冲压工艺及模具设计经典教材-冲压工艺及模具设计-第7章.ppt

第7章 拉深工艺设计 在模具上加工成为具有一定形状、尺寸和使用要求的开口空心件的冲压工序称为拉深，拉深又称为拉延、引伸、延伸等。7.1.1 拉深的变形过程 拉深所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈三部分组成。拉深中板料的转移 7.1.2 拉深过程中板料的应力应变状态 图7.6 分析制件各部分的应力、应变状态 图7.7 应力沿半径按对数曲线分布 7.2 拉深件的质量分析 7.2.1 起皱 1 拉深过程中影响起皱的主要因素(1)板料的相对厚度t/D(2)拉深系数m(3)模具工作部分几何形状 防止起皱的措施(1)采用便于调节压边力的压边装置(2)采用锥形凹模(3)采用拉深筋(4)采用反拉深7.2.2 拉裂 1.拉裂原因 2.在拉深过程某一时刻，凸缘上拉应力在凹模入口处达到最大值。由实验显示，在整个拉深过程中，当Rt减小到时，出现最大值。此时筒壁承受最大的拉应力为式中：Q压边力；f板料与凹模和压边圈之间的摩擦系数；b板料的拉深强度极限；m拉深系数；t板料厚度；Rd凹模的圆角半径；危险截面的抗拉强度为 出现最大值的位置 出现最大值的位置 2.影响筒形件拉裂的主要因素(1)板料力学性能的影响(2)(2)拉深系数m的影响(3)(3)凹模圆角半径的影响(4)(4)凸模圆角半径的影响(5)(5)摩擦的影响(6)(6)压边力的影响 7.4 圆筒形件的拉深 1.拉深系数 首次拉深时，拉深系数 后次拉深系数 多次拉深变形情况 2.影响极限拉深系数mmin的主要因素(1)板料的力学性能(2)板料的相对厚度t/D(3)拉深条件 压边力 模具几何参数(4)拉深次数(5)润滑条件(6)拉深速度 3.极限拉深系数的确定 用压边圈首次拉伸时的m1为0.50.6；后次拉深mn为0.750.85，且 m2m3m4，m。不用压边圈的拉深系数大于用压边圈的拉深系数。7.4.2 拉深次数的确定 m m1m2mn 取n次7.4.3拉深件工序尺寸的计算 1计算步骤：(1)选取修边余量(2)计算毛坯直径D。(3)计算板料相对厚度，并按表7-1判断是否采用压边圈拉伸。(4)计算总的拉深系数，并判断能否一次拉深成形。(5)确定拉伸次数n。(6)初步确定各次拉深系数。(7)调整拉深系数，计算各次拉深直径。(8)确定各次拉伸凸模、凹模圆角半径。(9)计算各次拉伸半成品高度。(10)绘制工序图。2.计算实例【例7.1】计算图7.19(a)所示筒形制件的板料直径D拉深次数n及各半成品尺寸，包括直径di、高度hi 和圆角半径ri，材料为08F。(1)确定修边余量 由表7-4 查得：mm，取=6mm(2)计算板料直径D：83mm(3)毛坯相对厚度：查表7-1，首次拉伸和以后各次拉深必须采用压边圈。(4)确定拉深次数n按表7-8取拉深系数：。各次拉深直径：需要4次拉深。(5)确定各次拉深半成品尺寸。(7)绘制工序图，如图7.20所示。7.5 带凸缘圆筒形件的拉深 带凸缘圆筒形件按其凸缘尺寸的大小分为窄凸缘()和宽凸 缘()两种类型，如图7.21所示。7.5.1 窄凸缘圆筒形件的拉深 窄凸缘圆筒形件拉深，有两种拉深方法。第一种方法是，在前几道工序中按无凸缘圆筒形件拉深及尺寸计算，而在最后两道工序中，将制件拉深成为口部带锥形的拉深件。最终将锥形凸缘校平，如图7.22所示。第二种方法是，一开始就拉深成带凸缘形状，凸缘直径为 ，以后各次拉深一直保持这样的形状，只是改变各部分尺寸，直至拉到所要求的最终尺寸和形状，如图7.23所示。7.5.2 宽凸缘圆筒形件的拉深 表12影响变形程度的变量有两个 m1和相同的m1而不同的hi表132.宽凸缘圆筒形件的拉深方法宽凸缘圆筒形件的拉深方法1)宽凸缘圆筒形件拉深应遵循的规律(a)圆角半径不变 (b)缩小筒径 7.6 特殊形状的制件拉深 阶梯形件、球形制件、锥形件等7.6.1 阶梯形件的拉深 阶梯形件能否一次拉成，主要根据零件的总高度与其最小阶梯筒部的直径之比。2.拉深方法的确定 (1)若任意两个相邻阶梯的直径之比 都大于或等于相应的圆筒形件的极限拉深系数。