1、第二篇第二篇 冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计第四章第四章 冲压工艺基础冲压工艺基础第五章第五章 冲裁工艺与模具设计冲裁工艺与模具设计第六章第六章 弯曲成形工艺与模具设计弯曲成形工艺与模具设计第七章第七章 拉深工艺及模具设计拉深工艺及模具设计第八章第八章 其他板料成形工艺及模具设计其他板料成形工艺及模具设计第七章第七章 拉深工艺及模具设计拉深工艺及模具设计第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数第三节第三节 拉伸力、拉深功及压料力计算拉伸力、拉深功及压料力计算第四节第四节 旋转体拉深旋转体拉深第五节第五节 盒形件拉深盒形件
2、拉深第六节第六节 拉深件工艺设计拉深件工艺设计第七节第七节 其他拉深方法简介其他拉深方法简介第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析拉深是利用模具将板料毛坯成形为拉深是利用模具将板料毛坯成形为开口空心零件的冲压加工方法。圆开口空心零件的冲压加工方法。圆筒形件拉深如图筒形件拉深如图7-1所示。拉深时所示。拉深时,凸模下表面接触到板坯后随其下行凸模下表面接触到板坯后随其下行将板坯压入凹模口内将板坯压入凹模口内,凹模表面上的凹模表面上的板坯在半径方向受到拉伸变形的同板坯在半径方向受到拉伸变形的同时时,沿圆周切线方向产生收缩变形沿圆周切线方向产生收缩变形,随凸模进入凹模口后形成侧壁。侧随凸模
3、进入凹模口后形成侧壁。侧壁可以是圆筒形、锥形、抛物面形、壁可以是圆筒形、锥形、抛物面形、盒形或其他不规则形状。拉深与其盒形或其他不规则形状。拉深与其他冲压工艺结合他冲压工艺结合,可加工各种复杂零可加工各种复杂零件。因此件。因此,在汽车、航空、机电和日在汽车、航空、机电和日常用品的生产中被广泛应用。常用品的生产中被广泛应用。图7-1拉深成形第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析一、拉深变形过程一、拉深变形过程由拉深所成形的制件形状是多种多由拉深所成形的制件形状是多种多样的样的,为便于理解它的成形机理为便于理解它的成形机理,可可以圆形板坯拉深成圆筒形件为例以圆形板坯拉深成圆筒形件为例,
4、来分析拉深的变形过程。来分析拉深的变形过程。假想在圆形板坯表面画出网格如图假想在圆形板坯表面画出网格如图7-2所示所示,从外缘开始将小三角形从外缘开始将小三角形b1、b2、b3切除切除,只留下矩形小只留下矩形小窄条窄条a1、a2、a3。沿直径为。沿直径为d的的圆周线将矩形小窄条折起圆周线将矩形小窄条折起,就可以就可以形成一个直径为形成一个直径为d的圆筒形制件。的圆筒形制件。图7-2板坯与拉深制件的材料分配关系第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析一、拉深变形过程一、拉深变形过程为了分析拉深过程中板料的流动情况为了分析拉深过程中板料的流动情况,再假想在板坯表面再假想在板坯表面画出许多
5、径向间距为画出许多径向间距为l的同心圆和等分度半径线的同心圆和等分度半径线,如图如图7-3所示。所示。图7-3板坯表面网格拉深后的变化第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析一、拉深变形过程一、拉深变形过程利用这些原始小扇形拉深后变成等面积小矩形的现象利用这些原始小扇形拉深后变成等面积小矩形的现象,可可以近似地描述拉深变形的过程如下以近似地描述拉深变形的过程如下:1)在凸模接触板坯的拉深初始时刻在凸模接触板坯的拉深初始时刻,由于压料压力、压料由于压料压力、压料板和凹模工作表面摩擦的作用板和凹模工作表面摩擦的作用,变形首先发生在凸、凹模变形首先发生在凸、凹模之间的间隙处。之间的间隙处。
6、2)随着凸模继续下行深入凹模随着凸模继续下行深入凹模,压料面上法兰材料克服垂压料面上法兰材料克服垂直于板面的压料力和滑动摩擦阻力直于板面的压料力和滑动摩擦阻力,开始向凹模口方向移开始向凹模口方向移动动,每个小扇形单元体之间相互作用每个小扇形单元体之间相互作用,产生径向的拉伸应力产生径向的拉伸应力r及圆周切线方向的压缩应力及圆周切线方向的压缩应力。靠近凹模口附近。靠近凹模口附近,径向径向拉变形增大拉变形增大,而板坯外缘的周向压变形大于径向拉变形而板坯外缘的周向压变形大于径向拉变形,板板厚开始增厚。厚开始增厚。第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析一、拉深变形过程一、拉深变形过程3)压
