冷沖模設(shè)計(jì)與制造十二五教師版-04拉深

第四章拉深4.2拉深成形要點(diǎn)4.1拉深變形分析4.3拉深件的工藝性4.4旋轉(zhuǎn)體零件的拉深4.5 壓料力、拉深力與沖壓設(shè)備選擇4.6拉深模4.7拉深模設(shè)計(jì)項(xiàng)目4.1拉深變形分析拉深變形的過程和原理圖4-1所示為將圓形板料拉深成為圓筒形件的過程。圖4-1拉深變形過程拉深時，板料在凸模的作用下被逐漸拉入凹模。板料上的扇形區(qū)域oab，在凸模作用下：（1）首先變形為三部分：筒底—oef、筒壁—cdef、凸緣—a’b’cd。（2）凸模繼續(xù)下壓，筒底部分基本不變，凸緣部分繼續(xù)縮小而轉(zhuǎn)變?yōu)橥脖?，筒壁部分則逐漸增高，直至全部變?yōu)橥脖?。為進(jìn)一步分析拉深時材料的變形，可以進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：拉深前在圓形平板坯料上繪制等距同心圓和分度相等的輻射線，組成如a)圖所示的扇形網(wǎng)格。拉深后的筒壁、筒底情況分別如圖4-2b、4-2d所示，圖4-2拉深變形的特點(diǎn)和原理拉深變形過程及原理可概括如下：在徑向外力的作用下，坯料凸緣區(qū)環(huán)形材料內(nèi)部的各個扇形小單元體之間產(chǎn)生了相互作用的內(nèi)應(yīng)力，徑向?yàn)槔瓚?yīng)力；切向?yàn)閴簯?yīng)力，在和的協(xié)調(diào)作用下，凸緣部分金屬材料產(chǎn)生塑性變形，徑向伸長，切向壓縮，不斷被拉入凹模而形成筒壁。拉深變形時的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)在拉深過程中，坯料的不同區(qū)域有著不同的變形情況，為進(jìn)一步把握拉深變形的規(guī)律，防止可能出現(xiàn)的缺陷，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的拉深成形，可將坯料劃分為若干區(qū)域進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，如圖4-3所示。圖4-3坯料各區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)凸緣平面部分區(qū)域是拉深的主變形區(qū)，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。在厚度方向，由于壓邊圈的作用，產(chǎn)生了壓應(yīng)力，通常和的絕對值比大得多（無壓邊圈時，=0）。凸緣平面部分（Ⅰ區(qū)）凸緣區(qū)和的分布情況如圖4-4所示由圖可見，越靠近凹模圓角處，徑向拉應(yīng)力越大，于外緣處最小，該處=0；越遠(yuǎn)離凹模圓角，切向壓應(yīng)力越大，于外緣處最大。圖4-4拉深時凸緣區(qū)的應(yīng)力分布結(jié)論：在R′=0.61Rt時，=。此處到外緣：＞，壓應(yīng)力占優(yōu)勢，切向壓應(yīng)變?yōu)樽畲笾鲬?yīng)變，板料增厚；此處到凹?？冢海荆瓚?yīng)力占主導(dǎo)地位，徑向拉應(yīng)變?yōu)樽畲笾鲬?yīng)變，板料變薄。由于＞的區(qū)域較大，所以拉深屬于壓縮類變形。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，形成所謂起皺。凸緣的圓角部分（Ⅱ區(qū)）

