塑性成形工艺第四章拉深工艺与模具设计.ppt

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1、第四章第四章 拉深工艺与模具设计拉深工艺与模具设计第四章第四章 拉深工艺与模具设计拉深工艺与模具设计 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心工件，或将已制成的开口空心件加工各种开口的空心工件，或将已制成的开口空心件加工成其它形状的空心件的一种冲压加工方法。拉深也叫成其它形状的空心件的一种冲压加工方法。拉深也叫拉延。拉延。用拉深工艺可以制得筒形、阶梯型、球形、锥形、用拉深工艺可以制得筒形、阶梯型、球形、锥形、抛物线型等旋转体零件，也可制成盒形等非旋转体零抛物线型等旋转体零件，也可制成盒形等非旋转体零件，若将拉深与其它成形工艺（如胀形、翻

2、边等），件，若将拉深与其它成形工艺（如胀形、翻边等），则可加工出形状非常复杂的零件，如汽车车门等。因则可加工出形状非常复杂的零件，如汽车车门等。因此，拉深的应用非常广泛，是冷冲压的基本工序之一。此，拉深的应用非常广泛，是冷冲压的基本工序之一。第一节第一节 拉深变形过程分析拉深变形过程分析拉拉深深变变形形过过程程一一变形过程变形过程 处于凸模底下的材料在拉处于凸模底下的材料在拉深过程中变化很小，变形主要深过程中变化很小，变形主要集中在处于平面上的（集中在处于平面上的（Dd）部分，该处金属在切向压应力部分，该处金属在切向压应力和径向拉应力的共同作用下，和径向拉应力的共同作用下，沿切向被压缩，且愈到

3、口部压沿切向被压缩，且愈到口部压缩的愈多；径向伸长，且愈到缩的愈多；径向伸长，且愈到口部伸长的愈多。该部分是拉口部伸长的愈多。该部分是拉深的主要变形区。深的主要变形区。变形特点变形特点二、拉深过程中变形毛坯各部分的应力和应变状态二、拉深过程中变形毛坯各部分的应力和应变状态1.变形区凸变形区凸缘部分缘部分2.过渡区圆过渡区圆角部分角部分3.传力区筒传力区筒壁部分壁部分4.小变形区小变形区圆筒底部圆筒底部三、拉深过程的力学分析三、拉深过程的力学分析（一）凸缘变形区的应力分析（一）凸缘变形区的应力分析 1.拉深中某时刻凸缘变形区拉深中某时刻凸缘变形区的应力分布的应力分布2.拉深过程中拉深过程中和和的

4、变化规律的变化规律 了解它们的变化规律，对防止拉深时起皱和破裂了解它们的变化规律，对防止拉深时起皱和破裂很有必要。很有必要。（二）筒壁传力区的受力分析（二）筒壁传力区的受力分析四、拉深成形缺陷及防止措施四、拉深成形缺陷及防止措施（一）起皱（一）起皱影响因素影响因素凸缘部分材料的相凸缘部分材料的相对厚度对厚度切向压应力的大小切向压应力的大小材料的力学性能材料的力学性能凹模工作部分的几凹模工作部分的几何形状何形状平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件：平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件：锥面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件：锥面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件：拉深起皱的规律：

5、拉深起皱的规律：由最大切向压应力和凸缘的相对厚度的变化有关由最大切向压应力和凸缘的相对厚度的变化有关，其变化规律与最大拉应力的变化规律相似。，其变化规律与最大拉应力的变化规律相似。（二）拉裂（二）拉裂（二）拉裂（二）拉裂防止拉裂的措施：防止拉裂的措施：1.根据板材成形性能，采根据板材成形性能，采用适当的拉深比和压边用适当的拉深比和压边力；力；2.增加凸模表面粗糙度；增加凸模表面粗糙度；3.改善凸缘部分的润滑条改善凸缘部分的润滑条件；件；4.合理设计模具工作部分合理设计模具工作部分形状；形状；5.选用拉深性能好的材料。选用拉深性能好的材料。（三）硬化（三）硬化1.拉深时，材料的硬化规律；拉深时，

