拉伸工藝和拉深模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)教材

1、拉伸工藝和拉深模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)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(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) ，然后將帶有網(wǎng)格的毛坯進(jìn)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(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：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

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(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài) 拉深過程中某一瞬時毛坯變形和應(yīng)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(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)，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(yīng)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(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)

3、比 小，則屈服極限小，變形區(qū)內(nèi)的切向壓應(yīng)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(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() 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(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(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(jì)算毛坯尺寸時應(yīng)在工件高度方向上(無凸緣件)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.

5、2.2無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。 （） 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(biāo)。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(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(）凹模表面質(zhì)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(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(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

8、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() 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)簡單、加工容易，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、廢品少和操作簡單方便等。 在設(shè)計(jì)拉深零件時，應(yīng)根據(jù)材料拉深時的變形特點(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(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(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： 單動壓力機(jī) 雙動壓力機(jī) 三動壓力機(jī) 按工序組合分為 單工序拉深模 級進(jìn)式拉深模 復(fù)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(jī)工作原理 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，()。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(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(zhì)量 當(dāng) 過小時，坯料在滑過凹模圓角時容易被刮傷，結(jié)果使工件的表面質(zhì)量受損。而當(dāng) 太大時，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?？砂唇?jīng)驗(yàn)公式計(jì)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(zhì)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(jì)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(zhǔn)時，凹模