第四章、拉深

第四章拉深定义：将板料在具有一定圆角半径的凸、凹模作用下变成开口空心零件的冲压方法。模具特征：凸、凹模具有圆角半径教图4-1举例：拉深件分类：1.直壁轴对称零件2.直壁非轴对称零件3.曲面轴4.曲面非轴对称零件主要讲圆筒形零件的拉深，并以此作为基础讲其他形状零件的拉深。拉深分为变薄拉深和不变薄拉深。主要讲不变薄拉深。本章目录一、圆筒形零件拉深变形过程及出现的现象二、筒形拉深工艺计算及模具设计三、带凸缘圆筒形件的拉深四、阶梯圆筒件的拉深五、锥形、球形、抛物线形零件的拉深六、盒形件拉深七、变薄拉深八、覆盖件的拉深成形总结一、圆筒形零件拉深变形过程及出现的现象1.拉深时变形情况手工：底部dh=(D-d)/2去掉阴影三角形面积教图4-1、4-4模具拉深过程:动画2个拉深变形过程—1—2底部dh=(D-d)/2+△h“多余三角形面积”在拉深中发生了转移，产品的高度增加和厚度增加。但厚度增加较少，一般计算可以忽略不计。厚度随高度增加；加工硬化随高度增加；拉深工艺的主要特征：金属产生了塑性流动。拉深变形网格图：教图4-2拉深变形特点：切向压缩变形，径向伸长变形。2．拉深过程中毛坯的应力应变状态教图4-3分为五个区域：（1）凹模口的凸缘部分（变形区）扇形变为矩形的区域,当“多余三角形”较大，材料较薄时，易发生最外缘处波浪形荷叶边。起皱在切向压应力作用下板料发生了失稳而拱起的现象称为“起皱”。（2）凹模圆角部分（变形区、过渡区）（3）筒壁部分（已变形区、传力区）（4）凹模圆角部分（已变形区、过渡区）（5）圆底部分（不变形区）a处：1）冷作硬化弱，σs小，在同一拉力作用下，易变薄；2）由平板料转移成筒壁时，a处材料转移较少，厚度最薄；3）与底部圆角相比，摩擦小，易变形。在传力过程中，a处拉应力最大，而σs最小，材料最薄，该处易拉薄或拉裂。动画开裂3．凸缘变形区的应力分布及起皱问题¦Δ1maxσ1—径向σ3—切向σ2—厚向σ1=1.1σslnRt/rRt-任意时刻毛坯半径在拉深凹模口部σ1maxσ1max值随拉深进行而变化σs增大，σ1max值增大；同时lnRt/r减小，σ1max值减小；σ1max的最大值出现在Rt=（0.7-0.9）R毛坯书图4-5σ3=1.1σs（1--lnRt/r）r—任意一点的半径在毛坯外缘处σ3max随变形进行，σs增加；（1--lnRt/r）增加;σ3max增加σ1与σ3的值相等处的半径为0.61Rt。在此圆环内，σ1σ3径向应变大于切向应变,在拉应力作用下,材料厚度减薄；在此圆环外，σ3σ1切向应变大于径向应变,在压应力作用下,材料厚度增加。起皱问题：类似压杆失稳理论，一是压力大小，二是杆的粗细。切向σ3不断增大，增加起皱趋势；而相对厚度t/(Rt-r)不断增大，减小起皱趋势。实验表明：最易起皱的时刻是Rt=(0.8—0.9)Ro。产生材料失稳而起皱。切向σ3在外缘最大，变形程度也大，最易起皱。后果：不能拉入凹模而产生断裂；教图4-8如压边力不够或脱离压边圈后可能产生微皱。解决措施：通常用压边圈解决起皱问题。压边装置分为刚性和弹性两种，见图册P58、教图4-59、4-51压边力太大，危险断面拉应力增加。压边力太小，防皱效果差。压边力Q压=A×pA——压边面积;p——单位压边力采用或不采用压边圈的条件表4-24.筒壁传力区的受力分析与拉裂问题（1）凸缘材料的变形抗力（2）压边力在板料表面引起的双面摩擦力（3）材料流过凹模圆角处的（摩擦阻力）拉应力近似按受拉皮带沿滑轮的滑动摩擦理论来计算，即用摩擦阻力系数来修正eμα值。α为90o(δ1max+δm)eμл/2（4）材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力δw241trtdbδδω（5）材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯曲力δw`δw`=δw初期凹模圆角rp处的弯曲应力δw``拉应力总和（拉应力随拉深过程变化）：a处产生拉裂现象动画拉深开裂教图4-1241``trtpbδδωbp＞δδmax5．