6、材料的硬化规律；2.材料硬化对多次拉深的影响；材料硬化对多次拉深的影响；3.消除硬化的措施；消除硬化的措施；第二节第二节 直壁旋转体零件拉深工艺设计直壁旋转体零件拉深工艺设计一、拉深件毛坯尺寸的确定一、拉深件毛坯尺寸的确定1.体积不变原理；体积不变原理；2.相似原理。相似原理。毛坯修边余量的确定毛坯修边余量的确定二、拉深系数及其影响因素二、拉深系数及其影响因素拉拉深深系系数数的的概概念念和和意意义义（一）（一）（二）影响极限拉深系数的因素（二）影响极限拉深系数的因素1.材料方面的影响：屈强比、伸长率、厚向材料方面的影响：屈强比、伸长率、厚向异性系数、硬化指数、材料的相对厚度和异性系数、硬化指数

7、、材料的相对厚度和材料表面的状况；材料表面的状况；2.模具方面：模具间隙、圆角半径、模具表模具方面：模具间隙、圆角半径、模具表面光洁度和凹模形状。面光洁度和凹模形状。3.拉深条件拉深条件（三）拉深系数的值（三）拉深系数的值理想拉深系数的值理想拉深系数的值实际拉深系数的值实际拉深系数的值（四）拉深次数的确定（四）拉深次数的确定三、半成品尺寸的确定三、半成品尺寸的确定四、以后各次拉深的特点四、以后各次拉深的特点1.首次拉深时，材料的力学性能均匀；首次拉深时，材料的力学性能均匀；2.首次拉深时，凸缘变形区是逐渐减小的，而以首次拉深时，凸缘变形区是逐渐减小的，而以后各次拉深时，其变形区保持不变，直到拉

8、深后各次拉深时，其变形区保持不变，直到拉深终了之前；终了之前；3.拉深力的不同；拉深力的不同；4.发生拉深破裂的时刻不同；发生拉深破裂的时刻不同；5.变形区的稳定性不同；变形区的稳定性不同；6.以后各次拉深时，材料的状态和变形状态不同；以后各次拉深时，材料的状态和变形状态不同；五、有凸缘圆筒件的拉深方法及工艺计算五、有凸缘圆筒件的拉深方法及工艺计算窄凸缘：窄凸缘：df/d 宽凸缘：宽凸缘：df/d（一）（一）宽宽凸凸缘缘件件的的拉拉深深特特点点决定宽凸缘件的拉深系数的决定宽凸缘件的拉深系数的 因素：因素：1.相对凸缘直径相对凸缘直径df/d;2.相对拉深高度相对拉深高度h/d;3.相对圆角半径

9、相对圆角半径r/d;4.其中，其中，df/d的影响最大，而的影响最大，而r/d的影响最的影响最小。小。宽凸缘件的拉深特点：宽凸缘件的拉深特点：1.宽凸缘件的拉深变形程度不能单纯用拉深系宽凸缘件的拉深变形程度不能单纯用拉深系数来表示；数来表示；2.宽凸缘件的首次极限拉深系数比圆筒件要小；宽凸缘件的首次极限拉深系数比圆筒件要小；3.宽凸缘件的首次极限拉深系数与零件的相对宽凸缘件的首次极限拉深系数与零件的相对凸缘直径凸缘直径df/d 有关，有关，df/d越大，则极限拉越大，则极限拉深系数越小；深系数越小；4.宽凸缘件的首次极限拉深系数还应考虑毛坯宽凸缘件的首次极限拉深系数还应考虑毛坯的相对厚度。的相

10、对厚度。（二）宽凸缘筒形零件的工艺计算（二）宽凸缘筒形零件的工艺计算1.毛坯的计算；毛坯的计算；2.判别工件是否一次拉成：判别工件是否一次拉成：3.m m1，h/d=h1/d14.3.拉深次数的确定；拉深次数的确定；5.4.半成品尺寸的确定：半成品尺寸的确定：dn，rn，hn（三）宽凸缘零件的拉深方法（三）宽凸缘零件的拉深方法1 中型件中型件df 200mm；3 凸缘过大而圆角半径过小，首先以适当的圆角半凸缘过大而圆角半径过小，首先以适当的圆角半径成形后按图样尺寸整形；径成形后按图样尺寸整形；4 凸缘过大，利用胀形的方法成形。凸缘过大，利用胀形的方法成形。六六 阶梯圆筒形件的拉深阶梯圆筒形件的