凸緣的圓角部分（Ⅱ區(qū)）筒壁部分（Ⅲ區(qū)）這部分為凸緣區(qū)材料流入凹模而形成，是已經(jīng)結(jié)束塑性變形的已變形區(qū)，受單向拉應(yīng)力作用，發(fā)生微量的伸長變形。筒壁部分（Ⅲ區(qū)）底部圓角區(qū)（Ⅳ區(qū)）這是與凸模圓角接觸的部分，是拉深過程開始時，基本上由凸模圓角下面的材料受雙向拉應(yīng)力（徑向拉應(yīng)力和切向拉應(yīng)力）作用而形成，并受到凸模圓角的正壓力和彎曲作用。這種應(yīng)力狀態(tài)一直持續(xù)到拉深過程結(jié)束，因此這部分材料變薄最嚴(yán)重，尤其與側(cè)壁相切的部位，最容易開裂，是拉深的“危險(xiǎn)斷面”。筒底平面部分（Ⅴ區(qū)）這部分材料自拉深開始一直與凸模底面接觸，最早被拉入凹模，并在拉深的整個過程保持其平面形狀。筒底平面部分（Ⅴ區(qū)）拉深變形的特點(diǎn)對拉深變形可以得到以下結(jié)論：（1）拉深時材料的應(yīng)力應(yīng)變分布很不均勻，即使在變形區(qū)內(nèi)，不同位置的應(yīng)力和應(yīng)變大小也不同，材料的變形程度也不一樣。2）由于變形區(qū)應(yīng)力和應(yīng)變的不均勻，先流入凹模的材料（形成筒壁下部），變形時受切向壓應(yīng)力小，板料增厚較少甚至變薄，同時，由于其塑性變形程度較小，加工硬化程度也較低，因而硬度也較低；后流入凹模的材料（形成筒壁上部）則相反。如圖4-5所示。圖4-5拉深件壁厚和硬度的變化拉深件的類型很多，有直壁型和曲面型、回轉(zhuǎn)對稱型和不對稱型，如圖4-6所示。圖4-6各種拉深件4.2拉深成形要點(diǎn)影響起皺的工藝條件和參數(shù)板料產(chǎn)生起皺現(xiàn)象的原因有兩個方面壓應(yīng)力太大，材料的剛度不足，抗失穩(wěn)能力差。拉深件的起皺現(xiàn)象如圖4-7所示圖4-7拉深件的起皺現(xiàn)象影響起皺的工藝條件和參數(shù)：材料的力學(xué)性能坯料的相對厚度（t/D）拉深系數(shù)（m=d/D）模具工作面的幾何形狀與參數(shù)用錐形凹模拉深與用平端面凹模拉深相比，前者不容易起皺，如圖4-8所示。圖4-8錐形凹模的拉深防止或消除拉深件起皺的措施防止或消除拉深件起皺的措施:1.控制拉深系數(shù)在設(shè)計(jì)拉深工藝時，一定要使拉深系數(shù)在安全的范圍內(nèi)（大于極限拉深系數(shù)），以減小變形區(qū)的切向壓應(yīng)力。2.設(shè)置壓料裝置實(shí)際生產(chǎn)中，常采用壓料裝置防止起皺，或增大壓邊力消除起皺，帶壓料裝置的拉深如圖4-9所示。圖4-9帶壓料裝置的拉深判斷是否采用壓料裝置可按表4-1確定。表4-1采用或不采用壓料裝置的條件拉深方法首次拉深以后各次拉深（t/D）（％）m1（t/D）（％）m1采用壓料裝置可用不可用不用壓料裝置＜1.51.5～2.0＞2.0＜0.60.6＞0.6＜1.01.0～1.5＞1.5＜0.80.8＞0.83.采用反拉方式反拉：多次拉深時，后次拉深的方向與前次拉深相反的拉深方式，如圖4-10所示。圖4-10圓筒形件的反拉深4.設(shè)置拉延筋拉延筋也稱拉延溝，如圖4-11所示。圖4-11拉延筋利用拉延筋防止起皺的原理及應(yīng)用主要有兩種情況：

