拉深工艺与拉深模

湛江师范学院模具设计与制造第5章拉深工艺与拉深模拉深概念利用模具将平板毛坯冲压成各种开口的空心零件，或将已制成的开口空心工序件压制成其他形状和尺寸空心零件的一种冲压加工方法。拉深模与弯曲模的共同点：凸、凹模有一定的圆角单面间隙稍大于板料厚度湛江师范学院模具设计与制造生活中的拉深件湛江师范学院模具设计与制造拉深工艺分类按壁厚变化情况分：按使用的毛坯的形状分：①一般拉深（工件壁厚不变）②变薄拉深（工件壁厚变薄）①第一次拉深（使用平板毛坯）②以后的各次拉深（以开口空心件为毛坯）湛江师范学院模具设计与制造湛江师范学院模具设计与制造5.1圆筒件拉深变形过程分析如图a圆形薄片，剪去图中阴影部分，再将剩余部分沿直径d圆周弯折，然后焊接，就得到一个图b的直径为d，高度为（D－d）/2的直圆筒形件。湛江师范学院模具设计与制造5.1.1拉深变形过程拉深变形过程：用相同直径大小的圆形平板毛坯，在拉深成直圆筒形件的过程中，并没有去除多余材料，多余材料流向哪里？湛江师范学院模具设计与制造方法：拉深网格试验湛江师范学院模具设计与制造实验现象：（1）底部（d内）网格不变形；（2）拉深前等距同心圆不等距水平圆周线（3）拉深前等角度射线等距、平行于底面的平行线（4）拉深前筒壁上的扇形网格，拉深后变成矩形网格。（5）测量工件高度，高度H＞（D-d）/21、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结论：湛江师范学院模具设计与制造5.1.2拉深过程中材料的应力与应变拉深过程中毛坯各部分变化凸缘部分——变厚凹模圆角部分——少量变薄筒壁部分——变薄或变厚凸模圆角部分——严重变薄筒底部分——变薄甚微，可忽略。湛江师范学院模具设计与制造厚度变化湛江师范学院模具设计与制造硬度变化：加工硬化使得进一步拉深变得困难。湛江师范学院模具设计与制造5.1.3拉深缺陷及其防止起皱概念在拉深时，凸缘材料存在着切向压应力，当这个压应力大到一定程度时，板料切向将因失稳而拱起，这种现象称为起皱。1.起皱湛江师范学院模具设计与制造起皱原因：切向压应力σ3起皱危害：①折皱不能通过凸、凹模之间的拉深间隙，强行拉入，使工件拉破。②折皱后材料强行拉入模具，加大模具磨损，降低模具寿命。起皱部位：凸缘处湛江师范学院模具设计与制造防止措施：在拉深模结构上加压边圈；（最常用）减小切向压应力σ3减小变形程度（降低拉深件的高度），减小σ3大小。加大平面板料厚度t/(Dt–d0)，降低σ3的影响。湛江师范学院模具设计与制造为了防止起皱，在生产实践中通常采用压边圈，是否采用压边圈，按表5-1确定。t-板料厚度，mmD-拉深件毛坯直径,mmdn-1-第n-1次拉深后工序件的直径,mm。湛江师范学院模具设计与制造2.破裂破裂危险断面所受到的径向拉应力大于材料的强度极限时，拉深件就会在危险断面处破裂。湛江师范学院模具设计与制造破裂原因：径向拉应力σ1破裂部位：筒壁与筒底圆角相切处稍靠上位置防止措施：增加工序，加大拉深系数；增大凹模圆角半径；在凹模入口处进行合理的润滑；减小压边力，以降低所需的拉深力。增大凸模粗糙度，以增大毛坯与凸模表面的摩擦力，阻碍毛坯变薄，防止破裂。湛江师范学院模具设计与制造关于拉深时润滑的说明：凹模和压料圈与板料接触的表面应当光滑，润滑条件要好，以减少摩擦阻力和筒壁传力区的拉应力。而凸模表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减小由于凸模与材料的相对滑动而使危险断面变薄破裂的危险。润滑剂应该喷涂在板料与凹模接触的表面，而不应该喷涂在板料与凸模接触的表面。湛江师范学院模具设计与制造5.2拉深工艺计算毛坯尺寸设计拉深件系数的计算和拉深次数的确定拉深压力机的选择拉深工艺计算湛江师范学院模具设计与制造毛坯形状和尺寸确定的依据：5.2.1圆筒件拉深零件毛坯尺寸的计算若拉深前后料厚不变，则拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等。