五金拉伸模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)教材

拉深模的基本原理（一）拉深是利用模具將平板毛坯或半成品毛坯拉深成開(kāi)口空心件的一種冷沖壓工藝。拉深工藝可制成的制品形狀有：圓筒形、階梯形、球形、錐形、矩形及其它各種不規(guī)則的開(kāi)口空心零件。拉深工藝與其它沖壓工藝結(jié)合，可制造形狀復(fù)雜的零件，如落料工藝與拉深工藝組合在一起的落料拉深復(fù)合模。日常生活中常見(jiàn)的拉深制品有：旋轉(zhuǎn)體零件：如搪瓷臉盆，鋁鍋。方形零件：如飯盒，汽車油箱復(fù)雜零件：如汽車覆蓋件。圓形拉深的基本原理一、拉深的變形過(guò)程用座標(biāo)網(wǎng)格試驗(yàn)法分析。拉深時(shí)壓邊圈先把中板毛坯壓緊，凸模下行，強(qiáng)迫位于壓邊圈下的材料（凸緣部分）產(chǎn)生塑性變形而流入凸凹模間隙形成圓筒側(cè)壁。觀察拉深后的網(wǎng)格發(fā)現(xiàn)：底部網(wǎng)格基本保持不變，筒壁部分發(fā)生較大變化。1．原間格相等的同心圓成了長(zhǎng)度相等，間距增大的圓周線，越接近筒口，間距增大。2．原分度相等的輻射線變成垂直的平行線，而且間距相等。3.凸緣材料發(fā)生徑向伸長(zhǎng)變形和切向壓縮變形?？偨Y(jié)：拉深材料的變形主要發(fā)生在凸緣部分，拉深變形的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是凸緣處的材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生塑性變形，凸緣不斷收縮而轉(zhuǎn)化為筒壁的過(guò)程，這種變形程度在凸緣的最外緣為最大。2021/2/281第一頁(yè)，共30頁(yè)。二.各種拉深現(xiàn)象

由于拉深時(shí)各部分的應(yīng)力（受力情況）和變形情況不一樣，使拉深工藝出現(xiàn)了一些特有的現(xiàn)象：

1.起皺：

A.拉深時(shí)凸緣部分的切向壓應(yīng)力大到超出材料的抗失穩(wěn)能力，凸緣部分材料會(huì)失穩(wěn)而發(fā)生隆起現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱起皺.起皺首先在切向壓應(yīng)力最大的外邊緣發(fā)生,起皺嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起拉度.

B.起皺是拉深工藝產(chǎn)生廢品的主要原因之一,正常的拉深工藝中是不允許的.常采用壓力圈的壓力壓住凸緣部分材料來(lái)防止起皺.

C.起皺的影響因素:

a）.相對(duì)厚度:t/D

其中t----毛坯厚度,D----毛坯直徑

判斷是否起皺的條件:D-d<=2Zt,d----工件直徑.

b).拉深變形程度的大小

但是在拉深變形過(guò)程中,切向壓應(yīng)力及凸緣的抗失穩(wěn)能力都是隨著拉深進(jìn)行,切向壓應(yīng)力是不斷增大,變形區(qū)變小,厚度相對(duì)增加,變形失穩(wěn)抗力增加,兩種作用的相互抵消,使凸緣最易起皺的時(shí)刻發(fā)生于拉深變形的中間階段,即凸緣寬度大約縮至一半左右時(shí)較易發(fā)生起皺現(xiàn)象.2.變形的不均勻:

拉深時(shí)材料各部分厚度都發(fā)生變化,而且變化是不均勻的.凸緣外邊緣材料厚度變化最大,拉深件成形后,拉深件的坯口材料最厚,往里逐漸減薄,而材料底部由于磨擦作用(拉深凸模與底部材料間)阻止材料的伸長(zhǎng)變形而使底部材料變薄較小,而底部圓角部分材料拉深中始終受凸模圓角的頂力及彎曲作用,在整個(gè)拉深中一直受到拉應(yīng)力作用,造成此處變薄最大.

