拉深

LOGO第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo6.1拉深变形过程分析6.1.1拉深变形的过程及特点图6—4拉深时的材料转移第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo图6—5拉深网格的变化图6—6拉深时扇形单元的受力与变形情况第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo6.1.2拉深过程中变形毛坯各部分的应力和应变状态第六章拉深工艺及拉深模具图6—7拉深中毛坯的应力应变情况CompanyLogo第六章拉深工艺及拉深模具根据圆筒件各部位的受力和变形性质的不同，将整个毛坯分为如下5个部分：1、平面凸缘部分——主要变形区这一区域主要承受切向的压应力和径向的拉应力，厚度方向承受由压边力引起的压应力的作用，是二压一拉的三向应力状态。该区域的应变是三向的。切向产生压缩变形，径向产生伸长变形。图6—8第一道拉深某瞬间毛坯凸缘部分单元体的受力状态(带压边而不考虑摩擦的影响)3CompanyLogo2、凹模圆角部分——过渡区这是凸缘和筒壁部分的过渡区，径向受拉应力和切向受压应力作用外，厚度方向上还要受凹模圆角的压力和弯曲作用产生的压应力的作用。此区域的变形状态也是三向的。3、筒壁部分——传力区这是由凸缘部分的材料转化而成并已经过了塑性变形的部分，它将凸模的作用力传给凸缘，因此是传力区。其变形为平面状态。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo4、凸模圆角部分——过渡区这部分是筒壁和圆筒底部的过渡区，材料承受筒壁较大的拉应力、凸模圆角的压力和弯曲作用产生的压应力和切向拉应力。在这个区间的材料变形的程度小，加之该处材料变薄，是拉深过程中的“危险断面”。5、圆筒底部——小变形区这部分材料处于凸模下面，直接接收凸模施加的力并由它将力传给圆筒壁部，因此该区域也是传力区。该处材料变形不大。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo6.2拉深件质量分析拉深过程中出现质量问题主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。6.2.1起皱图6—9毛坯凸缘的起皱情况第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo拉深是否失稳，与拉深件受的压力大小和拉深中凸缘的几何尺寸有关。主要决定于下列因素：1、凸缘部分材料的相对厚度凸缘部分的相对料厚，即t/（de-d）（t为料厚；de为凸缘外径；d为工件直径）越大，即说明t较大而（de-d）较小，即变形区较小较厚，抗失稳能力强，稳定性好，不易起皱。反之，材料抗纵向弯曲能力弱，容易起皱。2、切向压应力σ3的大小σ3越大，变形程度越大，越容易起皱。3、材料的力学性能板料的屈强比σs/σb小，板厚向异性系数r大于1，板料不容易起皱。4、凹模工作部分的几何形状与普通的平端面凹模相比，锥形凹模允许用相对厚度较小的毛坯而不致起皱。如果不能满足上述条件的要求，就要起皱。最简单的方法(也是实际生产中最常用的方法)是采用压边圈。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo6.2.2拉裂筒壁是否拉裂取决于两个方面：1、筒壁传力区中的拉应力；2、筒壁传力区的抗拉强度。防止筒壁拉裂的措施：1、改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；2、正确制定拉深工艺和设计模具，合理确定拉深变形程度、凹模圆角(a)半径、合理改善条件润滑等，以降低筒壁传力区中的拉应力。（b)图6—10筒壁的拉裂第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo6.2.3硬化拉深时产生的加工硬化使工件的强度和刚度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。在工艺设计时，特别是多次拉深时，应正确选择各次的变形量，并考虑半成品件是否需要退火以恢复其塑性。图6—11拉深件厚度和硬度的分布第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo6.3拉深件工艺性分析1、拉深件的公差等级一般情况下，拉深件的尺寸精度应在T13级以下，不宜高于IT11级。