(1)對于沿周變形不均勻的非對稱形狀拉深，凸緣區(qū)各區(qū)域材料流進(jìn)凹模的阻力和速度不同（見圖4-12），于材料流進(jìn)快處設(shè)置拉延筋可以調(diào)節(jié)沿周徑向拉應(yīng)力均勻，控制變形區(qū)不同部位材料流入凹模的速度均衡，消除因拉應(yīng)力不均勻而導(dǎo)致的局部切向壓應(yīng)力過大，從而引起的變形區(qū)局部起皺、波紋等缺陷。圖4-12非對稱形狀拉深的材料流動(2)對于曲面拉深、錐面拉深等情況，由于在拉深初始階段中間懸空部分的材料寬度大、剛度差（見圖4-11），容易失穩(wěn)起皺，使用拉延筋可使凸緣區(qū)材料的變形抗力增大，徑向流動趨緩，而使中間部分材料的脹形成分增加，材料的切向壓應(yīng)力減小，并得到硬化、強(qiáng)化，剛度和抗失穩(wěn)能力提高，降低了起皺傾向。圖4-11拉延筋傳力區(qū)開裂沖壓件開裂:是由于拉應(yīng)力過大，超過了材料的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致。拉深件的開裂現(xiàn)象常如圖4-13所示，一般都發(fā)生在傳力區(qū)的危險(xiǎn)斷面，因?yàn)樵撎幍某休d能力最弱。圖4-13拉深件的開裂危險(xiǎn)斷面處的有效抗拉強(qiáng)度與凸模圓角半徑有關(guān)，可用下式計(jì)算：

