冷冲压工艺与模具设计 教学课件 ppt 作者 匡余华4 4-2

1、4.2基础知识,4.2.1 概述,拉深:利用拉深模具将平面板料变成各种开口空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他状空心件的冲压工序称为,不变薄拉深,变薄拉深,拉深,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。它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：单双三动压力机或液压机,4.2.1 概述,拉深件示例,4.2.1 概述,不变薄拉深,变薄拉深,4.2.1 概述,4.2.2 拉深变形原理,1.毛坯受力分析,4.2.2 拉深变形原理,(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,4.2.2 拉深变形原理,工艺网格实验,材

2、料转移： 高度、厚度发生变化。,3.材料的流动,4.2.2 拉深变形原理,扇形单元体的 变形,4.2.2 拉深变形原理,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。,4.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,4.2.2 拉深变形原理,圆筒件拉深时凸缘 变形区应力分布图,5. 拉深变形过程中凸缘变形区的应力分布,4.2.2 拉深变形原理,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。,4.2.3 拉深件质量控制,主要决定于：,一方面是切向压应力3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=（0.70.9）R0时,防止起皱：,压边,1.凸缘变形区的起皱,4.2.3 拉深件质量控制,凸缘变形区的起皱,4.2.3

3、 拉深件质量控制,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。,2.筒壁的拉裂,4.2.3 拉深件质量控制,筒壁的拉裂,4.2.3 拉深件质量控制,拉深件厚度变化,4.2.3 拉深件质量控制,(1）拉深时采用压边圈的条件见表。 (2）根据毛坯相对厚度和拉深系数确定是否采用压边圈。,3.采用压边圈的条件,4.2.3 拉深件质量控制,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：,4.2.4 拉深工艺

4、计算,1.旋转体拉深件毛坯尺寸的计算,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。,4.2.4 拉深工艺计算,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。,4.2.4 拉深工艺计算,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。,简单旋转体拉深件毛坯尺寸计算,4.2.4 拉深工艺计算,按图得：,故,整理后可得坯料直径为:,4.2.4 拉深工艺计算,【例4-1】 求有凸缘筒形件的毛坯直径尺寸。,4.2.4 拉深工艺计算,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

5、方法,第一次拉深系数：,第二次拉深系数：,第n次拉深系数：,2. 拉深系数,4.2.4 拉深工艺计算,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。,4.2.4 拉深工艺计算,（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,模具的几何参数,摩擦润滑,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,)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。,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： （）查表（表4-11）法 （）推算方法 （3）计算方法,当,4 无凸缘

6、圆筒件拉深次数确定,4.2.4 拉深工艺计算,5 圆筒件以后各次拉深特点,1)首次拉深时，平板毛坯的厚度和力学性能是均匀的，而以后各次拉深时，筒形件毛坯的壁厚和力学性能是不均匀的。 2)首次拉深时，凸缘变形区是逐渐缩小的，而以各次拉深时，其变形区保持不变，只是在终了时以前才缩小。 3)首次拉深时，拉深力的变化是变形抗力的增加与变形区域的减小这两个相反的因素互相消长的过程。因而在开始较快达到最大拉深力，然后逐渐减小为零。而以后各次拉深时，其变形区保持不变，但材料的硬度与壁厚是沿着高度方向而逐渐增加，所以其拉深力在整过拉深过程中一直在增加,如图4-13所示 ，直到拉深的最后阶段才由最大值下降为零。 4)首次拉深时，最大拉深力发生在初始阶段，破裂也发生在初始阶段，而以后各次拉深时，最大拉深力发生在末尾，所以破裂也发生在末尾。,5)以后各次拉深的变形区，因其外缘有筒壁刚性支持， 所稳定性较首次拉深为好，不易起皱。只是在拉深的最后阶段，筒壁边缘进入变形区后，变形区的外缘失去了刚件支持才有起皱的可能。,4.2.4 拉深工艺计算,以后各次拉深方法 ：正拉深与反拉深,6以后各次拉深的方法,4.2.4

7、拉深工艺计算,4.2.4 拉深工艺计算,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： (）保证12,(）使12 最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径： 11 221 ,7.无凸缘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,4.2.4 拉深工艺计算,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： (）保证12,(）使12 最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径： 11 221 ,4.2.4 拉深工艺计算,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,4.2.4 拉深工艺计算,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1。,解：因=1，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78,1.修边余量,2.毛坯直径,4.2.4 拉深工艺计算,坯料相对厚度为,3.确定是否使用压

8、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=0.500.53，mn=0.77(四次拉深时) 由于m总=0.256m1=0.500.53，因此不能一次拉出。 （1）采用查表法确定拉深次数： 由t/D100=1.28，h/D=3.7查表4-11得拉深次数n=4 由m总=0.256，t/D100=1.28查表4-12得拉深次数n=4,4.2.4 拉深工艺计算,（2）采用计算法确定拉深次数： 由公式4-14得 n=1+lg20-lg(0.5178)/lg0.77=3.66 取拉深次数n=4 5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=0.578=39mm；d2=0.7539=29.3mm；d3=0.7829.3=22.8mm； d4=0.8022.8=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

9、。,4.2.4 拉深工艺计算,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=0.5378=41mm ； d2=0.7641=31mm； d3=0.7931=24.5mm； d4=0.8224.5=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。,4.2.4 拉深工艺计算,8.工序件草图,4.2.4 拉深工艺计算,8.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。,4.2.4 拉深工艺计算,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/(凸缘的相对直径)、 1/(零件的相对高度)、r1/(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。,4.2.4 拉深工艺计算,（）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,4.2.4 拉深工艺计算,宽凸缘筒形件：,（2）宽凸缘圆筒形件的拉深,4.2.4 拉深工艺计算,（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、m3mn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

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