所以拉深中厚度變薄主要集中于底部圓角部分及圓筒側(cè)壁部分,我們把這一變薄最嚴(yán)重的部位稱作危險(xiǎn)斷面.

拉深過(guò)程中,圓筒側(cè)壁起到傳遞凸模拉力給凸緣的作用,當(dāng)傳力區(qū)的徑向拉應(yīng)力超出材料極限,便出現(xiàn)拉破現(xiàn)象.3.材料硬化不均勻

拉深后材料發(fā)生塑性變形,引起材料的冷作硬化.

由于各部分變形程度不一樣，冷作硬化的程度亦不一樣，其中口部最大，往下硬化程度降低，拉近底部時(shí)，由于切向壓縮變形較小，冷作硬化最小，材料的屈服極限和強(qiáng)度都較低，此處最易產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。2021/2/282第二頁(yè)，共30頁(yè)。拉深模的基本原理（二）三、切邊余量：是由于模具間隙不均勻，板厚變化，磨擦阻力不等，定位不準(zhǔn)及材料機(jī)械性能的方向性等，造成拉深件口部高低不齊，對(duì)于要求高的拉深件，需增加一道切邊工序。而多次拉深就更明顯。四、毛坯尺寸計(jì)算：

主要根據(jù)塑變體積不變?cè)?，并略去拉深中的壁厚的變化。拉深前后毛坯與工件表面積相等的原則進(jìn)行，此種方法稱作等面積法。但這種計(jì)算方法只是近似的。

若旋轉(zhuǎn)體毛坯料厚>0.5mm，計(jì)算時(shí)以料厚中線為準(zhǔn)。

當(dāng)R1=R2時(shí)，D=

R1≠R2

D=

D=

D=2021/2/283第三頁(yè)，共30頁(yè)。五、圓筒形件拉深系數(shù)

1．拉深系數(shù)的概念。

拉深系數(shù)是指拉深后工件直徑d與拉深前毛坯直徑D之比。

M=d/D

A．（M<1）拉深系數(shù)M反映了拉深時(shí)材料變形程度的大小，M越小，表明變形程度越大。

B．拉深系數(shù)M是拉深工藝中的一個(gè)重要參數(shù)，是拉深工藝計(jì)算和模具設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

C．實(shí)際生產(chǎn)中，為減少拉深次數(shù)，M一般取最小值。

D．當(dāng)M小到一定值時(shí)，凸緣外邊緣便會(huì)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，但可用增加壓力圈的壓邊力防止起皺的出現(xiàn)。

E．當(dāng)M小到一定值時(shí)，出現(xiàn)拉破現(xiàn)象，拉破一般出現(xiàn)在拉深力快出現(xiàn)峰值時(shí)，即拉深的初始階段。

F．極限拉深系數(shù)，在危險(xiǎn)斷面不被拉破的條件下所能采用的最小拉深系數(shù)。2．影響拉深系數(shù)的因素：

A．材料的機(jī)械性能。材料的塑性好，屈服比σs/σb小的材料，m可小些，因σs小，說(shuō)明材料易變形，σb大，說(shuō)明危險(xiǎn)斷面承載能力高，不易拉斷。

B．毛坯的相對(duì)厚度t/D

C．拉深方式：有壓力圈時(shí)，拉深系數(shù)M可小些。

D．模具結(jié)構(gòu)：拉深模的凸，凹模圓角的大小，及凸，凹模之間的間隙大小，對(duì)拉深系數(shù)影響很大。

E．磨擦與潤(rùn)滑條件：要求凹模、壓力圈與毛坯接觸面應(yīng)光滑，要求潤(rùn)滑，但凸模與毛坯接觸面要粗糙些好，不要潤(rùn)滑，以增加磨擦力，減少拉裂的可能性。

