04-第四章-拉深工艺与拉深模设计(冷冲压工艺及模具设计)

总目录第一章冲压(裁)加工基本理论第二章冲裁工艺及模具设计第三章弯曲及弯曲模设计第四章拉深工艺与拉深模设计第五章其他成形工艺及模具设计第六章多工位精密自动级进模设计第七章冲压工艺规程的编制第八章典型冲压模具零件制造与装配复习第三章的内容1.弯曲变形规律及弯曲件质量影响因素。第四章拉深工艺与拉深模设计2．影响回弹的因素与减少回弹的措施。3.弯曲工艺计算方法。4.弯曲模典型结构及特点，弯曲模工作零件设计方法。复习上次课的内容1．拉深工序中的起皱、拉裂是如何产生的，如何防止它？2．拉深时通过危险断面传递的拉深力F由那几部分组成？怎样才能使F最小？第四章拉深工艺与拉深模设计第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定体积不变原则:第四章拉深工艺与拉深模设计一、坯料形状和尺寸确定的依据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。第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定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。第四章拉深工艺与拉深模设计二、简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定按图得：第四章拉深工艺与拉深模设计二、简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定故iAAAAD32124iAD423221)2(48)2(24)(rdArrdrArHdA222256.072.148)2(2)(4)2(rdrdHdrrdrrHdrdD整理后可得坯料直径为:第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定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，旋转体表面积为第四章拉深工艺与拉深模设计三、复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定LRAx2LRDLRDxx8242因拉深前后面积相等，故坯料直径D：第四章拉深工艺与拉深模设计拉深是基本冲压工序之一本章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、其它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、辅助工序等。内容简介：第四章拉深工艺与拉深模设计1．了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素；2．掌握拉深工艺计算方法。3．掌握拉深工艺性分析与工艺设计方法；4．认识拉深模典型结构及特点，掌握拉深模工作零件设计方法；5．掌握拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。学习目的与要求：第四章拉深工艺与拉深模设计1．拉深变形规律及拉深件质量影响因素；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．拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。重点：难点：1．拉深变形规律及拉深件质量影响因素；2．拉深工艺计算；3．其它形状零件的拉深变形特点；4．拉深模典型结构与拉深模工作零件设计。第四章拉深工艺与拉深模设计第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定第四节圆筒形件拉深工艺计算第五节其它形状零件的拉深第六节拉深件的工艺性第七节拉深模的典型结构第八节拉深模工作零件的设计第九节拉深工艺的辅助工序第一节概述第二节圆筒形件拉深变形分析本章目录第一节概述拉深：又称拉延，是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。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。第四章拉深工艺与拉深模设计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。拉深所使用的模具。第二节圆筒形件拉深变形分析圆筒形件是最典型的拉深件。第四章拉深工艺与拉深模设计一、拉深变形过程（二）拉深变形过程及特点1．变形现象（一）拉深成形时板料的受力分析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。第二节圆筒形件拉深变形分析第四章拉深工艺与拉深模设计一、拉深变形过程（续）（二）拉深变形过程及特点（续）2．金属的流动过程工艺网格实验材料转移：高度、厚度发生变化。3．拉深变形过程外力凸缘产生内应力：径向拉应力σ1；切向压应力σ3凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁直径为ｄ高度为Ｈ的圆筒形件（H（D-d）/2）拉深单元变形动画第二节圆筒形件拉深变形分析1.凸缘部分第四章拉深工艺与拉深模设计二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态应力分布图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。拉深成形后制件壁厚和硬度分布第二节圆筒形件拉深变形分析第四章拉深工艺与拉深模设计三、拉深件的起皱与拉裂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。第二节圆筒形件拉深变形分析1.