冲压工艺与模具设计概述.pptx
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1、第第4章章 拉深模拉深模 4.1 拉深变形过程的分析拉深变形过程的分析 4.2 拉深件的质量分析拉深件的质量分析 4.3 回转体拉深件板料尺寸的确定回转体拉深件板料尺寸的确定 4.4 圆筒形件的拉深圆筒形件的拉深 4.5 带凸缘圆筒形件的拉深带凸缘圆筒形件的拉深 4.6 特殊形状的制件特殊形状的制件(zhjin)拉深拉深 4.7 变薄拉深变薄拉深 4.8 压边力和拉深力的确定压边力和拉深力的确定 4.9 凸、凹模工作部分的设计凸、凹模工作部分的设计 4.10 拉深模设计应用拉深模设计应用 第一页,共72页。4.1 拉深变形过程拉深变形过程(guchng)的分的分析析4.1.1 拉深的变形过程拉
2、深的变形过程4.1.2 拉深过程中板料的应力拉深过程中板料的应力(yngl)应变状态应变状态 第二页,共72页。4.1.1 拉深的变形拉深的变形(bin xng)过程过程拉深过程如所示。拉深所用的模具主要由凸模、拉深过程如所示。拉深所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈三部分组成。与冲裁所不同的是,凹模和压边圈三部分组成。与冲裁所不同的是,凸模刃口、凹模刃口部位的形状变成具有一定凸模刃口、凹模刃口部位的形状变成具有一定半径值的圆角,凸、凹模之间的间隙稍大于板半径值的圆角,凸、凹模之间的间隙稍大于板料的厚度料的厚度(hud)。拉深时,板料毛坯受到凸。拉深时,板料毛坯受到凸模、凹模和压边圈所产生的力作
3、用,凸模使板模、凹模和压边圈所产生的力作用,凸模使板料进入凹模型腔,将板料拉深成开口的圆筒形料进入凹模型腔,将板料拉深成开口的圆筒形状。压边圈的作用是防止板料在拉深过程中四状。压边圈的作用是防止板料在拉深过程中四周翘起周翘起(起皱起皱)。第三页,共72页。图图4.2 拉深过程拉深过程(guchng)第四页,共72页。4.1.2 拉深过程中板料的应力拉深过程中板料的应力(yngl)应应变状态变状态 从拉深件的纵截面上观察,厚度和硬度沿筒壁纵从拉深件的纵截面上观察,厚度和硬度沿筒壁纵向是变化的,变化规律如所示。底部略有变薄,向是变化的,变化规律如所示。底部略有变薄,但基本上等于原板料的厚度;筒壁上
4、端增厚,但基本上等于原板料的厚度;筒壁上端增厚,越接近上边缘厚度越大;筒壁下端变薄,越靠越接近上边缘厚度越大;筒壁下端变薄,越靠近圆角处变得越薄;由筒壁向底部转角偏上处,近圆角处变得越薄;由筒壁向底部转角偏上处,出现明显变薄,严重时可产生破裂出现明显变薄,严重时可产生破裂(pli)。硬度沿高度方向也是变化的,越接近上边缘硬硬度沿高度方向也是变化的,越接近上边缘硬度越高,这说明,压缩变形和板料的冷作硬化度越高,这说明,压缩变形和板料的冷作硬化越严重。越严重。第五页,共72页。图图4.6 硬度硬度(yngd)和壁厚沿筒壁纵向和壁厚沿筒壁纵向变化变化 第六页,共72页。4.2 拉深件的质量拉深件的质
5、量(zhling)分析分析4.2.1 起皱起皱4.2.2 拉裂拉裂 第七页,共72页。4.2.1 起皱起皱1.影响起皱的主要(zhyo)因素板料的相对厚度t/D 拉深系数m 2.防皱措施采用压边圈。采用锥形凹模,如所示。采用拉深筋 采用反拉深 第八页,共72页。图图4.10 锥形凹模锥形凹模 第九页,共72页。4.2.2 拉裂拉裂 1.拉裂原因如所示,在拉深过程某一时刻,凸缘(t yun)上的拉应力在凹模入口处的达到最大值。由实验显示,在整个拉深过程中,当减小到(0.80.9)R0时,出现最大值。此时危险截面承受最大的拉应力,即 2.影响拉深变薄和拉裂的因素(1)拉深系数m的影响(2)板料机械
