1、冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计Stamping Technology and Mould DesignStamping Technology and Mould Design 第第4 4章章 拉深工艺与模具设计拉深工艺与模具设计2第第4 4章章 拉深工艺与模具设计拉深工艺与模具设计拉深拉深利用专用模具将平板毛坯制成开口空心工件。利用专用模具将平板毛坯制成开口空心工件。拉深拉深用拉深可以制得筒形、阶梯形、锥形、球形、方盒形以及其他形用拉深可以制得筒形、阶梯形、锥形、球形、方盒形以及其他形状复杂的零件：状复杂的零件：本章主要讨论本章主要讨论圆圆筒形零件的拉深筒形零件的拉深3第第4 4章章 拉
2、深工艺与模具设计拉深工艺与模具设计 【主要内容主要内容】v 拉深的变形过程拉深的变形过程 v 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析 v 拉深系数和影响拉深系数的因素拉深系数和影响拉深系数的因素 v 圆筒形件拉深工艺计算圆筒形件拉深工艺计算 v 拉深中辅助工序的安排拉深中辅助工序的安排 【重点重点】v 拉深变形机理拉深变形机理v 变形程度和拉深系数变形程度和拉深系数v 圆筒形件拉深工艺计算圆筒形件拉深工艺计算 44.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析一、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 凸缘材料的变形过程凸缘材料的变形过程用用坐标网格实验法坐标网格实验法来说明拉深过程中来
3、说明拉深过程中金属的流动情况金属的流动情况：54.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析 等间距同心圆等间距同心圆和和等分度辐射线等分度辐射线划出的划出的扇形网格扇形网格底部网格基底部网格基本保持原状，筒壁网格则变化很大：本保持原状，筒壁网格则变化很大：v 同心圆同心圆筒壁上的水平圆圈线，且筒壁上的水平圆圈线，且间距增大间距增大，越靠近筒口，越靠近筒口间间距越大距越大（）径向伸长径向伸长v 分度相等的辐射线分度相等的辐射线筒壁上筒壁上间距相等间距相等的垂直平行线的垂直平行线 （）切向压缩切向压缩坯料变形情况：坯料变形情况：v 原始直径为原始直径为D D的平板毛坯的平板毛坯圆筒圆筒v 毛坯环形部分
4、（外径毛坯环形部分（外径D D内径内径d d）工件直壁工件直壁环形区域为变环形区域为变形区形区v 直径为直径为d d的圆盘部分的圆盘部分圆筒底部圆筒底部不参加变形，为不变形区不参加变形，为不变形区v 被拉入凸、凹模之间的直壁部分被拉入凸、凹模之间的直壁部分已完成变形的部分，为已完成变形的部分，为传力区传力区aaa21ndbbb2164.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析二、拉深时的应力、应变状态二、拉深时的应力、应变状态按应力、应变状态的不同分成五个部分按应力、应变状态的不同分成五个部分 ：v 平面凸缘部分平面凸缘部分v 凹模圆角部分凹模圆角部分v 筒壁部分筒壁部分v 凸模圆角部分凸模圆角部
5、分v 圆筒底部圆筒底部74.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析1 1、平面凸缘部分、平面凸缘部分主要变形区主要变形区v 应力状态：应力状态：径向径向 拉应力拉应力 切向切向 压应力压应力 厚向厚向 压应力压应力 三向应力状态三向应力状态 和和 的绝对值要比的绝对值要比 大得多，且从凸缘外边向内大得多，且从凸缘外边向内 和和 的的值是值是变化变化的：的：由由00最大，而最大，而 由最大由最大最小。最小。rrrrtrtrr84.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析v 应变状态：应变状态：可根据可根据体积不变定律体积不变定律和和全量理论全量理论来确定：来确定：在凸缘外区，在凸缘外区，是绝对值最大的
6、主应力（压应力）是绝对值最大的主应力（压应力）是绝是绝对值最大的压应变对值最大的压应变 为拉应变为拉应变 在凸缘内区靠近凹模圆角处，在凸缘内区靠近凹模圆角处，是绝对值最大的主应力（拉是绝对值最大的主应力（拉应力）应力）是绝对值最大的拉应变是绝对值最大的拉应变 为压应变为压应变rrt、r、t94.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析2 2、凹模圆角部分（凸缘圆角部分）、凹模圆角部分（凸缘圆角部分）过渡区过渡区v 应力状态：应力状态：径向径向 拉应力拉应力 切向切向 压应力压应力 厚向厚向 压应力压应力相当于拉弯相当于拉弯v 应变状态：应变状态：是绝对值最大的拉应变是绝对值最大的拉应变 是压应变是