7、料面上法兰板料塑性变形的同时压料面上法兰板料塑性变形的同时,逐渐被拉至凹模口逐渐被拉至凹模口,并在凹模口肩圆角处弯曲、反弯曲变形之后形成圆筒侧壁。并在凹模口肩圆角处弯曲、反弯曲变形之后形成圆筒侧壁。4)拉深过程中拉深过程中,如果忽略板料各向异性的影响如果忽略板料各向异性的影响,法兰同一半法兰同一半径的圆周线上各点变形相同径的圆周线上各点变形相同,但沿半径线上各点变形则随但沿半径线上各点变形则随半径大小而异。如图半径大小而异。如图7-4所示所示,形成圆筒后的筒口部分板形成圆筒后的筒口部分板厚增厚厚增厚,并因变形硬化导致板面硬度增加。并因变形硬化导致板面硬度增加。图7-4沿直壁高度方向硬度和厚度的
8、变化第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析二、拉深变形过程中板材的应力应变状态二、拉深变形过程中板材的应力应变状态拉深成形过程中拉深成形过程中,处于不同位置板坯的应力应变状态明显处于不同位置板坯的应力应变状态明显不同。如图不同。如图7-5所示所示,根据应力应变的分布情况根据应力应变的分布情况,大致可分大致可分为五个不同的变形区。为五个不同的变形区。图7-5拉深过程中各特征区的应力应变分布状态第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析二、拉深变形过程中板材的应力应变状态二、拉深变形过程中板材的应力应变状态1.凸缘部分凸缘部分凸缘或称法兰凸缘或称法兰,是拉深的主变形区是拉深的主
9、变形区,板面内变形路径如图板面内变形路径如图7-6中点中点(线线)a所示。所示。图7-6拉深应变路径简图第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析二、拉深变形过程中板材的应力应变状态二、拉深变形过程中板材的应力应变状态2.凹模肩圆角部凹模肩圆角部凹模入口点凹模入口点(线线),即凹模肩圆角与压料平面切点即凹模肩圆角与压料平面切点(线线)b,应力应力应变分布与压料面上法兰基本一致。但进入凹模肩圆角时应变分布与压料面上法兰基本一致。但进入凹模肩圆角时板面内两向应变的比例发生了变化板面内两向应变的比例发生了变化,即径向拉应变即径向拉应变r增大增大,而周向压应变的绝对值而周向压应变的绝对值 略具
10、减小的趋势。略具减小的趋势。板坯通过凹模口肩圆角时板坯通过凹模口肩圆角时,在径向拉应力在径向拉应力r、周向压应力、周向压应力和复杂摩擦力作用下和复杂摩擦力作用下,经历了弯曲、反弯曲经历了弯曲、反弯曲(拉直拉直)变形变形,并并导致板厚方向上产生压应力导致板厚方向上产生压应力t,由于由于r 而持续有而持续有t0的的较小板厚减薄变形。较小板厚减薄变形。第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析二、拉深变形过程中板材的应力应变状态二、拉深变形过程中板材的应力应变状态3.侧壁部分侧壁部分侧壁板料的一端是凹模脱模点侧壁板料的一端是凹模脱模点c,另一端是凸模脱模点另一端是凸模脱模点e,属属于立体应变
11、的拉于立体应变的拉-压变形向双拉变形转变的过渡区。如果压变形向双拉变形转变的过渡区。如果变形连续变形连续,必然有一点必然有一点(圆周线圆周线)处于拉处于拉-压平面变形状态压平面变形状态,如如图中图中d点。侧壁材料主要传递由法兰流动变形抵抗引起的点。侧壁材料主要传递由法兰流动变形抵抗引起的凸模力凸模力,近似处于近似处于t=-r/2的单轴拉伸状态的单轴拉伸状态,板厚继续减板厚继续减薄薄,t0。如果忽略凸、凹模间隙的影响。如果忽略凸、凹模间隙的影响,认为垂直立壁上认为垂直立壁上周向应变周向应变0,则处于则处于t=-r的平面应变状态。但实际上的平面应变状态。但实际上,对对于非变薄拉深于非变薄拉深,由于
12、凸、凹模间隙的存在由于凸、凹模间隙的存在,凸模侧筒壁直径凸模侧筒壁直径比凹模侧略有减小比凹模侧略有减小,将产生很小的周向压缩变形将产生很小的周向压缩变形0。第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析二、拉深变形过程中板材的应力应变状态二、拉深变形过程中板材的应力应变状态4.凸模肩圆角部凸模肩圆角部包在凸模肩圆角上的板料变形特征包在凸模肩圆角上的板料变形特征,通常可分为脱模线和通常可分为脱模线和肩圆角与底部平面相切线肩圆角与底部平面相切线,如图如图7-6中的中的e点点(线线)和和f点点(线线),其其间处于双拉变形区。为缓和法兰进料阻力间处于双拉变形区。为缓和法兰进料阻力,凸模底部材料凸模