（4-1）式中——危險(xiǎn)斷面的有效抗拉強(qiáng)度；

——凸模圓角半徑；

——材料的抗拉強(qiáng)度。危險(xiǎn)斷面處的實(shí)際拉應(yīng)力則包括三部分，即：為變形區(qū)提供徑向拉應(yīng)力所需的拉應(yīng)力；克服材料與凹模表面和壓邊圈的摩擦力所需的拉應(yīng)力；使材料滑過凹模圓角產(chǎn)生彎曲變形所需的拉應(yīng)力。防止拉深件的開裂就是要控制危險(xiǎn)斷面處的實(shí)際拉應(yīng)力小于該處的有效抗拉強(qiáng)度，具體措施有：（1）降低凹模表面和壓邊圈的壓料面粗糙度。（2）拉深時在材料與壓邊圈和凹模之間施加潤滑，其目的與降低表面粗糙度相同。（3）適當(dāng)減小壓邊力。（4）適當(dāng)增大凹模圓角半徑。（5）適當(dāng)增大凸模圓角半徑。（6）增大拉深系數(shù)。起皺與開裂的關(guān)系1.起皺和開裂現(xiàn)象同時存在實(shí)際調(diào)試?yán)钅r，常會發(fā)生變形區(qū)起皺和傳力區(qū)開裂同時存在的情況，先發(fā)生起皺，起皺后材料流動阻力急劇增大，使危險(xiǎn)斷面處拉應(yīng)力過大而發(fā)生開裂。解決的措施：增大壓邊力、增加潤滑等措施將起皺消除，開裂也就不會發(fā)生了。2.凸緣區(qū)均勻起皺與不均勻起皺均勻起皺一般發(fā)生在對稱形狀的拉深，可按一般分析采取措施。不均勻起皺或局部起皺多發(fā)生在復(fù)雜形狀的拉深，若對稱拉深時發(fā)生，多因模具間隙、壓料力、圓角形狀等不均勻引起。解決方法是局部設(shè)置拉延筋，或沿周設(shè)置不同尺寸的拉延筋。3.坯料凸緣區(qū)起皺與中間部分起皺拉深時起皺現(xiàn)象多發(fā)生在材料的凸緣區(qū)。主要原因:過大的切向壓應(yīng)力，措施預(yù)防:可通過壓邊和減小變形程度等。4.3拉深件的工藝性拉深件的結(jié)構(gòu)拉深件的結(jié)構(gòu)要求：（1）拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單、對稱，使拉深時沿周應(yīng)力應(yīng)變分布均勻。如圖4-14a）所示的兩個沖壓件，形狀復(fù)雜且不完整，但基本對稱，合拉成形時，拉深件形狀修補(bǔ)為圖4-14b）所示形狀。a)b)圖4-14拉深件的形狀（2）拉深件形狀應(yīng)盡可能避免急劇轉(zhuǎn)角或凸臺，拉深高度盡可能小，以減少拉深次數(shù)，提高沖件質(zhì)量（見圖4-14b）。(b)圖4-14拉深件的形狀（3）當(dāng)零件一次拉深的變形程度過大時，為避免拉裂需多次拉深，此時在保證表面質(zhì)量的前提下，應(yīng)允許內(nèi)、外表面存在拉深過程中可能產(chǎn)生的痕跡。（4）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。拉深件的尺寸拉深件的尺寸要求：1.拉深件壁厚公差或變薄量不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律，一般不變薄拉深工藝的筒壁最大增厚量約為（0.2～0.3）t，最大變薄量為（0.1～0.18）t，其中t為板料厚度。2.拉深件的孔位布置要合理拉深件凸緣上的孔距應(yīng)滿足：D1≥d1＋3t＋2r2＋d；拉深件底部孔徑應(yīng)保證：d≤d1－2r1－t，如圖4-15所示。圖4-15拉深件凸緣上的孔位拉深件側(cè)壁上的孔，只有當(dāng)孔與底邊或凸緣邊的距離h≥2d＋t時（圖4-16a），選用沖孔方式比較合理，否則應(yīng)采用鉆孔方式，如圖4-16b所示。圖4-16拉深件側(cè)壁上的孔3.拉深件的底與壁、凸緣與壁、矩形件的四角等處的圓角半徑應(yīng)滿足：r≥t，R≥2t，rg≥3t，如圖4-17所示。圖4-17拉深件的圓角半徑拉深件的精度拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級以下，不宜高于IT11級。對于精度要求高的拉深件，應(yīng)在拉深后增加整形工序或用機(jī)械加工方法達(dá)到要求。圓筒形拉深件的徑向尺寸精度和帶凸緣圓筒形拉深件的高度尺寸精度分別見表4-2、表4-3。表4-2圓筒形拉深件徑向尺寸的偏差值板料厚度t/mm拉深件直徑d/mm板料厚度t/mm拉深件直徑d/mm＜5050～100＞100～300＜5050～100＞100～3000.5±0.12－－2.0±0.40±0.50±0.700.6±0.15±0.20－2.5±0.45±0.60±0.800.8±0.20±0.25±0.303.0±0.50±0.70±0.901.0±0.25±0.30±0.404.0±0.60±0.80±1.001.2±0.30±0.35±0.505.0±0.70±0.90±1.101.5±0.35±0.40±0.606.0±0.80±1.00±1.20表4-3帶凸緣圓筒形拉深件高度尺寸的偏差值板料厚度t/mm拉深件高度H/mm＜1818～3030～5050～8080～120120～180＜1±0.3±0.4±0.5±0.6±0.8±1.01～2±0.4±0.5±0.6±0.7±0.9±1.22～4±0.5±0.6±0.7±0.8±1.0±1.44～6±0.6±0.7±0.8±0.9±1.1±1.6拉深件的材料用于拉深成形的材料應(yīng)具有良好的拉深性能，要求塑性高屈強(qiáng)比σs/σb小板厚方向性系數(shù)r大板平面方向性系數(shù)Δr小屈強(qiáng)比σs/σb越小，一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深的性能越好。板厚方向性系數(shù)r反映了材料的各向異性性能。當(dāng)r＞1時，材料寬度方向上的變形比厚度方向容易，拉深過程中材料不易變薄和拉裂。板平面方向性系數(shù)Δr則影響拉深時材料沿周變形及極限變形程度的均勻性，

Δr數(shù)值越小，材料的拉深性能越好。4.4旋轉(zhuǎn)體零件的拉深拉深件坯料尺寸的計(jì)算依據(jù)計(jì)算拉深件坯料尺寸時，常采用等面積法，即:用拉深件表面積與坯料面積相等的原則進(jìn)行計(jì)算，拉深件的表面積應(yīng)按厚度中線計(jì)算，料厚小于1mm時，也可按外形或內(nèi)形尺寸計(jì)算。坯料的形狀應(yīng)符合金屬在塑性變形時的流動規(guī)律，其形狀一般與拉深件周邊的形狀相似。對于旋轉(zhuǎn)體拉深件來說，坯料的形狀是一塊圓板，只要求出它的直徑即可。由于材料的方向性以及坯料在拉深過程中的摩擦條件不均勻等因素的影響，拉深后零件的口部或凸緣周邊一般都不平齊，必須將邊緣的不平部分切除。在計(jì)算坯料尺寸時，需在拉深件的高度方向或帶凸緣零件的凸緣直徑上添加切邊余量，其值可參考表4-4、表4-5。表4-4無凸緣圓筒形拉深件的切邊余量Δh