7、压应变rr、tt104.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析3 3、筒壁部分、筒壁部分传力区传力区v 应力状态：应力状态：径向径向 拉应力拉应力 切向切向 拉应力拉应力（切向收缩受凸模阻碍）（切向收缩受凸模阻碍）厚向厚向 压应力压应力v 应变状态：应变状态：径向径向 拉应变拉应变 切向切向 （受凸模（受凸模 阻碍，变形无法实现）阻碍，变形无法实现）厚向厚向 压应变压应变0t0tr0rtt114.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析4 4、凸模圆角部分（底部圆角部分）、凸模圆角部分（底部圆角部分）过渡区过渡区v 应力状态：应力状态：径向径向 拉应力拉应力 切向切向 拉应力拉应力 厚向厚向 压应力
8、压应力相当于拉弯相当于拉弯v 应变状态：应变状态：径向径向 拉应变拉应变 切向切向 （受凸模（受凸模 阻碍，变形无法实现）阻碍，变形无法实现）厚向厚向 压应变压应变 rt0rt124.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析5 5、圆筒底部、圆筒底部不变形区不变形区 v 应力状态：应力状态：径向径向 拉应力拉应力 切向切向 拉应力拉应力 厚向厚向 v 应变状态为：应变状态为：径向径向 拉应变拉应变 切向切向 拉应变拉应变 厚向厚向 压应变压应变 但由于凸模圆角及端面但由于凸模圆角及端面摩擦力的阻碍作用摩擦力的阻碍作用很大很大制约了底部的制约了底部的拉伸拉伸圆筒底部变形很小，可忽略不计。圆筒底部变形
9、很小，可忽略不计。0trrt134.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析三、拉深变形中的特殊问题三、拉深变形中的特殊问题 1.1.起皱起皱 受切向压应力受切向压应力 的作用，凸缘部分，特别是凸缘外边部分的的作用，凸缘部分，特别是凸缘外边部分的材料可能会失稳，而沿切向形成高低不平的材料可能会失稳，而沿切向形成高低不平的皱折皱折(拱起拱起)：类似于压杆的失稳类似于压杆的失稳 起皱起皱144.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析154.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析起皱的危害起皱的危害表现在三个方面：表现在三个方面：v 厚度尺寸加大，很难通过凸、凹模间隙拉入凹模，故容易使厚度尺寸加大，很难通过
10、凸、凹模间隙拉入凹模，故容易使毛坯所受拉力过大而断裂报废。毛坯所受拉力过大而断裂报废。v 使模具磨损加剧，模具的寿命大为降低。使模具磨损加剧，模具的寿命大为降低。v 皱纹在工件的侧壁上保留下来，影响零件的外观质量。皱纹在工件的侧壁上保留下来，影响零件的外观质量。拉深时会不会起皱，取决于下列几方面拉深时会不会起皱，取决于下列几方面主要因素主要因素：(1)(1)凸缘部分的相对厚度凸缘部分的相对厚度 凸缘部分相对厚度小，板料抗纵向弯曲能力小，就容易起皱。凸缘部分相对厚度小，板料抗纵向弯曲能力小，就容易起皱。（相当于压杆的直径小）相当于压杆的直径小）(2)(2)切向压应力的大小切向压应力的大小 的大小
11、取决于变形程度。变形程度大，需要转移的剩余材的大小取决于变形程度。变形程度大，需要转移的剩余材料多，则料多，则 大，就容易起皱。大，就容易起皱。Dt164.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析(3)(3)凹模工作部分几何形状凹模工作部分几何形状 与平端面凹模相比，与平端面凹模相比，锥形凹模锥形凹模允许用相对厚度较小的毛坯而允许用相对厚度较小的毛坯而不起皱：不起皱：174.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析锥形凹模拉深：锥形凹模拉深：184.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析DdDt117.009.0117.009.0dDdtDdDt103.0103.0dDdt生产中可用下述条件生产中可用下
12、述条件概略估算无压边圈拉深时是否会起皱：概略估算无压边圈拉深时是否会起皱：用平端面凹模拉深时：用平端面凹模拉深时：首次拉深首次拉深 以后各次拉深以后各次拉深 用锥形凹模拉深时：用锥形凹模拉深时：首次拉深首次拉深 以后各次拉深以后各次拉深 194.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析若不满足上述条件就要起皱，须采取措施。生产中防止起皱的有若不满足上述条件就要起皱，须采取措施。生产中防止起皱的有效措施是效措施是采用压边圈采用压边圈：v 弹性压边装置弹性压边装置v 刚性压边装置刚性压边装置板料被强迫在压边圈和凹模平面间的间隙中流动，稳定性得板料被强迫在压边圈和凹模平面间的间隙中流动，稳定性得到加强。
