工藝技術(shù)_拉伸工藝和拉深模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)教材

1 拉深的基本概念拉深是利用拉深模具將沖裁好的平板毛坯壓制成各種開(kāi)口的空心件 或?qū)⒁阎瞥傻拈_(kāi)口空心件加工成其他形狀空心件的一種沖壓加工方法 如圖4 0 1 2 典型的拉深件 如圖4 0 2 3 拉深模具的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單 與沖裁模比較 工作部分有較大的圓角 表面質(zhì)量要求高 凸 凹模間隙略大于板料厚度 4 1拉深變形過(guò)程的分析4 1 1板料拉深變形過(guò)程及其特點(diǎn)在毛坯上畫作出距離為a的等距離的同心圓與相同弧度b輻射線組成的網(wǎng)格 如圖4 1 2 然后將帶有網(wǎng)格的毛坯進(jìn)行拉深 在拉深過(guò)程中 毛坯受凸模拉深力的作用 在凸緣毛坯的徑向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力 切向產(chǎn)生壓縮應(yīng)力 在它們的共同作用下 凸緣變形區(qū)材料發(fā)生了塑性變形 并不斷被拉入凹模內(nèi)形成筒形拉深件 在拉深后我們發(fā)現(xiàn)如圖4 1 2 工件底部的網(wǎng)格變化很小 而側(cè)壁上的網(wǎng)格變化很大 以前的等距同心圓 變成了與工件底部平行的不等距的水平線 并且愈是靠近工件口部 水平線之間的距離愈大 同時(shí)以前夾角相等的半徑線在拉深后在側(cè)壁上變成了間距相等的垂線 如圖4 1 3所示 以前的扇形毛坯網(wǎng)格變成了拉深后的矩形網(wǎng)格 4 1 2拉深過(guò)程中變形毛坯各部分的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)拉深過(guò)程中某一瞬時(shí)毛坯變形和應(yīng)力情況 如圖4 1 5 1 平面凸緣部分主要變形區(qū)2 凹模圓角區(qū)過(guò)渡區(qū)3 筒壁部分傳力區(qū)4 凸模圓角部分過(guò)渡區(qū)5 圓筒底部分小變形區(qū) 圖4 1 5拉深中毛坯的應(yīng)力應(yīng)變情況 4 1 3拉深成形的障礙及防止措施1 起皺 如圖4 1 8 影響起皺的因素 1 凸緣部分材料的相對(duì)厚度凸緣部分的相對(duì)料厚 即為 2 切向壓應(yīng)力的大小拉深時(shí)的值決定于變形程度 變形程度越大 需要轉(zhuǎn)移的剩余材料越多 加工硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重 則越大 就越容易起皺 3 材料的力學(xué)性能板料的屈強(qiáng)比小 則屈服極限小 變形區(qū)內(nèi)的切向壓應(yīng)力也相對(duì)減小 因此板料不容易起皺 4 凹模工作部分的幾何形狀平端面凹模拉深時(shí) 毛坯首次拉深不起皺的條件是 用錐形凹模首次拉深時(shí) 材料不起皺的條件是 如果不能滿足上述式子的要求 就要起皺 在這種情況下 必須采取措施防止起皺發(fā)生 最簡(jiǎn)單的方法 也是實(shí)際生產(chǎn)中最常用的方法 是采用壓邊圈 2 拉裂拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的 如圖4 1 9 防止拉裂 可根據(jù)板材的成形性能 采用適當(dāng)?shù)睦畋群蛪哼吜?增加凸模的表面粗糙度 改善凸緣部分變形材料的潤(rùn)滑條件 合理設(shè)計(jì)模具工作部分的形狀 選用拉深性能好的材料 3 硬化拉深是一個(gè)塑性變形過(guò)程 材料變形后必然發(fā)生加工硬化 使其硬度和強(qiáng)度增加 塑性下降 加工硬化的好處是使工件的強(qiáng)度和剛度高于毛坯材料 但塑性降低又使材料進(jìn)一步拉深時(shí)變形困難 4 2直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計(jì)4 2 1拉深毛坯尺寸的確定拉深毛坯尺寸的確定原則 體積不變?cè)?拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面積 相似性原理 毛坯的計(jì)算方法 等重量 等體積 分析圖解法 作圖法 1 確定修邊余量由于材料的各向?qū)砸约袄顣r(shí)金屬流動(dòng)條件的差異 拉深后工件口部不平 通常拉深后需切邊 因此計(jì)算毛坯尺寸時(shí)應(yīng)在工件高度方向上 無(wú)凸緣件 或凸緣上增加修邊余量 2 計(jì)算工件表面積圓筒直壁部分的表面積為 4 2 2無(wú)凸緣圓筒形件的拉深工藝計(jì)算1 拉深系數(shù)拉深系數(shù)是表示拉深后圓筒形件的直徑與拉深前毛坯 或半成品 的直徑之比 如圖4 2 2 工件的直徑與毛坯直徑之比稱為總拉深系數(shù) 即工件所需要的拉深系數(shù) 圖4 2 2拉深工序示意圖 拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深程度或拉深比 其值為 拉深系數(shù)表示了拉深前后毛坯直徑的變化量 反映了毛坯外邊緣在拉深時(shí)切向壓縮變形的大小 因此可用它作為衡量拉深變形程度的指標(biāo) 拉深時(shí)毛坯外邊緣的切向壓縮變形量為 由此可知 拉深系數(shù)是一個(gè)小于1的數(shù)值 其值愈大表示拉深前后毛坯的直徑變化愈小 即變形程度小 其值愈小則毛坯的直徑變化愈大 即變形程度大 2 影響拉深系數(shù)的因素拉深材料 機(jī)械性能 料厚 表面質(zhì)量 拉深模具 間隙 凸模圓角半徑 凹模圓角半徑 凹模形狀 如圖4 2 3 凹模表面質(zhì)量 拉深條件 壓邊圈 次數(shù) 潤(rùn)滑 工件形狀 3 拉深系數(shù)的值與拉深次數(shù)查表確定 圖4 2 3錐形凹模 4 2 3無(wú)凸緣圓筒形拉深件的拉深次數(shù)和工序件尺寸的計(jì)算試確定如下圖所示零件 材料08鋼 材料厚度 2mm 的拉深次數(shù)和各拉深工序尺寸 計(jì)算步驟如下 1 確定切邊余量 根據(jù) 查表 并取 2 按教材表的公式計(jì)算毛坯直徑 3 確定拉深次數(shù) 判斷能否一次拉出對(duì)于圖示的零件 由毛坯的相對(duì)厚度 從表4 4 1中查出各次的拉深系數(shù) 0 54 0 77 0 80 0 82 則該零件的總拉深系數(shù) 即 故該零件需經(jīng)多次拉深才能夠達(dá)到所需尺寸 2 計(jì)算拉深次數(shù)例如 可知該零件要拉深四次才行 半成品尺寸確定 1 半成品直徑拉深次數(shù)確定后 再根據(jù)計(jì)算直徑應(yīng)等于的原則對(duì)各次拉深系數(shù)進(jìn)行調(diào)整 使實(shí)際采用的拉深系數(shù)大于推算拉深次數(shù)時(shí)所用的極限拉深系數(shù) 零件實(shí)際需拉深系數(shù)應(yīng)調(diào)整為 調(diào)整好拉深系數(shù)后 重新計(jì)算各次拉深的圓筒直徑即得半成品直徑 零件的各次半成品尺寸為 2 半成品高度各次拉深直徑確定后 緊接著是計(jì)算各次拉深后零件的高度 式中 各次拉深的直徑 中線值 各次半成品底部的圓角半徑 中值 各次半成品底部平板部分的直徑 各次半成品底部圓角半徑圓心以上的筒壁高度 零件的以上各項(xiàng)具體數(shù)值代人上述公式 即求出各次高度為 各次半成品的總高度為 拉深后得到的各次半成品 如圖4 2 6 圖4 2 6零件各次拉深的半成品尺寸 4 3拉深工藝設(shè)計(jì)4 3 