冲压工艺与模具设计-电子教案第4章.ppt

1、第第4 4章拉深工艺与模具设计章拉深工艺与模具设计 拉深过程分析拉深过程分析4.1筒形件拉深的工艺计算筒形件拉深的工艺计算4.2筒形件以后各次拉深筒形件以后各次拉深4.3拉深模工作部分结构参数的确定拉深模工作部分结构参数的确定4.6其它形状零件的拉深其它形状零件的拉深4.7拉深模典型结构拉深模典型结构4.5拉深（又称拉延）是利用拉深模在压拉深（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。冲压基本工序之一。用拉深方法不仅可以制成筒形、阶梯用拉深方法不仅可

2、以制成筒形、阶梯形、锥形、球形、盒形和其他不规则形状形、锥形、球形、盒形和其他不规则形状的薄壁零件，还能和其他冲压成形工艺配的薄壁零件，还能和其他冲压成形工艺配合，制造形状极为复杂的零件，如图合，制造形状极为复杂的零件，如图4.14.1所所示。示。用拉深方法来制造薄壁空心件生产效用拉深方法来制造薄壁空心件生产效率高，而且精度也较高，材料消耗少，零率高，而且精度也较高，材料消耗少，零件的强度与刚度也高。因此广泛应用于汽件的强度与刚度也高。因此广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中。各种工业部门的产品生产中。图图4.1 4.1

3、拉深件类型拉深件类型4.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析 4.1.1 4.1.1 拉深变形过程拉深变形过程为了说明拉深过程中金属的变形，可为了说明拉深过程中金属的变形，可进行网格试验。在圆形毛坯上画出许多等进行网格试验。在圆形毛坯上画出许多等间距为间距为 的同心圆和等分中心角度的辐射线的同心圆和等分中心角度的辐射线（如图（如图4.34.3（a a）所示）。）所示）。在拉深后观察由这些同心圆与辐射线在拉深后观察由这些同心圆与辐射线所组成的扇形网格，可以发现：在筒形件所组成的扇形网格，可以发现：在筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，而筒底部的网格基本上保持原来的形状，而筒壁部分的网格则发生了

4、很大的变化，由扇壁部分的网格则发生了很大的变化，由扇形网格变成为矩形网格。形网格变成为矩形网格。原来的直径不同的同心圆均变为筒壁原来的直径不同的同心圆均变为筒壁上直径相同的水平圆周线，不仅圆周周长上直径相同的水平圆周线，不仅圆周周长缩短，而且其间距缩短，而且其间距 也增大了，愈靠近筒的也增大了，愈靠近筒的口部间距增大愈多，即：口部间距增大愈多，即：1 1 2 2 3 3 。图图4.3 4.3 拉深件的网格试验拉深件的网格试验由上述分析可知，在拉深过程中，毛由上述分析可知，在拉深过程中，毛坯的中心部分成为筒形件的底部，基本不坯的中心部分成为筒形件的底部，基本不变形，是不变形区。毛坯的凸缘部分（即

5、变形，是不变形区。毛坯的凸缘部分（即凹模口外的环形部分）是主要变形区。拉凹模口外的环形部分）是主要变形区。拉深过程实质上就是将毛坯的凸缘部分材料深过程实质上就是将毛坯的凸缘部分材料逐渐转移到筒壁部分的过程。逐渐转移到筒壁部分的过程。4.1.2 4.1.2 拉深过程中毛坯凸缘拉深过程中毛坯凸缘部分的应力分布规律部分的应力分布规律拉深过程是一个较复杂的塑性变形过拉深过程是一个较复杂的塑性变形过程。在拉深过程中的不同时刻，在毛坯的程。在拉深过程中的不同时刻，在毛坯的不同部位，它们的应力应变状态是不一样不同部位，它们的应力应变状态是不一样的，但只有凸缘部位的应力状态才满足屈的，但只有凸缘部位的应力状态

6、才满足屈服条件，所以凸缘部位是塑性变形区，底服条件，所以凸缘部位是塑性变形区，底部和壁部为非变形区。部和壁部为非变形区。壁部只是将凸模作用在底部的力传至壁部只是将凸模作用在底部的力传至凸缘，使之变形，故壁部也称为传力区。凸缘，使之变形，故壁部也称为传力区。4.1.3 4.1.3 拉深件质量分析拉深件质量分析起皱与拉裂起皱与拉裂4.1.3.1 4.1.3.1 凸缘起皱凸缘起皱拉深过程中，凸缘区的主要变形是切拉深过程中，凸缘区的主要变形是切向压缩。向压缩。当切向压应力当切向压应力 3 3较大而板料又较薄时，较大而板料又较薄时，凸缘部分材料便会失去稳定性，而在凸缘凸缘部分材料便会失去稳定性，而在凸缘