6、性能的影响(3)凹模圆角半径的影响(4)凸模圆角半径的影响(5)摩擦系数的影响 (6)压边力的影响 第十页,共72页。图图4.14 出现出现(chxin)最大值最大值 的位置的位置 第十一页,共72页。4.3 回转体拉深件板料尺寸回转体拉深件板料尺寸(ch cun)的的确定确定4.3.1 计算计算(j sun)方法方法 4.3.2 简单回转体拉深件的板料尺寸计算简单回转体拉深件的板料尺寸计算(j sun)4.3.3 复杂形状回转体拉深件板料直径的计算复杂形状回转体拉深件板料直径的计算(j sun)第十二页,共72页。4.3.1 计算方法计算方法常用的是等面积法,即假设拉深件表面积与板料常用的是
7、等面积法,即假设拉深件表面积与板料面积相等,作为计算板料面积的依据。但由于面积相等,作为计算板料面积的依据。但由于板料的机械性能差异、模具工作条件的一致性板料的机械性能差异、模具工作条件的一致性差异等因素,使拉深后由板料边缘形成的制件差异等因素,使拉深后由板料边缘形成的制件的口部或凸缘周边部不齐,达不到制件的形状、的口部或凸缘周边部不齐,达不到制件的形状、尺寸尺寸(ch cun)要求,必须对边缘处再加工。要求,必须对边缘处再加工。因此,在计算板料尺寸因此,在计算板料尺寸(ch cun)时,要在拉时,要在拉深件的高度方向或带凸缘制件的凸缘半径上加深件的高度方向或带凸缘制件的凸缘半径上加一修边余量
8、一修边余量,如所示,如所示 第十三页,共72页。图图4.16 拉深件修边余量拉深件修边余量(y lin)第十四页,共72页。4.3.2 简单回转简单回转(huzhun)体拉深件的体拉深件的板料尺寸计算板料尺寸计算 1.相加法由于拉深件是回转体形状,板料采用圆形。将回转体拉深件分成若干基本几何形体,按表4.6中的公式算出各部分(b fen)的表面积,然后将各部分(b fen)的表面积相加便得到所需要的板料面积。再计算出板料直径,即2.公式法对于常用的回转体拉深件,可按列出的公式求得板料直径D。第十五页,共72页。表表4.7 旋转体制旋转体制(tzh)件板料直径计算件板料直径计算公式公式 序号制件
9、形状毛坯直径D123第十六页,共72页。4.3.3 复杂形状回转复杂形状回转(huzhun)体拉深件体拉深件板料直径的计算板料直径的计算 复杂形状回转体拉深件板料直径复杂形状回转体拉深件板料直径(zhjng)计算的关键是确定回计算的关键是确定回转体拉深件的表面积。任何回转体表面积都可用形心法转体拉深件的表面积。任何回转体表面积都可用形心法(久里久里金法则金法则)求得。形心法如所示,回转体表面积求得。形心法如所示,回转体表面积F等于外形曲线等于外形曲线(母线母线)长度与其重心绕轴旋转所得周长的乘积,即长度与其重心绕轴旋转所得周长的乘积,即 1.解析法解析法2.作图累加法作图累加法3.利用利用CA
10、D软件求面积软件求面积4.条线段已添加到多段线条线段已添加到多段线第十七页,共72页。图图4.18 形心法形心法(xn f)求面积求面积 第十八页,共72页。4.4 圆筒形件的拉深圆筒形件的拉深4.4.1 拉深系数拉深系数 4.4.2 拉深次数的确定拉深次数的确定 4.4.3 拉深件工序拉深件工序(gngx)尺寸的计算尺寸的计算 第十九页,共72页。4.4.1 拉深系数拉深系数(xsh)1.拉深系数的概念拉深系数的概念 图图4.24 多次拉深变形情况多次拉深变形情况 2.极限拉深系数的主要影响因素极限拉深系数的主要影响因素(1)板料机械性能板料机械性能(2)板料的相对厚度板料的相对厚度t/D(