注意：当t＜1mm时，按工件标注尺寸计算；当t≥1mm时，按工件中线尺寸计算。体积不变原则（等表面积原则）:湛江师范学院模具设计与制造湛江师范学院模具设计与制造久里金法则：22xxAlRRl式中：A——旋转体的表面积；Rx——母线形心的旋转半径；L——母线长度。任何形状的母线绕某轴旋转一周所构成的旋转体的表面积，等于该母线的长度与该母线形心绕该轴旋转所得周长的乘积。即：湛江师范学院模具设计与制造212222()2(2)8224xdrrAlRrdrr1(2)ddr形心到旋转轴距离为简单几何体表面积为：2rl122xdrR弧长湛江师范学院模具设计与制造拉深中板料存在各向异性拉深件口部出现凸凹不平，需要修边工序切去口部不平部分。所以在计算毛坯时，应加上修边余量。加修边余量:湛江师范学院模具设计与制造修边余量的确定：根据经验数值湛江师范学院模具设计与制造拉深系数概念5.2.2拉深系数的计算和拉深次数的决定指拉深后工件直径与拉深前工件（或毛坯）直径之比，用m表示。第1次拉深11dmD第2次拉深221dmd第n次拉深1nnndmd各次拉深系数湛江师范学院模具设计与制造总拉深系数概念拉深件总拉深系数等于各次拉深系数的乘积。nnnnnnnmmmmmddddddddDdDdm132112123121总拉深系数与各次拉深系数的关系总拉深系数m等于工件直径dn与毛坯直径D之比，即：ndmD湛江师范学院模具设计与制造极限总拉深系数概念拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。m↓拉深变形程度↑，m↓↓使拉深件断裂。m↑拉深变形程度↓，工序数量↑，成本↑。使拉深件不拉裂的最小拉深系数称为极限拉深系数。湛江师范学院模具设计与制造影响极限拉深系数的因素①材料的力学性能：屈强比σs/σb↓，极限拉深系数m极↓②毛坯的相对厚度t/D（主要影响因素）：t/D↑，m极↓③材料表面质量：表面光滑，材料易流动，m极↓材料方面湛江师范学院模具设计与制造二.拉深系数影响极限拉深系数的因素①凸凹模间隙：间隙↓，摩擦力↑，m极↑②凹模圆角半径rA：次要因素rA↓，流动阻力大，m极↑③凸模圆角半径rT：rT↓↓，凸模圆角处材料变薄严重，易被拉裂，m极↑④模具表面质量：粗糙度好、光滑，m极↓模具方面湛江师范学院模具设计与制造二.拉深系数影响极限拉深系数的因素①是否采用压边圈：采用时，m极↓②拉深次数：第一次拉深，材料无形变硬化，塑性好，m极↓后续拉深时，产生形变硬化，塑性差，m极↑③润滑情况：润滑好，摩擦小，m极↓拉深条件湛江师范学院模具设计与制造根据毛坯相对厚度t/D，采用经验取值法湛江师范学院模具设计与制造计算总拉深系数m，查出极限拉深系数m1。当m≥m1时，拉深件可一次拉成；当m＜m1时，需要多次拉深。判断能否一次拉出拉深次数的确定湛江师范学院模具设计与制造三.拉深次数确定拉深次数推算法①从表中查得极限拉深系数m1、m2…mn。②计算各次拉深后的工件直径。d1=m1D，d2=m2d2=m1m2Ddn=mndn-1=m1m2···mnD当dn≤d（工件直径）时，n即为拉深次数。或m1m2…mn≤m时，n即为拉深次数。湛江师范学院模具设计与制造mmh6例1求右图筒形件的坯料尺寸及拉深次数。材料为08钢，板料厚度ｔ＝2ｍｍ，r=3mm。解：∵ｔ＞1∴按板厚中径尺寸计算。①计算坯料直径根据零件尺寸，其高度为查表5-2取修边余量H=76mm湛江师范学院模具设计与制造三.拉深次数2256.072.1)(4rdrhHddD坯料直径为代已知条件入上式得Ｄ＝98.2ｍｍ②判定一次能否拉出零件总拉深系数：m=d/D=28/98.2=0.29查表5-3∵m=0.29＜m1=0.50∴不能一次拉出。