13、底部材料被迫流向凸模肩圆角被迫流向凸模肩圆角,如果不计板料各向异性的影响如果不计板料各向异性的影响,f点点(线线)近似处于两向等拉近似处于两向等拉(胀形胀形)应力应变状态应力应变状态,即即r,r=。由于由于t=-(r+),密席斯准则可简化成密席斯准则可简化成r-=s的形式的形式(值的变化范围为值的变化范围为11.155),代入式代入式(7-1)并进行积分可得并进行积分可得r=C1-slnr。rrd0drr第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析三、拉深变形的近似解析三、拉深变形的近似解析1.不压料拉深时平面应变条件下的近似解析不压料拉深时平面应变条件下的近似解析法兰外缘法兰外缘r=r
14、0处处r=0,因此因此（7-2）在法兰内缘在法兰内缘,即上述凹模入口即上述凹模入口r=rc+rd处处,利用凹模口肩利用凹模口肩圆角圆角A点处子午线应力点处子午线应力与法兰内缘径向应力与法兰内缘径向应力r1相等的相等的条件可得条件可得（7-3）00ln,1 lnrsrrrr 001ccd1,1 lnlnsrrsrrrrrr 第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析三、拉深变形的近似解析三、拉深变形的近似解析1.不压料拉深时平面应变条件下的近似解析不压料拉深时平面应变条件下的近似解析同样同样,在凹模肩圆角上在凹模肩圆角上,将将-=s的关系代入力的平衡的关系代入力的平衡方程式方程式(7-1
15、)中中,解得解得于是于是（7-4）凹模肩圆角上点凹模肩圆角上点B处处r=rB=rc+rd-(rd+t/2)sin,即脱即脱模点的子午线应力和周向应力分别为模点的子午线应力和周向应力分别为020cdlnlnlnssrrrrCr00ln,1 lnssrrrr 第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析三、拉深变形的近似解析三、拉深变形的近似解析1.不压料拉深时平面应变条件下的近似解析不压料拉深时平面应变条件下的近似解析（7-5）板坯被拉至凹模肩圆角时开始弯曲变形板坯被拉至凹模肩圆角时开始弯曲变形,之后又被拉直。之后又被拉直。因此因此,拉深应力中应该附加一个弯曲、反弯曲应力。忽略拉深应力中应
16、该附加一个弯曲、反弯曲应力。忽略摩擦影响摩擦影响,这部分应力可以近似取为这部分应力可以近似取为2w=st/(2d)。进。进而而,B点点(r=rB)的子午线应力和周向应力的子午线应力和周向应力（7-6）0cdd10cdd1(/2)sin1 ln(/sinln2)BsBsrrrrtrrrrt 0cdd1d0cdd1dln(/2)sin2(/2)1 ln(/2)sin2(/2)BsBsrtrrrtrtrtrrrtrt第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析三、拉深变形的近似解析三、拉深变形的近似解析2.压料拉深时平面应变条件下的简化解析压料拉深时平面应变条件下的简化解析(1)压料力均匀作用
17、于法兰表面压料面上板坯瞬时半径压料力均匀作用于法兰表面压料面上板坯瞬时半径为为r0,拉深凸模直径为拉深凸模直径为rc时时,均匀压料力均匀压料力FH单独作用时板料单独作用时板料厚度方向产生的瞬时压料应力厚度方向产生的瞬时压料应力（7-7）由于将法兰变形看作平面应力状态由于将法兰变形看作平面应力状态,因此因此,仅计及压料力在仅计及压料力在材料流动方向上产生作用时的径向力平衡方程材料流动方向上产生作用时的径向力平衡方程（7-8）H220cd()HFrrrrrH20cdd20d()Frrrrrt第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析三、拉深变形的近似解析三、拉深变形的近似解析2.压料拉深时
18、平面应变条件下的简化解析压料拉深时平面应变条件下的简化解析(1)压料力均匀作用于法兰表面压料力均匀作用于法兰表面将屈服条件通式将屈服条件通式r-=s代入上式积分代入上式积分,并利用法兰外缘并利用法兰外缘r=r0处处r=0的边界条件的边界条件,可得可得（7-9）凹模入口点凹模入口点A处的径向应力处的径向应力（7-10）0H0220cd2ln()rsrFrrrrrrt0Hcd0cd2lnrAsrFrrrrr t第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析三、拉深变形的近似解析三、拉深变形的近似解析2.压料拉深时平面应变条件下的简化解析压料拉深时平面应变条件下的简化解析(1)压料力均匀作用于法
