拉伸工藝與拉深模具設(shè)計

1、    拉深（又稱拉延）是利用拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。它是沖壓基本工序之一，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、日用品、儀表、航空和航天等各種工業(yè)部門的產(chǎn)品生產(chǎn)中，不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復(fù)雜的薄壁零件，如圖4.1.1所示。a) 軸對稱旋轉(zhuǎn)體拉深件b)盒形件c) 不對稱拉深件圖4.1.1 拉深件類型    拉深可分為不變薄拉深和變薄拉深。前者拉深成形后的零件，其各部分的壁厚與拉深前的坯料相比基本不變；后者拉深成形后的零件，其壁厚與拉深前的坯料相比有明

2、顯的變薄，這種變薄是產(chǎn)品要求的，零件呈現(xiàn)是底厚、壁薄的特點(diǎn)。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)用較多的是不變薄拉深。本章重點(diǎn)介紹不變薄拉深工藝與模具設(shè)計。    拉深所使用的模具叫拉深模。拉深模結(jié)構(gòu)相對較簡單，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。圖4.1.2為有壓邊圈的首次拉深模的結(jié)構(gòu)圖，平板坯料放入定位板6內(nèi)，當(dāng)上模下行時，首先由壓邊圈5和凹模7將平板坯料壓住，隨后凸模10將坯料逐漸拉入凹模孔內(nèi)形成直壁圓筒。成形后，當(dāng)上?；厣龝r，彈簧4恢復(fù)，利用壓邊圈5將拉深件從凸模10上卸下，為了便于成形和卸料，在凸模10上開設(shè)有通氣孔。壓

3、邊圈在這副模具中，既起壓邊作用，又起卸載作用。 圖4.1.2 拉深模結(jié)構(gòu)圖模柄 上模座 凸模固定板 彈簧壓邊圈定位板 凹模 下模座卸料螺釘10凸模    圓筒形件是最典型的拉深件。平板圓形坯料拉深成為圓筒形件的變形過程如圖圖4.2.1 拉深變形過程 圖4.2.2拉深的網(wǎng)格試驗           拉深過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺是由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；傳力區(qū)的拉裂是由于拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)

4、度引起板料斷裂。同時，拉深變形區(qū)板料有所增厚，而傳力區(qū)板料有所變薄。這些現(xiàn)象表明，在拉深過程中，坯料內(nèi)各區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)是不同的，因而出現(xiàn)的問題也不同。為了更好地解決上述問題，有必要研究拉深過程中坯料內(nèi)各區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)。    圖4.2.3是拉深過程中某一瞬間坯料所處的狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)不同，可將坯料劃分為五個部分。圖4.2.3 拉深過程的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)        1.凸緣部分（見圖4.2.3、圖4.2.3、圖4.2.3）    這是拉深的主要變形區(qū)

5、，材料在徑向拉應(yīng)力 和切向壓應(yīng)力 的共同作用下產(chǎn)生切向壓縮與徑向伸長變形而逐漸被拉入凹模。力學(xué)分析可證明，凸緣變形區(qū)的 和 是按對數(shù)曲線分布的，其分布情況如圖4.2.4所示，在 =r處（即凹模入口處），凸緣上 的值最大， 值最?。辉?= 處（即凸緣的外邊緣）， 的值最大， 為零。            在厚度方向，由于壓料圈的作用，產(chǎn)生壓應(yīng)力 ，通常 和 的絕對值比 大得多。厚度方向上材料的的變形情況取決于徑向拉應(yīng)力 和切向壓應(yīng)力 之間比例關(guān)系，一般在材料產(chǎn)生切向壓縮和徑向伸長的同時，

6、厚度有所增厚，越接近于外緣，板料增厚越多。如果不壓料（ =0），或壓料力較?。??。@時板料增厚比較大。當(dāng)拉深變形程度較大，板料又比較薄時，則在坯料的凸緣部分，特別是外緣部分，在切向壓應(yīng)力 作用下可能失穩(wěn)而拱起，產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。    2.凹模圓角部分（見圖4.2.3、圖4.2.3、圖4.2.3）     此部分是凸緣和筒壁的過渡區(qū)，材料變形復(fù)雜。切向受壓應(yīng)力而壓縮，徑向受拉應(yīng)力而伸長，厚度方向受到凹模圓角彎曲作用產(chǎn)生壓應(yīng)力。由于該部分徑向拉應(yīng)力 的絕對值最大，所以 是絕對值最大的主應(yīng)變，為拉應(yīng)變，而 和 為壓應(yīng)變。 

7、60;   3.筒壁部分（見圖4.2.3、圖4.2.3、圖4.2.3）     這部分是凸緣部分材料經(jīng)塑性變形后形成的筒壁，它將凸模的作用力傳遞給凸緣變形區(qū)，因此是傳力區(qū)。該部分受單向拉應(yīng)力作用，發(fā)生少量的縱向伸長和厚度變薄。    4.凸模圓角部分（見圖4.2.3、圖4.2.3、圖4.2.3）      此部分是筒壁和圓筒底部的過渡區(qū)。拉深過程一直承受徑向拉應(yīng)力 和切向拉應(yīng)力 的作用，同時厚度方向受到凸模圓角的壓力和彎曲作用，形成較大的壓應(yīng)力 ，因此這部分材料變薄嚴(yán)重，尤其