2021/2/284第四頁(yè)，共30頁(yè)。3．拉深系數(shù)的確定：

由于影響材料拉深系數(shù)的因素很多，理論計(jì)算與實(shí)際相差太大，各種材料的拉深系數(shù)都是由實(shí)驗(yàn)方法獲得的。六、拉深模的分類：

1.再次拉深模：它是半成品毛坯套在壓力圈上定位，上模下降，下模上的凸模把半成品毛坯拉入凹模中，使半成品直徑減少，主要區(qū)別：是壓邊圈與首次拉深的壓邊圈不同。

2.復(fù)合拉深模：其中其拉深凹模又起到落料凸模的作用。

七、圓筒形拉深工藝計(jì)算1.無(wú)凸緣筒形件拉深的工藝計(jì)算

（1）拉深次數(shù)的確定

A．求出工件的拉深系數(shù)：mz=d/D

B．如果mz>m1,則可一次拉深成形；如mz<m1，則需多次拉深（兩次或兩次以上）

C．求m1,m2,m3……mn直到體積小于mz為止，為時(shí)的n即是拉深的次數(shù)。

D．另一種方法是由工件的相對(duì)高度H/d和相對(duì)厚度t/D確定。

E．多次拉深的目的是防止拉裂。

2021/2/285第五頁(yè)，共30頁(yè)。

首次拉深再次拉深毛坯平板（厚度均，機(jī)械性能均勻）半成品（厚度不均，各處性能不一）變形區(qū)整個(gè)凸緣部分始終參與變形只有臺(tái)肩部分參與變形拉深力初始階段較大，以后逐漸減小逐漸增大危險(xiǎn)斷面拉裂出現(xiàn)在初始階段，在凸模圓角處拉裂出現(xiàn)在拉深未尾，在凸模圓角處。起皺凸緣易起皺起皺不易發(fā)生，只是在拉深未尾發(fā)生拉深系數(shù)最小逐次增大（２）再次拉深的特點(diǎn)。

變形仍然是依靠徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的聯(lián)合作用。使半成品的直徑發(fā)生收縮，增加高度。

它與首次拉深的不同主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：2021/2/286第六頁(yè)，共30頁(yè)。（３）工藝計(jì)算程序

Ａ.確定切邊余量δ。

Ｂ.計(jì)算毛坯的直徑Ｄ。

Ｃ.確定是否用壓邊圈。

Ｄ.確定拉深系數(shù)與拉深次數(shù)。

Ｅ.確定各次拉深的直徑。

Ｆ.確定各次拉深的凸凹模圓角半徑：

ra=0.8(D-d)t

ran=(0.6～0.9)ran-1拉深模的基本原理（四）八、拉深的模具結(jié)構(gòu)

１．首次拉深模：

（１）模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，制造容易。

（２）壓邊圈即起壓邊作用，又起卸料作用和板料的定位作用。

（３）凸模上開(kāi)有氣孔，以防止拉深件緊吸附于凸模上而造成困難。

（４）模具采用倒裝式，以便在下部空間較大的位置安裝和調(diào)節(jié)壓邊裝置。

２．再次拉深模：

再次拉深模，半成品毛坯套在壓邊圈上定位，上模下降，下模上的凸模把半成品毛坯拉入凹模中，使半成品直徑減小，主要區(qū)別：是壓邊圈與首次拉深的壓邊圈不同。

３．復(fù)合拉深模：拉深的凹模又起到落料凸模的作用。

九、拉深模工作部分尺寸的確定

其工作部分主要是指拉深凸模、凹模和壓邊圈。這些工作部件的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)拉深件的變形和拉深件的質(zhì)量有很大的影響。2021/2/287第七頁(yè)，共30頁(yè)。１．拉深間隙

拉深間隙對(duì)拉深件筒形直壁部分有校正作用：間隙大，則校正作用減小，效果不明顯，形成口大底小的錐形；間隙減小，則拉深力增大，易造成拉破的現(xiàn)象，而且模具的磨損快。