19、兰表面压料力均匀作用于法兰表面凹模口内板料脱模点凹模口内板料脱模点B处的径向应力处的径向应力（7-11）实际拉深时实际拉深时,法兰外缘板厚增厚最严重法兰外缘板厚增厚最严重,压料力集中作用在压料力集中作用在外缘板厚最厚的地方。此时外缘板厚最厚的地方。此时,由法兰外缘附近径向应力由法兰外缘附近径向应力r0产生的径向拉力与摩擦力产生的径向拉力与摩擦力2FH的作用平衡的作用平衡,即即2r0tr0=2FN。0cdd1H0cd1ln(/2)sin2(/2)sinBsrrrtrFrrtrt第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析三、拉深变形的近似解析三、拉深变形的近似解析2.压料拉深时平面应变条件
20、下的简化解析压料拉深时平面应变条件下的简化解析(2)压料力集中作用在法兰外缘压料力集中作用在法兰外缘将将r=r0附近附近,r=r0FH/(r0t)的边界条件代入式的边界条件代入式(7-1)的积的积分结果分结果,可以得到可以得到（7-12）如果计及板坯通过凹模肩圆角时产生的弯曲、反弯曲变形如果计及板坯通过凹模肩圆角时产生的弯曲、反弯曲变形,并认为其变形能与变形功相等并认为其变形能与变形功相等,由此产生的附加应力由此产生的附加应力（7-13）0H0lnrsrFrr t2d1/2si24(/2)sinnrsdstttrt tr第一节第一节 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析三、拉深变形的近似解析三
21、、拉深变形的近似解析2.压料拉深时平面应变条件下的简化解析压料拉深时平面应变条件下的简化解析(2)压料力集中作用在法兰外缘压料力集中作用在法兰外缘如果再计入凹模肩圆角处弯曲、反弯曲拉入时因摩擦而增如果再计入凹模肩圆角处弯曲、反弯曲拉入时因摩擦而增加的应力倍率加的应力倍率e,拉深总应力可以表示为拉深总应力可以表示为（7-14）1110Hs0d10Hscdd10d1lne4(/2)sinlne1(/2)sin4(/2)sinBssrFtrr ttrrFterrtrr ttr第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限1.拉深破裂及防止措施拉深破裂及防止
22、措施(1)拉深破裂现象拉深的成形极限是由法兰变形抵抗与拉深破裂现象拉深的成形极限是由法兰变形抵抗与制件壁部材料抗断裂能力的平衡来决定的制件壁部材料抗断裂能力的平衡来决定的,所以所以,来自于各来自于各种变形条件的影响种变形条件的影响,几乎都可能以断裂的形式表现出来。几乎都可能以断裂的形式表现出来。板材拉深时的破裂板材拉深时的破裂,根据产生原因、形式及位置不同根据产生原因、形式及位置不同,通常通常可分为拉深破裂、胀形破裂等。如图可分为拉深破裂、胀形破裂等。如图7-8所示。所示。图7-8拉深破裂第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限1.拉深破裂及防
23、止措施拉深破裂及防止措施(2)抗拉深断裂强度的估算忽略板料的各向异性影响抗拉深断裂强度的估算忽略板料的各向异性影响,凸模凸模肩圆角附近破裂危险点处的径向应力可近似为肩圆角附近破裂危险点处的径向应力可近似为CB(rB/rC),用材料的抗拉强度用材料的抗拉强度b代替代替s,该危险点处的抗该危险点处的抗拉强度为拉强度为（7-15）对于产生在凸模肩圆角处的拉深断裂对于产生在凸模肩圆角处的拉深断裂,需要考虑板坯受力向侧需要考虑板坯受力向侧壁部流入时壁部流入时,在肩圆角处产生的弯曲、反弯曲变形所需弯曲在肩圆角处产生的弯曲、反弯曲变形所需弯曲应力应力,因为这个弯曲应力使得材料的抗拉强度有所降低。因为这个弯曲
24、应力使得材料的抗拉强度有所降低。0HBbcdd10cd1C2ln(/2)sin(/2)sinCrFrrrtrrrtrtr第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限1.拉深破裂及防止措施拉深破裂及防止措施(2)抗拉深断裂强度的估算抗拉深断裂强度的估算如果利用式如果利用式(7-13)的结果的结果,凸模肩圆角处材料的实际抗断凸模肩圆角处材料的实际抗断裂应力为裂应力为（7-16）0bcdd1p2HB0cd1C1cp2ln(/2)sin4(/2)sin2(/2)sin124(/2)sin3knbksrtrrtrtrFrrrtrtrttrtr第二节第二节 拉