11、拉深（一）拉深次数（一）拉深次数（二）（二）拉深方法的确定拉深方法的确定1.若任意两个相邻阶梯的直径之比若任意两个相邻阶梯的直径之比dn/dn-1 都大于或都大于或等于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则先从大阶等于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则先从大阶梯拉起，每次拉深一个阶梯，逐一拉深到最小的阶梯拉起，每次拉深一个阶梯，逐一拉深到最小的阶梯，阶梯数也就是拉深次数。梯，阶梯数也就是拉深次数。2.若某相邻两阶梯直径若某相邻两阶梯直径dn/dn-1之之比小于相应的圆筒比小于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则按带凸缘圆筒形件的拉深形件的极限拉深系数，则按带凸缘圆筒形件的拉深进行，先拉小直径进行，先拉小直

12、径dn，再拉大直径再拉大直径dn-1，即由小阶即由小阶梯拉深到大阶梯。梯拉深到大阶梯。（二）拉深方法的确定（二）拉深方法的确定（二）（二）拉深方法的确定拉深方法的确定3.若最小阶梯直径若最小阶梯直径dn过小，即过小，即dn/dn-1过小，过小，hn又不又不大时，最小阶梯可用胀形法得到。大时，最小阶梯可用胀形法得到。4.若阶梯形件较浅，且每个阶梯的高度又不大，但相若阶梯形件较浅，且每个阶梯的高度又不大，但相邻阶梯直径相差又较大而又不能一次拉出时，可先邻阶梯直径相差又较大而又不能一次拉出时，可先拉成球面形状或带有大圆角的筒形，最后通过整形拉成球面形状或带有大圆角的筒形，最后通过整形得到所需零件。得

13、到所需零件。第三节第三节 盒形件拉深盒形件拉深一、盒形件一、盒形件的拉深变形的拉深变形特点特点直直边边部部位位的的变变形形圆圆角角部部位位的的变变形形盒形件变形的特点：盒形件变形的特点：1)盒形件拉深的变形性质与圆筒件一样，也是径向伸长，盒形件拉深的变形性质与圆筒件一样，也是径向伸长，切向缩短。沿径向愈往口部伸长的愈多，沿切向圆角切向缩短。沿径向愈往口部伸长的愈多，沿切向圆角部分变形大，直边部分变形小，圆角部分的材料向直部分变形大，直边部分变形小，圆角部分的材料向直边流动。即盒形件的变形是不均匀的。边流动。即盒形件的变形是不均匀的。2)变形的不均匀导致应力分布不均匀。在圆角部的中点变形的不均匀

14、导致应力分布不均匀。在圆角部的中点 最大，向两边逐渐减小，到直边的中点最大，向两边逐渐减小，到直边的中点 最小。最小。故盒形件拉深时要产生破坏，首先就发生在圆角处。故盒形件拉深时要产生破坏，首先就发生在圆角处。又因圆角部材料在拉深时容许向直边流动所以盒形件又因圆角部材料在拉深时容许向直边流动所以盒形件与相应的圆筒件比较，危险断面处受力小，拉深时可与相应的圆筒件比较，危险断面处受力小，拉深时可采用小的拉深系数，也不容易起皱。采用小的拉深系数，也不容易起皱。3)盒形件拉深时，由于直边部分和圆角部分实际上盒形件拉深时，由于直边部分和圆角部分实际上是联系在一起的整体，因此两部分的变形相互影是联系在一起