13、但加压边圈后拉深阻力增加了。到加强。但加压边圈后拉深阻力增加了。204.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析多道工序拉深时，也可用多道工序拉深时，也可用反向拉深反向拉深防止起皱：防止起皱：反向拉深反向拉深反向拉深时毛坯与凹模的包角为反向拉深时毛坯与凹模的包角为 ，板材沿凹模流动的摩擦，板材沿凹模流动的摩擦阻力和变形抗力显著增大，从而使径向拉应力增大，切向压应阻力和变形抗力显著增大，从而使径向拉应力增大，切向压应力的作用相应减小，能有效防止起皱，但拉深力增大，易产生力的作用相应减小，能有效防止起皱，但拉深力增大，易产生拉裂。拉裂。180214.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析2.2.拉裂拉裂
14、筒壁与底部转角稍上部位的材料易被拉断。筒壁与底部转角稍上部位的材料易被拉断。拉裂拉裂拉深后得到的工件，其厚度沿底部向口部是不同的：拉深后得到的工件，其厚度沿底部向口部是不同的：224.1 4.1 拉深过程分析拉深过程分析侧壁上部的厚度增加最多，约为侧壁上部的厚度增加最多，约为3030；筒壁与底部转角稍上的部；筒壁与底部转角稍上的部位厚度最小，厚度减少了将近位厚度最小，厚度减少了将近1010，变薄最严重，变薄最严重最容易被拉裂最容易被拉裂的地方的地方称为称为“危险断面危险断面”。3.3.硬化不均匀且与工艺要求相反硬化不均匀且与工艺要求相反 拉深中的主要问题是起皱和拉裂，但一般情况下起皱不是主要拉
15、深中的主要问题是起皱和拉裂，但一般情况下起皱不是主要难题，只要采用压边圈后即可解决，难题，只要采用压边圈后即可解决，主要的问题是拉裂主要的问题是拉裂。234.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析 一、凸缘变形区的应力分析一、凸缘变形区的应力分析1.1.拉深中凸缘变形区的应力分布拉深中凸缘变形区的应力分布设用半径为设用半径为 的板料毛坯拉深半径的板料毛坯拉深半径为为 的圆筒形零件的圆筒形零件 (图图a)a)如如 忽略不计，则只需求忽略不计，则只需求 和和 的值，变形区的应力分布就清楚了。的值，变形区的应力分布就清楚了。rt0Rr244.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析
16、由平衡条件和塑性方程，可以求出：由平衡条件和塑性方程，可以求出：当拉深进行到某瞬时，凸缘变形区当拉深进行到某瞬时，凸缘变形区的外径为的外径为 。把变形区内不同点。把变形区内不同点的半径的半径 代入上面公式，就可以代入上面公式，就可以得到各点的应力（图得到各点的应力（图b)b)。RRtmrln1.1)ln1(1.1RRtmtRRm变形区材料的平均抗力变形区材料的平均抗力 254.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析可以发现：可以发现：v 在变形区内边缘处（在变形区内边缘处（）最大：最大：而而 最小，其值为：最小，其值为：v 在变形区外边缘处（在变形区外边缘处（）最大：最大：而而 最小
17、，其值为最小，其值为0 0。rrrR tRR rRtmrln1.1max)ln1(1.1minrRtmm1.1max264.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析由上可知：由上可知：从凸缘外边缘向里，从凸缘外边缘向里，由低到高由低到高变化，变化，则由高到低变化，因而则由高到低变化，因而在凸缘区内必有一处在凸缘区内必有一处 与与 的的绝对值相等绝对值相等(图图b)b)。由由得得rrRRtmln1.1)ln1(1.1RRtmtRR61.0274.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析用用 所作出的圆将凸缘区分成所作出的圆将凸缘区分成内区、外区内区、外区两部分：两部分：v 在内区
18、，拉应力占优势（在内区，拉应力占优势（），则拉应变），则拉应变 为绝对值最为绝对值最大的主应变，厚度方向的变形大的主应变，厚度方向的变形 是压缩变形。是压缩变形。v 在外区，压应力占优势在外区，压应力占优势()()，则压应变，则压应变 为绝对值最为绝对值最大的主应变，厚度方向上的变形大的主应变，厚度方向上的变形 是拉伸变形。是拉伸变形。2.2.拉深过程中拉深过程中 、的变化规律的变化规律了解拉深中了解拉深中 和和 如何变化、何时出现最大值，这如何变化、何时出现最大值，这对防止拉深时起皱和破裂是很必要的。对防止拉深时起皱和破裂是很必要的。rrtrttRR61.0maxrmaxmaxrmax284
