拉深模具设计

第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计4.1拉深工艺4.2拉深模典型结构及工作零件的设计4.3设计实例习题第四章拉深模具设计2.在拉深工艺设计时,必须知道工件是否能一次拉出,还是需要几道工序才能拉成。能否正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性和拉深件的质量。拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。圆筒形件的拉深变形程度一般用拉深系数表示和衡量。1)拉深系数m是指每次拉深后圆筒形件直径与拉深前坯料(或半成品)直径的比值(图4-12)。第四章拉深模具设计图4-12圆筒形件的多次拉深第四章拉深模具设计第一次拉深系数11dmD第二次拉深系数第n次拉深系数1nnndmd总拉深系数表示从坯料直径拉深至的总变形程度。即：nnnnnnnmmmmmddddddddDdDdm132112123121总（4-3）122ddm第四章拉深模具设计拉深时既能使材料的塑性得到充分利用,同时又不致使拉深件破裂的最小拉深系数,称为极限拉深系数拉深系数是一个重要的工艺参数,它是拉深工艺计算的基础。知道了拉深系数就知道工件总的变形量和每道拉深的变形量,工件需拉深的次数及各次半成品的尺寸也就可以求出。1nnndmd第四章拉深模具设计2)(1)①材料的力学性能。材料的屈强比σs/σb越小、伸长率δ越大,对拉深越有利。②材料的相对厚度(t/D)。材料的相对厚度大时,凸缘抵抗失稳起皱的能力增强,因而所需压边力减小(甚至不需要),这就减小了因压边力而引起的摩擦阻力,从而使总的变形抗力减少,故极限拉深系数可减小。第四章拉深模具设计③材料的表面质量。材料的表面光滑,拉深时材料所受的摩擦阻力小且容易流动,所以极限拉深系数可减小。③材料的表面质量。材料的表面光滑,拉深时材料所受的摩擦阻力小且容易流动,所以极限拉深系数可减小。第四章拉深模具设计(2)拉深条件。①模具工作部分的结构参数。模具结构参数中,影响极限拉深系数的主要是凸、凹模圆角半径及模具间隙。凸模圆角半径rp太小,则板料绕凸模弯曲的拉应力增加,易造成局部变薄严重,会降低极限变形程度;凹模圆角半径rd太小,则板料在拉深过程中通过凹模圆角半径时弯曲阻力增加,也会降低极限变形程度;模具间隙太小,则板料会受到的挤压作用和摩擦阻力太大,增大了拉深力,使极限变形程度减小。第四章拉深模具设计因此,为了减小极限拉深系数,凸、凹模圆角半径及模具间隙应适当取较大值。但是,凸、凹模圆角半径和模具间隙也不宜取得过大,容易产生失稳起皱;过大的模具间隙会影响拉深件的精度,使拉深件的锥度和回弹较大。第四章拉深模具设计②压边条件。采用压边圈并加以合理的压边力对拉深有利,可以减小拉深系数。拉深时压边力过大,会增加拉深阻力,传力区危险断面的负担增加压边力过小,拉深时变形区起皱的倾向增加,都对拉深不利。合理的压边力应该是在保证不起皱的前提下取最小值。第四章拉深模具设计③摩擦与润滑条件。凹模与压料圈的工作表面光滑，润滑条件较好,可以减小拉深系数。但为避免在拉深过程中凸模与板料或工序件之间产生相对滑移造成危险断面的过度变薄或拉裂,在不影响拉深件内表面质量和脱模的前提下,凸模工作表面可以比凹模粗糙一些,并避免涂润滑剂。第四章拉深模具设计④拉深次数。第一次拉深时材料还没硬化,塑性好,极限拉深系数可小些。以后的拉深因材料已经硬化,塑性愈来愈低,变形越来越困难,故一道比一道的拉深系数大。除此以外,影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉深速度、拉深件形状等。第四章拉深模具设计3)实际生产中,极限拉深系数的数值一般是在一定的拉深条件下用试验方法得出的,见表4-4和表4-5。表4-4无凸缘圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数坯料相对厚度（t/D）×100拉深系数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实际生产中采用的拉深系数一般均大于表中所列数字第四章拉深模具设计表4-5无凸缘圆筒形件不带压边圈时的极限拉深系数坯料相对厚度（t/D）×100拉深系数1.52.02.53.0＞3m10.650.600.550.530.50m20.800.750.750.750.70m30.840.800.800.800.75m40.870.840.840.840.78m50.900.870.870.870.82m6—0.900.900.900.85由表中可以看出,用压边圈时,首次拉深m1约为0.5～0.6左右,以后各次拉深mn约为0.7～0.8左右。mn均大于首次拉深m1的值,且以后各次拉深的拉深系数越来越大。不用压边圈的拉深系数大于用压边圈的拉深系数。第四章拉深模具设计3.圆筒形件拉深次数的确定当m总m1时,只需一次拉深就可拉出否则就要进行多次拉深。需要多次拉深时,其拉深次数可按以下方法确定:(1)推算法:先根据t/D和是否带压料圈的条件从表4-4或表4-5查出m1、m2、m3、…,然后从第一道工序开始依次算出各次拉深工序件直径,即d1=m1D、d2=m2d1、…、dn=mndn-1,直到dn≤d,即当计算所得直径也稍小于或等于拉深件所要求的直径d时,计算的次数n即为拉深的次数。第四章拉深模具设计例题：图4-53所示圆筒形件需大批量生产,材料为08F钢,料厚为1mm,采用压边圈压料。试用推算法确定:(1)第四章拉深模具设计(2)查表法:圆筒形件的拉深次数可从各种实用的表格中查取。