25、深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限1.拉深破裂及防止措施拉深破裂及防止措施(2)抗拉深断裂强度的估算抗拉深断裂强度的估算上述计算通过对图上述计算通过对图7-9所示纯铜薄板圆筒形拉深实验验证所示纯铜薄板圆筒形拉深实验验证,基本正确。但当材料性能、模具尺寸及其他变形条件等改基本正确。但当材料性能、模具尺寸及其他变形条件等改变时变时,会略有出入。一般认为会略有出入。一般认为,破裂的产生是由于法兰变形破裂的产生是由于法兰变形量过大量过大,即拉深比即拉深比D/d过大所致。如图中当板坯直径超过一过大所致。如图中当板坯直径超过一定尺寸之后定尺寸之后,拉深载荷上升梯度急
26、剧增加拉深载荷上升梯度急剧增加,导致成形初期即导致成形初期即产生破裂。该实验采用自制石墨牛脂混合润滑剂进行压料产生破裂。该实验采用自制石墨牛脂混合润滑剂进行压料面润滑面润滑,测得摩擦系数测得摩擦系数0.1。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限1.拉深破裂及防止措施拉深破裂及防止措施(2)抗拉深断裂强度的估算抗拉深断裂强度的估算图7-9拉深力-行程曲线第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限1.拉深破裂及防止措施拉深破裂及防止措施(3)防止措施防止措施与起皱和各种形状不稳定性相比较与起皱和各种
27、形状不稳定性相比较,破裂是直接宣告拉深破裂是直接宣告拉深失败的信号失败的信号,也是拉深中最主要的质量问题。抑制拉深破也是拉深中最主要的质量问题。抑制拉深破裂裂,通常需要从多方面影响因素来考虑。通常需要从多方面影响因素来考虑。单纯从材料的抗断裂强度来看单纯从材料的抗断裂强度来看,选用屈强比选用屈强比s/b较小、硬较小、硬化指数化指数n较大的材料较大的材料,可提高材料的抗断裂能力。另外可提高材料的抗断裂能力。另外,作作为深拉深板料为深拉深板料,还应具有较高的均匀伸长率和断面收缩率还应具有较高的均匀伸长率和断面收缩率等。等。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一
28、、拉深成形极限2.起皱及防止措施起皱及防止措施(1)拉深起皱拉深起皱不压料拉深时不压料拉深时,法兰厚向应力法兰厚向应力t0。利用塑性变形体积不。利用塑性变形体积不变条件变条件r+t=0,将式将式(7-4)的关系代入简单加载条件的关系代入简单加载条件的应力应变关系的应力应变关系 中中,经整理可得板厚经整理可得板厚应变应变（7-17）rtrt001 2ln2lntrrrr第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限2.起皱及防止措施起皱及防止措施(1)拉深起皱拉深起皱在薄板拉深成形中在薄板拉深成形中,板厚尺寸与板面尺寸相比显著小板厚尺寸与板面尺寸相比显
29、著小,上述上述板料增厚区材料板料增厚区材料t值过大时值过大时,对失稳的抵抗减弱而容易产对失稳的抵抗减弱而容易产生法兰皱曲生法兰皱曲,如图如图7-10所示。起皱影响拉深件外观质量所示。起皱影响拉深件外观质量,并容易引起消去时的破裂并容易引起消去时的破裂,还会加剧工具表面的磨损。还会加剧工具表面的磨损。图7-10拉深起皱第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限2.起皱及防止措施起皱及防止措施(2)防止措施防止措施1)控制压料力。增加法兰板面压力可直接阻止失稳变形控制压料力。增加法兰板面压力可直接阻止失稳变形,是抑制起皱的最有效措施。但可能因滑动摩擦
30、力增大而使是抑制起皱的最有效措施。但可能因滑动摩擦力增大而使拉深阻力增大拉深阻力增大,结果导致侧壁破裂。结果导致侧壁破裂。2)其他工艺措施。为了防止法兰起皱其他工艺措施。为了防止法兰起皱,拉深工艺设计时拉深工艺设计时,应应尽可能增大法兰相对厚度尽可能增大法兰相对厚度t/(rf-rc)值值,利用增大板坯厚向利用增大板坯厚向刚度来提高抗失稳能力。刚度来提高抗失稳能力。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数一、拉深成形极限一、拉深成形极限3.形状稳定性形状稳定性除去上述破裂和起皱两缺陷左右板料拉深成形极限之外除去上述破裂和起皱两缺陷左右板料拉深成形极限之外,近年来近年来,随着汽车
31、工业的快速发展随着汽车工业的快速发展,又对板料成形提出了一又对板料成形提出了一个新的极限指标个新的极限指标,即板料成形后的形状稳定性。这一极限即板料成形后的形状稳定性。这一极限指标的提出指标的提出,对于汽车覆盖件成形生产具有重要意义。板对于汽车覆盖件成形生产具有重要意义。板料成形后料成形后,产生的局部回弹破坏成形制件的形状精度产生的局部回弹破坏成形制件的形状精度,这是这是一个非常复杂的工艺问题一个非常复杂的工艺问题,到目前还处于研究阶段。到目前还处于研究阶段。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数1.拉深比和拉深系数拉深比和拉深系