(2)若某相邻两阶梯直径之比 小于相应的圆筒极限拉深系数，则按带凸缘圆筒形件的拉深进行，先拉小直径 ，再拉大直径 ，即由小阶梯拉深到大阶梯。7.6.2 球形制件的拉深 半球形件拉深系数为m=0.707 当 3%时，可以采用不带压边装置的简单有底凹模一次拉成。当 =0.5%3%时，采用带压边圈的拉深模拉深。当 0.5%时，采用带拉深筋的凹模或反拉深凹模成形。(a)反拉深；(b)带拉深筋拉深；(c)双弯曲拉深 7.6.3 锥形件的拉深 锥形件的拉深次数及拉深方法取决于锥形件的几何参数，即相对高度 、锥角和相对厚度 。1、对于(0.10.25，=5080)浅锥形件，可一次拉成。对于(0.30.70，145)中锥形拉深件，拉深次数主要取决于毛坯的相对厚度 ，一般需一次或多次拉深，根据相对厚度不同可以分为以下三种情况：当 2.5%时，可不采用压边圈一次拉成。为保证工件的精度，最好在拉深终了时增加一道整形工序。当 =1.5%2.0%时，也可一次拉成，但需采用压边圈、拉深筋、增加工艺凸缘等措施提高径向拉应力防止起皱。当 1.0%时，因坯料较薄而容易起皱，需采用压边圈经多次拉深成形。对于(0.70.80，1030)的高锥形拉深件，其变形程度更大，这时常需采用多工序的冲压方法使零件逐渐成形，以防止因局部变薄严重而拉裂。(a)阶梯拉深成形法 (b)锥面逐步成形法 7.7 变 薄 拉 深 变薄拉深用来制造壁部与底部厚度不等而高度很大的工件，例如弹壳、子弹套、雷管套、高压容器、高压锅等或者是用作制备波纹管、多层电容等的薄壁管状毛坯。(1)壁厚变薄，内径并不显著缩小；(2)壁厚变薄，内径也缩小。(1)凸、凹模之间的间隙小于毛坯的厚度，而毛坯的直壁部分在通过间隙时受压，厚度显著变薄(见图7.37)，同时侧壁高度增加，因此，叫变薄拉深。(2)变薄拉深的工件质量高，壁厚比较均匀，壁厚偏差在 0.01mm以内，表面粗糙度Ra可达0.2m以下；并且，由于板料两向受压，晶粒细密，提高了拉深件强度。(3)与冷挤压相比，变薄拉深的变形区域小，拉深力较小，所需冲压设备吨位小。(4)变薄拉深不易起皱，不需要压边装置，可在单动压力机上进行深拉深，并且模具结构简单、造价低。(5)在一次冲压行程中，能用多层凹模进行变薄拉深，可以获得很大的变形。图7.38所示模具可在压力机一个行程中完成一次不变薄拉深和两次变薄拉深。7.8 压边力和拉深力的确定 压边力是为了防止起皱保证拉深过程顺利进行而施加的力，它的大小直接关系到拉深能否顺利进行。拉深力从广义上包括拉深力与拉深功两部分，拉深力与拉深功常用经验公式计算。压边力的大小可采用以下公式计算 (7.38)式中：在压边圈上毛坯的投影面积，mm2；单位压边力，MPa，见表7-17。压边装置设计 橡皮压边装置 弹簧压边装置 气垫式压边装置 弹性压边装置 压边力与行程的变化曲线 有限位装置的压边装置 带刚性压边圈的拉深模 第一次拉深 (7.39)以后各次拉深 (7.40)7.8.2 拉深力的确定拉深功的计算 第一次拉深 (7.41)以后各次拉深 (7.42)7.8.3 压力机的选取 冲压力与压力机许用压力曲线 压力机功率的验算 在深拉深时，由于拉深行程较长，消耗功多，为保证压力机正常工作，需要验算压力机的电动机功率。7.9 凸、凹模工作部分的设计 凸模和凹模结构形式的选择、圆角半径确定、拉深模间隙确定、工作部分的尺寸及其制造公差确定。带压边圈拉深模工作部分结构形式 7.9.2 凸、凹模间隙 1.不带压边圈模具的间隙不带压边圈模具的间隙 Z=(11.1)tmax (7.48)2.带压边圈模具的间隙带压边圈模具的间隙拉深模具的间隙按表7-20确定。7.9.3 凸、凹模工作部分的尺寸与公差 图7.52 工件尺寸与模具尺寸 7.9.4 凸、凹模圆角半径 首次拉深凹模圆角半径可按下式计算 (7.55)以后各次拉深的凹模圆角半径，可按下式确定(7.56)首次拉深凸模圆角半径按下式确定(7.57)以后各次拉深凸模圆角半径为：(7.58)式中：、各工序件的外径，mm；对于中间各次拉深工序，一般情况下可取 =。最后一次拉深凸模圆角半径应等于零件的圆角半径，但不得小于(23)t。如果零件的圆角半径要求小于(23)t 时，则凸模圆角半径仍取(23)t，最后用一次整形工序来得到零件要求的圆角半径。