第4章拉深工艺与拉深模

第四章拉深工艺与拉深模设计第三节圆筒形件的拉深系数第四节圆筒形件的拉深次数及工序尺寸确定第五节圆筒形件拉深的压边力与拉深力第九节拉深件的工艺性第十节拉深模第一节拉深的基本原理第二节旋转体拉深件毛坯尺寸的确定本章目录第一节拉深的基本原理一.拉深变形过程、特点及拉深分类拉深(俗称拉延):是利用模具将平板毛坯制成开口空心零件的一种冲压工艺。图5-1拉深示意图1—凸模2—压边圈3—毛坯4—凹模第一节拉深的基本原理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。拉深所使用的模具。用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形、盒形和其它不规则形状的薄壁零件。特点:生产效率高,省材料,零件的强度和刚度好,精度较高,拉深可加工范围非常广泛,直径从几毫米的小零件直至2～3m的大型零件。拉深过程:在凸模的作用下,直径为D0的毛坯被拉进凸凹模之间的间隙里形成圆筒件。变形区:毛坯的外部环形部分。不变形区:底部。已变形区:被拉入凸、凹模之间的直壁部分。拉深过程中出现的现象(1):高度变化多余的三角形废料没有被裁去,而是通过塑形变形被转移到增加圆筒形零件的高度,使h＞(D0-d)/2圆筒形拼装成形拉深过程中出现的现象(2):厚度变化图5-3圆筒形拉深件壁厚的变化(%)拉深件厚度和硬度的分布a1＞a2＞a3＞...＞ab1=b2=b3=...=b0拉深时扇形单元的受力与变形情况二.拉深过程中毛坯的应力和应变状态图5-4拉深时毛坯的变形特点图5-5拉深时毛坯内各部分的内应力a)平板毛坯的一部分b)毛坯在拉深过程中的变形c)拉深成圆筒形件第一节拉深的基本原理第五章拉深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。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：压边第四章拉深工艺与拉深模设计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。三.拉深时凸缘变形区的应力分布和起皱图5-7圆筒形件拉深时的应力分析1.凸缘变形区的力学分析(1113φσ+dσ)(R+dR)φt-σRφt+2σdRtsin=021131max03max(ln(1ln)lntsmtsmtsmsmRRRRRr3sσσ)=βσσ=1.1σσ=1.1σσ=1.1σσ=1.1σln(1ln)ttsmsmRRRR拉深某一瞬间=的位置13|σ||σ|1.1σ1.1σ0.610.610.61tttRRRRRR=313131|σ||σ||σ||σ||σ||σ|t0在整个拉深过程中,当R=(0.70.9)R时,~maxmaxmax达最大值[()],是拉深最容易拉裂时刻11σσ2.起皱•起皱:在拉深过程中,毛坯凸缘在切向压应力作用下,可能产生塑性失稳而拱起的现象。图5-8凸缘起皱1—凸模2—毛坯3—凹模2.起皱危害:1.毛坯凸缘起皱严重时不能通过凸模和凹模间隙而被拉断。2.轻微起皱的毛坯凸缘虽可通过间隙,但会在筒壁上留下皱痕,影响零件的表面质量。影响因素:1.σ32.t/(Rt-r0)四.拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断图5-9拉深时压边力引起的摩擦阻力四.拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断图5-10凹模圆角处的受力状态四.拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断图5-11毛坯的弯矩示意图筒壁危险断面上的有效抗拉强度为:若σP＞σK,拉深件即产生拉裂。1.15521bkbdrtσσσ2.拉裂图5-12拉深件拉裂影响拉裂的因素(1)压边力(2)相对圆角半径凹模(rd/t)＜2凸模(rp/t)＜5(rp/t)=5～20(3)润滑凹模与凸模润滑效果相反(4)凸模和凹模间隙(5)表面粗糙度第二节旋转体拉深件毛坯尺寸的确定(1)计算法:简单形状(2)图解法和解析法:复杂形状一.计算法(1)确定修边余量表4-2无凸缘拉深件的修边余量δ(mm)工件高度h工件的相对高度h/d＞0.5～0.8＞0.8～1.6＞1.6～2.5＞2.5～4≤101.01.21.52＞10～201.21.622.5(2)计算工件表面积圆筒直壁部分表面积圆角球台部分表面积底部表面积工件总面积:1()AdHR22[2(2)8)4ARdRR23(2)4AdR22123()[2(2)8)](2)44AAAAdHRRdRRdR(3)求出毛坯尺寸202204(2)4()2(2)8DADdRdHRRdRR二.解析法2002248xxxARLDRLDRL1122110128nixixxnxninixiinixiiLRLRLRLRALRDLR三.图解法图5-16求拉深件毛坯尺寸图解法08xDLR第三节圆筒形件的拉深系数一.拉深变形程度的表示方法-拉深系数拉深系数(m):每次拉深后圆筒形零件的直径与拉深前毛坯(或前道工序件)的直径之比。第一次拉深系数第二次拉深系数第n次拉深系数(1)m＜1(2)m↘,拉深变形程度↗110dmD221dmd1nnndmd三.