∵t/D=2/98.2=2.03%湛江师范学院模具设计与制造根据ｔ/Ｄ×100＝2.03，查表5-3得各次极限拉深系数ｍ1＝0.50，ｍ2＝0.75，ｍ3＝0.78，ｍ4＝0.80。故ｄ1＝ｍ1Ｄ＝0.50×98.2ｍｍ＝49.2ｍｍｄ2＝ｍ2ｄ1＝0.75×49.2ｍｍ＝36.9ｍｍｄ3＝ｍ3ｄ2＝0.78×36.9ｍｍ＝28.8ｍｍｄ4＝ｍ4ｄ3＝0.8×28.8ｍｍ＝23ｍｍ此时ｄ4＝23ｍｍ＜28ｍｍ，所以应该4次拉深成形。③确定拉深次数湛江师范学院模具设计与制造实际生产中拉深力的经验公式为：1、拉深力的计算首次拉深：11lbFkdt以后各次拉深：2nnbFkdt式中：Fl、Fn——首次和第n次拉深时的拉深力，N；d1、dn——首次和第n次拉深后的工件直径，mm；t——材料厚度，mm；σb——材料的抗拉强度，MPa；k1、k2——修正系数，查表5-4。5.2.3拉深压力机的选择1湛江师范学院模具设计与制造湛江师范学院模具设计与制造2、压边力的计算压边力的计算压边力↑↑，则拉深力↑，使径向拉应力σ1↑，工件易被拉裂；若压边力↓↓，则不能防止凸缘起皱，起不到压边作用。压边力计算公式：QAq式中：Q——压边力；A——在压边圈上毛坯的投影面积；q——单位压边力，可按表5-5查取。湛江师范学院模具设计与制造湛江师范学院模具设计与制造F总=F+Q3、拉深压力机的选择浅拉深时：压力机公称压力≥（1.6～1.8）F总深拉深时：压力机公称压力≥（1.8～2.0）F总一般拉深件按拉深时的最大工序力直接确定：式中：F总——拉深时的最大工序力（最大拉深力、压边力和其它力的总和），KN；湛江师范学院模具设计与制造深度拉深件或落料拉深复合模：应使工艺力曲线位于压力机滑块的许用压力曲线之下，还需对压力机的电机功率进行校核湛江师范学院模具设计与制造深度拉深件或落料拉深复合模：①计算拉深功W(0.6~0.8)1000FhW总式中：W——拉深功,J；F总——总拉深力,N；h——拉深深度，mm；湛江师范学院模具设计与制造②计算所需压力机的电动机功率WP60000n式中：P——所需压力机的电动机功率,KW；n——压力机每分钟的行程次数；湛江师范学院模具设计与制造③校核若计算的所需功率P值＜电动机功率，可行。若计算的所需功率P值≥电动机功率，则应另选电机功率较大的压力机。湛江师范学院模具设计与制造思考题：1、拉深变形程度用来表示。2、拉深过程中，压边圈的作用是为了防止。3、拉深加工时，润滑剂要涂在与接触的表面上。4、（判断题）在多次拉深中，后次拉深系数可以比前次拉深系数小。5、为什么有些拉深件要采用二次、三次或多次拉深成形？湛江师范学院模具设计与制造按工序顺序分：按有无压边装置分：5.3拉深模具结构①首次拉深模②以后各次拉深模。①带压边装置的拉深模；②无压边装置的拉深模。湛江师范学院模具设计与制造按使用的设备分：按工序组合分：一、拉深模分类①单动压力机用拉深模②双动压力机用拉深模①单工序拉深模②复合拉深模③连续拉深模湛江师范学院模具设计与制造1、无压边的首次简单拉深模二.拉深模典型结构注意：①凸模中内孔作用：通气；②脱料颈卸料。适用于：材料塑性好、料厚大且深度小的零件。湛江师范学院模具设计与制造2、有压边装置的首次拉深模注意：①凸模10上有通气孔；②压边圈同时起到卸料的作用。湛江师范学院模具设计与制造倒装式带压边装置的首次拉深模：湛江师范学院模具设计与制造落料拉深复合模：上模部分装有凸凹模3(落料凸模、拉深凹模)，下模部分装有落料凹模7与拉深凸模8。为保证冲压时先落料再拉深，拉深凸模8低于落料凹模7一个料厚以上。件2为弹性压边圈，弹顶器安装在下模座下。视频文件湛江师范学院模具设计与制造以后各次拉深的拉深模典型结构无压边装置的以后各次拉深模，仅用于直径变化量不大的拉深。无压边装置的以后各次拉深模：视频文件湛江师范学院模具设计与制造带压边装置的以后各次拉深模：有压边装置的以后各次拉深摸，是最常见的结构形式。拉深前，毛坯套在压边圈1上，压边圈的形状必须与上一次拉出的半成