模具设计模块四

拉深是基本冲压工序之一。本模块在分析拉深变形过程及拉深件质量影响因素的基础上，介绍拉深工艺计算、工艺方案制定和拉深模设计。涉及拉深变形过程分析、拉深件质量分析、拉深系数及最小拉深系数影响因素、圆筒形件的工艺计算、其他形状零件的拉深变形特点、拉深工艺性分析与工艺方案确定、拉深模典型结构、拉深模工作零件设计等。本模块内容：模块四玻璃升降器外壳落料拉深复合模本模块重点1．拉深变形规律及拉深件质量影响因素与预防；2．拉深工艺计算方法；3．拉深工艺性分析与工艺方案制定；4．拉深模典型结构与结构设计；5．本模块示例零件的拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。难点1．拉深变形规律及拉深件质量影响因素与预防；2．圆筒形零件的拉深工艺计算；3．带凸缘圆筒形零件的拉深拉深工艺计算；4．拉深模典型结构与拉深模工作零件设计。不变薄拉深：把毛坯拉压成空心体，或者把空心体拉压成外形更小而板厚没有明显变化的空心体的冲压工序。变薄拉深是指凸、凹模之间间隙小于空心毛坯壁厚，把空心毛坯加工成侧壁厚度小于毛坯壁厚的薄壁制件的冲压工序。拉深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。拉深工序所使用的模具。拉深使用设备：单动、双动、三动压力机或液压机课题一拉深概述拉深件示例拉深件示例不变薄拉深变薄拉深拉深件示例油底壳不锈钢餐具课题二玻璃升降器外壳首次拉深变形过程及其工艺性一拉深变形过程1.毛坯受力分析(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。2.变形过程工艺网格实验材料转移：高度、厚度发生变化。3.材料的流动扇形单元体的变形1.凸缘部分2.凹模圆角部分3.筒壁部分4.凸模圆角部分5.筒底部分坯料各区的应力与应变是很不均匀的。二拉深变形过程中材料的应力与应变状态拉深过程中零件应力与应变状态圆筒件拉深时凸缘变形区应力分布图三拉深变形过程中凸缘变形区的应力分布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。凸缘区起皱：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。四拉深件主要质量问题主要决定于：一方面是切向压应力σ3的大小，越大越容易失稳起皱；另一方面是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，抵抗失稳能力越小。最易起皱的位置：凸缘边缘区域起皱最强烈的时刻：在Rt=（0.7～0.9）R0时防止起皱：压边1.凸缘变形区的起皱凸缘变形区的起皱2.采用压边圈的条件防止起皱可以采用压边圈。采用压边圈的条件为：1.查表4-1；2.查图4-11验证。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：一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。3.筒壁的拉裂筒壁的拉裂拉深件厚度变化拉伸件壁部厚度与硬度变化某拉深件壁厚具体变化拉深件工艺性指拉深件在拉深工序中生产的难易程度。（1）对拉深件的外形尺寸的要求;（2）对拉深件形状要求:（3）拉深件的圆角半径;（4）尺寸公差等级及表面质量的要求(表4-2，4-3，4-4）。拉深件工艺性内容：五拉深件的工艺性带台阶拉深件高度尺寸的标注拉深件的圆角半径拉深件结构的修改体积不变原则:若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。相似原则:切边工序：拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。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。拉深件口部不整齐，需留切边余量。但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。拉深件毛坯尺寸确定的原则：课题三旋转体拉深件毛坯尺寸计算一计算方法1.等重量法：已有拉深件样品时，使用等重量法来求毛坯直径会非常方便。2.等体积法：适用于变薄拉深件。3.等面积法：不变薄拉深工序用来计算毛坯尺寸的依据。毛坯尺寸的计算必须将加上了修边余量后的制件尺寸作为计算的依据。修边余量：拉深件口部或凸缘周边不整齐;特别是经过多次拉深后的制件，口部或凸缘不整齐的现象更为显著;因此必须增加制件的高度或凸缘的直径，拉深后修齐增加的部分即为修边余量。表4-5为无凸缘圆筒件的修边余量；表4-6为带凸缘圆筒件的修边余量。二修边余量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。三简单旋转体拉深件毛坯尺寸计算按图得：故整理后可得坯料直径为:【例4-1】求无凸缘筒形件的毛坯直径尺寸。久里金法则求其表面积：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。如右图所示，旋转体表面积为因拉深前后面积相等，故坯料直径D：四复杂旋转体拉深件毛坯尺寸计算适用于直线与圆弧相连接的形状解析法适用于曲线连接的形状作图解析法拉深系数m是以拉深后的直径d与拉深前的坯料D（工序件dn）直径之比表示。1.拉深系数表示方法第一次拉深系数：第二次拉深系数：第n次拉深系数：四玻璃升降器外壳首次拉深工艺计算一拉深系数拉深系数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，即如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。极限拉深系数［m］从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。（1）材料的组织与力学性能（2）板料的相对厚度（3）拉深工作条件①模具的几何参数②摩擦润滑③压料圈的压料力（4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等［m］２.