极限拉深系数的确定表4-6圆筒形件的极限拉深系数(带压边圈)拉深系数坯料相对厚度(t/D0)(%)2.0～1.51.5～1.01.0～0.60.6～0.30.3～0.150.15～0.08m10.48～0.500.50～0.530.53～0.550.55～0.580.58～0.600.60～0.63m20.73～0.750.75～0.760.76～0.780.78～0.790.79～0.800.80～0.82m30.76～0.780.78～0.790.79～0.800.80～0.810.81～0.820.82～0.84m40.78～0.800.80～0.810.81～0.820.82～0.830.83～0.850.85～0.86m50.80～0.820.82～0.840.84～0.850.85～0.860.86～0.870.87～0.88第四节圆筒形件的拉深次数及工序尺寸确定一.拉深次数的确定(1)m≥m1,一次拉深成形;(2)m＜m1,多次拉深成形。常用两种方法确定拉深次数。1.根据拉深系数确定拉深次数各次拉深直径分别为:d1=m1d0;d2=m2d1;…;dn=mndn-1(1)根据已知条件,由表5-3查出各次极限拉深系数。(2)选取各次拉深系数时,按照极限拉深系数计算出各次拉深直径,直到直径dn略小于或等于工作直径时,计算的次数即为拉深次数。(3)经调整各次拉深系数m1;m2;…;mn的值,最后确定各次拉深直径d1;d2;…;dn.2.根据零件的相对高度确定拉深次数表5-4拉深件相对高度h/d与拉深次数的关系(无凸缘圆筒形件)拉深次数坯料的相对厚度(t/D)(%)2～1.51.5～1.01.0～0.60.6～0.30.3～0.150.15～0.0810.97～0.770.84～0.650.71～0.570.62～0.50.52～0.450.46～0.3821.88～1.541.60～1.321.36～1.11.13～0.940.96～0.830.9～0.733.5～2.72.8～2.22.3～1.81.9～1.51.6～1.31.3～1.145.6～4.34.3～3.53.6～2.92.9～2.42.4～2.02.0～1.558.9～6.66.6～5.15.2～4.14.1～3.33.3～2.72.7～2.0二.不带凸缘的圆筒形件拉深工序尺寸计算(1)底部无圆角圆筒形件第一次拉深:h1=0.25(D0k1-d1)第二次拉深:h2=h1k2+0.25(d1k2-d2)…….(2)底部有圆角圆筒形件第一次拉深:h1=0.25(D0k1-d1)+0.43(r1/d1)(d1+0.32r1)第二次拉深:h2=0.25(D0k1k2-d2)+0.43(r2/d2)(d2+0.32r2)…….式中:D0—毛坯直径;d1、d2—第一、第二工序拉深的工序件直径;k1、k2—第一、第二工序拉深的拉深程度;r1、r2—第一、第二工序拉深的工序件底部圆角半径;h1、h2—第一、第二工序拉深的工序件高度;例:无凸缘圆筒件的拉深次数和工序件尺寸的确定1.判断能否一次拉出h=200-1=199h/d=199/(90-2)=2.26查表4-2得修边余量δ=8mmt/Dx100=2x100/283=0.7由表4-6查出各次的拉深系数:m1=0.54,m2=0.77,m3=0.80,m4=0.82.则零件的总拉深系数m总=d/D=88/283=0.31,即:m总小于m1=0.54,故该零件需经多次拉深才能达到所需尺寸。2计算拉深次数(两种方法)(1)d1=m1D=0.54χ283mm=153mmd2=m2d1=0.77χ153mm=117.8mmd3=m3d2=0.80χ117.8mm=94.2mmd4=m4d3=0.82χ94.2mm=77.2mm可知该零件要拉4次才行。(2)零件的相对高度h/d=207/88=2.36,相对厚度为0.7,从表5-4可知拉深次数在3～4之间,这样零件的拉深次数就确定为4次。2.半成品尺寸的确定(包括半成品的直径dn、筒底圆角半径rn和筒壁高度hn)(1)半成品的直径dn半成品拉深次数确定后,再根据计算直径dn应等于直径d的原则,对各次拉深系数进行调整,使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数。设实际采用的拉深系数为m1′,m2′,m3′,m4′...,mn′,应使各次拉深系数依次增加,即:m1′＜m2′＜m3′＜m4′＜...＜mn′拉深系数应调整为:m1=0.57,m2=0.79,m3=0.82,m4=0.85第一次d1=160mmm1′=160/283≈0.57第二次d2=126mmm2′=126/160≈0.79第三次d3=104mmm3′=104/126≈0.82第四次d4=88mmm4′=88/104≈0.85(2)半成品高度的确定应先定出各次半成品底部的圆角半径,查表5-17,式5-52,取r1=6t=12,r2=12x0.7≈8,r3=8x0.8≈6.h1=0.25(D0k1-d1)+0.43(r1/d1)(d1+0.32r1)=0.25(283/0.57-160)+0.43(12/160)(160+0.32χ12)=89mmh2=0.25(D0k1k2-d2)+0.43(r2/d2)(d2+0.32r2)=0.25(283/0.57/0.79-126)+0.43(8/126)(126+0.32x8)=129mmh3=0.25(D0k1k2k3-d3)+0.43(r3/d3)(d3+0.32r3)=0.25(283/0.57/0.79/0.82-104)+0.43(6/104)(104+0.32x6)=168mm所示零件各次拉深的半成品尺寸第五节圆筒形件拉深的压边力与拉深力一.拉深的起皱与防皱措施图5-24锥形拉深凹模的拉深过程(1)用锥形凹模时,毛坯不起皱的条件是:(t/D0)≥0.03(1-m)或(t/d)≥0.03(K-1)(2)用普通平端面凹模拉深时毛坯不起皱的条件是:(t/D0)≥(0.09～0.17)(1-m)或(t/d)≥(0.09～0.17)(K-1)式中d—