第四章拉深工艺与拉深模设计

拉深工艺与拉深模设计4.1典型案例4.2拉深工艺与模具的设计程序4.3拉深工艺性分析4.4拉深形式及模具结构设计4.5拉深工艺参数计算4.6其它旋转体件的拉深4.7其它拉深方法4.8拉深压力计算4.9拉深件成形模总体设计4.10拉深辅助工序拉深是指将一定形状的平板毛坯通过拉深模冲压成各种形状的开口空心件，或以开口空心件为毛坯通过拉深进一步使空心件改变形状和尺寸的一种冷冲压加工方法。一次拉深成型锅体不变薄拉深变薄拉深拉深件三大类：①旋转体零件：如搪瓷杯、车灯壳、喇叭等；②盒形件：如饭盒、汽车油箱、电器外壳等；③形状复杂件：如汽车上的覆盖件等。4.1典型案例（1）机壳材料为08F，属于大批量生产。（2）电容器外壳材料一般为铝（如1200），属于大批量生产。（3）微电机外壳要求具有通用性和互换性，其材料一般为普通碳素钢（如Q215），属于大批量生产。（4）罩壳零件材料为铝，大批量生产。4.2拉深模设计程序审图拉深工艺性分析拉深工艺方案制定毛坯尺寸计算拉深次数确定冲压力及压力中心计算凸、凹模结构设计总体结构设计冲压设备选择冲压模装配图绘制非标零件图绘制4.3拉深工艺性分析4.3.1对拉深件形状的要求①在设计拉深件时，应注明必须保证外形或内形尺寸，不能同时标注内外形尺寸；尺寸标注②半敞开及非对称的空心件，应考虑设计成对称（组合）的拉深件，然后将其剖切成两个或更多个零件。组合零件③一般拉深件允许壁厚变化范围为0.6t～1.2t，若不允许存在壁厚不均现象，应注明。壁厚变化现象④需多次拉深成形的工件（h＞0.5d），其内外壁上或带凸缘拉深件的凸缘表面，应允许存在拉深过程中产生的压痕。⑤除在结构上有特殊的要求，一般应尽量避免异常复杂及非对称形状的拉深件。⑥拉深件口部应允许稍有回弹，但必须保证装配一端在公差范围之内。压痕现象4.3.2拉深件圆角半径的要求（1）凸缘圆角半径rdΦrdØ≥2t，一般取rdØ=(5～8)t。当rdØ＜0.5mm时，应增加整形工序。（2）底部圆角半径rpgrpg≥t，一般取rpg≥(3～5)t。当rpg＜t时，应增加整形工序，每整形一次，rpg可减小1/2。有凸缘拉深件（3）矩形拉深件壁间圆角半径rpy应取rpy≥3t。为使拉深工序次数减少，应尽量取rpy≥h/5，以便能一次拉深完成。矩形拉深件4.3.3拉深件的精度等级拉深件的精度等级主要指其横断面的尺寸精度，一般在IT13级以下，高于IT13级的应增加整形工序。4.3.4拉深件的材料①具有较大的硬化指数；②具有较低的径向比例应力σr/σb峰值③具有较小的屈强比σs/σb；④具有较大的厚向异性指数r。4.3.5拉深件废品情况及原因（1）起皱起皱是指在拉深过程中毛坯边缘形成沿切向高低不平的皱纹。为防止起皱，通常采用压边圈，通过压边力的作用，使毛坯不易拱起(起皱)。带压边圈的拉深模总的压边力按下式确定Q=Sq式中S—在开始拉深瞬间，不考虑凹模圆角时的压边圈面积。在生产中也可以按压边力为拉深力的1/4选取，即：Q=0.25F1式中F1—第一道拉深的拉深力。（2）破裂破裂是拉深工作中的主要问题。可以通过两种途径来解决，即一方面降低凸缘变形区变形抗力的值，另一方面提高危险断面的抗拉强度。4.3.6案例分析案例工艺性分析机壳制件形状简单、对称，属无凸缘拉深件，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求，底部圆角半径rpg=6mm＞t，制件精度相当于IT15级，冲孔精度为IT12级，材料为软钢。电容器外壳制件形状简单、对称，属无凸缘拉深件，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求，底部圆角半径rpg=1.2mm=t，制件无精度要求，材料为软铝。微电机外壳制件筒体形状对称，是一阶梯形属带凸缘拉深件，但凸缘形状较复杂，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求；凸缘圆角半径rdØ=1mm＜2t，底部圆角半径rpg1=1.2mm=t，底部圆角半径rpg2=0.4mm＜t；制件精度相当于IT8级，精度要求过高；材料为软钢。