间各次拉深：凹凸件凸）（RRrR0.1~7.0（R凸应逐渐减小）26二、拉深模的间隙Z单边间隙：2凸凹DDZ间隙太大——摩擦↑，易破裂，表面易擦伤，模具寿命↓间隙太小——校直作用↓，尺寸精度↓间隙的确定：max)1.1~1(tZ1、不用压边圈2、用压边圈，按表6-15选3、对精度要求高的拉深件tZ)95.0~9.0(负间隙拉深27三、拉深凸凹模工作部分的尺寸及其制造公差1、最后一道工序：拉深模工作部分尺寸及公差应按工件要求确定。工件要求外形尺寸时：工件要求内形尺寸时：00275.075.0凸凹）（）（凸凹ZDDDD凹凸）（）（凹凸0024.04.0Zdddd2、中间各道工序：凸凹模尺寸取毛坯过渡尺寸002凸凹）（凸凹ZDDDD若以凹模为基准：28四、拉深凸模和凹模的结构1、不用压边圈的拉深凸、凹模a)平端面带圆弧凹模b)带锥形凹模c)带渐开线形凹模浅拉深件大件——平端面带圆弧凹模小件——带锥形、渐开线形凹模抗失稳能力↑摩擦↓，弯曲↓m↓29302、用压边圈的拉深凸、凹模用于拉深尺寸较小的工件（d≤100）减轻变形程度，用于拉深尺寸较大的工件（d＞100）注意前后工序的凸、凹模圆角半径、压边圈圆角半径之间的关系；前道工序制成的中间毛坯形状有利于在后续工序中成形。313、带限制型腔的拉深凹模a)不带限制型腔b)带限制型腔加工硬化严重的金属，多次拉深后，出现龟裂限制型腔的高度：限制型腔的直径：略小于前道工序的凹模直径（约0.1~0.2）1)6.0~4.0(dh32第六节拉深模的典型结构一、首次拉深模（一）无压边圈装置的简单拉深模33（二）有压边圈装置的简单拉深模正装拉深模凸模较长，行程不大。倒装拉深模锥形压边圈将毛坯压成锥形有利于拉深变形。34（三）压边圈装置分析1、弹性压边装置（用于普通单动压力机）a)橡皮压边装置b)弹簧压边装置c)气垫压边装置35弹性压边装置的压力曲线：a)橡皮压边装置b)弹簧压边装置c)气垫压边装置应用：——结构、制造、使用与维修复杂使用广泛深拉深时，选软弹簧、橡皮；薄板或宽凸缘，用带限位装置的压边圈。362、刚性压边装置（用于双动压力机）37二、以后各次拉深模无压边装置的拉深模有压边装置的拉深模38三、落料拉深复合模39再次拉深、冲孔、切边复合模40筒形件的切边原理41四、带料连续拉深的特点及其模具无切口m↑，n↑，省料有切口m↓，n↓，废料42带料连续拉深模43第七节其它形状零件的拉深特点一、带凸缘筒形件的拉深特点1、判断能否一次拉出许可变形程度可用相应于dt/d1不同比值的最大相对高度h1/d1（表6-18）来表示，并考虑毛坯厚度的影响。当工件的相对拉深高度h/dh1/d1时，不能一次拉出。442、带凸缘筒形件多次拉深时的拉深方法窄凸缘筒形件（dt/d1=1.1～1.4）宽凸缘筒形件（dt/d11.4）宽凸缘件拉深方法窄凸缘件拉深方法453、宽凸缘筒形件多次拉深工艺特点拉深系数毛坯面积第一次拉深的极限拉深系数（表6-19）以后各次拉深系数可相应取圆筒形件拉深系数（表6-6）首次拉深成筒形部分材料表面积比实际需要的多3～5%46二、阶梯形件的拉深特点1、判断能否一次拉出当阶梯零件的相对厚度较大（t/D×1001），而阶梯之间直径之差和零件的高度较小时，可一次拉出。判断条件：dhdhhhnn21上式中h/d是表6-9中拉深次数为1时的值472、多次拉深时的拉深方法由大到小每次拉一个阶梯，拉深次数为阶梯数目nnn＞mdd＞mdd＞mdd＞mDd132321211,,当323＜mdd当时时该阶梯成形应采用带凸缘零件的拉深方法对浅阶梯零件先拉成球面形或大圆角的筒形件，在校形48三、曲面、锥形零件的拉深特点（一）拉深时的变形特点变形区凸缘部分毛坯中间部分凸模顶点附近双向拉应力(变薄)凸模外缘部分切向压缩变形(内皱)主要变形区49（二）球形件的拉深方法半球形件的拉深系数：其拉深系数与零件直径无关，是常数，只要一次拉深71.02ddDdm拉深方法t/D3%时，不用压边圈，行程末要整形。t/D=0.5~3%时，采用压边圈，防止起皱。t/D0.5时，采用反拉深或带有拉深筋。a)带整形b)反拉深c)带拉深筋50（三）抛物面形零件的拉深方法1、浅的抛物面形零件（h/d0.5~0.6）拉深特点与方法和半球形件相似。汽车灯罩的拉深采用具有两道拉深筋的压边装置在双动压力机上拉成。512、深的抛物面形零件（h/d0.6）汽车灯的拉深程序：（h/D0.9多次拉深）52（四）锥形零件的拉深方法1、浅锥形零件（h/d2=0.1~0.25）采用压边装置一次拉成。2、中等深度锥形零件（h/d2=0.3~0.7）一般一次拉成（防止起皱），毛坯相对厚度较小或带较宽凸缘时须经二、三次拉深。3、深锥形零件（h/d20.8）需要进行多次拉深（锥面逐步成形或一次成形）53浅拉深零件落料、拉深、卷缘复合模54采用组合凸模的深锥形件拉深模