8、是與筒壁相切的部位，此處最容易出現(xiàn)拉裂，是拉深的“危險斷面”。原因是：此處傳遞拉深力的截面積較小，因此產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大。同時，該處所需要轉(zhuǎn)移的材料較少，故該處材料的變形程度很小，冷作硬化較低，材料的屈服極限也就較低。而與凸模圓角部分相比，該處又不象凸模圓角處那樣，存在較大的摩擦阻力。因此在拉深過程中，此處變薄便最為嚴(yán)重，是整個零件強(qiáng)度最薄弱的地方，易出現(xiàn)變薄超差甚至拉裂。    5.筒底部分（見圖4.2.3、圖4.2.3、圖4.2.3）     這部分材料與凸模底面接觸，直接接收凸模施加的拉深力傳遞到筒壁，是傳力區(qū)。該處材料在拉深開始

9、時即被拉入凹模，并在拉深的整個過程中保持其平面形狀。它受到徑向和切向雙向拉應(yīng)力作用，變形為徑向和切向伸長、厚度變薄，但變形量很小。從拉深過程坯料的應(yīng)力應(yīng)變的分析中可見：坯料各區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變是很不均勻的。即使在凸緣變形區(qū)內(nèi)也是這樣，越靠近外緣，變形程度越大，板料增厚也越多。從圖4.2.5所示拉深成形后制件壁厚和硬度分布情況可以看出，拉深件下部壁厚略有變薄，壁部與圓角相切處變薄嚴(yán)重，口部最厚。由于坯料各處變形程度不同，加工硬化程度也不同，表現(xiàn)為拉深件各部分硬度不一樣，越接近口部，硬度愈大。     凸緣變形區(qū)的“起皺”和筒壁傳力區(qū)的“拉裂”是拉深工藝能否順利

10、進(jìn)行的主要障礙。為此，必須了解起皺和拉裂的原因，在拉深工藝和拉深模設(shè)計等方面采取適當(dāng)?shù)拇胧?，保證拉深工藝的順利進(jìn)行，提高拉深件的質(zhì)量。    1.凸緣變形區(qū)的起皺     拉深過程中，凸緣區(qū)變形區(qū)的材料在切向壓應(yīng)力的作用下，可能會產(chǎn)生失穩(wěn)起皺，如圖4.2.6所示。凸緣區(qū)會不會起皺，主要決定于兩個方面：一方面是切向壓應(yīng)力的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抵抗失 穩(wěn)的能力，凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。這類似于材料力學(xué)中的壓桿穩(wěn)定問題。壓桿是否穩(wěn)定不僅 取決于壓力而且取決于壓桿的

11、粗細(xì)。在拉深過程中 是隨著拉深的進(jìn)行而增加的，但凸緣變形區(qū)的相對厚度 也在增大。這說明拉深過程中失穩(wěn)起皺的因素在增加而抗失穩(wěn)起皺的能力也在增加。  圖4.2.6 凸緣變形區(qū)的起皺圖4.2.7 筒壁的拉裂          2.筒壁的拉裂    拉深時，坯料內(nèi)各部分的受力關(guān)系如圖4.2.7所示。筒壁所受的拉應(yīng)力除了與徑向拉應(yīng)力 有關(guān)之外，還與由于壓料力 引起的摩擦阻力、坯料在凹模圓角表面滑動所產(chǎn)生的摩擦阻力和彎曲變形所形成的阻力有關(guān)。筒壁會不會拉裂主要取決于兩個方面：一方面是筒

12、壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力；另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過筒壁材料的抗拉強(qiáng)度時，拉深件就會在底部圓角與筒壁相切處“危險斷面”產(chǎn)生破裂，如圖4.2.6所示。要防止筒壁的拉裂，一方面要通過改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁抗拉強(qiáng)度；另一方面是通過正確制定拉深工藝和設(shè)計模具，合理確定拉深變形程度、凹模圓角半徑、合理改善條件潤滑等，以降低筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力。      拉深件坯料形狀和尺寸是以沖件形狀和尺寸為基礎(chǔ)，按體積不變原則和相似原則確定。體積不變原則，即對于不變薄拉深，假設(shè)變形前后料厚不變，拉深前坯料表面積與拉深后沖件表面積近似相等，得到坯

13、料尺寸；相似原則，即利用拉深前坯料的形狀與沖件斷面形狀相似，得到坯料形狀。當(dāng)沖件的斷面是圓形、正方形、長方形或橢圓形時，其坯料形狀應(yīng)與沖件的斷面形狀相似，但坯料的周邊必須是光滑的曲線連接。對于形狀復(fù)雜的拉深件，利用相似原則僅能初步確定坯料形狀，必須通過多次試壓，反復(fù)修改，才能最終確定出坯料形狀，因此，拉深件的模具設(shè)計一般是先設(shè)計拉深模，坯料形狀尺寸確定后再設(shè)計沖裁模。由于金屬板料具有板平面方向性和模具幾何形狀等因素的影響，會造成拉深件口部不整齊，因此在多數(shù)情況下采取加大工序件高度或凸緣寬度的辦法，拉深后再經(jīng)過切邊工序以保證零件質(zhì)量。切邊余量可參考表4.3.1和表4.3.2。當(dāng)零件的相對高度/很

14、小，并且高度尺寸要求不高時，也可以不用切邊工序。    首先將拉深件劃分為若干個簡單的便于計算的幾何體，并分別求出各簡單幾何體的表面積。把各簡單幾何體面積相加即為零件總面積，然后根據(jù)表面積相等原則，求出坯料直徑。圖 4.3.1 圓筒形拉深件坯料尺寸計算圖     在計算中，零件尺寸均按厚度中線計算；但當(dāng)板料厚度小于1時，也可以按外形或內(nèi)形尺寸計算。常用旋轉(zhuǎn)體零件坯料直徑計算公式見表4.3.3。      該類拉深零件的坯料尺寸，可用久里金法則求出其表面積，