罩壳制件筒体形状对称，是一阶梯形属带凸缘拉深件，但凸缘带有弯曲成形，对壁厚均匀性及表面压痕无特殊要求；凸缘圆角半径rdØ=0.6mm=2t，底部圆角半径rpg1=0.6mm＞t，底部圆角半径rpg2=0.3mm=t；制件无精度要求，材料为软铝。4.4拉深形式及模具结构设计4.4.1凸、凹模圆角半径（1）凹模圆角半径的确定首次（包括只有一次）拉深凹模圆角半径式中rd1—首次拉深凹模圆角半径（mm）；D—坯料直径（mm）；d—凹模内径（mm）；t—材料厚度（mm）。首次拉深凹模圆角半径rd1的大小，也可查表选取。以后各次拉深凹模圆角半径rdi=(0.6~0.8)rdi-1（i=2，3，……，n）凹模圆角半径一般应符合rd≥2t的要求。（2）凸模圆角半径的确定首次拉深，凸模圆角半径rp1=（0.7~1.0）rd1最后一次拉深，凸模圆角半径rpn=rr—零件圆角半径。如果rt时，则rpn≥t，然后整形。中间各次拉深，凸模圆角半径rpi-1=0.5（di-1-di-2t）式中di-1，di—各工序的外径（mm）。4.4.2拉深模间隙（1）无压边圈的拉深模其单边间隙为：Z/2=（1~1.1）tmax式中Z/2——拉深模单边间隙（mm）；tmax——毛坯厚度的最大极限尺寸（mm）。（2）有压边圈时的拉深模，其间隙可按表4-3确定。对于精度要求高的零件，常采用负间隙拉深模。其单边间隙值为：Z/2=（0.9~0.95）tmax4.4.3凸、凹模工作部分尺寸及公差当零件尺寸标注在外形时当零件尺寸标注在内形时a）b）零件尺寸标注对于多次拉深，工序尺寸无需严格要求，凸、凹模的尺寸如下：式中Di——各工序的基本尺寸（mm）。凸、凹模工件表面粗糙度要求：凹模圆角处的表面粗糙度一般要求为Ra0.4μm，凹模与坯料接触表面和型腔表面粗糙度应达到Ra0.8μm；凸模工作表面粗糙度一般要求为Ra1.6~0.8μm。4.5拉深工艺参数计算4.5.1拉深件展开尺寸计算（1）旋转体拉深件展开尺寸计算拉深件毛坯尺寸的确定可以按照拉深前毛坯与拉深后的工件的表面积不变的原则计算。在计算毛坯之前，需在拉深件边缘(无凸缘拉深件为高度方向，有凸缘拉深件为半径方向)上加一段余量δ的数值。（2）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定数学计算法式中S——毛坯面积(mm2)；f——圆筒形拉深件各部分面积；D——毛坯直径(mm2)。在计算中，工件的直径按厚度中线计算，但板厚t＜0.8mm时，也可按工件的外径或内径计算。表4-7为简单几何形状的面积计算公式，表4-8为常用旋转体拉深件毛坯直径的计算公式。（3）复杂旋转体拉深坯件尺寸的确定旋转体的表面积等于旋转体外形曲线(母线)的长度L乘以由该母线所形成的重心绕转轴一周所得的周长2πRx的基础上，即：S=2πRxL式中S——旋转体表面积（mm）;L——旋转体母线长，其值等于各组成部分长度之和，即L=l1+l2+l3+……+ln（mm）；Rx——旋转体母线重心至旋转轴距离（mm）。由此可以得出毛坯的直径为：式中L、Rx——旋转体各组成部分母线长度和其重心至旋转轴的距离。1）作图法作图法（左图）所求得的旋转体重心至旋转轴的距离为Rx，得到Rx后即可利用上述公式或（右图）所示的办法直接求得。a）b）圆心重心位置a）圆弧与水平线相交b）圆弧与垂直线相交2）作图解析法①将零件按母线分成若干个简单的几何部分；②求出各简单几何部分的重心至旋转轴的旋转半径r1、r2、r3……rn；并求出各部分母线长度l1、l2、l3……ln；则其乘积之和lr=l1r1+l2r2+l3r3+……+lnrn；③根据毛坯及零件（包括余量部分）表面积相等原则，则得毛坯直径为：a）b）圆心重心位置a）圆弧与水平线相交b）圆弧与垂直线相交对直线段，则重心即在线段中心；圆弧线可分两种情况：圆弧与水平线相交和圆弧与垂直线相交。（4）盒形件（包括正方形）件展开尺寸的确定盒形件毛坯形状和尺寸的确定系根据制件的相对高度H/B和相对圆角半径ry/B决定的，这两个因素决定了圆角部分材料向制件侧壁转移的程度和侧壁高度的增加量。