拉深工藝及模具設計.ppt

第四章,拉深工藝及模具設計,第四章 拉伸工藝及模具設計,概念：拉伸成形利用拉深模具將沖裁好的平板坯料或工序件變成開口空心件的一種沖壓工藝。 （p83） 加工對象：沖裁好的平板坯料或工序件 加工依據：板材沖壓成形性能（主要是塑性） 加工設備：主要是壓力機 加工工藝裝備：拉深模具 加工的產品：開口空心件,第四章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 一、圓筒形件拉深的拉深變形過程及特點 1.變形過程,第四章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程,拉深的網格試驗,第四章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 一、圓筒形件拉深的拉深變形過程及特點 2.特點,第四章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 一、圓筒形件拉深的拉深變形過程及特點 2.特點,第五章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 二、拉深過程中坯料內的應力與應變狀態(tài) 1、凸緣的平面部分-主要變形區(qū) 2、凸緣的圓角部分-過渡變形區(qū) 3、筒壁部分-傳力區(qū) 4、底部圓角部分-過渡區(qū) 5、底部圓角部分-小變形傳力區(qū),第五章 拉伸工藝及模具設計,拉深過程的應力與應變狀態(tài),下標1、2、3分別代表坯料徑向、厚度方向、切向的應力和應變,第五章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 三、拉深時凸緣區(qū)的應力分布與起皺 1、凸緣變形區(qū)的應力分布,拉深件的壁厚和硬度的變化,第五章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 三、拉深時凸緣區(qū)的應力分布與起皺 1、凸緣變形區(qū)的應力分布,圓筒形件拉深時凸緣變形區(qū)的應力分布,第五章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 三、拉深時凸緣區(qū)的應力分布與起皺 2、整個拉深過程中 和 的變化規(guī)律,拉深過程凸緣區(qū)應力變化,第五章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 三、拉深時凸緣區(qū)的應力分布與起皺 3、凸緣變形區(qū)的起皺,第五章 拉伸工藝及模具設計,第一節(jié) 圓筒形件拉深的變形過程 三、筒壁傳力區(qū)的受力分析與拉裂,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 一、拉深系數及拉伸次數 1.拉深系數及其極限,拉深系數m是以拉深后的直徑d與拉深前的坯料d（工序件dn）直徑之比表示。,第一次拉深系數：,第二次拉深系數：,第n次拉深系數：,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 一、拉深系數及拉伸次數 1.拉深系數及其極限,拉深系數m表示拉深前后坯料（工序件）直徑的變化率。 m愈小，說明拉深變形程度愈大，相反，變形程度愈小。,拉深件的總拉深系數等于各次拉深系數的乘積，即,如果m取得過小，會使拉深件起皺、斷裂或嚴重變薄超差。 極限拉深系數m,從工藝的角度來看，m越小越有利于減少工序數。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 一、拉深系數及拉伸次數 2.影響極限拉深系數的因素 (1)材料的組織與力學性能 (2)板料的相對厚度 (3)材料的表面質量 (4)模具機構方面 (5)拉深條件,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 一、拉深系數及拉伸次數 3.極限拉深系數的確定 表5-2和表5-3是圓筒形件在不同條件下各次拉深的極限拉深系數。 為了提高工藝穩(wěn)定性和零件質量，適宜采用稍大于極限拉深系數m的值 4. 后續(xù)各次拉深的特點,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 二、極限拉深系數的確定 1.坯料形狀和尺寸確定的理論依據 （1）相似原理 。 （2）體積不變原理 。