如表4-6所示是根据坯料相对厚度t/D与零件的相对高度H/d查取拉深次数表4-7是根据t/D与总拉深系数m总查取拉深次数。第四章拉深模具设计表4-6无凸缘圆筒形件相对高度H/d与拉深次数的关系坯料相对厚度（t/D）×100拉深次数2～1.51.5～1.01.0～0.60.6～0.30.3～0.150.15～0.0810.94～0.770.84～0.650.71～0.570.62～0.500.52～0.450.46～0.3821.88～1.541.60～1.321.36～1.101.13～0.940.96～0.830.90～0.7033.50～2.702.80～2.202.30～1.801.90～1.501.60～1.301.30～1.1045.60～4.304.30～3.503.60～2.902.90～2.402.40～2.002.00～1.5058.90～6.606.60～5.105.20～4.104.10～3.303.30～2.702.70～2.00第四章拉深模具设计表4-7圆筒形件总拉深系数(m总)与拉深次数的关系坯料相对厚度（t/D）×100拉深次数2～1.51.5～1.01.0～0.50.5～0.20.2～0.0620.33～0.360.36～0.400.40～0.430.43～0.460.46～0.4830.24～0.270.27～0.300.30～0.340.34～0.370.37～0.4040.18～0.210.21～0.240.24～0.270.27～0.300.30～0.3350.13～0.160.16～0.190.19～0.220.22～0.250.25～0.29第四章拉深模具设计图4-12圆筒形件的多次拉深第四章拉深模具设计4.当圆筒形件需多次拉深时,就必须计算各次拉深的工序件尺寸,以作为设计模具及选择压力机的依据。1)各次工序件的直径当拉深次数确定之后,先从表中查出各次拉深的极限拉深系数,并加以调整后确定各次拉深实际采用的拉深系数。调整的原则是:第四章拉深模具设计(1)保证m1m2m3…mn=d/D。(2)变形程度应逐步减小,即后续拉深系数应逐步增大,且大于表中所列极限拉深系数。然后根据调整后的各次拉深系数计算各次工序件直径:d1=m1D、d2=m2d1、…、dn=mndn-1d2)各次工序件的圆角半径工序件的圆角半径r等于相应拉深凸模的圆角半径rp,即r=rp。但当料厚t≥1mm时,应按中线尺寸计算,这时r=rp＋t/2。第四章拉深模具设计3)各次工序件的高度在各工序件的直径与圆角半径确定之后,可根据圆筒形件坯料尺寸计算公式推导出各次工序件高度的计算公式为211111110.250.430.32rDHddrdd222222220.250.430.32rDHddrdd20.250.430.32nnnnnnnrDHddrdd…(4-4)第四章拉深模具设计图4-14无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程第四章拉深模具设计例:计算如图4-15所示圆筒形件的坯料尺寸、拉深系数及各次拉深工序件尺寸。材料为08钢,板料厚度t=2mm。图4-15圆筒形件第四章拉深模具设计解:因板料厚度t1mm,故按板厚中线尺寸计算。(1)计算坯料直径:根据零件尺寸,其相对高度为H/d=(76-1)/(30-2)≈2.7查表4-1得切修边余量Δh=6mm;由表4-3查得坯料直径计算公式为2241.720.56DddHdrr由图4-15知d=28mm,r=4mm,h=75mm,H=81mm,代入上式mm3.98454.042872.1812842822D第四章拉深模具设计(2)确定拉深次数:根据坯料相对厚度t/D=2/98.3×100%=2%按表4-9知可采用也可不采用压料圈,但为了保险起见,拉深时采用压料圈。第四章拉深模具设计零件所要求的总拉深系数m总=d/D=28/98.3=0.285由表4-4查得各次极限拉深系数为:m1=0.50,m2=0.75,m3=0.78,m4=0.80,…。可见m总m1,故不能一次拉出。第四章拉深模具设计用推算法推算各次拉深直径为d1=m1D=0.50×98.3=49.2mmd2=m2d1=0.75×49.2=36.9mmd3=m3d2=0.78×36.9=28.8mmd4=m4d3=0.80×28.8=23mm因为d4=23mm＜d=28mm,所以需采用4次拉深成型。第四章拉深模具设计(3)确定各次拉深工序件的尺寸:①各次工序件的直径。调整各次拉深系数,使各次拉深系数均大于表4-4查得的相应极限拉深系数。调整后各次拉深的实际拉深系数选为:m1=0.52,m2=0.78,m3=0.83,m4=0.846。则各次工序件直径为第四章拉深模具设计②各次工序件底部圆角半径取以下数值:r1=8mm,r2=5mm,r3=r4=4mm③各次工序件高度为2198.380.2551.10.4351.10.32838.151.151.1H2298.380.2539.90.4339.90.32552.839.939.9H2398.380.2533.10.4333.10.32466.333.133.1H481H第四章拉深模具设计(4)画出工序图:以上计算所得各工序件尺寸都是中径尺寸,换算成零件图标准的标注形式后,所得各工序件的草图如图4-16所示。第四章拉深模具设计图4-16圆筒形件的各次拉深工序件尺寸第四章拉深模具设计例题：图4-53所示圆筒形件需大批量生产,材料为08F钢,料厚为1mm,采用压边圈压料。试用确定:(1)第四章拉深模具设计4.1.41.影响拉深力的因素比较复杂,实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据,采用经验公式计算拉