15、即任何形狀的母線繞軸旋轉(zhuǎn)一周所得到的旋轉(zhuǎn)體面積，等于該母線的長度與其重心繞該軸線旋轉(zhuǎn)所得周長的乘積。如圖4.3.2所示，旋轉(zhuǎn)體表面積為 A。圖4.3.2 旋轉(zhuǎn)體表面積計算圖示     拉深系數(shù)的定義圖4.4.1 圓筒形件的多次拉深    在制定拉深工藝時，如拉深系數(shù)取得過小，就會使拉深件起皺、斷裂或嚴(yán)重變薄超差。因此拉深系數(shù)減小有一個客觀的界限，這個界限就稱為極限拉深系數(shù)。極限拉深系數(shù)與材料性能和拉深條件有關(guān)。從工藝的角度來看，極限拉深系數(shù)越小越有利于減少工序數(shù)。    影響極限拉深系

16、數(shù)的因素     （3）拉深工作條件    圖4.4.2 凸凹模圓角半徑對極限拉深系數(shù)的響    但凸、凹模圓角半徑也不宜過大，過大的圓角半徑，會減少板料與凸模和凹模端面的接觸面積及壓料圈的壓料面積，板料懸空面積增大，容易產(chǎn)生失穩(wěn)起趨。    凸、凹模之間間隙也應(yīng)適當(dāng)，太小，板料受到太大的擠壓作用和摩擦阻力，增大拉深力；間隙太大會影響拉深件的精度，拉深件錐度和回彈較大。    2）摩擦潤滑 凹模和壓料圈與板

17、料接觸的表面應(yīng)當(dāng)光滑，潤滑條件要好，以減少摩擦阻力和筒壁傳力區(qū)的拉應(yīng)力。而凸模表面不宜太光滑，也不宜潤滑，以減小由于凸模與材料的相對滑動而使危險斷面變薄破裂的危險。     3）壓料圈的壓料力 壓料是為了防止坯料起皺，但壓料力卻增大了筒壁傳力區(qū)的拉應(yīng)力，壓料力太大，可能導(dǎo)致拉裂。拉深工藝必須正確處理這兩者關(guān)系，做到既不起皺又不拉裂。為此，必須正確調(diào)整壓料力，即應(yīng)在保證不起皺的前堤下，盡量減少壓料力，提高工藝的穩(wěn)定性。    此外，影響極限拉深系數(shù)的因素還有拉深方法、拉深次數(shù)、拉深速度、拉深件的形狀等。采用反拉深、軟

18、模拉深等可以降低極限拉深系數(shù)；首次拉深極限拉深系數(shù)比后次拉深極限拉深系數(shù)小；拉深速度慢，有利于拉深工作的正常進(jìn)行，盒形件角部拉深系數(shù)比相應(yīng)的圓筒形件的拉深系數(shù)小。    極限拉深系數(shù)的確定    由于影響極限拉深系數(shù)的因素很多，目前仍難采用理論計算方法準(zhǔn)確確定極限拉深系數(shù)。在實際生產(chǎn)中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實驗方法得出的。表4.4.1和表4.4.2是圓筒形件在不同條件下各次拉深的極限拉深系數(shù)。    在實際生產(chǎn)中，并不是在所有情況下都采用極限拉深系數(shù)。為了

19、提高工藝穩(wěn)定性和零件質(zhì)量，適宜采用稍大于極限拉深系數(shù)的值。     拉深次數(shù)的確定    注：    .表中拉深數(shù)據(jù)適用于08鋼、10鋼和15Mn鋼等普通拉深碳鋼及黃銅62。對拉深性能較差的材料，如20鋼、25鋼、215鋼、235鋼、硬鋁等應(yīng)比表中數(shù)值大1.52.0；而對塑性較好的材料，如05鋼、08鋼、10鋼及軟鋁等應(yīng)比表中數(shù)值小1.52.0。  . 表中數(shù)據(jù)適用于未經(jīng)中間退火的拉深。若采用中間退火工序時，則取值應(yīng)比表中數(shù)值小23。  .表中較小值適用于大的凹模圓

20、角半徑（），較大值適用于小的凹模圓角半徑（）。    注：此表適用于08鋼、10鋼及15Mn鋼等材料。其余各項同表4.4.1之注。     （）查表法 根據(jù)工件的相對高度即高度與直徑之比值，從表4.4.3中查得該工件拉深次數(shù)。    注：    1.大的/值適用于第一道工序的大凹模圓角 （）。    2.小的/值適用于第一道工序的小凹模圓角 （）。    3.表中數(shù)據(jù)

21、適用材料為08鋼、10鋼。     （3）計算方法 拉深次數(shù)的確定也可采用計算方法進(jìn)行確定，其計算公式如下：     2各次拉深工序件尺寸的確定    （）工序件直徑的確定    確定拉深次數(shù)以后，由表查得各次拉深的極限拉深系數(shù)，適當(dāng)放大，并加以調(diào)整，其原則是：       無凸緣圓筒形件拉深工序計算流程如圖4.4.3所示。  圖4.4.3 無凸緣圓筒形件拉深工序計算

