第一节-圆筒形零件拉深

第五章拉深工艺与拉深模设计拉深：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,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。拉深不变薄拉深变薄拉深拉深模：拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，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。拉深所使用的模具。一、无凸缘圆筒形零件拉深第一节圆筒形零件拉深1）拉深成形时板料的受力分析2）拉深变形过程及特点①变形现象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——凸缘；已变形区——筒壁；不变形区——底部。底部和筒壁为传力区。1、圆筒形零件拉深变形过程2）拉深变形过程及特点②金属的流动过程工艺网格实验材料转移：高度、厚度发生变化。③拉深变形过程外力凸缘产生内应力：径向拉应力σ1；切向压应力σ3凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁直径为ｄ高度为Ｈ的圆筒形件(H(D-d)/2)拉深单元变形动画1、圆筒形零件拉深变形过程1）凸缘部分——主要变形区2、圆筒形零件拉深过程中坯料内的应力与应变状态拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态应力分布图2）凹模圆角部分——过渡区3）筒壁部分——传力区4）凸模圆角部分——过渡区5）筒底部分——小变形区（可忽略不计）坯料各区的应力与应变是很不均匀的。一、无凸缘圆筒形零件拉深4、圆筒形零件拉深成形的缺陷及防止措施拉深过程中的质量问题：主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘变形区起皱：筒壁传力区拉裂：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。一、无凸缘圆筒形零件拉深1）凸缘变形区的起皱主要决定于：切向压应力σ3的大小，越大越容易失稳起皱；凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越差。最易起皱的位置：凸缘边缘区域防止起皱：压边4、圆筒形零件拉深成形的缺陷及防止措施一、无凸缘圆筒形零件拉深2）筒壁传力区的拉裂筒壁受力的复杂性导致拉深后工件的侧壁壁厚和硬度分布并不均匀。4、圆筒形零件拉深成形的缺陷及防止措施一、无凸缘圆筒形零件拉深2）筒壁传力区的拉裂主要取决于：一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处——“危险断面”产生破裂。防止拉裂：通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。4、圆筒形零件拉深成形的缺陷及防止措施一、无凸缘圆筒形零件拉深5、旋转体拉深件坯料尺寸的确定1）坯料形状和尺寸确定的依据（1）体积不变原则若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后工件表面积近似相等。（2）相似原理一、无凸缘圆筒形零件拉深毛坯的形状一般与工件截面形状相似，但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。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。拉深件的模具设计顺序：先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。切边工序：拉深件口部不整齐，需留切边余量。①将拉深件划分为若干个简单的几何体；②分别求出各简单几何体的表面积；③把各简单几何体面积相加即为零件总面积；④根据表面积相等原则，求出坯料直径。2）简单旋转体拉深件毛坯尺寸的确定5、旋转体拉深件坯料尺寸的确定一、无凸缘圆筒形零件拉深常用旋转体拉深件坯料直径计算公式见表5-33）复杂形状旋转体拉深件毛坯尺寸的确定久里金法则(重心法)求其表面积：任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。6、拉深系数的确定1）拉深系数的概念拉深系数m：指圆筒形件拉深后的直径dn与拉深前的坯料（或半成品）的直径D之比。即m＝dn/D第一次拉深系数：m1＝d1/D第二次拉深系数：m2＝d2/d1第n次拉深系数：mn＝dn/dn-1一、无凸缘圆筒形零件拉深极限拉深系数:工件在危险断面不至拉破时，所能达到的最小拉深系数mmin。拉深系数m表示拉深前后坯料(工序件)直径的变化率.m愈小，说明拉深变形程度愈大，相反变形程度愈小.拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即若m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。