凸缘变形区的起皱第四章拉深工艺与拉深模设计三、拉深件的起皱与拉裂（续）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：压边第二节圆筒形件拉深变形分析第四章拉深工艺与拉深模设计三、拉深件的起皱与拉裂（续）2.筒壁的拉裂主要取决于：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。拉深件类型a）轴对称旋转体拉深件b)盒形件c)不对称拉深件第四章拉深工艺与拉深模设计拉深模结构图１-模柄２-上模座３-凸模固定板４-弹簧５-压边圈６-定位板７-凹模８-下模座９-卸料螺钉10-凸模第四章拉深工艺与拉深模设计拉深变形过程第四章拉深工艺与拉深模设计拉深的网格试验第四章拉深工艺与拉深模设计拉深过程的应力与应变状态第四章拉深工艺与拉深模设计下标1、2、3分别代表坯料径向、厚度方向、切向的应力和应变圆筒形件拉深时凸缘变形区的应力分布第四章拉深工艺与拉深模设计拉深件的壁厚和硬度的变化第四章拉深工艺与拉深模设计凸缘变形区的起皱第四章拉深工艺与拉深模设计筒壁的拉裂第四章拉深工艺与拉深模设计第四章拉深工艺与拉深模设计不变薄拉深变薄拉深复习上次课的内容1．拉深工序中的起皱、拉裂是如何产生的，如何防止它？2．拉深时通过危险断面传递的拉深力F由那几部分组成？怎样才能使F最小？第四章拉深工艺与拉深模设计第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定体积不变原则:第四章拉深工艺与拉深模设计一、坯料形状和尺寸确定的依据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。第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定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。第四章拉深工艺与拉深模设计二、简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定按图得：第四章拉深工艺与拉深模设计二、简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定故iAAAAD32124iAD423221)2(48)2(24)(rdArrdrArHdA222256.072.148)2(2)(4)2(rdrdHdrrdrrHdrdD整理后可得坯料直径为:第三节旋转体拉深件坯料尺寸的确定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，旋转体表面积为第四章拉深工艺与拉深模设计三、复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定LRAx2LRDLRDxx8242因拉深前后面积相等，故坯料直径D：复习上次课的内容1.拉深件坯料尺寸的计算遵循什么原则？2.简单旋转体与复杂旋转体的拉深件坯料尺寸的计算方法与步骤？第四章拉深工艺与拉深模设计第四节圆筒形件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。第四章拉深工艺与拉深模设计一、拉深系数与极限拉深系数1.拉深系数的定义第一次拉深系数：第二次拉深系数：第n次拉深系数：Ddm11122ddm1nnnddm第四节圆筒形件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。第四章拉深工艺与拉深模设计一、拉深系数与极限拉深系数1.拉深系数的定义（续）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］nnnnnnnmmmmmddddddddDdDdm132112123121从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。第四节圆筒形件拉深工艺计算（1）材料的组织与力学性能第四章拉深工艺与拉深模设计一、拉深系数与极限拉深系数２．影响极限拉深系数的因素（2）板料的相对厚度（3）拉深工作条件Dt/Dt/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］第四节圆筒形件拉深工艺计算表4.4.1和表4.4.2是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极限拉深系数。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。第四章拉深工艺与拉深模设计一、拉深系数与极限拉深系数３．极限拉深系数的确定第四节圆筒形件拉深工艺计算１．拉深次数的确定第四章拉深工艺与拉深模设计二、拉深次数与工序件尺寸＞［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4.4.3）法（２）推算方法（3）计算方法当总m第四节圆筒形件拉深工艺计算2．各次拉深工序件尺寸的确定第四章拉深工艺与拉深模设计二、拉深次数与工序件尺寸（１）工序件直径的确定确定拉深次数以后，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＝Dd２）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第四节圆筒形件拉深工艺计算2．各次拉深工序件尺寸的确定第四章拉深工艺与拉深模设计二、拉深次数与工序件尺寸根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得到如下工序件高度计算公式。计算前应先定出各工序件的底部圆角半径（见4.8.1）。（２）工序件高度的计算nnnnnnnrddrddDhrddrddDhrddrddDh32.043.025.0...32.043.025.032.043.025.022222222211111121第四