拉深工藝系數(shù)

1、    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?cè)瓌t和相似原則確定。體積不變?cè)瓌t，即對(duì)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(zhǎng)方形或橢圓形時(shí)，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(duì)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(guò)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(jì)一般是先設(shè)計(jì)拉深模，坯料形狀尺寸確定后再設(shè)計(jì)沖裁模。由

2、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(huì)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(guò)切邊工序以保證零件質(zhì)量。切邊余量可參考表和表4.3.2。當(dāng)零件的相對(duì)高度/很小，并且高度尺寸要求不高時(shí)，也可以不用切邊工序。    首先將拉深件劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的便于計(jì)算的幾何體，并分別求出各簡(jiǎn)單幾何體的表面積。把各簡(jiǎn)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 圓筒形拉深件坯料尺寸計(jì)算圖     在計(jì)算中，零件尺寸均按厚度中線計(jì)算；但當(dāng)板料厚度小

3、于1時(shí)，也可以按外形或內(nèi)形尺寸計(jì)算。常用旋轉(zhuǎn)體零件坯料直徑計(jì)算公式見(jiàn)表。    該類(lèi)拉深零件的坯料尺寸，可用久里金法則求出其表面積，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(zhǎng)度與其重心繞該軸線旋轉(zhuǎn)所得周長(zhǎng)的乘積。如圖所示，旋轉(zhuǎn)體表面積為 A。圖 旋轉(zhuǎn)體表面積計(jì)算圖    拉深系數(shù)的定義圖 圓筒形件的多次拉深    在制定拉深工藝時(shí)，如拉深系數(shù)取得過(guò)小，就會(huì)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(gè)客觀的界限，這個(gè)界限就稱(chēng)為極限拉深系數(shù)。極限拉深系數(shù)與材

4、料性能和拉深條件有關(guān)。從工藝的角度來(lái)看，極限拉深系數(shù)越小越有利于減少工序數(shù)。    影響極限拉深系數(shù)的因素     （3）拉深工作條件    圖 凸凹模圓角半徑對(duì)極限拉深系數(shù)的響    但凸、凹模圓角半徑也不宜過(guò)大，過(guò)大的圓角半徑，會(huì)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；

5、間隙太大會(huì)影響拉深件的精度，拉深件錐度和回彈較大。    2）摩擦潤(rùn)滑 凹模和壓料圈與板料接觸的表面應(yīng)當(dāng)光滑，潤(rùn)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(rùn)滑，以減小由于凸模與材料的相對(duì)滑動(dòng)而使危險(xiǎn)斷面變薄破裂的危險(xiǎn)。     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。 

6、   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)??；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(jì)算方法準(zhǔn)確確定極限拉深系數(shù)。在實(shí)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(shí)驗(yàn)方法得出的。表和表4.4.2是圓筒形件在不同條件下各次拉深的

7、極限拉深系數(shù)。    在實(shí)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(duì)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(duì)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)

8、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(shí)，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(xiàng)同表之注。     （）查表法 根據(jù)工件的相對(duì)高度即高度與直徑之比值，從表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/

9、值適用于第一道工序的小凹模圓角 （）。    3.表中數(shù)據(jù)適用材料為08鋼、10鋼。     （3）計(jì)算方法 拉深次數(shù)的確定也可采用計(jì)算方法進(jìn)行確定，其計(jì)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(wú)凸緣圓筒形件拉

10、深工序計(jì)算流程如圖所示。  圖 無(wú)凸緣圓筒形件拉深工序計(jì)算流程     例   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 無(wú)凸緣圓筒形件        以上計(jì)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所示。    1.壓料裝置與壓料力    為了解決拉深過(guò)程中的起皺問(wèn)題，生產(chǎn)實(shí)際中的主

11、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(jiàn)4.7）。是否采用壓料裝置主要看拉深過(guò)程中是否可能發(fā)生起皺，在實(shí)際生產(chǎn)中可按表來(lái)判斷拉深過(guò)程中是否起皺和采用壓料裝置。圖 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(huì)增大傳力區(qū)危險(xiǎn)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(shí)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(shí)，在拉深過(guò)程中，所需壓料力也是變化的，一般起皺可

12、能性最大的時(shí)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，但壓料裝置很難達(dá)到這樣的要求。    拉深力與壓力機(jī)公稱(chēng)壓力    （） 拉深力     （）壓力機(jī)公稱(chēng)壓力    單動(dòng)壓力機(jī)，其公稱(chēng)壓力應(yīng)大于工藝總壓力。    該類(lèi)零件的拉深過(guò)程，其變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)與無(wú)凸緣圓筒形件是相同的。但有凸緣圓筒形件拉深時(shí)，坯料凸緣部分不是全部進(jìn)入凹模口部，當(dāng)拉深進(jìn)行到凸緣外徑等于零件凸緣直徑（包括切邊