盒形件毛坯尺寸一般可用作图法求得。案例分析（毛坯尺寸计算）机壳由图4-1可得：d1=84mmd2=99mmh1=76mmh=83.5mmr=7.5mmh/d=83.5÷99=0.84由表4-5可查得：修边余量δ=3.8由表4-8可知：案例分析（毛坯尺寸计算）电容器外壳由图4-2可得：d1=17.6mmd2=21.2mmh1=26.8mmh=28.6mmr=1.8mmh/d=28.6÷21.2=1.35由表4-5可查得：修边余量δ=2.5由表4-8可知：案例分析（毛坯尺寸计算）微电机外壳由图4-3可得：d1=14.2mmd2=39.2mmd3=81mmh1=7mmh2=53mmdt/d=81÷39.2=2.07由表4-3可查得：修边余量δ=2.5由表4-8可知：案例分析（毛坯尺寸计算）罩壳由图4-3可得：d=2.9mmd1=3.8mmd2=4.7mmd3=7.8mmd4=9.3mmd5=11.23d6=17.8mmh1=0.1mmh2=4.2mmr=0.45mmr1=0.45mmr2=0.75mmr3=0.75mmdt/d=15÷9.3=1.61由表4-6可查得：修边余量δ=1.4由表4-8可知：4.5.2拉深尺寸计算（1）拉深系数圆筒形件的拉深系数是指拉深后圆筒形制件的直径与拉深前毛坯（或半成品）直径之比值，即：第一次拉深以后各次……式中m1、m2、m3、……mn——各次的拉深系数；d1、d2、d3、……dn——各次拉深制件（或工件）的直径（mm）；D——毛坯直径（mm）。当dn≤d时，则表示经过第次拉深可成形制件。总拉深系数：m总，即m总=d/D零件要求的拉深系数m[1]：极限拉深系数在拉深过程中，受到材料的力学性能、拉深条件和材料相对厚度、（t/D）等条件限制，保证拉深件不起皱和不断裂的最小拉深系数。m总值大于m[1]时，则所给零件只需一次拉深，否则必须多次拉深。拉深系数用来表示拉深过程中的变形程度。拉深系数愈小，变形程度愈大。在制订拉深工艺时，如拉深系数取得过小时，就会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。（2）影响拉深系数的因素1）材料的性能指标2）材料的相对厚度t/D3）润滑4）凸、凹模结构、尺寸及表面粗糙度5）制件形状、拉深次数等（3）以后各次拉深的特点1）筒形毛坯的壁厚及机械性能是不均匀的；2）凸缘变形区保持不变，拉深终了以前，逐渐缩小；3）拉深力在整个拉深过程中一直都在增加，直到拉深的最后阶段才由最大值下降至零；4）破裂常发生在拉深的终结阶段；5）外缘有筒壁刚性支持，稳定性较好，在拉深最后阶段，才易起皱；6）极限拉深系数要比首次拉深大得多。（4）拉深工序尺寸1）无凸缘圆筒形件各次拉深工序件尺寸的确定①工序件直径的确定确定拉深次数（查表）；确定各次拉深的极限拉深系数（查表）；调整拉深次数，并保证m1•m2•m3•……mn≤d/D；确定各次工序件直径：……②工序件圆角半径的确定③工序件高度的确定可根据无凸缘圆筒形件坯料尺寸计算求出高度尺寸。案例分析（无凸缘工序尺寸计算）机壳坯料的相对厚度：零件要求的拉深系数：不用压边圈由表4-11可查得：m1=0.65~0.75，取m1=0.67m2=0.8~0.85，取m2=0.82m3=0.84~0.90，取m3=0.86m总=m1·m2·m3=0.67×0.82×0.86=0.472d1=m1·D=0.67×208=139.36≈140mmd2=m2·d1=0.82×140=114.8≈115mmd3=m3·d2=086×115=98.9≈99mm采用压边圈由表4-10可查得：m1=0.5~0.53m2=0.75~0.76m总=m1·m2=0.53×0.76=0.403若仅首次拉深采用压边圈，则m总=m1·m2=0.53×0.82=0.435d1=m1·D=0.53×208=110.24≈112mmd2=m2·d1=0.82×112=91.84注：1．在实际拉深过程中，为了制件测量的方便，其相应的