22、流程    求圖4.4.4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。圖4.4.4 無凸緣圓筒形件        以上計算所得工序件有關(guān)尺寸都是中徑尺寸，換算成工序件的外徑和總高度后，繪制的工序件草圖如圖4.4.5所示。    1.壓料裝置與壓料力    為了解決拉深過程中的起皺問題，生產(chǎn)實際中的主要方法是在模具結(jié)構(gòu)上采用壓料裝置。常用的壓料裝置有剛性壓料裝置和彈性壓料裝置兩種（詳見4.7）。是

23、否采用壓料裝置主要看拉深過程中是否可能發(fā)生起皺，在實際生產(chǎn)中可按表4.4.4來判斷拉深過程中是否起皺和采用壓料裝置。圖4.4.5 拉深工序件草圖    壓料裝置產(chǎn)生的壓料力大小應(yīng)適當(dāng)，太小，則防皺效果不好；太大，則會增大傳力區(qū)危險斷面上的拉應(yīng)力，從而引起材料嚴(yán)重變薄甚至拉裂。因此，實際應(yīng)用中，在保證變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選用小的壓料力。    隨著拉深系數(shù)的減小，所需壓料力是增大的。同時，在拉深過程中，所需壓料力也是變化的，一般起皺可能性最大的時刻所需壓料力最大。理想的壓料力是隨起皺可能性變化而變化，但壓料裝置

24、很難達(dá)到這樣的要求。    拉深力與壓力機(jī)公稱壓力    （） 拉深力     （）壓力機(jī)公稱壓力    單動壓力機(jī)，其公稱壓力應(yīng)大于工藝總壓力。      該類零件的拉深過程，其變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)與無凸緣圓筒形件是相同的。但有凸緣圓筒形件拉深時，坯料凸緣部分不是全部進(jìn)入凹?？诓浚?dāng)拉深進(jìn)行到凸緣外徑等于零件凸緣直徑（包括切邊量）時，拉深工作就停止。因此，拉深成形過程和工藝計算與無凸緣圓筒

25、形件的差別主要在首次拉深。     圖4.5.1 有凸緣圓形件與坯料圖     1.有凸緣圓筒形件的拉深變形程度 注：     1.表中大值適于大的圓角半徑由t/D=2%1.5%時的R=（1012）t到t/D=0.3%0.15時的R=（2025）t，小值適用于底部及凸緣小的圓角半徑，隨著凸緣直徑的增加及相對拉深深度的減小，其值也跟著減小。     2.表中數(shù)值適用于10鋼，對于比10鋼塑性好的材料取表中的大值；塑性差的材料，取

26、表中小數(shù)值。       2.有凸緣圓筒形件的拉深方法    （）窄凸緣圓筒形件的拉深可以將窄凸緣圓筒形件當(dāng)作無凸緣圓筒形件進(jìn)行拉深，在最后兩道工序中將工序件拉成具有錐形的凸緣，最后通過整形壓成平面凸緣。圖4.5.2為窄凸緣圓筒形件及其拉深工藝過程，材料為10鋼，板厚為1。    （）寬凸緣圓筒形件的拉深方法如果根據(jù)極限拉深系數(shù)或相對高度判斷，拉深件不能一次拉深成形時，則需進(jìn)行多次拉深。 a) 窄凸緣拉深件b)窄凸緣件拉深過程第一次拉深 第二次拉深 第三次拉深 成品圖4.5.2 窄凸緣

27、圓筒形件的拉深    第一次拉深時，其凸緣的外徑應(yīng)等于成品零件的尺寸（加修邊量），在以后的拉深工序中僅僅使已拉深成的工序件的直筒部分參加變形，逐步地達(dá)到零件尺寸要求，第一次拉深時已經(jīng)形成的凸緣外徑必須保持在以后拉深工序中不再收縮。因為在以后的拉深工序中，即使凸緣部分產(chǎn)生很小的變形，筒壁傳力區(qū)將會產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，使危險斷面拉裂。為此在調(diào)節(jié)工作行程時，應(yīng)嚴(yán)格控制凸模進(jìn)入凹模的深度。    對于多數(shù)普通壓力機(jī)來說，要嚴(yán)格做到這一點(diǎn)有一定困難，而且尺寸計算還有一定誤差，再加上拉深時板料厚度有所變化，所以在工藝計算時，除了

28、應(yīng)精確計算工序件高度外，通常有意把第一次拉入凹模的坯料面積加大35（有時可增大至10%），在以后各次拉深時，逐步減少這個額外多拉入凹模的面積，最后使它們轉(zhuǎn)移到零件口部附近的凸緣上。用這種辦法來補(bǔ)償上述各種誤差，以免在以后各次拉深時凸緣受力變形。    寬凸緣圓筒形件多次拉深的工藝方法通常有兩種：一種是中小型、料薄的零件，采用逐步縮小筒形部分直徑以增加其高度的方法（圖4.5.3）。用這種方法制成的零件，表面質(zhì)量較差，其直壁和凸緣上保留著圓角彎曲和局部變薄的痕跡，需要在最后增加整形工序。另一種方法常用在 >00mm較大零件，零件的高度在第一次拉深就基本

29、形成。在以后各次拉深中，高度保持不變，逐步減少圓角半徑和筒形部分直徑而達(dá)到最終尺寸要求（圖4.5.3）。用這種方法拉深的零件，表面質(zhì)量較高，厚度均勻，不存在上述的圓角彎曲和局部變薄的痕跡。適用于坯料的相對厚度較大，采用大圓角過渡不易起皺的情況。    3.有凸緣圓筒形拉深工序件高度的計算 圖4.5.3 寬凸緣筒形件的拉深方法圖4.5.4 寬凸緣圓筒形件拉深工序計算流程     階梯形件(圖4.5.5)的拉深與圓筒形件的拉深基本相同,也就是說每一階梯相當(dāng)于相應(yīng)圓筒形件的拉深。而其主要問題是要決定該階梯形件是