凸耳的产生和残余应力凸耳：因毛坯的各向异性。残余应力：由弯曲—反向弯曲产生。从而产生口部切向拉应力。如黄铜零件或不锈钢零件拉深后口部没有后续工序直接存放，放一段时间就会产生开裂现象。返回二、筒形拉深工艺计算及模具设计1．拉深零件的毛坯尺寸原则：拉深前后的毛坯面积与工件的表面积相等F毛坯=F工件教图4-13由于材料各向异性及间隙不均等原因，出现凸耳现象，一都要修边。因此在产品边缘加上修边余量。表4-5有凸缘的修边余量表4-4查无凸缘的修边余量筒形的毛坯计算公式书84页简单旋转体拉深件的毛坯计算冲模设计手册*2．拉深系数和次数的决定拉深件存在起皱和拉裂问题，起皱可用压边圈解决，而拉裂是主要问题。如工件壁厚要求严格，即使未拉裂，严重变薄也会使工件报废。措施：一是要控制拉深变形程度；二是要改善拉深条件。phhhpppmaxpppmax用一直径不变的凸模拉不同大小的毛坯，随着拉深高度的变化，拉深力有很大的不同，当D大到一定程度，工件拉裂。⑴d/D越小，转移多余三角面积越多，变形程度就大，产品易裂；⑵从受力来看，拉深力由壁部传递，P危允＞Pmax不裂；Pmax＞P危允拉裂为了保证每次拉深变形顺利，要控制环状面积，即控制多余三角形的面积（它意味着变形量多少），以保证产品质量。生产中引入了“拉深系数”概念。（1）拉深系数——每次拉深后圆筒形件直径与拉深前毛坯或半成品直径的比值。d/D用m来表示。m=d/D两层含义：教图４－１８一是零件所要求的拉深系数，即总变形程度；产品总m=d工件/D毛坯二是按材料的性能及加工条件等因素在一次拉深中所能达到的极限拉深系数。书上及手册上是极限值（2）表达式拉深比解决破裂问题主要是控制变形程度如拉深系数取在极限上，改善拉深条件显得尤为重要1nnnddm极限产品nnmmmK1m＜1⑶影响拉深系数的因素①材料的机械性能σsσb延伸率δ屈强比σs/σb↓m↓延伸率δ↑m↓σs/σb≤0.65δ≥28%拉深性好②材料的相对厚度t/Dt/D↑---凸缘材料不易起皱---金属流动阻力小---拉深顺利。t/D↑↑---可不用压边装置---相应拉深力小----危险断面的拉应力就小----m↓③润滑条件润滑条件好---易于流动---阻力小----m↓润滑条件太好---易起皱④模具情况rd↑---m↓；rd↑↑，筒形件口部易起小皱。rp↑---弯曲不厉害---m↓，rp太小，转角处易拉裂。模具表面光滑，间隙值合理，m↓⑤拉深次数越多，板料硬化越严重，塑性下降。根据需要增加工序退火123mmm＞＞⑥拉深方式有压边圈，变形可大一些而不起皱；无压边圈，因起皱问题，变形要小一些；有压边圈---m可小；无压边圈----m稍大一些。采用不采用压边圈的条件，见手册或表4-18⑦拉深速度对于大型复杂零件，特别是变形不均匀的复杂件，拉深速度增大，局部变形加剧，金属来不及向邻近部位扩展，导致局部破裂。因此，拉深速度应小。如拉深速度较大，m就必须大一些。⑷拉深次数教图4-18①计算:②判断m总m1一次m总m1多次③决定拉深次数的一般原则保证产品质量的前提下，尽量减少拉深次数，即每次拉深工序在毛坯侧壁强度允许的条件下采用最大可能的变形。注意：变形程度大，拉裂产品可能就多，同样成本增大。oDdm工件总④方法查表法根据t/Dx100和h/d查次数表4-8推算法查m1m2……mn表4-5、4-6推算d1=m1D0d2=m2D1……dn≦mnDn-1即可得出n次。例：某发动机上的空心固定销工件，已知：D0=64t=2.5，材料1Cr18Ni9Ti，口部有凸缘，但不大。参考教图4-32工艺上可先拉成直筒形件，然后再压出凸缘部分。