考慮到拉深中外緣的變厚，除最后一次拉深間隙取等于或略小于板料厚度以外（以保證工件精度），其余拉深都應(yīng)把間隙取為稍大于材料厚度。對(duì)于不用壓邊圈的拉深，Z=(1～1.1)Zmax，未次拉深用小值，中間拉深用大值。

２．凸凹模圓角半徑

凹模圓角半徑對(duì)拉深件影響更大，凹模圓角不能小，但太大，易造成壓邊面積小而起皺，而且拉深過(guò)程中，凸緣較早離開(kāi)壓邊圈，亦會(huì)引起起起皺現(xiàn)象。

凸模圓角小，圓角材料變薄嚴(yán)重，易拉裂：

ran=(0.6～0.9)tan-1

rt=(0.6～1)ra最后工序rt=r工件>(1～２)t３.凸凹模工作部分尺寸計(jì)算

拉深件尺寸精度主要取決于最后一道工序，拉深凸凹模尺寸，與中間工序尺寸無(wú)關(guān)，所以中間工序可直接取工序尺寸作為模具工作部分尺寸，而最后一道工序則要根據(jù)工件內(nèi)（外）形尺寸要求和磨損方向來(lái)確定凸凹模工作尺寸及公差。

按尺寸標(biāo)注方式：

標(biāo)外形：Ｄa=(D-0.75t)+δndt=(D-0.75-2Z)-δt

按內(nèi)形標(biāo)注：Da=(d+0.4t+2Z)+δadt=(d+0.4t)δt

其中δa和δt按ＩＴ８～９級(jí)精度。

拉深凸模出氣孔按d=(5～１０)mm

2021/2/288第八頁(yè)，共30頁(yè)。４．采用壓邊圈條件及壓邊圈類型

（１）不產(chǎn)生起皺的條件是：Ｄ-d<22t

（２）壓邊裝置的類型：剛性和彈性兩類。

剛性壓邊圈：是雙動(dòng)壓力機(jī)上利用外滑塊壓邊，壓邊不隨拉深的行程變化而變化。

彈性壓邊裝置：用于單動(dòng)壓力機(jī)上，壓邊力隨沖床的行程變化而變化。

（３）壓邊圈的類型：

平面壓邊圈：一般用于首次拉深

帶弧形的壓邊圈：用于t/D<0.3帶有小凸緣圓角半徑的拉深。

帶限位裝置的壓邊圈：保持壓邊力均衡，防止壓邊圈把毛坯壓得太死。十、拉深的質(zhì)量分析：

1．拉裂，起皺：由于壓邊力小，造成起皺，使拉入凹模型腔困難。

2．拉裂：徑向拉應(yīng)力太大。

3．起皺：切向壓應(yīng)力太小，失穩(wěn)。

4．工件邊緣呈鋸齒狀：毛坯邊緣有毛刺。

5．工件邊緣高低不一：毛坯中心與模具中心不一致，或是由于材料壁厚不均，凹模圓角半徑，模具間隙不均。

6．危險(xiǎn)斷面顯著變薄：圓角半徑（模具）太小，壓力力太大。

7．工件底部拉脫：凹模圓角太小。材料處于切割狀態(tài)。

8．工作凸緣折皺：凹模圓角半徑太大，拉深未了時(shí)壓力圈壓不到，起皺后被繼續(xù)拉入凹模。

2021/2/289第九頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2810第十頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2811第十一頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2812第十二頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2813第十三頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2814第十四頁(yè)，共30頁(yè)。備注:沖頭做補(bǔ)強(qiáng)時(shí),脫料板必須用下圖所示結(jié)構(gòu).2021/2/2815第十五頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2816第十六頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2817第十七頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2818第十八頁(yè)，共30頁(yè)。