30、一次拉成，還是需要多次才能拉成。圖4.5.5 階梯形件    1.判斷能否一次拉深成形         判斷所給階梯形件能否一次拉深成形的方法是，先求出零件的高度與最小直徑 之比，然后查表4.4.3，如果拉深次數(shù)為1，則可一次拉深成形，否則就要多次拉深成形。     2.階梯形件多次拉深的方法 圖4.5.6 階梯形多次拉深方法圖4.5.7 電喇叭底座的拉深     1

31、拉深變形特點(diǎn)     曲面形狀零件主要是指球面、錐面、拋物面形狀沖件以及諸如汽車覆蓋件一類沖件。這類零件的拉深成形，其變形區(qū)、受力情況及變形特點(diǎn)并不是單一的，而是屬于復(fù)合類沖壓成形工序。     從電動喇叭罩的成形實驗中,可以大致了解這類曲面零件的變形特點(diǎn)。圖4.5.8中標(biāo)明了電動喇叭罩拉深成形后的變形數(shù)值，括號內(nèi)的是徑向拉應(yīng)變值，括號外是切向應(yīng)變值，上段為壓，下段為拉。從拉深成形過程及實測的結(jié)果還可以看出：零件的曲面由三部分組成，即坯料的凸緣及進(jìn)入凹模中的一部分，這一變形區(qū)部分產(chǎn)生拉深變形；坯

32、料的中間部分,也是產(chǎn)生拉深變形；坯料靠近球形沖頭頂部的部分，這一部分變形區(qū)產(chǎn)生的是脹形變形。后兩部分的分界點(diǎn)在圖4.5.10中的第4點(diǎn)位置。     這一典型零件拉深成形的變形數(shù)值表明，曲面零件拉深成形共同特點(diǎn)是由拉深和脹形兩種變形方式的復(fù)合。顯然，不同曲面形狀零件拉深成形的成形極限和成形方法的判斷是不同的。 材料：08 厚度 0.8mm 圖4.5.8 電動喇叭罩拉深成形應(yīng)變數(shù)值     曲面形狀零件在開始拉深成形時,中間部分坯料幾乎不與模具表面接觸，處于“懸空”狀態(tài)。隨著拉深過程的進(jìn)行，懸空材

33、料逐漸減少，但仍比圓筒形件拉深時大得多。坯料處于這種懸空狀態(tài)，抗失穩(wěn)能力較差，在切向壓應(yīng)力作用下很容易起皺。所以起皺成為曲面零件拉深要解決的主要問題。為此，常常采用壓邊裝置、加大凸緣尺寸、帶壓料筋的拉深模（圖4.5.9）、反拉深（圖4.5.10）等措施防止起皺。但需要注意的是，這些措施雖然減小了起皺的可能性，卻增大了凸模頂部接觸的中心部位坯料的徑向拉應(yīng)力，使之容易變薄而破裂。在實際生產(chǎn)中必須處理好兩者關(guān)系，做到既不起皺又不破裂。         圖4.5.9 帶壓料筋的拉深模圖圖4.5.10 反拉深模 

34、  2球面沖件的拉深     所以,在這種情況下拉深系數(shù)不能作為工藝設(shè)計的根據(jù)。由于球面形狀零件拉深時的主要成形障礙是坯料起皺，所以坯料的相對厚度（t/D×100）成為決定拉深難易和選定拉深方法的主要依據(jù)。    在實際生產(chǎn)中，半球面件(圖4.5.11a)的拉深方法主要有以下三種:t/D×100>3時，不用壓邊即可拉成。不過應(yīng)注意的是：盡管坯料的相對厚度大，仍然易起小皺，因此必須采用帶校正作用的凹模，以便對沖件起校正作用。拉深這種沖件最好采用摩擦壓力機(jī)。t/D×100=

35、0.53時 ，需采用帶壓邊圈的拉深模。 t/D×100<0.5時，則采用具有拉深筋的凹?；蚍蠢?。當(dāng)球面形狀沖件帶有高度為（0.10.2）d的直邊（圖4.5.11b）或帶有每邊寬度為（0.10.15）d的凸緣時（圖4.5.11c），雖然拉深系數(shù)有一定降低，但對沖件的拉深卻有相當(dāng)?shù)暮锰?。?dāng)對不帶直邊和不帶凸緣的半球形沖件的表面質(zhì)量和尺寸精度要求較高時，都要留加工余料以形成凸緣，在沖件拉深后切除。 圖4.5.11 各種球形件    3拋物面零件的拉深    （1）淺拋物面沖件（h/d<0

36、.50.6）。其拉深特點(diǎn)與半球面件差不多，因此，拉深方法與半球面沖件相似。    （2） 深拋物面沖件（h/d>0.50.6）。其拉深的難度有所提高。為了使坯料中間部分緊密貼模而又不起皺，必須加大徑向拉應(yīng)力。但這一措施往往受到坯料頂部承載能力的限制，所以在這種情況下應(yīng)該采用多工序逐漸成形的辦法，特別是當(dāng)零件深度大而頂部的圓角半徑又小時，更應(yīng)如此。多工序逐漸成形的主要要點(diǎn)是采用正拉深或反拉深的方法，在逐漸地增加深度的同時減小頂部的圓角半徑。為了保證沖件的尺寸精度和表面質(zhì)量，在最后一道工序里應(yīng)保證一定的脹形成分。應(yīng)使最后一道工序所用的中間毛坯的表面積稍