32、数(1)拉深比拉深比拉深比拉深比D/d是拉深变形解析中最重要的几何是拉深变形解析中最重要的几何参数参数,它可以表示板料在圆周方向上的压缩变形程度。如它可以表示板料在圆周方向上的压缩变形程度。如果利用名义应变来表示板料周向变形量果利用名义应变来表示板料周向变形量,则有则有（7-18）(2)拉深系数在工程中拉深系数在工程中,将将d与与D之比称作拉深系数之比称作拉深系数,常用常用m表示表示（7-19）dDdDdDDDdmD第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数1.拉深比和拉深系数拉深比和拉深系数(3)影响拉深系数的主要因素影响拉深系数的
33、主要因素1)材料的特性及供应状态。板材的塑性好、组织均匀、晶材料的特性及供应状态。板材的塑性好、组织均匀、晶粒大小适当、屈强比小、塑性应变比粒大小适当、屈强比小、塑性应变比r值较高时值较高时,拉深性能拉深性能较好较好,常可适当减小拉深系数。低碳钢常可适当减小拉深系数。低碳钢(如如08钢钢)及纯铝等及纯铝等,当内部晶粒过大当内部晶粒过大(钢钢14级级;纯铝纯铝,大于大于0.035mm)时时,虽然塑性虽然塑性好好,但拉深工件表面会出现橘皮状组织但拉深工件表面会出现橘皮状组织,有时还会导致局部有时还会导致局部破裂。破裂。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数
34、二、拉深系数与拉深次数1.拉深比和拉深系数拉深比和拉深系数(3)影响拉深系数的主要因素影响拉深系数的主要因素2)毛坯的相对厚度毛坯的相对厚度t0/D。t0/D越大越大,抗失稳起皱能力越强。抗失稳起皱能力越强。根据计算压料力的经验公式根据计算压料力的经验公式 ,较大时可以减小压料力。比如较大时可以减小压料力。比如,当当t0/D=0.677时时,可以可以不压料拉深不压料拉深,以减小板坯的滑动摩擦阻力以减小板坯的滑动摩擦阻力,使变形抗力减小。使变形抗力减小。相反相反,t0/D越小越小,越容易起皱越容易起皱,必须加大压料力必须加大压料力,因而增大摩因而增大摩擦阻力擦阻力,使极限拉深系数增大。使极限拉深
35、系数增大。bs00028180HDdrFDt3s0BD0/0.677tDa aE第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数1.拉深比和拉深系数拉深比和拉深系数(3)影响拉深系数的主要因素影响拉深系数的主要因素3)板料的各向异性系数板料的各向异性系数r和硬化指数和硬化指数n。随。随r值增大值增大,相对相对拉深力拉深力(拉深力拉深力F与危险断面处材料的拉深破裂载荷与危险断面处材料的拉深破裂载荷Fk之比之比)下降下降,可相应减小极限拉深系数。另外可相应减小极限拉深系数。另外,r值对拉深性能的值对拉深性能的影响还与板料面内各向异性类型有关。如
36、对不同组织的金影响还与板料面内各向异性类型有关。如对不同组织的金属板料属板料,即使即使r值相同值相同,但其面内各向异性程度也不大相同但其面内各向异性程度也不大相同,如在如在45方向方向 值最大的板料值最大的板料,拉深性能就不好。拉深性能就不好。45r第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数1.拉深比和拉深系数拉深比和拉深系数(3)影响拉深系数的主要因素影响拉深系数的主要因素4)凸模圆角半径凸模圆角半径rp和凹模圆角半径和凹模圆角半径rd。rp过小时过小时,板坯在凸模肩圆角上弯曲变形苛刻板坯在凸模肩圆角上弯曲变形苛刻,削弱破裂危削弱破
37、裂危险区的强度险区的强度,应适当加大极限拉深系数。应适当加大极限拉深系数。rd过小时过小时,增加板增加板坯在凹模口的流入阻力坯在凹模口的流入阻力,增大侧壁拉深方向的应力增大侧壁拉深方向的应力,结果也结果也使极限拉深系数增大。使极限拉深系数增大。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数1.拉深比和拉深系数拉深比和拉深系数(3)影响拉深系数的主要因素影响拉深系数的主要因素5)模具工作表面性状及润滑状态。模具工作表面性状及润滑状态。是指压料板与凹模组成的压料面、凸模和凹模肩圆角以及是指压料板与凹模组成的压料面、凸模和凹模肩圆角以及凸模工作