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 二、極限拉深系數的確定 2.坯料尺寸的確定,按圖得：,故,整理后可得坯料直徑為:,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 二、圓筒形件的拉深次數及工序尺寸的確定 1.無凸緣圓筒形件的拉深次數及工序尺寸的確定 當m總m時，拉深件可一次拉成，否則需要多次拉深。 其拉深次數的確定有以下幾種方法： （）查表（表5-7）法,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 二、圓筒形件的拉深次數及工序尺寸的確定 1.無凸緣圓筒形件的拉深次數及工序尺寸的確定 （2）推算方法 1）由表5-4或表5-5中查得各次的極限拉深系數； 2）依次計算出各次拉深直徑，即 11；221； 3）當時，計算的次數即為拉深次數。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 二、圓筒形件的拉深次數及工序尺寸的確定 1.無凸緣圓筒形件的拉深次數及工序尺寸的確定 （2）推算方法 1）由表5-4或表5-5中查得各次的極限拉深系數； 2）依次計算出各次拉深直徑，即 11；221； 3）當時，計算的次數即為拉深次數。,第五章 拉伸工藝及模具設計,例 求圖所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。 材料為10鋼，板料厚度2。,解：因1，故按板厚中徑尺寸計算。 （）計算坯料直徑 根據零件尺寸，其相對高度為,查表5-4得切邊量,坯料直徑為,代已知條件入上式得98.2,第五章 拉伸工藝及模具設計,（）確定拉深次數 坯料相對厚度為,按表5-5可不用壓料圈，但為了保險，首次拉深仍采用壓料圈。 根據/2.03，查表4.4.2得各次極限拉深系數10.50，20.75，30.78，40.80，。 故 110.5098.249.2 2210.7549.236.9 3320.7836.928.8 4430.828.823 此時42328，所以應該用4次拉深成形。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 三、圓筒形件的拉深次數及工序尺寸的確定 2.有凸緣圓筒形件拉深方法及工序尺寸的確定 （1）有凸緣圓筒形件拉深變形程度 。 （2）有凸緣圓筒形件的拉深方法。 （3）有凸緣筒形拉深工序件高度的計算。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 四、凸、凹模工作部分的結構和尺寸 1.凸、凹模的圓角半徑,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 四、凸、凹模工作部分的結構和尺寸 1.凸、凹模的圓角半徑 1）凹模圓角半徑的確定,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 四、凸、凹模工作部分的結構和尺寸 1.凸、凹模的圓角半徑 2）凸模圓角半徑的確定,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 四、凸、凹模工作部分的結構和尺寸 2. 拉深模間隙 1）無壓料圈的拉深模 2）有壓料圈的拉深模，其間隙可按表5-11確定,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 四、凸、凹模工作部分的結構和尺寸 2. 拉深模間隙 3）盒形件拉深模的間隙,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 四、凸、凹模工作部分的結構和尺寸 3.凸、凹模的結構 （1）不用壓邊的拉深模,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 四、凸、凹模工作部分的結構和尺寸 3.凸、凹模的結構 （2）有壓料的拉深模,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 四、凸、凹模工作部分的結構和尺寸 4. 凸、凹模工作部分尺寸及公差,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 五、壓料力的確定與壓邊裝置 1.壓料力的計算,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 五、壓料力的確定與壓邊裝置 2.