19、.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析 (1)(1)的变化规律的变化规律把不同时刻的凸缘半径把不同时刻的凸缘半径 及平均及平均抗力抗力 代入式代入式就可求得不同时刻的就可求得不同时刻的 。把不同把不同 值所对应的值所对应的 连成连成曲线，即为整个拉深过程中凹模入曲线，即为整个拉深过程中凹模入口处径向拉应力口处径向拉应力 的变化的变化规律（图规律（图c):c):maxrtRmrRtmrln1.1maxmaxrtRmaxrmaxr294.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析开始拉深时开始拉深时 ，则：，则：随着拉深的进行随着拉深的进行 逐渐增大，大约进行到逐渐增大，大约进行
20、到 时，便出现最大值时，便出现最大值 ，以后随着拉深的进行，以后随着拉深的进行，又逐渐又逐渐减小，直到拉深结束减小，直到拉深结束 时，时，减小为零。减小为零。0RRtrRmr0maxln1.1maxr09.07.0RRtmaxmaxrmaxrrRtmaxr304.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析maxmax(2)(2)的变化规律的变化规律 只与材料有关，随着拉深的进行，变形程度增加，硬化加只与材料有关，随着拉深的进行，变形程度增加，硬化加大，大，增大，则增大，则 也增大。也增大。毛坯有起皱的危险毛坯有起皱的危险mmax314.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析(3
21、)(3)拉深中起皱的规律拉深中起皱的规律拉深过程中何时凸缘会起皱取决于拉深过程中何时凸缘会起皱取决于 和凸缘相对厚度这两个因和凸缘相对厚度这两个因素综合的结果：素综合的结果：v 凸缘外边缘的切向压应力在拉深中是不断增加的，这会增加凸缘外边缘的切向压应力在拉深中是不断增加的，这会增加失稳起皱的趋势；失稳起皱的趋势；v 由于随着拉深的进行凸缘变形区不断缩小，材料厚度不断增由于随着拉深的进行凸缘变形区不断缩小，材料厚度不断增大，凸缘的相对厚度是逐渐增大的，这又提高了材料抵抗失大，凸缘的相对厚度是逐渐增大的，这又提高了材料抵抗失稳起皱的能力。稳起皱的能力。实验证明：实验证明：起皱的规律与起皱的规律与
22、的变化规律相似，凸缘失稳起皱最强烈的时的变化规律相似，凸缘失稳起皱最强烈的时刻基本上也就是出现刻基本上也就是出现 的时刻即的时刻即 时。时。maxrmaxmaxr09.07.0RRt324.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析二、筒壁传力区的受力分析二、筒壁传力区的受力分析拉深时除了变形区需要拉深时除了变形区需要变形力变形力 外，还需要克服其他一些外，还需要克服其他一些附附加阻力加阻力：v 压边力引起的摩擦力压边力引起的摩擦力v 材料流过凹模圆角的摩擦阻力材料流过凹模圆角的摩擦阻力 可近似按皮带与带轮的滑可近似按皮带与带轮的滑动摩擦理论来计算：动摩擦理论来计算：v 材料绕过凹模圆角
23、的弯曲阻力材料绕过凹模圆角的弯曲阻力 maxrdtQM2 trtdbw212eMmaxr334.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析由此，通过凸模圆角处由此，通过凸模圆角处“危险断面危险断面”所传递的径向拉应力为：所传递的径向拉应力为：此式把影响拉深力的因素如此式把影响拉深力的因素如拉深变形程度拉深变形程度、材料性能材料性能、零件尺零件尺寸寸、凹模圆角半径凹模圆角半径、压边力压边力及及润滑条件润滑条件等都反映出来了，有利等都反映出来了，有利于研究和改善拉深工艺。于研究和改善拉深工艺。trtedtQdbmaxrp222344.2 4.2 拉深过程的力学分析拉深过程的力学分析 在拉深中
24、是随在拉深中是随 的变化而变化的。当凸缘的外缘半径的变化而变化的。当凸缘的外缘半径 时，时，达到最大值达到最大值 。又又故故拉深中若拉深中若 超过了危险断面的抗拉强度，便会产生拉裂。超过了危险断面的抗拉强度，便会产生拉裂。最大拉深力：最大拉深力：maxr09.07.0RRtmaxr6.11212eptrt.dtQdbmaxmaxrmaxp26112maxpmaxmaxpdtFmaxmaxr354.3 4.3 拉深系数和影响拉深系数的因素拉深系数和影响拉深系数的因素一、概念和意义一、概念和意义圆筒形件的拉深系数圆筒形件的拉深系数拉深后工件的直径与拉深前毛坯拉深后工件的直径与拉深前毛坯(半成半成品