拉深次数计算如下：平径直径dn=24.5（t＞1，按平均直径）查表m1=0.55——0.52mn=0.78——0.81（第一次之后的各次拉深系数）推荐值:m1=0.53——0.59取m1=0.55mn=0.78d1=m1D0=0.55×64=35.2d2=0.78×35.2=27.456d3=0.78×27.456=21.42第三次材料塑性有余量，重新分配拉深系数取m1=0.6;m2=0.78m总=因为故例子：书88页382.0645.2400DdDd321mmmm总816.0213mmmm总5.2430816.0304.3878.04.38646.0233122011dmddmdDmd首次之后拉深的特点和方法•特点：•１．圆筒形毛坯的壁厚及力学性能都不均匀，变形复杂，极限拉深系数比首次大．m1＜m2•２．变形区保持不变，由于材料硬度和厚度不断增加，拉深力在逐渐增加．•３．破裂往往出现在拉深的末尾．力较大。•４．变形区外缘有筒壁的支持，稳定性好，不易起皱．方法：•１．正拉深２．反拉深•反拉深特点：•材料的流动方向有利于相互抵消拉深时形成的残余应力；•弯曲与反弯曲的次数减少，加工硬化减少，利于成形；•毛坯与凹模的接触面大，材料流动阻力也大，材料不易起皱，可以不用压边圈；•拉深力比正拉深大２０％左右，拉深系数降低１０－１５％，凹模壁厚受强度的影响．3．凸、凹模工作部分尺寸教图4-５4、11页书159页（1）凹模圆角半径在不产生起皱的前提下，rd越大越好。①首次拉深②以后各次rd不能太小tdDrd)(8.01n8.06.0(dndrr）—（2）凸模圆角半径影响不如rd这样大小于或等于N-1次的圆角起点不要小于N次圆角起点，否则底部不平r工件≮（2—3）t，如小于，则整形达到。110.17.0(dprr）—nnnpnrddr211工件rrpn（3）凸、凹模间隙间隙大小影响产品质量（形状、起皱、划伤等），模具寿命①采用压边圈时：△——材料正偏差K——料变厚增大系数，查手册或表4-21②不用压边圈③拉深件精度要求达到较高（IT11—13）黑色金属c=t有色金属c=0.95t④拉深H/d＜0.15回弹大采用负间隙C=（0.9-0.95t）kttcmaxttmaxmax)1.1~1(tc间隙方向的选取：a.中间过渡拉深工序，间隙方向不作规定，通常取在凸模上；b.最后一道工序，当工件要求外形尺寸时，以凹模为基准；间隙取在凸模上。当工件要求内形尺寸时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。4．凸、凹模尺寸及制造公差中间过渡工序，以凹模为基准：最后一道工序，零件给定外形尺寸和公差时ddDDδ00)(pdpZDDddDDδ△0)75.0(0-Z)75.0(ppDDδ△零件给定内形尺寸和公差时：D——工件外径d——工件内径△——工件公差Z——凸、凹模双面间隙δp——凸模制造公差δd——凹模制造公差0)4.0(ppdDδ△pddDδ△0Z)4.0(圆形件：见表4-23取δp、δd或采用IT6—IT8非圆形件：工件公差在IT13以上者,δp、δd采用IT6—IT8工件公差IT14以上者，δp、δd采用IT10异形件采用配作，只在基准件上标注公差，另一件配作5、凸、凹模结构形式出气孔作用：卸件作用；使产品贴模。1）无压边圈的拉深模：书图4-52、4-53、4-542）有压边圈的拉深模：教图4-55最后一次模具的设计要求A多用于直径小于100的拉深件B多用于直径大于100的拉深件，减轻毛坯的反复弯曲，改善拉深条件。3）带限制圈的结构：书图4-56改善切向受拉力的状况，从而改善口部开裂的现象，h=（0.4-0.6）dd1比上次拉深直径小0.1-0.2典型模具举例：正装、倒装，弹性压边装置的调整装置等。教图4-18、4-12、4-58、4-59、4-62、4-63、4-49、4-57、4-61、4-65、4-66、4-64、8-30。图册图54----606．拉深力经验公式k1、k2——表4-20.小于1压力机总压力：F=F拉深力+F压边力2111ktdFktdFbnnb7．拉深功计算拉深功的目的：选电机功率。系数取---0.6-0.8N电＞N10001000max21max1