拉深件壁厚公差要求一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律。据统计，不变薄拉深，壁的最大增厚量约为（0.2～0.3）ｔ；最大变薄量约为（0.10～0.18）ｔ（ｔ为板料厚度）。2、拉深件的结构工艺性（1）对拉深件外形尺寸的要求设计拉深件时应尽量减少其高度，使其可能用一次或两次拉深工序来完成。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo1）圆筒件一次拉成的高度见表6-1。表6—1一次拉深的极限高度2）对于盒形件一次制成的条件为：当盒形件角部的圆角半径r=（0.05～0.20）B（式中B为盒形件的短边宽度）时，拉深件高度h（0.3～0.8）B。3）对于凸缘件一次制成的条件为：零件的圆筒形部分直径与毛坯的比值d/D≥0.4。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo（2）对拉深件形状的要求1）设计拉深件时，应明确注明必须保证的是外形还是内形，不能同时标往内外形尺寸。2）尽量避免采用非常复杂的和非对称的拉深件。对半敞开的或非对称的空心件，应能组合成对进行拉深，然后将其切成两个或多个零件（图6-12）。图6—12组合成对进行拉深第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo3）拉深复杂外形的空心件时，要考虑工序间毛坯定位的工艺基准。4）在凸缘面上有下凹的拉深件（图6-13），如下凹的轴线与拉深方向一致，可以拉出。若下凹的轴线与拉深方向垂直，则只能在最后校正时压出。图6—13凸缘面上带下凹的拉深件第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo（3）对拉深件的圆角半径的要求为了使拉深顺利进行，拉深件的底与壁、凸缘与壁、盒形件的四壁间的圆角半径（图6-14）应满足，，，否则，应增加整形工序。图6—14拉深件的圆角半径第六章拉深工艺及拉深模具brt2drt3rtCompanyLogo3、拉深件的材料用于拉深的材料一般要求具有较好的塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。4、拉深工艺的辅助工序拉深中的辅助工序很多，大致可以分为以下几种：（1）拉深工序前的辅助工序，如材料的软化热处理、清洗、润滑等；（2）拉深工序间的辅助工序，如软化热处理、涂漆、润滑等；（3）拉深后的辅助工序，如消除应力退火、清洗、打毛刺、表面处理、检验等等。1）润滑拉深时毛坯与模具表面接触时相互之间产生很大的压力，使毛坯在拉深时与接触表面产生摩擦力。在凸缘部分和凹模入口处的有害摩擦不仅会降低拉深的许用变形程度，而且会导致零件表面的擦伤，降低模具寿命，这种情况在拉深不锈钢、高温合金等粘性大的材料时更加严重。为此，在凹模圆角、平面、压边圈表面及与这些部位相接触的毛坯表面，应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo2）热处理在拉深过程中，除铅和锡外，所有金属都要产生加工硬化，使金属强度指标增加，而塑性指标降低。同时，由于塑性变形不均匀，拉深后材料内部还存在残余应力。在多道拉深时，一般拉深工序间常采用低温退火，拉深工序后还要安排去应力退火。3）酸洗退火后工件表面必然有氧化皮和其他污物，在继续加工时会增加模具的磨损，因此必需要酸洗，否则使拉深不能正常进行。退火、酸洗是延长生产周期和增加生产成本、产生环境污染的工序，应尽可能加以避免。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo6.4拉深工艺计算6.4.1拉深件毛坯尺寸的确定计算拉深件毛坯尺寸的理论依据是：1、体积不变原理拉深前和拉深后材料的体积不变。2、相似原理毛坯的形状一般与工件截面形状相似。毛坯的周边必须制成光滑曲线，无急剧的转折。具体的方法有等重量法、等体积法、等面积法、分析图解法和作图法等。生产上用得最多的是等面积法。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo具体求解步骤如下：（1）确定修边余量：由于材料的各向异性以及拉深时金属流动条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上(无凸缘件)或凸缘上增加修边余量。