（mm）工件高度h工件相對高度h/d附圖＞0.5～0.8＞0.8～1.6＞1.6～2.5＞2.5～4≤10＞10～20＞20～50＞50～100＞100～150＞150～200＞200～250＞2501.01.22345671.21.62.53.856.37.58.51.523.356.5891022.5468101112表4-5帶凸緣圓筒形拉深件的切邊余量ΔR

（mm）凸緣直徑dt工件相對高度h/d附圖1.5以下＞1.5～2＞2～2.5＞2.5～3≤25＞25～50＞50～100＞100～150＞150～200＞200～250＞2501.62.53.54.35.05.561.42.03.03.64.24.651.21.82.53.03.53.841.01.62.22.52.72.83簡單旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定對于簡單旋轉(zhuǎn)體拉深件，然后根據(jù)拉深前后坯料與拉深件表面積相等的原則，可計(jì)算出坯料直徑，即：式中D——坯料直徑（mm）；

A′——拉深件總表面積（mm2）；

A——分解成簡單幾何形狀的表面積（mm2）；（4-2）常見旋轉(zhuǎn)體拉深件的坯料直徑的計(jì)算公式：（1）坯料直徑D：（2）坯料直徑D：（3）坯料直徑D：

或（4）坯料直徑D：當(dāng)時，當(dāng)時，5）坯料直徑D：

或（6）坯料直徑D：（7）坯料直徑D：（8）坯料直徑D：（9）坯料直徑D：（10）坯料直徑D：

或復(fù)雜旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定

圖4-18旋轉(zhuǎn)體表面積計(jì)算圖（4-3）

（4-4）

無凸緣圓筒形件的拉深拉深系數(shù)拉深系數(shù)是表示拉深變形程度的重要工藝參數(shù)，是制訂拉深工藝和設(shè)計(jì)拉深模的關(guān)鍵依據(jù)。拉深系數(shù)用“m”表示，其含義是每次拉深后筒形件的直徑與拉深前坯料（或工序件）直徑的比值。根據(jù)圖4-19所示多次拉深的尺寸變化情況，則各次拉深系數(shù)為：圖4-19無凸緣圓筒形件的多次拉深

影響極限拉深系數(shù)的因素（1）材料的力學(xué)性能（2）板料的相對厚度t/D（3）模具的幾何參數(shù)（4）摩擦與潤滑（5）壓邊條件（1）推算法（2）查表法圓筒形件的拉深次數(shù)還可以從各種實(shí)用的表格中查取。表4-10是根據(jù)坯料的相對厚度t/D與零件的相對高度H/d查取拉深次數(shù)；表4-10圓筒形件相對高度H/d與拉深次數(shù)的關(guān)系拉深次數(shù)坯料相對厚度（t/D）（％）2～1.51.5～1.01.0～0.60.6～0.30.3～0.150.15～0.0810.94～0.770.84～0.650.71～0.570.62～0.500.52～0.450.46～0.3821.88～1.541.60～1.321.36～1.101.13～0.940.96～0.830.90～0.7033.50～2.702.80～2.202.30～1.801.90～1.501.60～1.301.30～1.1045.60～4.304.30～3.503.60～2.902.90～2.402.40～2.002.00～1.5058.90～6.606.60～5.105.20～4.104.10～3.303.30～2.702.70～2.00拉深次數(shù)的確定表4-11則是根據(jù)t/D與總拉深系數(shù)m查取拉深次數(shù)。表4-11圓筒形件總拉深系數(shù)m（t/D）與拉深次數(shù)的關(guān)系拉深次數(shù)坯料相對厚度（t/D）（％）2～1.51.5～1.01.0～0.50.5～0.20.2～0.0620.33～0.360.36～0.400.40～0.430.43～0.460.46～0.4830.24～0.270.27～0.300.30～0.340.34～0.370.37～0.4040.18～0.210.21～0.240.24～0.270.27～0.300.30～0.3350.13～0.160.16～0.190.19～0.220.22～0.250.25～0.29各次拉深工序件尺寸的計(jì)算對于需多次拉深的零件，需要計(jì)算各工序件的尺寸，作為設(shè)計(jì)模具及選擇壓力機(jī)的依據(jù)。（1）工序件的直徑（2）工序件的圓角半徑（3）工序件的高度例4-1圖5-20所示無凸緣圓筒形件，材料為10，求拉深次數(shù)，并計(jì)算工序件尺寸。圖4-20無凸緣圓筒形件