壓料裝置 （1）彈性壓料裝置 （2）剛性壓料裝置,第五章 拉伸工藝及模具設計,第二節(jié) 圓筒形件拉深工藝計算及其模具設計 六、拉深的工藝性 1.拉深件的公差等級 。 2.拉深件的結構工藝性 。 3.需多次拉深的零件，在保證必要的表面質量前提下，應允許內、外表面存在拉深過程中可能產生的痕跡。在保證裝配要求的前提下，應允許拉深件側壁有一定的斜度 。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第三節(jié) 階梯圓筒形件的拉深 階梯圓筒形件的拉深相當于圓筒形件多次拉深的過渡狀態(tài)。即圓筒形件各次拉深時不拉到底就得到階梯形體，故階梯圓筒形件拉深的變形特點與圓筒形件拉深的特點相同。 一、拉深次數的確定 二、階梯形件多次拉深方法,第五章 拉伸工藝及模具設計,第四節(jié) 曲面形狀零件的拉深 一、曲面形狀零件的拉深特點 1.曲面形狀零件的成形過程 圖所示是球形零件拉深成形的過程。凸模向下運動接觸坯料，位于頂點o及其附近的金屬首先開始變形而貼緊凸模，凸模繼續(xù)向下運動，中心 附近以外的金屬以及壓邊圈下面的環(huán)形部分金屬也逐步產生了變形，并由里向外貼緊凸模，最后形成了凸模表面一致的球形零件 。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第四節(jié) 曲面形狀零件的拉深 一、曲面形狀零件的拉深特點 2.曲面形狀零件的成形特點 面形狀零件的拉深成形是漲形和拉深變形的復合變形。 一定界限的位置是隨著壓邊力等沖壓條件的變化而變化的。 提高曲面形狀零件成形質量的措施： 加大坯料直徑這種防皺簡單，但增加材料消耗，建議盡量不采用。 加大壓邊力，甚至采用壓邊筋。 采用反拉深 。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第四節(jié) 曲面形狀零件的拉深 二、球形件拉深方法 球面形狀的零件可分為半球形件和非半球形件兩大類,第五章 拉伸工藝及模具設計,第四節(jié) 曲面形狀零件的拉深 二、球形件拉深方法 1. 半球形件,第五章 拉伸工藝及模具設計,第四節(jié) 曲面形狀零件的拉深 三、球形件拉深方法 1.淺拋物面零件拉深方法 2.拋物面形零件拉深方法 四、錐形零件的拉深,第五章 拉伸工藝及模具設計,第五節(jié) 盒形件的拉深 一、盒形件拉深的變形特點 1.盒形件拉深的變形性質與圓筒形件相同，坯件變形區(qū)（凸緣）也是一拉一壓的應力狀態(tài)，如圖所示。 2.盒形件拉深時，沿坯料周邊無論是直邊部分，還是圓角部分上的應力和變形分布是不均勻的。 3.直邊部分流入凹模快，而圓角部分流入凹模慢。毛坯在這兩部分連接處產生了剪切變形和切應力。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第五節(jié) 盒形件的拉深 二、盒形體坯料的形狀和尺寸的確定 1.一次拉深成形的低盒形件坯料的確定,第五章 拉伸工藝及模具設計,第五節(jié) 盒形件的拉深 二、盒形體坯料的形狀和尺寸的確定 2.多次拉深成形的高盒形件坯料的確定,第五章 拉伸工藝及模具設計,第五節(jié) 盒形件的拉深 二、盒形體坯料的形狀和尺寸的確定 2.多次拉深成形的高盒形件坯料的確定,第五章 拉伸工藝及模具設計,第五節(jié) 盒形件的拉深 三、盒形件拉深變形程度,盒形件拉深變形程度,第五章 拉伸工藝及模具設計,第五節(jié) 盒形件的拉深 四、盒形件的多工序拉深方法及工序件尺寸的確定 確定盒形件多次拉深工序件形狀和尺寸步驟： （1）確定拉深次數 盒形件所需的拉深次數見教材表5-22 （2）確定盒形件多次拉深工序件形狀和尺寸,第五章 拉伸工藝及模具設計,第五節(jié) 盒形件的拉深 四、其它盒形零件的拉深 1.有凸緣盒形件的拉深 2.階梯形盒形件的拉深 五、盒形件拉深力的計算,第五章 拉伸工藝及模具設計,第六節(jié) 其它拉深方法 一、柔性模拉深 二、帶料連續(xù)拉深,第五章 拉伸工藝及模具設計,第七節(jié) 拉深模設計程序 一、接受任務書 任務書通常由設計者提出，其內容包括： 1、經過審簽的正規(guī)圖紙，并注明原材料要求； 2、制品說明書或技術要求 3、生產數量,第五章 拉伸工藝及模具設計,第七節(jié) 拉深模設計程序 二、搜集分析和消化原始資料 搜集整理有關拉深件設計成形工藝、沖壓設備、機械加工及特殊加工等技術資料，以備模具設計時使用 1、分析制品 （1）明確設計要求 通常模具設計人員通過制品的零件圖就可以了解制品的設計要求，但對形狀復雜和精度要求較高的制品，有必要了解其使用目的，裝配要求及外觀要求等。 （2）對拉深件進行工藝分析 工藝分析包括技術和經濟兩方面內容。在技術方面，根據產品圖紙，主要分析該拉深件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求。在經濟方面，主要根據生產批量分析產品成本，闡明采用沖壓工藝生產可以取得的經濟效益。因此，拉深件的工藝分析主要討論在不影響零件使用的前提下，能否以最簡單最經濟的方法沖壓出來。能夠做到的，表示該拉深件的的沖壓工藝性好，反之則工藝性差,第五章 拉伸工藝及模具設計,第七節(jié) 拉深模設計程序 二、搜集分析和消化原始資料 生產批量 模具的制造費用很高，約占沖壓件總成本的1030。因此，制品的生產批量與模具結構關系十分密切。小批量生產時，為了縮短模具制造周期，降低成本，常采用結構比較簡單的單工序模和復合模；而對于大批量生產時，為了提高生產效率，則常采用自動化程度較高、機構較完善的連續(xù)模和高效沖壓設備。 總之應根據制品所用材料的工藝性能（如塑性）及使用性能（如機械強度）及制品的結構、形狀、尺寸、及其公差、表面粗糙度、模具結構及其加工工藝，對制品的工藝性進行全面分析，深入了解制品成形工藝的技術性及經濟性，必要時應與設計者探討結構修改的可能性，以滿足沖壓工藝要求。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第七節(jié) 拉深模設計程序 二、搜集分析和消化原始資料 影響沖壓工藝性的因素有很多，從技術和經濟方面考慮，主要因素有： 拉深件形狀和尺寸 對于拉深件，圓角半徑不能過小。底部與壁部之間的圓角半徑取板料厚度的35倍；壁部與凸緣之間的圓角半徑取板料厚度的510倍。當圓角半徑小于上述規(guī)定時，需增加整形工序。拉深件形狀應盡可能對稱，避免急劇轉角或凸臺，拉深件高度應盡可能小，以減少拉深次數，提高制品質量。 拉深件精度 拉深件精度與模具結構形式及其制造精度等因素有關，拉深件的徑向尺寸精度以及所能達到的高度方向尺寸精度分別見表5-30和表5-32， 尺寸標注 拉深件尺寸標注應符合沖壓工藝要求，拉深件的徑向尺寸應注明是保證外壁尺寸，還是保證內壁尺寸，內、外壁尺寸不能同時標注。帶臺階的拉深件，其高度方向的尺寸標注，一般應以底部為基準，若以上部為基準，高度尺寸不易保證。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第七節(jié) 拉深模設計程序 二、搜集分析和消化原始資料 （3）設備選型 根據沖壓工藝的性質，沖壓力（包括壓邊力、卸料力），變形功，模具結構形式，模具閉合高度和輪廓尺寸，以及生產批量等因素，結合本單位現有的設備條件，合理地選擇沖壓設備類型和噸位。 2、分析工藝資料 分析工藝任務書中提出的成形方法、沖壓設備、材料牌號、模具類型等要求是否合理，能否落實。 3、熟悉有關參考資料及技術標準 常用的有關參考資料有沖壓設計資料、沖壓設備說明書等，常用的有關技術標準有機械制圖標準等。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第七節(jié) 拉深模設計程序 三、熟悉沖壓設備的技術規(guī)范 設計沖壓工藝時，只是對沖壓設備的類型、型號等作了粗略的選擇，這種選擇遠遠不能滿足模具設計的需要，因此，模具設計人員必須熟悉成形設備與模具安裝和工作有關的所有參數。 四、確定模具結構 理想的模具結構必須滿足制品的工藝技術要求和生產經濟要求。工藝技術要求是要保證拉深件的幾何形狀、尺寸公差及表面粗糙度。生產經濟要求是要使制品的成本低、生產率高、模具使用壽命長、操作安全方便等。在確定模具結構時，主要考慮以下問題： 1、根據生產批量及使用性質，確定模具類型（如單工序模、復合模或連續(xù)模）； 2、模具工作零件的結構設計； 3、卸料機構的設計。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第七節(jié) 拉深模設計程序 五、模具設計的有關計算 1、工作零件的工作尺寸的計算 2、關鍵零件的強度、剛度計算 六、模具總體尺寸的確定與結構草圖的繪制 在模具零部件設計的基礎上，參照有關模架標準和結構零件標準，初步繪制模具的完整結構草圖，并校核預選的沖壓設備。,第五章 拉伸工藝及模具設計,第七節(jié) 拉深模設計程序 七、模具結構總裝圖和零件圖的繪制 1、模具總裝圖的繪制 盡可能地按1：1比例繪制，并應符合機械制圖國家標準； 繪制時先由工作零件開始繪制，主視圖與其他視圖同時畫出，在模總裝圖的俯視圖上，可以將上模去掉，只畫出下?；虿糠值母┮晥D； 模具總裝圖應包括全部組成零件，要求投影正