25、品)的直径之比，即：的直径之比，即：对多次拉深的各次拉深系数分别为：对多次拉深的各次拉深系数分别为：总拉深系数（工件直径与毛坯直径之比）：总拉深系数（工件直径与毛坯直径之比）：拉深系数也等于拉深后拉深系数也等于拉深后工件周长工件周长与拉深前与拉深前毛坯周长毛坯周长之比。之比。Ddm Ddm11122ddm 233ddmnmmmm 21总364.3 4.3 拉深系数和影响拉深系数的因素拉深系数和影响拉深系数的因素拉深时毛坯外边缘切向压缩变形量为：拉深时毛坯外边缘切向压缩变形量为：v 拉深系数的大小反映了拉深过程中的变形程度，拉深系数越拉深系数的大小反映了拉深过程中的变形程度，拉深系数越小，表示拉
26、深前后毛坯直径变化越大，即变形程度越大。小，表示拉深前后毛坯直径变化越大，即变形程度越大。v 作为衡量拉深时变形程度的指标，作为衡量拉深时变形程度的指标，m m是拉深工艺的一个重要的是拉深工艺的一个重要的工艺参数，是拉深工艺计算的基础。工艺参数，是拉深工艺计算的基础。极限拉深系数极限拉深系数材料既能拉深成形又不被拉裂时的拉深系数。材料既能拉深成形又不被拉裂时的拉深系数。mDdDdD11374.3 4.3 拉深系数和影响拉深系数的因素拉深系数和影响拉深系数的因素二、影响极限拉深系数的因素二、影响极限拉深系数的因素 1.1.材料的机械性能方面材料的机械性能方面 (1)(1)塑性越好、屈强比越小对拉
27、深越有利，极限拉深系数越小。塑性越好、屈强比越小对拉深越有利，极限拉深系数越小。原因：原因：小材料容易变形，变形区抗力小；而小材料容易变形，变形区抗力小；而 大则危险断面大则危险断面处强度高，不易破裂。处强度高，不易破裂。(2)(2)材料的厚向异性系数和硬化指数大时拉深性能好，极限拉深材料的厚向异性系数和硬化指数大时拉深性能好，极限拉深系数较小。系数较小。原因：原因：厚向异性系数大时，板平面方向比厚度方向变形容易，厚向异性系数大时，板平面方向比厚度方向变形容易，拉深时变形力小，不易起皱，传力区不易拉破。拉深时变形力小，不易起皱，传力区不易拉破。硬化指数大则抗局部颈缩失稳能力强，变形均匀，板料总
28、硬化指数大则抗局部颈缩失稳能力强，变形均匀，板料总体成形极限提高。体成形极限提高。sb384.3 4.3 拉深系数和影响拉深系数的因素拉深系数和影响拉深系数的因素2.2.模具方面模具方面(1)(1)模具间隙模具间隙 间隙小时，材料进入间隙后的挤压力大，摩擦力增加，导致间隙小时，材料进入间隙后的挤压力大，摩擦力增加，导致拉深力大拉深力大 。(2)(2)凹模圆角半径凹模圆角半径 凹模圆角半径越小，材料沿圆角部分流动阻力越大凹模圆角半径越小，材料沿圆角部分流动阻力越大拉深力拉深力加大加大 。(3)(3)凸模圆角半径凸模圆角半径 凸模圆角半径过小时，毛坯在此处弯曲变形大，使危险断面凸模圆角半径过小时，
29、毛坯在此处弯曲变形大，使危险断面强度过多地削弱强度过多地削弱 。mmm394.3 4.3 拉深系数和影响拉深系数的因素拉深系数和影响拉深系数的因素(4)(4)凹模形状凹模形状 图示锥形凹模中，支撑材料变形区的部位是锥面而不是平面，图示锥形凹模中，支撑材料变形区的部位是锥面而不是平面，防皱效果好，可以减小包角，从而减小材料流过凹模圆角半径防皱效果好，可以减小包角，从而减小材料流过凹模圆角半径时的摩擦阻力和弯曲变形时的摩擦阻力和弯曲变形 。m404.3 4.3 拉深系数和影响拉深系数的因素拉深系数和影响拉深系数的因素3.3.拉深条件拉深条件(1)(1)有无压边圈有无压边圈 使用压边圈时，不易起皱，
30、故有压边圈时的拉深系数可比无压使用压边圈时，不易起皱，故有压边圈时的拉深系数可比无压边圈时的小。但压边力过大时，会增加拉深阻力，易产生拉裂。边圈时的小。但压边力过大时，会增加拉深阻力，易产生拉裂。因此在确定压边力时，应在保证凸缘不起皱的前提下尽可能小。因此在确定压边力时，应在保证凸缘不起皱的前提下尽可能小。(2)(2)拉深次数拉深次数 需多次拉深的零件，由于拉深过程中存在加工硬化，所以当无需多次拉深的零件，由于拉深过程中存在加工硬化，所以当无中间退火工序时，拉深系数应逐渐增大。中间退火工序时，拉深系数应逐渐增大。(3)(3)润滑情况润滑情况 润滑好时，板料与压边圈及凹模端面的摩擦小，拉深阻力小
31、，润滑好时，板料与压边圈及凹模端面的摩擦小，拉深阻力小，因此极限拉深系数可小些。因此极限拉深系数可小些。414.3 4.3 拉深系数和影响拉深系数的因素拉深系数和影响拉深系数的因素4.4.工件方面工件方面(1)(1)板料的相对厚度板料的相对厚度 -重要的影响因素重要的影响因素相对厚度大时，凸缘抗失稳起皱能力提高，因而压边力减小，相对厚度大时，凸缘抗失稳起皱能力提高，因而压边力减小，甚至不要甚至不要摩擦阻力减小，变形抗力减小，故极限拉深系数可摩擦阻力减小，变形抗力减小，故极限拉深系数可减小。减小。(2)(2)工件形状工件形状工件形状不同，应力与应变状态不同，极限拉深系数也不同。工件形状不同，应力
