5.1 拉深变形过程分析

张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.1冷冲压工艺及模具设计第5章拉深5.1拉深变形过程分析5.2拉深件的工艺性5.3旋转体拉深件坯料尺寸的确定5.4圆筒形件的拉深工艺计算5.5拉深力、压料力与压料装置5.6其他形状件的拉深5.7拉深工艺的辅助工序5.8拉深模设计5.9拉深模设计实例张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.2本章主要内容：学习目的与要求：本章重点：拉深件主要质量问题及控制；圆筒形件的拉深工艺计算及模具设计方法；其他形状件的拉深特点、拉深方法及有关工艺计算。拉深变形过程分析，拉深件质量分析，拉深工艺性，圆筒形件拉深工艺计算，其它形状零件的拉深变形特点、分析与工艺方案确定，拉深辅助工序，拉深模典型结构与工作零件设计等。了解拉深变形过程，熟悉拉深件主要质量问题及控制方法，能分析拉深件的工艺性，掌握圆筒形件的拉深工艺计算及模具设计方法，熟悉其他形状件的拉深特点、拉深方法及有关工艺计算。第5章拉深工艺及拉深模具设计张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.3第5章拉深工艺及拉深模具设计5.1拉深变形过程分析5.1.1拉深变形过程及特点5.1.2拉深过程中坯料的应力与应变状态5.1.3拉深件的主要质量问题及控制拉深引言张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.4引言：拉深模：拉深所使用的模具。拉深：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。拉深属于塑性变形工序。拉深件：圆筒形件、阶梯形件、盒形件、球形件、其他形状件拉深模结构图拉深压力机：普通单动压力机、双动拉深压力机、三动拉深压力机。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。拉深模三维动画冷冲压工艺及模具设计拉深概述张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.55.1拉深变形过程分析圆筒形件的拉深过程：5.5.1拉深变形过程及特点图5-2圆筒形件的拉深圆筒形件拉深动画张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.6拉深时坯料材料的转移情况：图5-3拉深时材料的转移图5-4拉深件沿高度方向壁厚及硬度的变化拉深后工件壁厚及硬度的变化：h(D-d)/25.1拉深变形过程分析5.5.1拉深变形过程及特点张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.7图5-5拉深件的网格试验拉深网格试验：5.1拉深变形过程分析5.5.1拉深变形过程及特点扇形单元体变形动画张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.8凸、凹模对坯料施加压力凸缘产生内应力（径向拉应力σ1，切向压应力σ3）凸缘产生塑性变形（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）。总结拉深变形过程：5.1拉深变形过程分析5.5.1拉深变形过程及特点变形区——凸缘(D-d的环形部分)已变形区——筒壁不变形区——底部传力区——底部和筒壁圆筒形件拉深的变形程度，通常以筒形件直径d与坯料直径D的比值来表示，即：m=d/Dm——拉深系数，m越小，拉深变形程度越大。张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.95.1.2拉深过程中坯料内的应力与应变状态图(a)坯料在拉深过程中的某一瞬间所处的状态图(b)拉深时坯料的受力情况图(c)某瞬间坯料的各部分应力应变的分布情况5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.101.凸缘平面部分(A区)是拉深的主要变形区，材料在径向拉应力σ1和切向压应力σ3共同作用下产生切向压缩与径向伸长变形而被逐渐拉入凹模。当拉深变形程度较大，板料又比较薄时，凸缘可能失稳而拱起，出现“起皱”。径向受拉应力σ1而伸长，切向受压应力σ3而压缩，厚度方向受到凹模圆角的压力和弯曲作用产生压应力σ2。此处切向压应力值σ3不大，而径向拉应力σ1最大，故板料厚度有所减薄，并有可能出现破裂。2.凸缘圆角部分(B区)3.筒壁部分(C区)这部分材料已形成筒形，材料不再发生大的变形。但是它要承受单向拉应力σ1的作用，发生少量的纵向伸长变形和厚度减薄。5.1.2拉深过程中坯料内的应力与应变状态5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.114.底部圆角部分(D区)受切向和径向的双向拉应力作用，变形是双向拉伸变形，厚度弱有减薄。但由于受到与凸模接触面的摩擦阻力约束，故基本上不产生塑性变形或者只产生不大的塑性变形。从拉深开始一直承受径向拉应力σ1和切向拉应力σ3的作用，并且受到凸模圆角的压力和弯曲作用，因而这部分材料变薄最严重，尤其与侧壁相切的部位，此处最容易出现“拉裂”，是拉深的“危险断面”。5.筒底部分(E区)5.1.2拉深过程中坯料内的应力与应变状态5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.12生产中可能出现的拉深件质量问题较多，但主要是起皱和拉裂。1.起皱起皱原因：凸缘部分的切向压应力较大而坯料的相对厚度t/D又较小。图5-7拉深件的起皱破坏轻微起皱时，拉深件上将出现条状的挤光痕迹，如图5-7(b)所示。