（3）確定各次拉深系數(shù)。增大調(diào)整各次極限拉深系數(shù)，確定各次拉深系數(shù)為：m1=0.53，m2=0.79，m3=0.81，m4=0.84。滿足條件：m1＜m2＜m3＜m4，且m1×m2×m3×m4=0.285=m。（4）計(jì)算工序件直徑di。d1=m1×D=0.53×98.3=52.1d2=m2×d1=0.79×52.1=41.16d3=m3×d2=0.81×41.16=33.34d4=m4×d3=0.84×33.34=28（5）計(jì)算工序件底部圓角半徑ri。按凸模圓角半徑的計(jì)算方法，得各次拉深的凸模圓角半徑為：r1=7mmr2=3.91,取4mmR3=2.67,取3mm由于r=3mm＞t=2mm，故取r4=3mm合理。（6）計(jì)算工序件高度。根據(jù)式（4-5）計(jì)算各次工序件高度為：按零件尺寸標(biāo)注方式，各次工序件如圖4-21所示。圖4-21各次工序件尺寸帶凸緣圓筒形件的拉深方法圖4-22所示為帶凸緣的圓筒形件，當(dāng)d1/d=1.1～1.4時，稱為窄凸緣件；當(dāng)d1/d

＞1.4時，稱為寬凸緣圓筒形件。1.窄凸緣圓筒形件的拉深由于凸緣尺寸較小，常采用與無凸緣圓筒形件相同的方法進(jìn)行拉深，只是在最后兩道工序?qū)⒘慵慑F形凸緣，可用錐形凹模實(shí)現(xiàn)，最后通過整形工序?qū)⑼咕墘浩?。圖4-23所示為某小凸緣圓筒形件及其拉深工藝過程。圖4-23窄凸緣圓筒形件的拉深2.寬凸緣圓筒形件的拉深寬凸緣圓筒形件需多次拉深時有兩種方法。如圖4-24所示。圖4-24寬凸緣圓筒形件的拉深如圖a）所示，首次拉深到凸緣尺寸，以后各次拉深中凸緣不變，而是逐漸縮小圓筒的直徑，增加高度從而達(dá)到零件的尺寸要求。如圖b）所示，首次以大圓角拉深到凸緣尺寸及高度尺寸，以后各次拉深中凸緣及高度尺寸保持不變，通過逐步減小凸、凹模圓角半徑和筒壁直徑來達(dá)到最終要求，。圖4-24寬凸緣圓筒形件的拉深拉深系數(shù)帶凸緣圓筒形件的拉深系數(shù)為：mt＝d/D