32、与应变状态不同，极限拉深系数也不同。工件形状越简单，极限拉深系数越小。工件形状越简单，极限拉深系数越小。Dt424.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算一、修边余量一、修边余量由于板料各向异性、模具间隙分布不均匀、摩擦阻力不匀及毛由于板料各向异性、模具间隙分布不均匀、摩擦阻力不匀及毛坯定位不准确等因素的影响，使拉深件的口部或凸缘周边不整坯定位不准确等因素的影响，使拉深件的口部或凸缘周边不整齐，这就需要在拉深后安排修边工序加以修整。为此，需留出齐，这就需要在拉深后安排修边工序加以修整。为此，需留出修边余量。修边余量。修边量根据零件的高度查有关手册确定。修边量根据零件的高度查有
33、关手册确定。434.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算二、毛坯尺寸的计算二、毛坯尺寸的计算1.1.计算原理计算原理 有两种：有两种：(1)(1)体积不变原理体积不变原理拉深前后板料的体积不变拉深前后板料的体积不变对于不变薄拉深，可按拉深前后面积相等计算对于不变薄拉深，可按拉深前后面积相等计算等面积法。等面积法。(2)(2)相似原理相似原理毛坯的形状一般与工件截面形状相似毛坯的形状一般与工件截面形状相似2.2.筒形零件毛坯尺寸的计算筒形零件毛坯尺寸的计算计算方法有等重量法、等体积法、等面积法、分析图解法和作计算方法有等重量法、等体积法、等面积法、分析图解法和作图法等，生产中
34、应用最多的是等面积法。现介绍等面积法：图法等，生产中应用最多的是等面积法。现介绍等面积法：(1)(1)形状简单的旋转体拉深件形状简单的旋转体拉深件按毛坯面积等于拉深件的中性层面积来确定毛坯尺寸。常用旋按毛坯面积等于拉深件的中性层面积来确定毛坯尺寸。常用旋转体拉深件毛坯直径的计算公式可查有关手册。转体拉深件毛坯直径的计算公式可查有关手册。444.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算(2)(2)形状复杂的旋转体拉深件形状复杂的旋转体拉深件“久里金久里金”法则法则任何形状的母线旋转一周所得旋转体的面任何形状的母线旋转一周所得旋转体的面积积等于该母线的长度与其形心绕该轴线旋转一周周
35、长的乘积。等于该母线的长度与其形心绕该轴线旋转一周周长的乘积。AByLRAx2 母线母线 绕绕 轴旋转一周轴旋转一周所得旋转体的面积为：所得旋转体的面积为：454.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算v 求旋转体拉深件毛坯尺寸的求旋转体拉深件毛坯尺寸的步骤步骤：(1)(1)沿厚度中线把零件轮廓线分解成直线段、圆弧段或其它形状沿厚度中线把零件轮廓线分解成直线段、圆弧段或其它形状的曲线段（最简单要素，不能再分），并计算出各线段的长的曲线段（最简单要素，不能再分），并计算出各线段的长度度 。(2)(2)确定每一线段的形心，并确定其到转轴的距离确定每一线段的形心，并确定其到转轴的距
36、离 。(3)(3)毛坯直径：毛坯直径：iLxiRxiiRLD8464.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算三、拉深次数及每次的拉深系数三、拉深次数及每次的拉深系数 两种方法：两种方法：推算法和查表法推算法和查表法1.1.推算法推算法按各次拉深系数推算出拉深次数按各次拉深系数推算出拉深次数（1 1）计算毛坯相对厚度）计算毛坯相对厚度 ，按，按 查表得各次拉深的极限查表得各次拉深的极限拉深系数拉深系数 （2 2）计算总拉深系数）计算总拉深系数（3 3）比较）比较 与与 的大小的大小:若若 ，工件可以一次拉成；，工件可以一次拉成；若若 ，则需要多次拉深，可按下述步骤确定拉深次，则
37、需要多次拉深，可按下述步骤确定拉深次数及每次的拉深系数：数及每次的拉深系数：Dt100Dt ,21mmDdm总总m1m1mm总1mm总474.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算 把毛坯直径依次乘以查出的极限拉深系数把毛坯直径依次乘以查出的极限拉深系数 ，得各次，得各次半成品的直径，直到算出的直径半成品的直径，直到算出的直径 为止，则为止，则 的下标的下标n n即即为拉深次数。为拉深次数。按按 对各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大对各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于极限拉深系数，即于极限拉深系数，即 ，且有：，且有：调整好后重新计算各次拉深后的直径调整
