拉伸工藝和拉深模具設計培訓教材

1、拉伸工藝和拉深模具設計培訓教材 4.1 拉深變形過程的分析板料拉深變形過程及其特點 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) ，然后將帶有網(wǎng)格的毛坯進行拉深。 在拉深過程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸緣毛坯的徑向產生拉伸應力 ，切向產生壓縮應力 。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形成筒形拉深件。 在拉深后我們發(fā)現(xiàn)如圖：工件底部的網(wǎng)格變化很小，而側壁上的網(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，同時以前夾角相等的半徑線在拉深后在側壁上變成了間距相等的垂線

2、，如圖所示，以前的扇形毛坯網(wǎng)格變成了拉深后的矩形網(wǎng)格。 拉深過程中變形毛坯各部分的應力與應變狀態(tài) 拉深過程中某一瞬時毛坯變形和應力情況()1.平面凸緣部分 主要變形區(qū)2.凹模圓角區(qū) 過渡區(qū)3.筒壁部分 傳力區(qū)4.凸模圓角部分 過渡區(qū)5.圓筒底部分 小變形區(qū)圖 4.1.5 拉深中毛坯的應力應變情況 4.1.3 拉深成形的障礙及防止措施 1.起皺(如圖)，影響起皺的因素： (1)凸緣部分材料的相對厚度 凸緣部分的相對料厚，即為 : (2)切向壓應力的大小 拉深時 的值決定于變形程度，變形程度越大，需要轉移的剩余材料越多，加工硬化現(xiàn)象越嚴重，則越 大，就越容易起皺。 (3)材料的力學性能 板料的屈強

3、比 小，則屈服極限小，變形區(qū)內的切向壓應力也相對減小，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，毛坯首次拉深不起皺的條件是 : 用錐形凹模首次拉深時，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。最簡單的方法(也是實際生產中最常用的方法)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() 防止拉裂: 可根據(jù)板材的成形性能，采用適當?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滑條件，合理設計模具工作部分的形狀，選用拉深性能好的材料。3.硬化 拉深是一個塑性變形過程，材料

4、變形后必然發(fā)生加工硬化，使其硬度和強度增加，塑性下降。 加工硬化的好處是使工件的強度和剛度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料進一步拉深時變形困難。 4.2 直壁旋轉體零件拉深工藝的設計4.2.1 拉深毛坯尺寸的確定 拉深毛坯尺寸的確定原則： 體積不變原理（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 由于材料的各向導性以及拉深時金屬流動條件的差異，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切邊，因此計算毛坯尺寸時應在工件高度方向上(無凸緣件)或凸緣上增加修邊余量 。 （2）計算工件表面積 圓筒直壁部分的表面積為 : 4.

5、2.2無凸緣圓筒形件的拉深工藝計算 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。 （） 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。拉深時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

6、：機械性能、料厚、表面質量。 拉深模具：間隙、凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、凹模形狀(）凹模表面質量。 拉深條件：壓邊圈、次數(shù)、潤滑、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 無凸緣圓筒形拉深件的拉深次數(shù)和工序件尺寸的計算 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.按教材表的公式計算毛坯直徑 3.確定拉深次數(shù) 判斷能否一次拉出 對于圖示的零件，由毛坯的相對厚度： 從表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)

7、 。 即 ： ，故該零件需經(jīng)多次拉深才能夠達到所需尺寸。 （2）計算拉深次數(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)計算直徑 應等于 的原則對各次拉深系數(shù)進行調整，使實際采用的拉深系數(shù)大于推算拉深次數(shù)時所用的極限拉深系數(shù)。 零件實際需拉深系數(shù)應調整為： 調整好拉深系數(shù)后，重新計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

8、以上的筒壁高度； 零件的以上各項具體數(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() 圖4.2.6 零件各次拉深的半成品尺寸 4.3拉深工藝設計 4.3.1 拉深零件結構工藝性分析 拉深零件的結構工藝性是指拉深零件采用拉深成形工藝的難易程度。良好的工藝性應是坯料消耗少、工序數(shù)目少，模具結構簡單、加工容易，產品質量穩(wěn)定、廢品少和操作簡單方便等。 在設計拉深零件時，應根據(jù)材料拉深時的變形特點和規(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，應每隔一定周期均勻抹涂一層潤滑油，并保持

9、潤滑部位干凈. 2.熱處理在多道拉深時，為了恢復冷加工后材料的塑性，應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)加工時會增加模具的磨損，因此必需要酸洗，否則使拉深不能正常進行。 4.4拉深成形模具設計 4.4.1 拉深模具的分類及典型結構 按拉深模使用的設備可分為： 單動壓力機 雙動壓力機 三動壓力機 按工序組合分為 單工序拉深模 級進式拉深模 復合模圖無壓邊裝置的簡單拉深模1-定位板；2-下模座；3-凸模；4-凹模 圖有壓邊裝置倒裝拉深模 圖有壓邊裝

10、置順裝拉深模 圖雙動壓力機工作原理 拉深模工作零件的結構和尺寸 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，()。1.凹模圓角半徑 (1)拉深力的大小 凹模圓角半徑小時材料流過凹模時產生較大的彎曲變形，結果需承受較大的彎曲變形阻力，此時凹模圓角對板料施加的厚向壓力加大，引起摩擦力增加。 (2)拉深件的質量 當 過小時，坯料在滑過凹模圓角時容易被刮傷，結果使工件的表面質量受損。而當 太大時，拉深初期毛坯沒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

11、，材料對凹模的壓力增加，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。 通常可按經(jīng)驗公式計算： 2.凸模圓角半徑 凸模圓角半徑對拉深工序的影響沒有凹模圓角半徑大，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。間隙的大小對拉深力、拉深件的質量、拉深模的壽命都有影響 。 確定時要考慮壓邊狀況、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。采用壓邊拉深時其值可按下式計算： 也可直接查教材表4.7。 不用壓邊圈拉深時，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 若以凹模為基準時，凹模