（4-6）式中

mt——帶凸緣圓筒形件拉深系數(shù)；d——拉深件筒形部分的直徑；

D——坯料直徑。當(dāng)拉深件底部圓角半徑r與凸緣處圓角半徑R相等，即r＝R時，坯料直徑為則由上式可以看出，帶凸緣圓筒形件的拉深系數(shù)與凸緣的相對直徑dt/d、零件的相對高度H/d、相對圓角半徑R/d三個因素有關(guān)，其影響程度依次減小。各次拉深高度帶凸緣圓筒形件各次拉深的高度，可根據(jù)求坯料直徑的公式推導(dǎo)出通用公式：（i＝1、2、3、…、n）（4-9）式中Hi——各次拉深工序件的高度；

di——各次拉深工序件的高度；

D——坯料直徑；

ri——各次拉深工序件的底部圓角半徑；

Ri——各次拉深工序件的凸緣圓角半徑。例4-2,試對如圖4-25所示帶凸緣圓筒形件的拉深工序進(jìn)行計(jì)算。零件材料為08鋼，厚度t＝1mm。圖4-25帶凸緣圓筒形件解：板料厚度t＝1mm，故按中線尺寸計(jì)算。1.計(jì)算坯料直徑D

根據(jù)零件尺寸查表4-5得切邊余量ΔR＝2.2mm，故實(shí)際凸緣直徑dt＝（55.4+2×2.2）＝59.8mm。由表4-6查得帶凸緣圓筒形件的坯料直徑計(jì)算公式為

根據(jù)圖有：d1＝16.1mm，R＝r＝2.5mm，d2＝21.1mm，h＝27mm，d3＝26.1mm，d4＝59.8mm，代入上式得

mm（其中3200×π/4為該拉深件除去凸緣平面部分的表面積）2.判斷可否一次拉深成形

t/D＝1/78＝1.28％

dt/d＝59.8/21.1＝2.83H/d＝32/21.1＝1.52mt＝d/D＝21.1/78＝0.27

查表4-12、表4-13，[m1]＝0.35，[H1/d1]＝0.21，則該零件需要多次拉深。3.確定首次拉深工序件尺寸初定dt/d1＝1.3，查表4-12得[m1]＝0.51，取m1＝0.52，則

d1＝m1×D＝0.52×78＝40.5mm取r1＝R1＝5.5mm坯料直徑修正為

mm按式（4-9），可得首次拉深高度為

mm驗(yàn)算所取m1是否合理：根據(jù)t/D＝1/79=1.27％，dt/d1＝59.8/40.5＝1.48，查表4-13可知[H1/d1]＝0.58

因H1/d1＝21.2/40.5＜[H1/d1]＝0.58，故所取m1是合理的4.計(jì)算以后各次拉深的工序件尺寸查表4-14得，[m2]＝0.75，[m3]＝0.78，[m4]＝0.80，則

d2＝[m2]×d1＝0.75×40.5＝30.4mmd3＝[m3]×d2＝0.78×30.4＝23.7mmd4＝[m4]×d3＝0.80×23.7＝19.0mm因d4＝19.0＜21.1，故共需4次拉深。調(diào)整以后各次拉深系數(shù)取m2＝0.77，m3＝0.80，m4＝0.844。故以后各次拉深工序件的直徑為d2＝m2×d1＝0.77×40.5＝31.2mmd3＝m3×d2＝0.80×31.2＝25.0mmd4＝m4×d3＝0.844×25.0＝21.1mm以后各次拉深工序件的圓角半徑取r2＝R2＝4.5mm，r3＝R3＝3.5mm，r4＝R4＝2.5mm設(shè)第二次拉深時多拉入3％的材料（其余2％的材料返回到凸緣上），第三次拉深時多拉入1.5％的材料（其余1.5％的材料返回到凸緣上），則第二次和第三次拉深的假想坯料直徑分別為