1拉深零件結(jié)構(gòu)工藝性分析拉深零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指拉深零件采用拉深成形工藝的難易程度 良好的工藝性應(yīng)是坯料消耗少 工序數(shù)目少 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 加工容易 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 廢品少和操作簡(jiǎn)單方便等 在設(shè)計(jì)拉深零件時(shí) 應(yīng)根據(jù)材料拉深時(shí)的變形特點(diǎn)和規(guī)律 提出滿足工藝性的要求 4 3 2拉深工藝的輔助工序1 潤(rùn)滑在凹模圓角 平面 壓邊圈表面及與這些部位相接觸的毛坯表面 應(yīng)每隔一定周期均勻抹涂一層潤(rùn)滑油 并保持潤(rùn)滑部位干凈 2 熱處理在多道拉深時(shí) 為了恢復(fù)冷加工后材料的塑性 應(yīng)在工序中間安排退火 以軟化金屬組織 拉深工序后還要安排去應(yīng)力退火 一般拉深工序間常采用低溫退火 各種材料不需熱處理可以拉深的次數(shù) 3 酸洗退火后工件表面必然有氧化皮和其他污物 在繼續(xù)加工時(shí)會(huì)增加模具的磨損 因此必需要酸洗 否則使拉深不能正常進(jìn)行 4 4拉深成形模具設(shè)計(jì)4 4 1拉深模具的分類及典型結(jié)構(gòu)按拉深模使用的設(shè)備可分為 單動(dòng)壓力機(jī) 雙動(dòng)壓力機(jī) 三動(dòng)壓力機(jī)按工序組合分為 單工序拉深模 級(jí)進(jìn)式拉深模 復(fù)合模 圖4 6 2無(wú)壓邊裝置的簡(jiǎn)單拉深模1 定位板 2 下模座 3 凸模 4 凹模 圖4 6 3有壓邊裝置倒裝拉深模 圖4 6 4有壓邊裝置順裝拉深模 圖4 6 5雙動(dòng)壓力機(jī)工作原理 4 4 2拉深模工作零件的結(jié)構(gòu)和尺寸拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圓角半徑 凸模圓角半徑 凸 凹模的間隙c 凸模直徑 凹模直徑等 如圖4 6 10 1 凹模圓角半徑 1 拉深力的大小凹模圓角半徑小時(shí)材料流過(guò)凹模時(shí)產(chǎn)生較大的彎曲變形 結(jié)果需承受較大的彎曲變形阻力 此時(shí)凹模圓角對(duì)板料施加的厚向壓力加大 引起摩擦力增加 2 拉深件的質(zhì)量當(dāng)過(guò)小時(shí) 坯料在滑過(guò)凹模圓角時(shí)容易被刮傷 結(jié)果使工件的表面質(zhì)量受損 而當(dāng)太大時(shí) 拉深初期毛坯沒(méi)有與模具表面接觸的寬度加大 由于這部分材料不受壓邊力的作用 因而容易起皺 圖4 6 10拉深模工作部分的尺寸 3 拉深模的壽命小時(shí) 材料對(duì)凹模的壓力增加 摩擦力增大 磨損加劇 使模具的壽命降低 所以的值既不能太大也不能太小 通?？砂唇?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 2 凸模圓角半徑凸模圓角半徑對(duì)拉深工序的影響沒(méi)有凹模圓角半徑大 但其值也必須合適 3 凸模和凹模的間隙拉深模間隙是指單面間隙 間隙的大小對(duì)拉深力 拉深件的質(zhì)量 拉深模的壽命都有影響 確定時(shí)要考慮壓邊狀況 拉深次數(shù)和工件精度等 其原則是 既要考慮板料本身的公差 又要考慮板料的增厚現(xiàn)象 間隙一般都比毛坯厚度略大一些 采用壓邊拉深時(shí)其值可按下式計(jì)算 也可直接查教材表4 7 不用壓邊圈拉深時(shí) 考慮到起皺的可能性取間隙值為 4 凸模 凹模的尺寸及公差若以凹模為基準(zhǔn)時(shí) 凹模尺寸為 凸模尺寸