38、底端面。一般认为压料表面光滑凸模工作底端面。一般认为压料表面光滑,可降低板料滑可降低板料滑动摩擦阻力动摩擦阻力,但当采用高黏度润滑剂时但当采用高黏度润滑剂时,略微粗糙的压料表略微粗糙的压料表面可以获得含油润滑的效果。因此面可以获得含油润滑的效果。因此,确定压料表面粗糙度确定压料表面粗糙度是一个较复杂的问题是一个较复杂的问题,生产中通常使压料表面粗糙度值尽生产中通常使压料表面粗糙度值尽可能小可能小,特别是不润滑拉深。通常特别是不润滑拉深。通常,凹模肩圆角也尽可能减凹模肩圆角也尽可能减粗糙度值粗糙度值,减小板坯拉入和弯曲、反弯曲时的摩擦阻力。减小板坯拉入和弯曲、反弯曲时的摩擦阻力。第二节第二节 拉
39、深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数1.拉深比和拉深系数拉深比和拉深系数(3)影响拉深系数的主要因素影响拉深系数的主要因素6)凸、凹模间隙及锥面凹模。凸、凹模间隙及锥面凹模。较大的拉深间隙可减小板坯在凸、凹模肩部的变形包角较大的拉深间隙可减小板坯在凸、凹模肩部的变形包角,减小弯曲、反弯曲变形及滑动摩擦阻力减小减小弯曲、反弯曲变形及滑动摩擦阻力减小,因而可降低因而可降低极限拉深系数。锥面压料面凹模与平压料面凹模相比极限拉深系数。锥面压料面凹模与平压料面凹模相比,可可相对减小拉深系数。根据生产经验相对减小拉深系数。根据生产经验,通常采用锥面凹模不通
40、常采用锥面凹模不压料拉深时能够降低拉深系数达压料拉深时能够降低拉深系数达25%30%。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数1.拉深比和拉深系数拉深比和拉深系数(3)影响拉深系数的主要因素影响拉深系数的主要因素7)拉深方式。拉深方式。采用压料板拉深时不易起皱采用压料板拉深时不易起皱,极限拉深系数可取小些。不极限拉深系数可取小些。不压料拉深时压料拉深时,极限拉深系数应取大些。极限拉深系数应取大些。8)拉深速度。拉深速度。通常通常,提高拉深速度提高拉深速度,软钢的变形抵抗和断裂强度同时增加软钢的变形抵抗和断裂强度同时增加,而压料面和凸
41、模底端面的摩擦抵抗有所降低。就普通冲压而压料面和凸模底端面的摩擦抵抗有所降低。就普通冲压设备的工作速度来看设备的工作速度来看,拉深速度对拉深性能影响不大。但拉深速度对拉深性能影响不大。但变形速度敏感的金属变形速度敏感的金属(如不锈钢、钛合金及耐热钢等如不锈钢、钛合金及耐热钢等),拉拉深速度较大时深速度较大时,极限拉深系数应适当加大。极限拉深系数应适当加大。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数2.拉深次数拉深次数计算拉深系数有两个目的计算拉深系数有两个目的:一是求出制件与板坯的直径比一是求出制件与板坯的直径比d1/D,用于预算坯料
42、尺寸用于预算坯料尺寸;另一个是判断能否拉深成功。如另一个是判断能否拉深成功。如果计算拉深系数果计算拉深系数m小于板料在该成形条件下的极限拉深系小于板料在该成形条件下的极限拉深系数数mmin时时,说明变形程度过大说明变形程度过大,如图如图7-11所示所示,必须分次拉深必须分次拉深,否则将产生破裂导致拉深失败。否则将产生破裂导致拉深失败。图7-11多次拉深工序第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数2.拉深次数拉深次数因此因此,在确定拉深工艺时在确定拉深工艺时,就需要计算拉深次数就需要计算拉深次数m1=d1/D以后各次拉深以后各次拉深m
43、2=d2/d1;m3=d3/d2;mn=dn/dn-1 (7-20)总拉深系数总拉深系数m=m1m2m3mn=dn/D第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数3.再拉深的特点和方法再拉深的特点和方法(1)再拉深的特点再拉深的特点1)首次拉深板坯的厚度、力学性能首次拉深板坯的厚度、力学性能大体均匀大体均匀,而再拉深时而再拉深时,工序件各部工序件各部位厚度、力学性能及已有塑性变形位厚度、力学性能及已有塑性变形量发生了变化。量发生了变化。2)首次拉深时首次拉深时,法兰变形面积逐渐法兰变形面积逐渐缩小缩小,但材料加工硬化增强使拉深但材料加工