15、的整体，因此两部分的变形相互影响。影响的结果是：直边部分除了产生弯曲变形响。影响的结果是：直边部分除了产生弯曲变形外，还产生了径向伸长，切向压缩的拉深变形。外，还产生了径向伸长，切向压缩的拉深变形。影响的程度，随盒形件形状不同而不同，也就是影响的程度，随盒形件形状不同而不同，也就是说随相对圆角半径说随相对圆角半径rB和相对高度和相对高度H B的不同而的不同而不同。不同。rB愈小，圆角部分的材料向直边部分流愈小，圆角部分的材料向直边部分流的愈多，直边部分对圆角部分的影响愈大，使得的愈多，直边部分对圆角部分的影响愈大，使得圆角部分的变形与相应的圆筒件的差别就大。当圆角部分的变形与相应的圆筒件的差别

16、就大。当r时，件成为圆筒件，盒形件的变形就与圆筒件时，件成为圆筒件，盒形件的变形就与圆筒件一样了。一样了。当相对高度肜当相对高度肜B大时，圆角部分对直边部分的影响大时，圆角部分对直边部分的影响就大，直边部分的变形与简单弯曲的差别就大。因此就大，直边部分的变形与简单弯曲的差别就大。因此盒形件毛坯的形状和尺寸必然与盒形件毛坯的形状和尺寸必然与rB和和HB的值有关。的值有关。不同的不同的rB和和HB，盒形件毛坯计算方法和工序计，盒形件毛坯计算方法和工序计算方法也就不同。算方法也就不同。（一）低盒形件（）毛坯（一）低盒形件（）毛坯的计算的计算二、盒形件毛坯的形状与尺寸的二、盒形件毛坯的形状与尺寸的确定

17、确定（二）高盒形件（二）高盒形件（H=）毛坯的计算）毛坯的计算高盒形件（高盒形件（H=（08）B）毛坯的计算）毛坯的计算 对高度和圆角半径都比较大的盒形件（对高度和圆角半径都比较大的盒形件（H=（08）B），拉深时圆角部分有大量材料向直边流动，直），拉深时圆角部分有大量材料向直边流动，直边部分拉深变形也大，这时毛坯形状可做成长园形或边部分拉深变形也大，这时毛坯形状可做成长园形或椭圆形。将尺寸为椭圆形。将尺寸为AB盒形件，看作由两个宽度为盒形件，看作由两个宽度为B的的半方形盒和中间为半方形盒和中间为A-B的直边部分连接而成，这样，毛的直边部分连接而成，这样，毛坯的形状就是由两个半圆弧和中间两平行

18、边所组成的坯的形状就是由两个半圆弧和中间两平行边所组成的长圆形，长园形毛坯的圆弧半径为：长圆形，长园形毛坯的圆弧半径为：Rb=D/2长圆形毛坯的长度为：长圆形毛坯的长度为：L=2Rb+(A-B)=D+(A-B)长圆形毛坯的宽度为：长圆形毛坯的宽度为：若若KL，则毛坯做为圆形，半径为，则毛坯做为圆形，半径为R三、盒形件的拉深变形程度三、盒形件的拉深变形程度当当r=rp时，与圆角部相应圆筒体毛坯直径为：时，与圆角部相应圆筒体毛坯直径为：四、盒形件多工序拉深方法及工件尺寸的确定四、盒形件多工序拉深方法及工件尺寸的确定1、高方形盒件多次拉深、高方形盒件多次拉深2、高矩形盒件多次拉深、高矩形盒件多次拉深

19、第四节第四节 拉深工艺拉深工艺一、拉深零件的结构工艺分析一、拉深零件的结构工艺分析 工艺性好，是指既能满足产品的使用要求，又能工艺性好，是指既能满足产品的使用要求，又能够用最简单、最经济和最快的方法生产出来。够用最简单、最经济和最快的方法生产出来。1、对拉深零件的外形尺寸要求、对拉深零件的外形尺寸要求1)对于圆筒件一次拉成的相对高度：表对于圆筒件一次拉成的相对高度：表4112)对于盒形件：对于盒形件：r=(0.050.2)B，H=t，rd =2t，r =3t，2）尺寸公差应在）尺寸公差应在IT11级以下。级以下。二、拉深工艺力的计算二、拉深工艺力的计算1.压边装置及压边力压边装置及压边力1)压