38、好后重新计算各次拉深后的直径2.2.查表法查表法按相对高度按相对高度 直接查表确定。直接查表确定。，21mmddnndddn11mm 22mm 321mmm 332211mmmmmmdh484.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算四、压边力和拉深力的计算四、压边力和拉深力的计算1 1压边力的计算压边力的计算压边力大小应适当，太小时，坯料起皱；太大时，则增大了摩压边力大小应适当，太小时，坯料起皱；太大时，则增大了摩擦力，拉深力增大，易造成工件危险断面处严重变薄，甚至开擦力，拉深力增大，易造成工件危险断面处严重变薄，甚至开裂：裂：压边力的计算公式可查冲压手册。压边力的计算公式可
39、查冲压手册。生产中，第一次拉深时的压边力生产中，第一次拉深时的压边力也可按拉深力的也可按拉深力的1 14 4选取。选取。494.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算2 2拉深力的计算拉深力的计算 经验公式：经验公式：有压边拉深圆筒件：有压边拉深圆筒件：首次拉深首次拉深 以后各次拉深以后各次拉深 、为修正系数，由表为修正系数，由表4-204-20查得。查得。压力机的总压力压力机的总压力 ，且应满足：，且应满足：浅拉深时浅拉深时深拉深时深拉深时 11ktdFb2ktdFbii1k2k08070）F.F（06050）F.F（QFF504.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零
40、件拉深工艺计算3 3拉深功拉深功拉深工序的工作行程通常都较长，因而消耗的功可能很大，时拉深工序的工作行程通常都较长，因而消耗的功可能很大，时常也作为设备选择的依据。计算公式为：常也作为设备选择的依据。计算公式为：首次拉深首次拉深 以后各次以后各次 平均变形力与最大变形力的比值平均变形力与最大变形力的比值 第一次和以后各次的拉深高度第一次和以后各次的拉深高度所需压力机的电机功率按下式计算：所需压力机的电机功率按下式计算：不均衡系数，取不均衡系数，取 ；压力机每分钟行程次数压力机每分钟行程次数 电机功率应大于上述计算值。电机功率应大于上述计算值。kWkAnN21100060k4121.k n100
41、01max111hFA1000max2nnnhFA21、nhh、1514.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算五、拉深模工作部分的设计五、拉深模工作部分的设计1 1凹模圆角半径凹模圆角半径 大的大的 可以降低极限拉深系数，而且还能提高拉深件质量。可以降低极限拉深系数，而且还能提高拉深件质量。但但 太大，会使圆角处在拉深初期毛坯不与模具表面接触，太大，会使圆角处在拉深初期毛坯不与模具表面接触，处于压边圈作用之外的毛坯宽度加大。由于这部分材料不受处于压边圈作用之外的毛坯宽度加大。由于这部分材料不受压边力作用，因而容易起皱（压边力作用，因而容易起皱（外皱外皱）；在拉深后期毛坯）；
42、在拉深后期毛坯外边缘也会过早脱离压边圈作用而起皱，使拉深件质量变差。外边缘也会过早脱离压边圈作用而起皱，使拉深件质量变差。drdr524.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算 首次拉深首次拉深 最小值为最小值为以后各次拉深以后各次拉深且且drtdDrd18.018.06.0didirrt 2534.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算2 2凸模圆角半径凸模圆角半径 过小时，则毛坯在凸模圆角处弯曲变形大，使危险断面易产过小时，则毛坯在凸模圆角处弯曲变形大，使危险断面易产生裂纹，极限拉深系数增大；生裂纹，极限拉深系数增大；过大时，会使圆角处在拉深初过大时，会
43、使圆角处在拉深初期不与模具表面接触，处于压边圈作用之外的毛坯宽度增加，期不与模具表面接触，处于压边圈作用之外的毛坯宽度增加，因而这部分材料也容易起皱因而这部分材料也容易起皱(内皱内皱)。经验公式：经验公式：首次拉深首次拉深以后各次以后各次最后一次拉深时取最后一次拉深时取 ，但不得小于料厚。，但不得小于料厚。若若 ，需通过增加镦圆角的整形工序获得。，需通过增加镦圆角的整形工序获得。prpr110.17.0dprr2211tddriipi零件rrptr零件544.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算3 3凸、凹模间隙凸、凹模间隙(1)(1)间隙的大小间隙的大小v 间隙过小时，变
44、形阻力增加，与模具表面之间的接触压力加间隙过小时，变形阻力增加，与模具表面之间的接触压力加大，摩擦磨损增大，从而引起拉深力增大，零件变薄严重，模具大，摩擦磨损增大，从而引起拉深力增大，零件变薄严重，模具寿命降低。但间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑，质量较好，寿命降低。但间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑，质量较好，精度较高。精度较高。v 间隙过大时，对毛坯的校直和挤压作间隙过大时，对毛坯的校直和挤压作用变小，因而拉深力降低，模具的寿命用变小，因而拉深力降低，模具的寿命提高。但零件的质量变差，侧壁不直，提高。但零件的质量变差，侧壁不直，形成弯曲形状：形成弯曲形状：554.4 4.4 圆筒形零件拉深