44、硬化增强使拉深力逐渐增大力逐渐增大,当这两个相反因素达当这两个相反因素达到平衡时到平衡时,产生最大拉深力。产生最大拉深力。图7-12首次拉深与后续拉深时拉深载荷的变化第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数3.再拉深的特点和方法再拉深的特点和方法(1)再拉深的特点再拉深的特点3)再拉深与首次拉深的破裂危险点都在本道次拉深凸模再拉深与首次拉深的破裂危险点都在本道次拉深凸模肩圆角与侧壁交界附近肩圆角与侧壁交界附近,但首次拉深的最大拉深力产生在但首次拉深的最大拉深力产生在变形初始阶段变形初始阶段,所以所以,过小拉深系数导致的破裂发生在拉深
45、过小拉深系数导致的破裂发生在拉深初期。而再拉深的最大拉深力滞后产生初期。而再拉深的最大拉深力滞后产生,所以破裂则往往所以破裂则往往发生在拉深末期。发生在拉深末期。4)再拉深时再拉深时,法兰外缘经加工硬化后抗失稳能力增强法兰外缘经加工硬化后抗失稳能力增强,具有具有一定刚性一定刚性,不易起皱。但再拉深后期不易起皱。但再拉深后期,大量周向收缩变形波大量周向收缩变形波及筒壁圆角部坯料时及筒壁圆角部坯料时,过小拉深系数仍可能引发起皱。过小拉深系数仍可能引发起皱。第二节第二节 拉深成形极限及拉深系数拉深成形极限及拉深系数二、拉深系数与拉深次数二、拉深系数与拉深次数3.再拉深的特点和方法再拉深的特点和方法(
46、2)再拉深方法再拉深方法1)同向正拉深。同向正拉深时板坯变形方向与前次拉深方同向正拉深。同向正拉深时板坯变形方向与前次拉深方向一致向一致,如图如图7-13a所示所示.2)反拉深。如图反拉深。如图7-13b所示所示,反拉深方向与前次拉深方向相反拉深方向与前次拉深方向相反反,前次拉深件的内表面变成反拉深的外表面。前次拉深件的内表面变成反拉深的外表面。图7-13再拉深方法第三节第三节 拉深力、拉深功及压料力计算拉深力、拉深功及压料力计算一、拉深力及拉深功的计算一、拉深力及拉深功的计算1.拉深力的计算拉深力的计算(1)拉深力的理论计算板料拉深过程中拉深力的理论计算板料拉深过程中,拉深力通过凸模拉深力通
47、过凸模传递给变形板坯。因此传递给变形板坯。因此,计算总变形力需考查凸模受力情计算总变形力需考查凸模受力情况。考虑到凸模脱模点与凹模脱模点之间板坯所需变形力况。考虑到凸模脱模点与凹模脱模点之间板坯所需变形力较小较小,可利用凹模脱模点处的径向应力来计算近似拉深力可利用凹模脱模点处的径向应力来计算近似拉深力（7-21）1)不压料拉深时的拉深力。不压料拉深时的拉深力。不压料拉深时不压料拉深时,近似认为垂直近似认为垂直于板面方向上的应力于板面方向上的应力t=0。参照图。参照图7-7所示的变形几何关所示的变形几何关系系,将式将式(7-6)代入式代入式(7-21)中中,即可得到不压料拉深时的拉深即可得到不压
48、料拉深时的拉深力力012sinBBFr t第三节第三节 拉深力、拉深功及压料力计算拉深力、拉深功及压料力计算一、拉深力及拉深功的计算一、拉深力及拉深功的计算1.拉深力的计算拉深力的计算(1)拉深力的理论计算拉深力的理论计算1)不压料拉深时的拉深力不压料拉深时的拉深力（7-22）0cdd0101010101d02/2 sinsin2/2 sinsln(/2)sinin2(/2)cddecddsFrrrtrtrrrtrttrrtrt第三节第三节 拉深力、拉深功及压料力计算拉深力、拉深功及压料力计算一、拉深力及拉深功的计算一、拉深力及拉深功的计算1.拉深力的计算拉深力的计算(1)拉深力的理论计算拉深
49、力的理论计算2)压料拉深时的拉深力。压料拉深时的拉深力。均匀压料时的拉深力。设压料力为均匀压料时的拉深力。设压料力为FH,将式将式(7-11)代入代入式式(7-21)中中,可得均匀压料拉深时的拉深力可得均匀压料拉深时的拉深力（7-23）0scd0d1H0cd0d1220c0d20101010101ln(/2)sin2(/2)sin(/2)si2/2sinsin2/2sinnnsicddBcddrrrtFrrtrtrrrtFrrrtrrrtrttr第三节第三节 拉深力、拉深功及压料力计算拉深力、拉深功及压料力计算一、拉深力及拉深功的计算一、拉深力及拉深功的计算1.拉深力的计算拉深力的计算(1)拉
50、深力的理论计算拉深力的理论计算2)压料拉深时的拉深力。压料拉深时的拉深力。压料力集中作用时的拉深力。同理压料力集中作用时的拉深力。同理,将式将式(7-14)代入式代入式(7-21)中中,得得（7-24）110Hsc301001d0d10 00d011012/2sin2/2sinsilne(/2)sin1 e4(/2)sinnsincddBcddsrFrrtFrrtrtrrtrrr tttttr第三节第三节 拉深力、拉深功及压料力计算拉深力、拉深功及压料力计算一、拉深力及拉深功的计算一、拉深力及拉深功的计算1.拉深力的计算拉深力的计算(2)拉深力的估算拉深力的估算1)不压料时的拉深力估算。对于板