11、3)模模具结构组成即尺寸具结构组成即尺寸(4)拉深次数拉深次数(5)润滑条件润滑条件(6)拉深速度拉深速度(sd)3.极限拉深系数的确定极限拉深系数的确定第二十页,共72页。图图4.24 多次拉深变形多次拉深变形(bin xng)情况情况 第二十一页,共72页。4.4.2 拉深次数拉深次数(csh)的确定的确定 根据拉深件的相对厚度根据拉深件的相对厚度t/Dm1,m2,mn。由式由式(4.13)得知,总的拉深系数得知,总的拉深系数m和各次拉深和各次拉深系数系数mi的关系为的关系为 。通过计算,使通过计算,使 ,从而,从而(cng r)得到拉深次数得到拉深次数n。第二十二页,共72页。4.4.3
12、 拉深件工序尺寸拉深件工序尺寸(ch cun)的计算的计算 无凸缘筒形拉深件相对高度无凸缘筒形拉深件相对高度h/d与拉深次数的关系如所列与拉深次数的关系如所列(1)选取修边余量选取修边余量(2)计算板料直径计算板料直径D(3)计算板料相对厚度计算板料相对厚度(4)计算总的拉深系数计算总的拉深系数(xsh),并判断能否一次拉深成,并判断能否一次拉深成(5)确定拉深次数确定拉深次数n。(6)初步确定各次拉深系数初步确定各次拉深系数(xsh)(7)调整拉深系数调整拉深系数(xsh),计算各次拉深直径,计算各次拉深直径(8)确定各次拉深凸模、凹模圆角半径确定各次拉深凸模、凹模圆角半径(9)计算各次拉深
13、半成品高度计算各次拉深半成品高度(10)绘制工序图绘制工序图 第二十三页,共72页。表表4.13 无凸缘筒形拉深件相对高度无凸缘筒形拉深件相对高度h/d与拉深次数的关系与拉深次数的关系(gun x)(材料材料 08F、10F)拉延次数毛坯相对厚度(t/D)10021.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.0810.940.770.840.650.710.570.620.50.520.450.460.3821.881.541.61.321.361.11.130.940.960.830.90.733.52.72.82.22.31.81.91.51.61.31.31.145
14、.64.34.33.53.62.92.92.42.42.02.01.558.96.66.65.15.24.14.13.33.32.72.72.0第二十四页,共72页。4.5 带凸缘带凸缘(t yun)圆筒形件的圆筒形件的拉深拉深4.5.1 窄凸缘窄凸缘(t yun)圆筒形件的拉深圆筒形件的拉深 4.5.2 宽凸缘宽凸缘(t yun)圆筒形件的拉深圆筒形件的拉深 第二十五页,共72页。4.5.1 窄凸缘窄凸缘(t yun)圆筒形件圆筒形件的拉深的拉深第一种方法是,在前几道工序中按无凸缘圆筒形第一种方法是,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,将件拉深及尺寸计算,而在最
15、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,如所示。形凸缘校平,如所示。第二种方法是,一开始就拉深成带凸缘形状,凸第二种方法是,一开始就拉深成带凸缘形状,凸缘直径为缘直径为 +t+2 ,以后,以后(yhu)各次拉深一各次拉深一直保持这样的形状,只是改变各部分尺寸,直直保持这样的形状,只是改变各部分尺寸,直至拉到所要求的最终尺寸和形状,至拉到所要求的最终尺寸和形状,第二十六页,共72页。图图4.29窄凸缘窄凸缘(t yun)圆筒形件第圆筒形件第一种拉深方法一种拉深方法 第二十七页,共72页。4.5.2 宽凸缘宽凸缘(t yun)圆筒