7、的整个周围产生波浪形的连续弯曲（如图的整个周围产生波浪形的连续弯曲（如图4.64.6所示），这就是拉深时的起皱现象。所示），这就是拉深时的起皱现象。由于在凸缘的外边缘由于在凸缘的外边缘 3 3最大，所以起最大，所以起皱也首先在最外缘出现。起皱是拉深时的皱也首先在最外缘出现。起皱是拉深时的主要质量问题之一。主要质量问题之一。4.1.3.2 4.1.3.2 筒壁拉裂筒壁拉裂拉深时，筒壁所受的拉应力拉深时，筒壁所受的拉应力 p除了与除了与凸缘塑性变形所需的径向拉应力凸缘塑性变形所需的径向拉应力 有关外，还与由于压料力引起的摩擦阻力、有关外，还与由于压料力引起的摩擦阻力、坯料在凹模圆角表面滑动所产生的

8、摩擦阻坯料在凹模圆角表面滑动所产生的摩擦阻力以及材料进入凹模时由直变弯和由弯变力以及材料进入凹模时由直变弯和由弯变直所引起的应力有关。直所引起的应力有关。其中其中 约占筒壁所受的总拉应力约占筒壁所受的总拉应力 p的的65%75%。因此，。因此，p一般按下式计一般按下式计算：算：p=（4.7）式中，式中，拉深效率，其值为拉深效率，其值为0.650.75。4.2 4.2 筒形件拉深的工艺计算筒形件拉深的工艺计算 4.2.1 4.2.1 毛坯尺寸的计算毛坯尺寸的计算4.2.1.1 4.2.1.1 毛坯尺寸的计算原则毛坯尺寸的计算原则拉深件坯料的形状和尺寸是以冲件形拉深件坯料的形状和尺寸是以冲件形状和

9、尺寸为基础，按体积不变原则和相似状和尺寸为基础，按体积不变原则和相似原则确定。原则确定。根据体积不变原则，对于不变薄拉根据体积不变原则，对于不变薄拉深，假设变形前后料厚不变，于是，面积深，假设变形前后料厚不变，于是，面积也不变，即拉深前坯料表面积与拉深后冲也不变，即拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等。件表面积近似相等。为了使毛坯形状符合金属在塑性变为了使毛坯形状符合金属在塑性变形时的流动规律，应注意相似原则，即拉形时的流动规律，应注意相似原则，即拉深前坯料的形状应与冲件断面形状大体相深前坯料的形状应与冲件断面形状大体相似，但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。似，但坯料的周边必须是光滑的曲

10、线连接。对于形状复杂的拉深件，利用相似原对于形状复杂的拉深件，利用相似原则仅能初步确定坯料形状，必须通过多次则仅能初步确定坯料形状，必须通过多次试压，反复修改，才能最终确定出坯料形试压，反复修改，才能最终确定出坯料形状。因此，拉深件的模具设计一般是先设状。因此，拉深件的模具设计一般是先设计拉深模，待坯料形状尺寸确定后再设计计拉深模，待坯料形状尺寸确定后再设计毛坯的落料模。毛坯的落料模。由于金属板料具有板平面方向性和由于金属板料具有板平面方向性和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不整齐，因此在多数情况下采取加件口部不整齐，因此在多数情况下采取加大工序件

11、高度或凸缘宽度的办法，拉深后大工序件高度或凸缘宽度的办法，拉深后再经过切边工序以保证零件质量。再经过切边工序以保证零件质量。圆筒形件和带凸缘件的修边余量可参圆筒形件和带凸缘件的修边余量可参考表考表4.24.2和表和表4.34.3。当零件的相对高度。当零件的相对高度H H/d d很很小，并且高度尺寸要求不高时，也可以不小，并且高度尺寸要求不高时，也可以不用切边工序。用切边工序。4.2.1.2 4.2.1.2 简单形状的旋转体拉深件简单形状的旋转体拉深件毛坯直径计算毛坯直径计算首先将拉深件划分为若干个简单的便首先将拉深件划分为若干个简单的便于计算的几何体，并分别求出各简单几何于计算的几何体，并分别