从工艺的角度来看，mmin越小越有利于减少工序数。6、拉深系数的确定1）拉深系数的概念2）影响极限拉深系数的因素主要是材料方面（材料性能、材料的相对厚度）、模具的几何参数、拉深工件条件（摩擦润滑、压料力、拉深次数）等的影响。表5-4和表5-5是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极限拉深系数。为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于极限拉深系数的值。3）极限拉深系数的确定6、拉深系数的确定7、拉深次数与工序尺寸1）拉深次数的确定若m总＞mmin，拉深件可一次拉深，否则须多次拉深。其拉深次数确定：①查表法：根据零件的相对高度H/d和毛坯的相对厚度(t/D×100)由表5-6查得。②推算方法③计算方法一、无凸缘圆筒形零件拉深7、拉深次数与工序尺寸2）各次拉深工序件尺寸的确定（１）工序件直径的确定确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数，适当放大，并加以调整，其原则是：①保证ｍ1ｍ2…ｍｎ＝d/D②使ｍ1＜ｍ2＜…＜ｍｎ最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１；（２）工序件高度的计算根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等原则，可得工序件高度计算公式。计算前先定出各工序件的底部圆角半径。)32.0(43.025.02iiiiiiirddrddDH9、圆筒形零件拉深的压料力和拉深力8、后续各次拉深的特点后续各次拉深所用的毛坯不是平板而是筒形件，因此，它与首次拉深相比，有许多不同之处.一、无凸缘圆筒形零件拉深1）压料装置与压料力在模具结构上采用压料装置防止拉深过程中的起皱，可按表5-7判断。压料装置产生的压料力Ｆy大小应适当；在保证变形区不起皱的前提下，尽量选用小的压料力。理想的压料力是随起皱可能性变化而变。9、圆筒形零件拉深的压料力和拉深力2）拉深力与压力机的公称压力①拉深力F按经验公式可计算出圆筒形件带压料装置和不带压料装置的首次拉深和以后各次拉深的拉深力。②压力机的公称压力单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力Fz工艺总压力为：Fz＝F＋Fy当拉深工作行程较大，尤其落料拉深复合时，应使工艺力曲线位于压力机滑块的许用压力曲线之下。在实际生产中，可以按下式来确定压力机的公称压力：浅拉深：Fg≥（1.6-1.8）Fz深拉深：Fg≥（1.8-2.0）Fz1、窄凸缘圆筒形件的拉深相对凸缘直径df／d＝1.1～1.4之间的凸缘件。其拉深时工艺计算按一般圆筒形件的计算方法。二、有凸缘圆筒形件的拉深第一节圆筒形零件拉深变形特点：拉深过程，其变形区的应力状态和变形特点与无凸缘圆筒形件是相同的。但坯料凸缘部分不是全部拉入凹模。2、宽凸缘圆筒形件的拉深df／d≥1.4的凸缘件，其拉深系数取决于有关尺寸的三个相对比值：相对凸缘直径df/ｄ、相对拉深高度ｈ/ｄ、相对圆角半径r/ｄ。首次拉深系数可查表5-10。可根据拉深系数或零件相对高度，判断拉深次数。二、有凸缘圆筒形件的拉深宽凸缘件的拉深原则：若总拉深系数m大于第一次拉深系数极限值，或相对拉深高度ｈ/ｄ小于极限拉深相对高度，可一次拉成。反之，则需要多次拉深。宽凸缘件多次拉深工艺方法：(1)中小型零件(df＜200mm)如图a)(2)大型零件(df＞200mm)如图b)2、宽凸缘圆筒形件的拉深二、有凸缘圆筒形件的拉深变形特点：阶梯形件的拉深与圆筒形件的拉深基本相同,也就是说每一阶梯相当于相应圆筒形件的拉深。三、阶梯形圆筒零件的拉深1、拉深次数确定根据零件高度ｈ与最小筒部直径ｄｎ之比判断能否一次拉成。第一次拉深允许的相对高度可表5-11.第一节圆筒形零件拉深2、拉深方法的确定1）当任意两相邻阶梯直径之比（dn/dn-1）都不小于相应的圆筒形件的极限拉深系数，拉深方法如图a）。2）若相邻两阶梯直径之比（dn/dn-1）小于相应圆筒形件的极限拉深系数，拉深方法如图b）。三、阶梯形圆筒零件的拉深A.由表5-4或表5-5中查得各次的极限拉深系数；B.依次计算出各次拉深直径，即ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１C.当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。②推算方法7、拉深次数与工序尺寸1）拉深次数的确定一、无凸缘圆筒形零件拉深③计算方法均mDgmdnlg1lg11式中d——冲件直径；D——坯料直径；m1——第一次拉深系数；m均——第一次拉深以后各次的平均拉深系数拉深次数7、拉深次数与工序尺寸1）拉深次数的确定一、无凸缘圆筒形零件拉深拉深过程的应力与应变状态下标1、2、3分别代表坯料径向、厚度方向、切向的应力和应变圆筒形件拉深时凸缘变形区的应力分布