13、量）時(shí)，拉深工作就停止。因此，拉深成形過(guò)程和工藝計(jì)算與無(wú)凸緣圓筒形件的差別主要在首次拉深。     圖 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(shí)的R=（1012）t到t/D=0.3%0.15時(shí)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(duì)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，

14、對(duì)于比10鋼塑性好的材料取表中的大值；塑性差的材料，取表中小數(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(wú)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(guò)整形壓成平面凸緣。圖為窄凸緣圓筒形件及其拉深工藝過(guò)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(duì)高度判斷，拉深件不能一次拉深成形時(shí)，則需進(jìn)行多次拉深。 a) 窄凸緣拉深件b)窄凸緣件拉深過(guò)程第一次拉深 第二

15、次拉深 第三次拉深 成品圖 窄凸緣圓筒形件的拉深    第一次拉深時(shí)，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(shí)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?yàn)樵谝院蟮睦罟ば蛑?，即使凸緣部分產(chǎn)生很小的變形，筒壁傳力區(qū)將會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，使危險(xiǎn)斷面拉裂。為此在調(diào)節(jié)工作行程時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制凸模進(jìn)入凹模的深度。    對(duì)于多數(shù)普通壓力機(jī)來(lái)說(shuō)，要嚴(yán)格做到這一點(diǎn)有一定困難，而且尺寸計(jì)算還有一定誤差，再加上拉深時(shí)板料厚

16、度有所變化，所以在工藝計(jì)算時(shí)，除了應(yīng)精確計(jì)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(shí)可增大至10%），在以后各次拉深時(shí)，逐步減少這個(gè)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(lái)補(bǔ)償上述各種誤差，以免在以后各次拉深時(shí)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

17、零件，零件的高度在第一次拉深就基本形成。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(duì)厚度較大，采用大圓角過(guò)渡不易起皺的情況。    3.有凸緣圓筒形拉深工序件高度的計(jì)算 圖 寬凸緣筒形件的拉深方法圖 寬凸緣圓筒形件拉深工序計(jì)算流程     階梯形件(圖)的拉深與圓筒形件的拉深基本相同,也就是說(shuō)每一階梯相當(dāng)于相應(yīng)圓筒形件的拉深。而其主要問(wèn)題是要決定該階梯形

18、件是一次拉成，還是需要多次才能拉成。圖 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，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 階梯形多次拉深方法圖 電喇叭底座的拉深     1拉深變形特點(diǎn)  

19、   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(chē)覆蓋件一類(lèi)沖件。這類(lèi)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(lèi)沖壓成形工序。     從電動(dòng)喇叭罩的成形實(shí)驗(yàn)中,可以大致了解這類(lèi)曲面零件的變形特點(diǎn)。圖中標(biāo)明了電動(dòng)喇叭罩拉深成形后的變形數(shù)值，括號(hào)內(nèi)的是徑向拉應(yīng)變值，括號(hào)外是切向應(yīng)變值，上段為壓，下段為拉。從拉深成形過(guò)程及實(shí)測(cè)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；坯料的中間部分,也是產(chǎn)生拉深變形；坯料靠近球形沖

20、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 電動(dòng)喇叭罩拉深成形應(yīng)變數(shù)值     曲面形狀零件在開(kāi)始拉深成形時(shí),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(guò)程的進(jìn)行，懸空材料逐漸減少，但仍比圓筒形件拉深時(shí)大得多。坯料處于這種懸空

21、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(wèn)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）、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(shí)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 帶壓料筋的拉深模圖圖 反拉深模    2球面沖件的拉深     所以,在

22、這種情況下拉深系數(shù)不能作為工藝設(shè)計(jì)的根據(jù)。由于球面形狀零件拉深時(shí)的主要成形障礙是坯料起皺，所以坯料的相對(duì)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(shí)際生產(chǎn)中，半球面件(圖)的拉深方法主要有以下三種:t/D×100>3時(shí)，不用壓邊即可拉成。不過(guò)應(yīng)注意的是：盡管坯料的相對(duì)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(duì)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=0.53時(shí) ，需采用帶壓邊圈的拉深模。 t/D×100<0.5時(shí)，則采用具有拉深筋的凹

23、?；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(shí)（圖4.5.11c），雖然拉深系數(shù)有一定降低，但對(duì)沖件的拉深卻有相當(dāng)?shù)暮锰?。?dāng)對(duì)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(shí)，都要留加工余料以形成凸緣，在沖件拉深后切除。 圖 各種球形件    3拋物面零件的拉深    （1）淺拋物面沖件（h/d<0.50.6）。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。   &#

24、160;（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(shí)，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(shí)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）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 錐形件示意圖 盒形件拉深時(shí)的金屬流動(dòng)