37、小于成品沖件的表面積。    4. 錐面零件的拉深錐面零件的拉深成形機(jī)理與球面形狀零件一樣，具有拉深、脹形兩種機(jī)理。由于錐形沖件各部分的尺寸比例關(guān)系（圖4.5.12）不同，其沖壓難易程度和應(yīng)采用的成形方法也有很大差別。錐形件拉深成形極限表現(xiàn)為起皺與破裂，起皺出現(xiàn)在中間懸空部分靠凹模圓角處，破裂是在脹形部分的沖頭轉(zhuǎn)角處。                圖4.5.12 錐形件示意圖4.5.13 盒形件拉深時的金

38、屬流動    錐面零件拉深成形方法主要依據(jù)下列參數(shù)進(jìn)行判斷:       1. 形件拉深變形特點(diǎn)    盒形件是非旋轉(zhuǎn)體零件，與旋轉(zhuǎn)體零件的拉深相比，其拉深變形要復(fù)雜些。盒形件的幾何形狀是由四個圓角部分和四條直邊組成，拉深變形時，圓角部分相當(dāng)于圓筒形件拉深，而直邊部分相當(dāng)于彎曲變形。但是，由于直邊部分和圓角部分是聯(lián)在一塊的整體，因而在變形過程中相互受到牽制，圓角部分的變形與圓筒形件拉深不完全一樣，直邊變形也有別于簡單彎曲。  

39、  若在盒形件毛坯上畫上方格網(wǎng)，其縱向間距為a，橫向間距為b，且a=b。拉深后方格網(wǎng)的形狀和尺寸發(fā)生變化（圖4.5.13）：橫向間距縮小，而且愈靠近角部縮小愈多，即b>b1>b2>b3；縱向間距增大，而且愈向上，間距增大愈多，即a1>a2>a3>a 。 這說明，直邊部分不是單純的彎曲，因為圓角部分的材料要向直邊部分流動，故使直邊部分還受擠壓。同樣，圓角部分也不完全與圓筒形零件的拉深相同，由于直邊部分的存在，圓角部分的材料可以向直邊部分流動，這就減輕圓角部分材料的變形 程度（與相同圓角半徑的圓筒形沖件比）。  

40、  從拉深力觀點(diǎn)看，由于直邊部分和圓角部分的內(nèi)在聯(lián)系，直邊部分除承受彎曲應(yīng)力外，還承受擠壓應(yīng)力；而圓角部分則由于變形程度減?。ㄅc相應(yīng)圓筒形件比），則需要克服的變形抗力也就減小?？梢哉J(rèn)為:由于直邊部分分擔(dān)了圓角部分的拉深變形抗力，而使圓角部分所承擔(dān)的拉深力較相應(yīng)圓筒形件的拉深力為小。其應(yīng)力分布如圖4.5.14所示。由以上分析可知，盒形件拉深的特點(diǎn)如下：圖4.5.14 盒形件拉深時的應(yīng)力分布    2.盒形件工序計算     一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在T13級以下，不宜高于IT11級。 

41、60;  拉深件壁厚公差要求一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律。據(jù)統(tǒng)計，不變薄拉深，壁的最大增厚量約為（0.20.3）；最大變薄量約為（0.100.18）（為板料厚度）。       1拉深件形狀應(yīng)盡量簡單、對稱，盡可能一次拉深成形。    2需多次拉深的零件，在保證必要的表面質(zhì)量前提下，應(yīng)允許內(nèi)、外表面存在拉深過程中可能產(chǎn)生的痕跡。    3在保證裝配要求的前提下，應(yīng)允許拉深件側(cè)壁有一定的斜度。    4拉

42、深件的底或凸緣上的孔邊到側(cè)壁的距離應(yīng)滿足：+0.5（或+0.5），如圖4.6.1所示。    5拉深件的底與壁、凸緣與壁、矩形件四角的圓角半徑（圖4.6.1）應(yīng)滿足：，2，3。否則，應(yīng)增加整形工序。     6拉深件的尺寸標(biāo)注，應(yīng)注明保證外形尺寸，還是內(nèi)形尺寸，不能同時標(biāo)注內(nèi)外形尺寸。帶臺階的拉深件，其高度方向的尺寸標(biāo)注一般應(yīng)以底部為基準(zhǔn)，若以上部為基準(zhǔn)，高度尺寸不易保證，如圖4.6.2a、b所示。4.6.1 拉深件結(jié)構(gòu)工藝性圖4.6.2 帶臺階拉深件的尺寸標(biāo)注    用于拉深的材料一

43、般要求具有較好的塑性、低的屈強(qiáng)比、大的板厚方向性系數(shù)和小的板平面方向性。      拉深模結(jié)構(gòu)相對較簡單。根據(jù)拉深模使用的壓力機(jī)類型不同，拉深?？煞譃閱蝿訅毫C(jī)用拉深模和雙動壓力機(jī)用拉深模；根據(jù)拉深順序可分為首次拉深模和以后各次拉深模；根據(jù)工序組合可分為單工序拉深模、復(fù)合工序拉深模和連續(xù)工序拉深模；根據(jù)壓料情況可分為有壓邊裝置和無壓邊裝置拉深模。    1.無壓邊裝置的簡單拉深模     這種模具結(jié)構(gòu)簡單，上模往往是整體的，如圖4.7.1所示。當(dāng)凸模3直徑過小時，則

