模具设计及制造第4章.ppt

1、1第四讲第四讲 拉深工艺与拉深模设计拉深工艺与拉深模设计 东北大学东北大学 现代设计与分析研究所现代设计与分析研究所24.14.1、概述、概述拉深拉深：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序件制成料或空心工序件制成开口空心零件开口空心零件的加工方法。的加工方法。它是冲压基本工序之一。它是冲压基本工序之一。可以加工旋可以加工旋转体零件，体零件，还可加工盒可加工盒形零件及其它形状复形零件及其它形状复杂的薄壁零件。的薄壁零件。34.14.1、概述、概述拉深模拉深模：拉深模拉深模特点特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部

2、分有较结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大间隙略大于板料厚度于板料厚度。拉深所使用的模具。拉深所使用的模具。-模柄模柄 -上模座上模座 -凸模固定板凸模固定板 -弹簧弹簧 -压边圈压边圈 -定位板定位板 -凹模凹模 -下模座下模座 -卸料螺钉卸料螺钉 10-10-凸模凸模 44.24.2、圆筒形件拉深变形分析、圆筒形件拉深变形分析圆筒形件是最典型的拉深件。圆筒形件是最典型的拉深件。一、拉深变形过程一、拉深变形过程拉深变形过程拉深变形过程及特点及特点1变形现象变形现象平板圆形坯料的凸缘平板圆形坯料的凸缘弯曲绕过凹模

3、圆角弯曲绕过凹模圆角然后拉直然后拉直形成竖直筒壁。形成竖直筒壁。变形区变形区凸缘；凸缘；已变形区已变形区筒壁；筒壁；不变形区不变形区底部。底部。底部和筒壁为传力区。底部和筒壁为传力区。实质：凸缘部分逐步缩小转变为筒壁的过实质：凸缘部分逐步缩小转变为筒壁的过程。程。54.24.2、圆筒形件拉深变形分析、圆筒形件拉深变形分析圆形平板成为筒形零件的过程，必须去除材料。圆形平板成为筒形零件的过程，必须去除材料。2金属的流动过程金属的流动过程 金属进行了塑性流动而发生金属进行了塑性流动而发生转移转移。结果：结果：增加工件的高度增加工件的高度增加工件口部的壁厚增加工件口部的壁厚 64.24.2、圆筒形件拉

4、深变形分析、圆筒形件拉深变形分析工艺网格实验工艺网格实验:可先在毛料上画出间距相等的同心圆和分度相等的辐射线可先在毛料上画出间距相等的同心圆和分度相等的辐射线所组成的网格。所组成的网格。总体：总体：1.底部无变化底部无变化2.等距同心圆变为不等距同心圆变为不等距圆环线。等距圆环线。3.等分辐射线变为等等分辐射线变为等距平行线。距平行线。局部：扇形变为矩形局部：扇形变为矩形74.24.2、圆筒形件拉深变形分析、圆筒形件拉深变形分析3拉深变形过程拉深变形过程1.变形集中于凸缘上。变形集中于凸缘上。2.凸缘产生内应力：径向拉应力凸缘产生内应力：径向拉应力1 1；切向压应力；切向压应力3 3。3.径向

5、伸长，切向压缩，形成筒壁。径向伸长，切向压缩，形成筒壁。4.拉深时各部分变形不均匀。拉深时各部分变形不均匀。84.24.2、圆筒形件拉深变形分析、圆筒形件拉深变形分析二、拉深过程中坯料内的应力状态94.24.2、圆筒形件拉深变形分析、圆筒形件拉深变形分析三、拉深件的起皱与拉裂三、拉深件的起皱与拉裂 拉深过程中的拉深过程中的质量问题质量问题：主要是主要是凸缘凸缘变形区的变形区的起皱起皱和和筒壁筒壁传力区的传力区的拉裂拉裂。凸缘区起皱凸缘区起皱：传力区拉裂传力区拉裂：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。由于拉应力超

6、过抗拉强度引起板料断裂。104.24.2、圆筒形件拉深变形分析、圆筒形件拉深变形分析一方面是切向压应力一方面是切向压应力3 3的大小，越大越容易失稳起皱；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。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，材料弹性模量越小，抵抗失稳能凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量越小，抵抗失稳能力越小。力越小。最易起皱的位置最易起皱的位置：凸缘边缘区域凸缘边缘区域起皱最强烈的时刻起皱最强烈的时刻：在在Rt=0.85R0时时防止防止起起皱：压边1.凸缘变形区的起皱凸缘变形区的起皱主要决定于主要决定于：Rt 凸缘外半径；凸缘

7、外半径；R0 板料毛坯半径板料毛坯半径114.24.2、圆筒形件拉深变形分析、圆筒形件拉深变形分析2.筒壁的拉裂筒壁的拉裂主要取决于主要取决于：一方面是筒壁传力区中的拉应力；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。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时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险断面危险断面”产生破裂。产生破裂。防止防止拉裂：拉裂：一方面要通过改善材料的力学性能，一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；提高筒壁抗拉强度；另一方面通过正确制定拉深工艺和设

8、计模具，另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，控制好变形程度控制好变形程度，降低筒壁所受拉应力。，降低筒壁所受拉应力。124.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算拉深系数拉深系数m是以拉深后的直是以拉深后的直径径d与拉深前的坯料与拉深前的坯料D（工（工序件序件dn）直径之比表示。）直径之比表示。一、拉深系数与极限拉深系数一、拉深系数与极限拉深系数1.1.拉深系数的定拉深系数的定义第一次拉深系数：第一次拉深系数：第二次拉深系数：第二次拉深系数：第第n n次拉深系数：次拉深系数：拉深系数拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率变化率。m愈小