(1).模具安全；由于在模具生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)以下諸多問(wèn)題，導(dǎo)致模具損壞，主要問(wèn)題有：A：送料不準(zhǔn)或誤送。產(chǎn)品放反或位置錯(cuò)誤。B：模具壓字模，壓線，以及一些模具力不平衡的情況，空打會(huì)損壞模具。C：生產(chǎn)過(guò)程中有廢料跳出（特別是溥料沖孔）。落料孔堵塞。D：連續(xù)模產(chǎn)品出模不順。E：入子以及其它部件被帶出模面。F：操作人員誤操作等等。針對(duì)以上問(wèn)題，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要根據(jù)具體的情況，來(lái)解決有關(guān)模具安全問(wèn)題。送料不準(zhǔn)或誤送主要是指連續(xù)模的送，在送料機(jī)送料的情況下，防止事故的辦法是設(shè)計(jì)檢知裝置，有兩種常用方法。一是檢測(cè)銷檢知，二是光電檢知。在手工送料（指試模以及機(jī)送開(kāi)始階段）的情況下，可通過(guò)刺破步距和側(cè)刃定步距來(lái)防止。產(chǎn)品放反或位置錯(cuò)誤主要是指工程模的產(chǎn)品定位，例有些產(chǎn)品左右基本對(duì)稱，如不定位設(shè)計(jì)不合理，會(huì)造成產(chǎn)品定位錯(cuò)誤，因此不但要定位可靠，而且要有防呆作用。對(duì)不能空打的模具，可設(shè)計(jì)限位柱，限位柱有內(nèi)外之分（見(jiàn)限位柱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)），也可設(shè)計(jì)成磨壓料槽的形式。溥料沖孔的廢料跳出，對(duì)小孔可采用吸氣裝置，大孔可在沖頭上加頂料銷。落料孔堵塞主要在試模階段由試模人員加強(qiáng)檢查，確保落料順暢。產(chǎn)品出料不順一定要在設(shè)計(jì)過(guò)程中模擬其出模方式，為了方便產(chǎn)品出模，方式有多種多樣，主要有銑斜面，加頂料銷等等，必要時(shí)加吹氣裝置。入子以及其它部件被帶出模面，沖頭，入子要設(shè)計(jì)扣位，也可用螺絲固定，上模固定銷不能有從上模落下的可能。操作人員誤操作現(xiàn)象，加強(qiáng)教育，防止模具空打（指不能空打的模具）以及模具過(guò)分壓死。

(2).人身安全：主要從改善操作條件以及加強(qiáng)人員培訓(xùn)入手。例A)

沖床上要安裝紅外線安全設(shè)備；B)

工人從模具中取產(chǎn)品時(shí)使用安全器；（沖床真空安全器，磁鐵式手安全器，木柄安全器）一般不可多人操作沖床；2021/2/2819第十九頁(yè)，共30頁(yè)。

沖裁間隙配置原則:

沖孔跟公落料跟模,

即沖孔的大小,是和沖頭大小一樣的(細(xì)微差別忽略),而沖出之物體(或?yàn)楫a(chǎn)品,或?yàn)橥姑?或?yàn)榇蛏辔坏?的形狀大小則是和模腔一樣大小(細(xì)微差別忽略)。

2021/2/2820第二十頁(yè)，共30頁(yè)。2021/2/2821第二十一頁(yè)，共30頁(yè)。設(shè)計(jì)圖上特殊符號(hào)的說(shuō)明2021/2/2822第二十二頁(yè)，共30頁(yè)。

沖裁力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)﹕

沖裁力是指沖壓時(shí)材料對(duì)公模的最大抵抗力﹒沖裁力的大小﹐主要與材料的性質(zhì)﹐厚度和沖件分離的輪廓長(zhǎng)度有關(guān)﹒用平刃沖裁是時(shí)﹐沖裁力按下式計(jì)算﹕P＝1﹒3Ltb或P=LtC

式中﹐P為沖裁力（N或KN）﹔L為沖裁周邊長(zhǎng)度（mm）﹔t為材料厚度（mm）﹔b

為材料抗剪強(qiáng)度（N／mm2）﹔C為材料抗拉強(qiáng)度（N