44、還應(yīng)加上模座，以增加上模部分與壓力機(jī)滑塊的接觸面積，下模部分有定位板1、下模座2與凹模4。為使工件在拉深后不致于緊貼在凸模上難以取下，在拉深凸模3上應(yīng)有直徑聲3mm以上的小通氣孔。拉深后，沖壓件靠凹模下部的脫料頸刮下。這種模具適用于拉深材料厚度較大(t>2mm)及深度較小的零件。    2.有壓邊裝置的拉深模    如圖4.1.2所示為壓邊圈裝在上模部分的正裝拉深模。由于彈性元件裝在上模，因此凸模要比較長，適宜于拉深深度不大的工件。     圖4.7.2所示為壓邊圈裝在

45、下模部分的倒裝拉深模。由于彈性元件裝在下模座下壓力機(jī)工作臺面的孔中，因此空間較大，允許彈性元件有較大的壓縮行程，可以拉深深度較大一些的拉深件。這副模具采用了錐形壓邊圈6。在拉深時，錐形壓邊圈先將毛坯壓成錐形，使毛坯的外徑已經(jīng)產(chǎn)生一定量的收縮，然后再將其拉成筒形件。采用這種結(jié)構(gòu)，有利于拉深變形，可以降低極限拉深系數(shù)。    目前在生產(chǎn)實際中常用的壓邊裝置有兩大類：    (1)彈性壓邊裝置 這種裝置多用于普通的單動壓力機(jī)上。通常有如下三種：橡皮壓邊裝置(圖4.7.3a)；彈簧壓邊裝置(圖4.7.3b)；氣墊式壓邊裝置

46、(圖4.7.3c)。這三種壓邊裝置壓邊力的變化曲線如圖4.7.4所示。    隨著拉深深度的增加，凸緣變形區(qū)的材料不斷減少，需要的壓邊力也逐漸減少。而橡皮與彈簧壓邊裝置所產(chǎn)生的壓邊力恰與此相反，隨拉深深度增加而始終增加，尤以橡皮壓邊裝置更為嚴(yán)重。這種工作情況使拉深力增加，從而導(dǎo)致零件拉裂，因此橡皮及彈簧結(jié)構(gòu)通常只適用于淺拉深。氣墊式壓邊裝置的壓邊效果比較好，但其結(jié)構(gòu)、制造、使用與維修都比較復(fù)雜一些。    在普通單動的中、小型壓力機(jī)上，由于橡皮、彈簧使用十分方便，還是被廣泛使用。這就要正確選擇彈簧規(guī)格及橡皮的牌號與

47、尺寸，盡量減少其不利方面。如彈簧，則應(yīng)選用總壓縮量大、壓邊力隨壓縮量緩慢增加的彈簧；而橡皮則應(yīng)選用較軟橡皮。為使其相對壓縮量不致過大，應(yīng)選取橡皮的總厚度不小于拉深行程的五倍。 1-定位板2-下模板3-拉深凸模4-拉深凹模 圖4.7.1無壓邊裝置的首次拉深模 1上模座 2推桿 3推件板 4錐形凹模 5限位柱6錐形壓邊圈 7拉深凸模 8固定板   9下模座圖4.7.2 帶錐形壓邊圈的倒裝拉深模  a) 橡皮b) 彈簧c) 氣墊圖4.7.3彈簧壓邊裝置 圖4.7.4 彈性壓板裝置的壓邊力曲線    對于拉深板料較薄或帶有寬凸緣的零

48、件，為了防止壓邊圈將毛坯壓得過緊，可以采用帶限位裝置的壓邊圈，如圖4.7.5所示，拉深過程中壓邊圈和凹模之間始終保持一定的距離s。當(dāng)拉深鋼件時， ；拉深鋁合金件時， ；拉深帶凸緣工件時， mm。圖4.7.5 帶限位裝置在壓邊圈     (2)剛性壓邊裝置 這種裝置用于雙動壓力機(jī)上，其動作原理如圖4.7.6所示。曲軸1旋轉(zhuǎn)時，首先通過凸輪2帶動外滑塊3使壓邊圈6將毛坯壓在凹模7上，隨后由內(nèi)滑塊4帶動凸模5對毛坯進(jìn)行拉深。在拉深過程中，外滑塊保持不動。剛性壓邊圈的壓邊作用，并不是靠直接調(diào)整壓邊力來保證的?？紤]到毛坯凸緣變形區(qū)在拉深過程中板厚有增大現(xiàn)象，所以調(diào)

49、整模具時，壓邊圈與凹模間的間隙c應(yīng)略大于板厚t。用剛性壓邊，壓邊力不隨行程變化，拉深效果較好，且模具結(jié)構(gòu)簡單。圖4.7.7所示即為帶剛性壓邊裝置的拉深模。 圖4.7.6 雙動壓力機(jī)用拉深模剛性壓邊裝置動作原理 1-固定板 2-拉深凸模 3-剛性壓邊圈 4-拉深凹模 5-下模板6-螺釘圖4.7.7帶剛性壓邊裝置拉深模    在以后各次拉深中，因毛坯已不是平板形狀，而是已經(jīng)成形的半成品，所以應(yīng)充分考慮毛坯在模具上的定位。     圖4.7.8所示為無壓邊裝置的以后各次拉深模，僅用于直徑變化量不大的拉深。 &#