9、，说明拉深愈小，说明拉深变形程度愈大变形程度愈大，相反，变形程度愈小。，相反，变形程度愈小。134.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积乘积，即，即 如果如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。如果如果m取得过大，材料的塑性潜力未充分利用，拉深次数增加，取得过大，材料的塑性潜力未充分利用，拉深次数增加，成本增加。成本增加。极限拉深系数极限拉深系数m就是工件在危险断面不致拉破的条件下，所就是工件在危险断面不致拉破的条件下，所能达到的能达到的最小拉深

10、系数最小拉深系数。从工艺的角度来看，从工艺的角度来看，m越小越有利于减少工序数。越小越有利于减少工序数。144.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算（1）材料的）材料的组织与力学性能：屈与力学性能：屈强强比越小，拉深越有利。比越小，拉深越有利。2.影响极限拉深系数的因素影响极限拉深系数的因素（2）板料的相对厚度）板料的相对厚度（3）拉深工作条件）拉深工作条件1）模具的几何参数：半）模具的几何参数：半径越小，径越小，m越大。越大。2）摩擦）摩擦润滑滑3）压边圈圈m3.极限拉深系数的确定极限拉深系数的确定：查表：查表43和表和表44极限拉深系数与材料、相对厚度有关系极限拉深系数与材

11、料、相对厚度有关系154.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算二、拉深次数二、拉深次数拉深次数的确定拉深次数的确定 m时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。其其拉深次数拉深次数的确定有以下几种方法：的确定有以下几种方法：（）查表（）查表45，根据相对厚度确定。，根据相对厚度确定。（）推算方法（）推算方法 1）由表）由表43或表或表44中查得各次的极限拉深系数；中查得各次的极限拉深系数；2）依次计算出各次拉深直径，即）依次计算出各次拉深直径，即 d1m1D；d2m2d1；dmd；3）当）当dd时，计算的次数即为拉深次数。时，计算的次数即为

12、拉深次数。164.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算三、圆筒拉深件坯料尺寸的确定三、圆筒拉深件坯料尺寸的确定体积不变原则体积不变原则:1.坯料形状和尺寸确定的依据坯料形状和尺寸确定的依据若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。形状相似原则形状相似原则:切边工序：切边工序：拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。形状复杂的拉深件：形状复杂的拉深件：需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状

13、。拉深件口部不整齐，最后都要加入切边工序，拉深件口部不整齐，最后都要加入切边工序，需留切边余量，查表需留切边余量，查表4-2确定。确定。但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。174.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算a将拉深件划分为若干个简单的几何体；将拉深件划分为若干个简单的几何体；b分别求出各简单几何体的表面积；分别求出各简单几何体的表面积；c把各简单几何体面积相加即为零件总面积；把各简单几何体面积相加即为零件总面积；d根据表面积相等原则，求出坯料直径。根据表面积相等原则，求出坯料直径。2.简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定简单旋转体拉深件坯料尺

14、寸的确定184.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算按按图得：得：故故整理后可得整理后可得坯料直径坯料直径为:194.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算四、圆筒拉深件工序尺寸的确定四、圆筒拉深件工序尺寸的确定（）工序件直径的确定（）工序件直径的确定 确确定定拉拉深深次次数数以以后后，由由表表查查得得各各次次拉拉深深的的极极限限拉拉深深系系数数，适当放大适当放大，并加以，并加以调整调整，其原则是：，其原则是：）保证）保证1 12 2）使）使1 12 2(且都大于相应各次极限拉伸系数且都大于相应各次极限拉伸系数)最后按最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：调整

15、后的拉深系数计算各次工序件直径：11221 204.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算 根据拉深后工序件表面根据拉深后工序件表面积与坯料与坯料表面表面积相等相等的原的原则，可得到，可得到如下工序件高度如下工序件高度计算公式。算公式。计算前算前应先定出各工序件的底部先定出各工序件的底部圆角半径。角半径。（）工序件高度的（）工序件高度的计算算 拉深高度是拉深模设计的重要依据，是产品质量的主要控制指标。拉深高度是拉深模设计的重要依据，是产品质量的主要控制指标。214.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算例求例求图示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料示筒形件的坯

16、料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料为1010钢，板料厚度板料厚度2 2。（）计算坯料直径（）计算坯料直径 根据零件尺寸，其相对高度为根据零件尺寸，其相对高度为查表得切边量查表得切边量坯料直径为坯料直径为代已知条件入上式得代已知条件入上式得98.2 224.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算（3）确定拉深次数）确定拉深次数 坯料相坯料相对厚度厚度为 根根据据t/D2.03，查查表表43得得各各次次极极限限拉拉深深系系数数10.50，20.75，30.78，40.80，。故故 110.5098.249.22210.7549.236.9 3320.7836.928.8 4430.828.823 此时此时42328，所以，所以应该用应该用4次拉深成形次拉深成形。（2）判断能否一次拉深成形）判断能否一次拉深成形（表（表4-4）零件无法一次拉深成形）零件无法一次拉深成形 234.34.3、圆筒形件拉深工艺计算、圆筒形件拉深工艺计算（4）各次拉深工序件尺寸的确定）各次拉深工序件尺寸的确定 经调整后的各次拉深系数整后的各次拉深系数为：10.52，20.78，30.83，4=0.846 各