（2）计算工件表面积：为了便于计算，把零件分解成若干个简单几何体，分别求出其表面积后再相加。*若毛坯的厚度t＜1mm，且以外径和外高或内部尺寸来计算时，毛坯尺寸的误差不大。若毛坯的厚度t≥1mm，则各个尺寸应以零件厚度的中线尺寸代入而进行计算。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo图6-15的零件可看成由圆筒直壁部分，圆弧旋转而成的球台部分以及底部圆形平板三部分组成.图6—15圆筒零件毛坯的计算圆筒直壁部分的表面积为：（6-1）第六章拉深工艺及拉深模具1()AdhCompanyLogo圆角球台部分的表面积为：（6-2）式中d0为底部平板部分的直径；r为工件中线在圆角处的圆角半径。底部表面积为：（6-3）工件的总面积为A1，A2和A3部分之和，即：（6-4）设毛坯的直径为D，根据毛坯表面积等于工件表面积的原则：（6-5）第六章拉深工艺及拉深模具)82(4202rrdA2304Ad22002844Adhrdrd2200428DddhrdrCompanyLogo第六章拉深工艺及拉深模具6.4.2拉深系数及其影响因素1、拉深系数的概念和意义拉深系数是指拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比。图6—16拉深工序示意图CompanyLogo第六章拉深工艺及拉深模具（6-6）工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数。（6-7）112211121nnnnnndmDdmddmddmd……………112121121nnnnnnndddddmmmmmDDddd总＝……CompanyLogo拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：（6-8）拉深时采用的拉深系数既不能太大，也不能太小，应使材料的塑性被充分利用的同时又不致被拉破。生产上为了减少拉深次数，一般希望采用小的拉深系数。拉深系数的限度称之为极限拉深系数。2、影响极限拉深系数的因素在不同的条件下极限拉深系数是不同的，影响极限拉深系数的因素有以下诸方面：（1）材料方面1）材料的力学性能屈强比σs/σb越小对拉深越有利。第六章拉深工艺及拉深模具11nnnndKmdCompanyLogo2）材料的相对厚度材料的相对厚度大时，可减小极限拉深系数。3）材料的表面质量材料的表面光滑，拉深时摩擦力小而容易流动，所以极限拉深系数可减小。（2）模具方面1）模具间隙模具间隙小时，材料进入间隙后的挤压力增大，摩擦力增加，拉深力大，故极限拉深系数提高。2）凹模圆角半径凹模圆角半径过小，则材料沿圆角部分流动时的阻力增加，引起拉深力加大，故极限拉深系数应取较大值。3）凸模圆角半径凸模圆角半径过小时，毛坯在此处的弯曲变形程度增加，危险断面强度过多地被削弱，故极限拉深系数应取大值。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo第六章拉深工艺及拉深模具4）模具表面质量模具表面光滑，粗糙度小，则摩擦力小，极限拉深系数低。5）凹模形状图6-17所示的锥形凹模，因其支撑材料变形区的面是锥形而不是平面，防皱效果好，可以减少材料流过凹模圆角时的摩擦阻力和弯曲变形力，因而极限拉深系数降低。图6—17锥形凹模CompanyLogo（3）拉深条件1）是否采用压边圈拉深时若不用压边圈，每次拉深时变形不能太大，故极限拉深系数应增大。2）拉深次数拉深次数越多，以后的拉深因材料硬化，塑性愈来愈低，变形越来越困难，故一道比一道的拉深系数大。3）润滑情况润滑好则摩擦小，极限拉深系数可小些。4）工件形状工件的形状不同，则变形时应力与应变状态不同，极限变形量也就不同，因而极限拉深系数不同。在这些影响拉深系数的因素中，对于一定的材料和零件来说，相对厚度是主要因素，其次是凹模圆角半径。在生产中则应注意润滑以减少摩擦力。第六章拉深工艺及拉深模具CompanyLogo（4）后续各次拉深的特点后续各次拉深与首次拉深比，有许多不同之处：1）首次拉深时，平板毛坯的厚度和力学性能都是均匀的，而后续各次拉深时筒形毛坯的壁厚及力学性能都不均匀。2）首次拉深时，凸缘变形区是逐渐缩小的，而后续各次拉深时，其变形区保持不变，只是在拉深终了以后才逐渐缩小。3）首次拉深时，拉深力的变化是变形抗力增加与变形区减小两个相反的因素互相消长的过程。而后续各次拉