50、160;  圖4.7.9所示為有壓邊裝置的以后各次拉深摸，這是一般最常見的結(jié)構(gòu)形式。拉深前，毛坯套在壓邊圈4上，壓邊圈的形狀必須與上一次拉出的半成品相適應(yīng)。拉深后，壓邊圈將沖壓件從凸模3上托出，推件板1將沖壓件從凹模中推出。 圖4.7.8 無壓邊裝置的以后各次拉深模 1-推件板 2-拉深凹模 3-拉深凸模 4-壓邊圈 5-頂桿 6-彈簧圖4.7.9 有壓邊裝置的以后各次拉深模    圖4.7.10所示為一副典型的正裝落料拉深復(fù)合模。上模部分裝有凸凹模3(落料凸模、拉深凹模)，下模部分裝有落料凹模7與拉深凸模8。為保證沖壓時先落料再拉深

51、，拉深凸模8低于落料凹模7一個料厚以上。件2為彈性壓邊圈，彈頂器安裝在下模座下。1-頂桿 2-壓邊圈 3-凸凹模 4-推桿 5-推件板 6-卸料板 7-落料凹模 8-拉深凸模圖4.7.10 落料拉深復(fù)合模     圖4.7.11所示為落料、正、反拉深模。由于在一副模具中進(jìn)行正、反拉深，因此一次能拉出高度較大的工件，提高了生產(chǎn)率。件1為凸凹模(落料凸模、第一次拉深凹模)，件2為第二次拉深（反拉深）凸模，件3為拉深凸凹模(第一次拉深凸模、反拉深凹模)，件7為落料凹模。第一次拉深時，有壓邊圈6的彈性壓邊作用，反拉深時無壓邊作用。上模采用剛性推件，下模直接用彈簧

52、頂件，由固定卸料板4完成卸料，模具結(jié)構(gòu)十分緊湊。1-凸凹模 2-反拉深凸模 3-拉深凸凹模 4-卸料板 5一導(dǎo)料板 6-壓邊圈 7-落料凹模圖4.7.11 落料、正、反拉深模    圖4.7.12所示為一副后次拉深、沖孔、切邊復(fù)合模。為了有利于本次拉深變形，減小本次拉深時的彎曲阻力，在本次拉深前的毛坯底部角上已拉出有45°的斜角。本次拉深模的壓邊圈與毛坯的內(nèi)形完全吻合。模具在開啟狀態(tài)時，壓邊圈1與拉深凸模8在同一水平位置。沖壓前，將毛坯套在壓邊圈上，隨著上模的下行，先進(jìn)行再次拉深，為了防止壓邊圈將毛坯壓得過緊，該模具采用了帶限位螺栓的結(jié)構(gòu)，使壓

53、邊圈與拉深凹模之間保持一定距離。到行程快終了時，其上部對沖壓件底部完成壓凹與沖孔，而其下部也同時完成了切邊。切邊的工作原理如圖4.7.13所示。在拉深凸模下面固定有帶鋒利刃口的切邊凸模，而拉深凹模則同時起切邊凹模的作用。拉深間隙與切邊時的沖裁間隙的尺寸關(guān)系如圖所示。圖4.7.13a為帶錐形口的拉深凹模，圖4.7.13b為帶圓角的拉深凹模。由于切邊凹模沒有鋒利的刃口，所以切下的廢料拖有較大的毛刺，斷面質(zhì)量較差，也有將這種切邊方法稱為擠邊。用這種方法對筒形件切邊，由于其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，并可采用復(fù)合模的結(jié)構(gòu)與拉深同時進(jìn)行，所以使用十分廣泛。對筒形件進(jìn)行切邊還可以采用垂直于筒形件軸線方向的水平切邊

54、，但其模具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。1-壓邊圈 2-凹模固定板3-沖孔凹模4-推件板5-凸模固定板6-墊板 7-沖孔凸模 8-拉深凸模 9-限位螺栓10-螺母 11-墊柱 12-拉深切邊凹模 13-切邊凸模 14-固定塊圖4.7.12再次拉深、沖孔、切邊復(fù)合模    為了便于制造與修磨，拉深凸模、切邊凸模、沖孔凸模和拉深、切邊凹模均采用鑲拼結(jié)構(gòu)。圖4.7.13 筒形件的切邊原理    1. 凹模圓角半徑的確定    首次（包括只有一次）拉深凹模圓角半徑可按下式計算：   

55、60;  2. 凸模圓角半徑的確定    首次拉深可取：     拉深模的凸、凹模之間間隙對拉深力、零件質(zhì)量、模具壽命等都有影響。間隙小，拉深力大、模具磨損大，過小的間隙會使零件嚴(yán)重變薄甚至拉裂；但間隙小，沖件回彈小，精度高。間隙過大，坯料容易起皺，沖件錐度大，精度差。因此，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)板料厚度及公差、拉深過程板料的增厚情況、拉深次數(shù)、零件的形狀及精度要求等，正確確定拉深模間隙。     1. 無壓料圈的拉深模    其間隙為   注：

56、 1.厚度，取材料偏差的中間值（）；       2.當(dāng)拉深精密工件時，對最末一次拉深間隙取/2。    3. 盒形件拉深模的間隙    根據(jù)零件精度確定，當(dāng)尺寸精度要求高時，/2（0.91.05）；當(dāng)精度要求不高時，/2（1.11.3）。末道拉深取較小值。最后一道拉深模間隙，直邊和圓角部分是不同的，圓角部分的間隙比直邊部分大0.1。圓角部分的間隙確定方法見圖4.8.1。 a)尺寸標(biāo)注在內(nèi)形 b)尺寸標(biāo)注在外形圖4.8.1 盒形件拉深模角部間隙確定方法    1.不用壓料的拉深模凸、凹模結(jié)構(gòu)     圖4.8.2為不用壓料的一次拉深成形時所用的凹模結(jié)