起皱现象：在凸缘的整个周围产生波浪形的连续弯曲，如图5-7(a)所示。起皱严重时，将在危险断面处拉破，如图5-7(c)所示。5.1.3拉深件的主要质量问题及控制5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.13（1）影响起皱的主要因素：①坯料的相对厚度t/Dt/D越小，拉深变形区抵抗失稳的能力越差，因而就越容易起皱。②拉深系数mm越小，变形区内金属的硬化程度也越高，因而切向压应力相应增大。另一方面，m越小，凸缘变形区的宽度相对越大，其抵抗失稳的能力就越小，因而越容易起皱。图5-8锥形凹模的拉深③拉深模工作部分的几何形状与参数如锥形凹模拉深时比平面凹模拉深坯料不容易起皱，如图5-8所示。5.1.3拉深件的主要质量问题及控制5.1拉深变形过程分析1.起皱张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.14最常用的方法：在拉深模具上设置压料装置，使坯料凸缘区夹在凹模平面与压料圈之间通过，如图5-9所示。图5-9带压料圈的模具结构（2）控制起皱的措施：当变形程度较小、坯料相对厚度较大时，一般不会起皱，这时就可不必采用压料装置。判断要否采用压料装置：表5-1。5.1.3拉深件的主要质量问题及控制5.1拉深变形过程分析1.起皱张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.152.拉裂图5-10拉深件的拉裂破坏拉裂产生的原因拉深过程中，靠近外边缘的坯料有所增厚，靠近凹模孔口的坯料有所变薄。凸缘区转化为筒壁后，拉深件口部壁厚增大，底部壁厚减小，壁部与底部圆角相切处变薄最严重——危险断面(图5-4)当筒壁的最大拉应力超过了该危险断面的抗拉强度时，便会产生拉裂，如图5-10所示。控制拉裂的措施适当加大凸、凹模圆角半径、降低拉深力、增加拉深次数、在压料圈底部和凹模上涂润滑剂等。另外，当凸缘区起皱时，坯料难以或不能通过凸、凹模间隙，使得筒壁拉应力急剧增大，也会导致拉裂（图5-7）。5.1.3拉深件的主要质量问题及控制5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.16课堂小结1.拉深变形过程，拉深的类型及拉深工序的应用。2.拉深变形特点与应力应变分析3.拉深时的质量问题及控制5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.17作业布置：思考与练习（P155）：5-1、5-25.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.18Thankyou5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.195.1拉深变形过程分析图5－1拉深件示意图a)轴对称旋转体拉深件b)盒形件c)不对称拉深件张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.205.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.21圆筒形拉深件5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.22阶梯形拉深件5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.23盒形拉深件5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.24球形拉深件5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.25异形拉深件5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.26拉深模结构图１-模柄２-上模座３-凸模固定板４-弹簧５-压边圈６-定位板７-凹模８-下模座９-卸料螺钉10-凸模5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.275.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.281-拉深凸模2-上模座3-推杆4-推件块5-拉深凹模6-定位板7-压边圈8-下模座拉深模结构5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.295.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.30拉深变形过程5.1拉深变形过程分析张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.315.1拉深变形过程分析扇形单元体变形过程张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.325.1拉深变形过程分析某瞬间坯料的各部分应力应变的分布情况张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.335.1拉深变形过程分析拉深方法首次拉深以后各次拉深(t/D)/%m1(t/D)/%mn采用压料装置可用可不用不用压料装置＜1.51.5～2.0＞2.0＜0.60.6＞0.6＜1.01.0～1.5＞1.5＜0.80.8＞0.8表5-1采用或不采用压料装置的条件张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.345.1拉深变形过程分析图5-4拉深件沿高度方向壁厚及硬度的变化张家界航院模具设计与制造专业教研室NO.355.1拉深变形过程分析凸缘区起皱时导致拉裂