影响极限拉深系数的因素表4-8所示为无凸缘圆筒件采用压边圈时的拉深系数，表4-9为无凸缘圆筒件不采用压边圈时的拉深系数，表4-10为其他金属材料的拉深系数（该表所列mn为以后各次拉深系数的平均值）。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［m］的值。３.极限拉深系数的确定＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。其拉深次数的确定有以下几种方法：（１）查表（表4-11）法（２）推算方法（3）计算方法当二拉深次数确定拉深次数以后，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＝(２）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＝ｍ1Ｄｄ2＝ｍ2ｄ1…ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１三圆筒件各次拉深件的半成品工序尺寸计算1.工序件直径的确定根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得到各工序件高度计算公式，表4-13。计算前应先定出各工序件的底部圆角半径（见4-15及4-16）。2.工序件高度的计算例4-3求图4-25所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料为08钢，板料厚度ｔ＝1ｍｍ。解：因ｔ=1ｍｍ，按板厚中径尺寸计算。根据零件尺寸，其相对高度为查表4-5得修边余量坯料直径为代已知条件入上式得Ｄ＝78ｍｍ1.修边余量2.毛坯直径四圆筒件工序尺寸计算示例坯料相对厚度为3.确定是否使用压边圈：按表4-1应采用压料圈。4．确定拉深次数:先判断能否一次拉出。零件总的拉深系数m总：m总=d/D=20/78=0.256查表4-8得m1=0.50～0.53，mn=0.77(四次拉深时)由于m总=0.256m1=0.50～0.53，因此不能一次拉出。（1）采用查表法确定拉深次数：由t/D×100=1.28，h/D=3.7查表4-11得拉深次数n=4由m总=0.256，t/D×100=1.28查表4-12得拉深次数n=4（2）采用计算法确定拉深次数：由公式4-14得n=1+[lg20-lg(0.51×78)]/lg0.77=3.66取拉深次数n=45．确定各次拉深直径查表4-8取各次拉深极限拉深系数(小值)为m1=0.50、m2=0.75、m3=0.78、m4=0.80,则各半成品直径为：d1=0.5×78=39mm；d2=0.75×39=29.3mm；d3=0.78×29.3=22.8mm；d4=0.80×22.8=18.3mm。d4=18.3mm20mm，到第四次时，计算工序件直径已经小于成品零件直径，因此整个工序只需要四次拉深，即拉深次数n=4。由于计算直径不等于零件成品直径，应对拉深系数作适当的调整，使其均大于相应的极限拉深系数。查表4-8调整拉深系数(大值)取m1=0.53、m2=0.76、m3=0.79、m4=0.82，则d1=0.53×78=41mm；d2=0.76×41=31mm；d3=0.79×31=24.5mm；d4=0.82×24.5=20mm。6．半成品底部圆角半径根据式4-15及4-16，取半成品圆角半径分别为：r1=5、r2=4.5、r3=4、r4=3.5。7．计算半成品拉深高度h1=30.4mm；h2=43.4mm；h3=58mm；h4=74mm。（8）工序件草图1.以后各次拉深特点2.以后各次拉深方法：正拉深与反拉深五圆筒件以后各次拉深特点及方法五圆筒件以后各次拉深特点及方法反拉深零件示例本节在掌握圆筒形件拉深成形的基础之上，分析带凸缘筒形零件的拉深，从中掌握方法。六带凸缘筒形件的拉深变形特点该类零件的拉深过程，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。1.带凸缘圆筒形件的拉深变形程度及拉深次数有凸缘圆筒形件的拉深系数取决于有关尺寸的三个相对比值：dt/ｄ(凸缘的相对直径)、ｈ1/ｄ(零件的相对高度)、r1/ｄ(相对圆角半径)。根据拉深系数或零件相对高度，判断拉深次数。（１）窄凸缘圆筒形件的拉深窄凸缘筒形件：2.带凸缘筒形件的拉深方法宽凸缘筒形件：（2）宽凸缘圆筒形件的拉深（1）选定修边余量（查表4-6）。（2）预算毛坯直径D。（3）计算t/D（%）和dt/d1，判断能否一次拉出。（4）选取m、1m2、m3·····mn并预算：d1、d2、·····dn，通过计算即可知道拉深的次数。（5）调整各工序的拉深系数。（6）重新计算各工序的拉深直径。（7）确定各工序零件的圆角半径。（8）根据上面计算宽凸缘筒形件工序尺寸所述方法，重新计算毛坯直径。（9）计算第一次拉深高度，并校核第一次拉深的相对高度，检查是否安全。（10）计算以后各次拉深高度。(11)画出工序图。3.带凸缘筒形件拉深工序计算程序宽凸缘筒形件4.工序计算实例工序图七玻璃升降器外壳首次拉伸件的工艺计算1.判断类型：宽凸缘圆筒件2.能否一次拉深成形：3.是否采用压边圈：压料装置产生的压料力Ｆ压大小应适当：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化。具体压边力的计算见表4-16。P值可以由经验公式求得：P=48（Z-1.1）σb×10-5MpaP值也可以直接由表4-17或表4-18中查得。八压边力的计算采用压料圈拉深时首次拉深以后各次拉深（ｉ＝2、3、…、ｎ）最大拉深力可以用下式来进行计算：Fmax=3(σb+σs)(D-d-r凹)t九拉深力的计算1.F压Fmax+F压2.压力机压力与冲压变形力曲线1—压力机压力曲线;2—拉深力曲线;3—落料力曲线十压力机吨位的选择对于不变薄拉深的拉深功按下式计算：W=F平均h×10-3=CFmaxh×10-3拉深功率P（KW）按下式计算：P=（Wn）/(60×750×1.36)压力机的电机功率率P电（KW）按下式计算：P电=（KWn）/(60×750×1.36×η1×η2)十一拉深功与功率计算拉深力-行程图内容包括:凸、凹模圆角半径，拉深模凸、凹模间隙和凸、凹模工