16、形件圆筒形件的拉深的拉深 宽凸缘圆筒形件的首次拉深,如所示。相当于按无凸缘圆筒形件拉深,只是拉深到凸缘板料并未全部进入凹模而已。此时两者的应力状态和变形的特点是一致的。1.宽凸缘圆筒形件总的拉深系数、首次拉深系数2.宽凸缘圆筒形件的拉深方法(fngf)3.宽凸缘圆筒形件拉深工序尺寸的计算第二十八页,共72页。图图4.31 宽凸缘宽凸缘(t yun)圆筒形件的首次圆筒形件的首次拉深拉深 第二十九页,共72页。4.6 特殊形状特殊形状(xngzhun)的制件的制件拉深拉深 4.6.1 阶梯形件的拉深阶梯形件的拉深4.6.2 球形制件球形制件(zhjin)的拉深的拉深 4.6.3 锥形件拉深锥形件拉
17、深 4.6.4 抛物线形件拉深抛物线形件拉深 第三十页,共72页。4.6.1 阶梯形件的拉深阶梯形件的拉深如所示,阶梯形回转体制件的拉深与圆筒形件的如所示,阶梯形回转体制件的拉深与圆筒形件的拉深很相似,阶梯制件的每一个拉深很相似,阶梯制件的每一个(y)直筒直筒的拉深相当于一个的拉深相当于一个(y)圆筒形件的拉深。圆筒形件的拉深。阶梯制件的主要问题是确定拉深次数,这可用阶梯制件的主要问题是确定拉深次数,这可用下述的方法作近似判断,即以制件的高度与最下述的方法作近似判断,即以制件的高度与最小直径之比值小直径之比值h/d,按圆筒形件的相对拉深高,按圆筒形件的相对拉深高度查表度查表4.13,确定拉深次
18、数。如果拉深次数为,确定拉深次数。如果拉深次数为1,则可一次拉出。,则可一次拉出。第三十一页,共72页。图图4.36 阶梯形回转阶梯形回转(huzhun)体体制件制件 第三十二页,共72页。4.6.2 球形制件球形制件(zhjin)的拉深的拉深 对球形制件拉深,如图4.39所示,凸模形状是半球形。在拉深初始(ch sh)阶段,凸模与板料平面接触面积很小,接触处首先产生变形,易使该处的板料变薄。与此同时,接触面附近的板料未被压边圈压住,容易起皱(内皱)。由于间隙大,皱折不易消除。因此,球形制件的拉深难度较大。1.半球形制件的拉深2.浅球形制件的拉深3.带有圆筒的球面形制件的拉深第三十三页,共72
19、页。图图4.39 球形制件球形制件(zhjin)第三十四页,共72页。4.6.3 锥形件拉深锥形件拉深 锥形件的拉深情况与球形制件拉深类似,如所示。开始时,锥形件的拉深情况与球形制件拉深类似,如所示。开始时,凸模与板料平面接触凸模与板料平面接触(jich)面积很小,接触面积很小,接触(jich)处处首先产生变形,易使该处的板料变薄。又由于未被压住的首先产生变形,易使该处的板料变薄。又由于未被压住的自由表面较大,压住的面积小,制件易起皱。同时,锥形自由表面较大,压住的面积小,制件易起皱。同时,锥形制件底部与口部尺寸差别很大,拉深回弹严重。因此,拉制件底部与口部尺寸差别很大,拉深回弹严重。因此,拉
20、深锥形件要比球形件难度更大。深锥形件要比球形件难度更大。1.低锥形件低锥形件2.中锥形件中锥形件3.高锥形件高锥形件第三十五页,共72页。图图4.42 锥形拉深件锥形拉深件 第三十六页,共72页。4.6.4 抛物线形件拉深抛物线形件拉深 1浅抛物线形件2深抛物线形件(1)阶梯成形法图4.49 阶梯成形法(2)曲面增大(zn d)法(又称相似法)(3)反拉深法 第三十七页,共72页。图图4.49 阶梯阶梯(jit)成形法成形法 第三十八页,共72页。4.7 变薄拉深变薄拉深 4.7.1 变薄拉深的特点变薄拉深的特点(tdin)4.7.2 变薄系数变薄系数 4.7.3 变薄拉深工序计算变薄拉深工序
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