20、边力压边力压边力的大小压边力的大小QAp2）压边装置）压边装置（1）弹性压边装置）弹性压边装置宽凸缘拉深宽凸缘拉深刚刚性性压压边边圈圈（2）2.拉深力的计算拉深力的计算首次拉深力首次拉深力后续拉深力后续拉深力3.拉深功的计算拉深功的计算浅拉深时浅拉深时深拉深时深拉深时首次拉深功首次拉深功后续拉深功后续拉深功电机功率电机功率三、拉深工艺的辅助工序三、拉深工艺的辅助工序1.润滑润滑2.退火退火3.酸洗酸洗第五节第五节 拉深模具设计拉深模具设计一、拉深模具的分类及典型结构一、拉深模具的分类及典型结构拉拉深深模模首次拉深模、后续拉深模首次拉深模、后续拉深模单动单动/双动双动/三动压力机用拉深三动压力机

21、用拉深模模单工序拉深模、复合模和级进式拉深模单工序拉深模、复合模和级进式拉深模无压边圈装置拉深模、有压边圈装置拉深模无压边圈装置拉深模、有压边圈装置拉深模（一）首次拉深模（一）首次拉深模无压边装置无压边装置弹性压边装置弹性压边装置落料拉深模落料拉深模双动压力机上使用的拉深模双动压力机上使用的拉深模后后续续拉拉深深模模（二）（二）二、拉深模工作部分的结构和尺寸二、拉深模工作部分的结构和尺寸（一）凹模圆角半径（一）凹模圆角半径rdrd对拉深工艺的影响对拉深工艺的影响拉深力；拉深力；拉深件的质量；拉深件的质量；拉深模的寿命。拉深模的寿命。（二）凸模圆角半径（二）凸模圆角半径rp凸模圆角半径凸模圆角半

22、径rp对拉深工对拉深工艺的影响艺的影响（三）凸模和凹模的间隙（三）凸模和凹模的间隙C间隙间隙C 对拉深力、拉深件、模具寿命的影响。对拉深力、拉深件、模具寿命的影响。采用压边圈采用压边圈无用压边圈无用压边圈（四）凸模和凹模的尺寸及公差（四）凸模和凹模的尺寸及公差 工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差决定。因此，首次及中间各次的模具尺寸公差和公差决定。因此，首次及中间各次的模具尺寸公差和拉深半成品尺寸公差都没有必要做严格的限制，取毛拉深半成品尺寸公差都没有必要做严格的限制，取毛坯公称尺寸即可。若以凹模为基准时，则其的尺寸坯公称尺寸即可。若以凹模为

23、基准时，则其的尺寸 为：为：凸模的尺寸为：凸模的尺寸为：凸、凹模的制造公差根据工件公差确定，工件公凸、凹模的制造公差根据工件公差确定，工件公差为差为IT13级以上者，模具的制造精度为级以上者，模具的制造精度为IT6IT8，工件，工件公差为公差为IT14级以下者，模具的制造精度可按级以下者，模具的制造精度可按IT10。以凹模为准：以凹模为准：以凸模为准：以凸模为准：末次拉深凹模尺寸末次拉深凹模尺寸（五）凸模和凹模的结构形式（五）凸模和凹模的结构形式 拉深凸模与拉深凸模与凹模的结构形式凹模的结构形式取决于工件的形取决于工件的形状、尺寸及拉深状、尺寸及拉深方法、拉深次数方法、拉深次数等工艺要求，不等工艺要求，不同的结构形式对同的结构形式对拉深的变形情况拉深的变形情况和变形程度的大和变形程度的大小及产品的质量小及产品的质量均有不同的影响。均有不同的影响。当毛坯的相对厚度较大，不易起皱，不需要用压当毛坯的相对厚度较大，不易起皱，不需要用压边圈时，应采用锥形凹模。边圈时，应采用锥形凹模。当毛坯的相对厚度较小，必须采用压边圈进行多当毛坯的相对厚度较小，必须采用压边圈进行多次拉深时，应采用如图示的模具结构。次拉深时，应采用如图示的模具结构。a.d=100mmt=0.51mmt=1.02.0mm