12、求出各简单几何体的表面积。把各简单几何体面积相加即体的表面积。把各简单几何体面积相加即为拉深件总面积，然后根据表面积相等原为拉深件总面积，然后根据表面积相等原则，求出坯料直径。则，求出坯料直径。（4.10）式中各部分简单几何形状表面积计算式中各部分简单几何形状表面积计算公式可查表公式可查表4.4。序号序号名名 称称几几 何何 形形 状状面面 积1 1圆2 2环表表4.44.4 简单几何形状的表面积计算公式简单几何形状的表面积计算公式 续表续表序号序号名名 称称几几 何何 形形 状状面面 积3 3筒形筒形4 4截截头锥形形序号序号名名 称称几几 何何 形形 状状面面 积5 5半半圆球球6 6四分

13、之一凹球四分之一凹球带7 7四分之一凸球四分之一凸球带续表续表例例4.1 4.1 求无凸缘筒形件的毛坯直径求无凸缘筒形件的毛坯直径解：如图解：如图4.84.8所示，可将拉深件分成三所示，可将拉深件分成三个部分个部分a a1 1、a a2 2和和a a3 3，图图4.8 4.8 筒形件毛坯尺寸计算筒形件毛坯尺寸计算 则则 A=a1+a2+a3 各部分各部分a的计算由表的计算由表4.4查得：查得：分别将分别将a a1 1、a a2 2和和a a3 3代入式（代入式（4.104.10）即得：）即得：若以若以 ，代入上式，得代入上式，得 （4.11）例例4.2 4.2 求带凸缘的筒形件的毛坯尺寸。求带

14、凸缘的筒形件的毛坯尺寸。解：如图解：如图4.94.9所示，可将拉深件分成五个部所示，可将拉深件分成五个部分分a a1 1，a a2 2，a a5 5。凸缘区：凸缘区：图图4.9 4.9 带凸缘筒形件毛坯尺寸计算带凸缘筒形件毛坯尺寸计算口部圆角区：口部圆角区：筒壁区：筒壁区：底部圆角区：底部圆角区：筒底区：筒底区：若上下两个圆角半径相同，则以若上下两个圆角半径相同，则以r r1 1=r r2 2=r r代入以上各式，再将代入以上各式，再将a a1 1，a a2 2，a a5 5代入式（代入式（4.104.10）即可得：）即可得：若以若以=3.14=3.14，d d3 3=d d2 2+2+2r

15、r，d d1 1=d d2 2 2 2r r，h h=H H 2 2r r代入上式，得代入上式，得 （4.12）4.2.1.3 4.2.1.3 复杂形状的旋转体拉深件复杂形状的旋转体拉深件毛坯直径计算毛坯直径计算形状复杂的旋转体拉深件毛坯直径的形状复杂的旋转体拉深件毛坯直径的计算可利用久里金法则，即任何形状的母计算可利用久里金法则，即任何形状的母线线ABAB绕轴线绕轴线O O-O O旋转，所得到的旋转体表面旋转，所得到的旋转体表面积等于母线展开长度积等于母线展开长度L L和其重心绕轴线旋转和其重心绕轴线旋转所得周长所得周长2 2 x x的乘积（的乘积（x x是该段母线重心至是该段母线重心至轴线

16、的距离）（图轴线的距离）（图4.104.10）。即）。即图图4.10 4.10 久里金法则式（久里金法则式（4.134.13）示意图）示意图旋转体表面积旋转体表面积 （4.13）毛坯面积毛坯面积 毛坯面积与旋转体表面积相等，则毛毛坯面积与旋转体表面积相等，则毛坯直径为坯直径为 复杂形状的旋转体拉深件毛坯直径的复杂形状的旋转体拉深件毛坯直径的计算方法如下。计算方法如下。1 1解析法解析法适用于直线与圆弧相连接的形状，如适用于直线与圆弧相连接的形状，如图图4.114.11所示。所示。图图4.11 4.11 由直线与圆弧连接的拉深件由直线与圆弧连接的拉深件 将母线按直线与圆弧分段将母线按直线与圆弧分段1 1，2 2，n n；计算各线段长度计算各线段长度l l1 1，l l2 2，l ln n；计算各线段的重心至轴线的距离计算各线段的重心至轴线的距离x x1 1，x x2 2，x xn n。直线段的重心在其中点上，圆弧线段直线段的重心在其中点上，圆弧线段的重心可按下列公式计算：的重心可按下列公式计算：在图在图4.12（a）中）中 A=aRcos x=A+r0在图在图4.12（b）中）中 B=b