45、工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算确定间隙大小的原则：确定间隙大小的原则：既要考虑板料本身的尺寸公差，又要考虑板料在拉深过程中的既要考虑板料本身的尺寸公差，又要考虑板料在拉深过程中的增厚现象。因此，间隙一般比毛坯厚度略大一些。增厚现象。因此，间隙一般比毛坯厚度略大一些。计算公式：计算公式：无压边圈时无压边圈时有压边圈时有压边圈时 cc增大间隙系数增大间隙系数对精度要求高的零件，可采用负间隙拉深：对精度要求高的零件，可采用负间隙拉深：。注意注意：拉深力要比一般情况增大：拉深力要比一般情况增大2020，因此要加大拉深系数。，因此要加大拉深系数。max1.112tZcttZmax2 tZ95.09.02
46、564.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算(2)(2)间隙的方向间隙的方向 按下述原则确定：按下述原则确定：v 对于最后一道工序，当工件标注外形尺寸时，以凹模为基准对于最后一道工序，当工件标注外形尺寸时，以凹模为基准件，间隙取在凸模上。当工件标注内形尺寸时，以凸模为基件，间隙取在凸模上。当工件标注内形尺寸时，以凸模为基准件，间隙取在凹模上。准件，间隙取在凹模上。v 对于其它各中间工序，间隙方向不作规定，通常取在凸模上。对于其它各中间工序，间隙方向不作规定，通常取在凸模上。574.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算4 4凸、凹模尺寸的确定凸、凹模尺寸的
47、确定应考虑模具的磨损和工件的回弹。拉深模磨损严重的是凹模，应考虑模具的磨损和工件的回弹。拉深模磨损严重的是凹模，凸模磨损很小；工件的回弹趋势一般是口部向外扩张。凸模磨损很小；工件的回弹趋势一般是口部向外扩张。分两种情况：分两种情况：(1)(1)对多次拉深的中间工序，工件尺寸没有必要给以严格控制，对多次拉深的中间工序，工件尺寸没有必要给以严格控制，此时模具的尺寸只要取等于该工序的工件尺寸即可，而且基准此时模具的尺寸只要取等于该工序的工件尺寸即可，而且基准件可任选。若以凹模为基准件，则件可任选。若以凹模为基准件，则凹模尺寸凹模尺寸凸模尺寸凸模尺寸 TddDD00TppZDD 584.4 4.4 圆
48、筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算(2)(2)对于一次拉深及多次拉深的最后工序对于一次拉深及多次拉深的最后工序v 当工件标注外形尺寸时（图当工件标注外形尺寸时（图a a）：）：凹模为基准件凹模为基准件 凸模尺寸凸模尺寸v 当工件标注内形尺寸时（图当工件标注内形尺寸时（图b b）：）：凸模为基准件凸模为基准件 (接近于平均值接近于平均值)凹模尺寸凹模尺寸 TddDD0max75.00max75.0TppZDD0min4.0TppddTddZdd0min4.0594.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算5 5凸、凹模结构凸、凹模结构凸、凹模的结构形式对拉深时的变形情况和
49、变形程度的大小以凸、凹模的结构形式对拉深时的变形情况和变形程度的大小以及产品的质量均有重要影响。及产品的质量均有重要影响。(1)(1)毛坯的相对厚度大、不易起皱，不用压边圈拉深时，应采用毛坯的相对厚度大、不易起皱，不用压边圈拉深时，应采用锥形凹模。锥形凹模。(2)(2)当毛坯的相对厚度小，必须采用压边圈时，模具应采用图示当毛坯的相对厚度小，必须采用压边圈时，模具应采用图示的结构：的结构：604.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算a)a)为圆角结构形状，用于为圆角结构形状，用于 的工件的工件b)b)为斜角结构形状，用于为斜角结构形状，用于 的工件的工件 mmd100mmd1
50、00614.4 4.4 圆筒形零件拉深工艺计算圆筒形零件拉深工艺计算这种有斜角的模具不仅可改善金属的流动、减少变形抗力、材料这种有斜角的模具不仅可改善金属的流动、减少变形抗力、材料不易变薄，还可减轻毛坯反复弯曲变形、提高零件侧壁质量、使不易变薄，还可减轻毛坯反复弯曲变形、提高零件侧壁质量、使毛坯在下次工序中易定位。毛坯在下次工序中易定位。(2)(2)为获得底部平整的拉深件，对圆角模，其最后拉深工序的凸为获得底部平整的拉深件，对圆角模，其最后拉深工序的凸模圆角的圆心应与前道拉深的凸模圆角的圆心模圆角的圆心应与前道拉深的凸模圆角的圆心位于同一条中心线位于同一条中心线上上；对斜角模，则倒数第二道工序