mmmm以后各次拉深工序件的高度為

mm

mm最后一次拉深后達(dá)到零件的高度H4＝32mm，上道工序多拉入的1.5％的材料全部返回到凸緣，拉深工序至此結(jié)束。將上述按中線尺寸計(jì)算的工序件尺寸換算成與零件圖相同的標(biāo)注形式后，所得各工序件的尺寸如圖4-26所示。圖4-26帶凸緣圓筒形件的各次拉深工序尺寸階梯圓筒形件的拉深階梯圓筒形件如圖4-27所示，每一個階梯相當(dāng)于一個圓筒形件的拉深。圖4-27階梯圓筒形件階梯圓筒形件的拉深步驟：1.確定拉深次數(shù)，先計(jì)算零件的高度H與最小直徑dn之比值H/dn，2.然后根據(jù)坯料相對厚度t/D查表4-10。如果拉深次數(shù)為1，則可一次拉深成形，否則需要多次拉深成形。階梯圓筒形件需要多次拉深時，根據(jù)階梯圓筒形件的各部分尺寸關(guān)系不同，其拉深方法也有所不同。（1）當(dāng)任意兩相鄰階梯直徑的比值di/di－1都不小于相應(yīng)的圓筒形件的極限拉深系數(shù)時，其拉深方法由大階梯到小階梯依次拉出（見圖a）。（2）當(dāng)某兩相鄰階梯直徑的比值di/di－1小于相應(yīng)圓筒形件的極限拉深系數(shù)時，則可先按帶凸緣圓筒形件的拉深方法拉出直徑di，再將凸緣拉成直徑di-1，其順序是由小到大，如圖b所示。（3）當(dāng)零件是淺階梯圓筒形件，且坯料相對厚度較大（t/D）、相鄰階梯直徑差不大時，可以先拉成帶大圓角半徑的圓筒形件，然后用整形方法得到零件的形狀和尺寸。曲面回轉(zhuǎn)體零件的成形特點(diǎn)與直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深相比，曲面回轉(zhuǎn)體零件的拉深成形具有以下特點(diǎn)。材料的變形區(qū)擴(kuò)大變形性質(zhì)復(fù)雜成形極限復(fù)雜提高曲面回轉(zhuǎn)體零件成形質(zhì)量的措施提高曲面回轉(zhuǎn)體零件成形質(zhì)量的措施:加大坯料直徑增大壓料力增設(shè)壓料筋采用反拉深方法4.5壓料力、拉深力與沖壓設(shè)備選擇壓料裝置的選用目前生產(chǎn)中常見的壓料裝置有兩種類型：彈性壓料裝置剛性壓料裝置1.彈性壓料裝置彈性壓料裝置用于一般的單動壓力機(jī)，根據(jù)彈性力的不同，彈性壓料裝置有橡膠式、彈簧式和氣墊式三種，如圖4-29所示。圖4-29彈性壓料裝置三種壓料裝置所產(chǎn)生的壓料力和壓力機(jī)行程的關(guān)系如圖4-30所示。圖4-30各種彈性壓料裝置的壓料力曲線壓料圈是壓料裝置的關(guān)鍵零件，常見的結(jié)構(gòu)形式有平面形、錐形和弧形，如圖4-31所示。1－凸模2－頂板3－凹模4－壓料圈圖4-31壓料圈的結(jié)構(gòu)形式一般的拉深模采用平面形壓料圈（圖a）；圖4-31壓料圈的結(jié)構(gòu)形式1－凸模2－頂板3－凹模4－壓料圈錐形壓料圈（圖b）能降低極限拉深系數(shù)，與錐形凹模配套使用，其錐角與錐形凹模的錐角相對應(yīng)，一般取β＝30°～40°，主要用于拉深系數(shù)較小的拉深件；1－凸模2－頂板3－凹模4－壓料圈圖4-31壓料圈的結(jié)構(gòu)形式當(dāng)坯料相對厚度較小，拉深件凸緣小且圓角半徑較大時，則采用帶弧形的壓料圈（圖c）。1－凸模2－頂板3－凹模4－壓料圈圖4-31壓料圈的結(jié)構(gòu)形式若采用彈簧式或橡膠式壓料裝置，為保持壓料力均衡，防止坯料被過分壓緊，特別是拉深帶寬凸緣的薄板零件時，可采用帶限位裝置的壓料圈，如圖4-32所示。圖4-32有限位裝置的壓料圈2.剛性壓料裝置剛性壓料裝置用于在雙動壓力機(jī)上沖壓的拉深模。沖壓時，壓力機(jī)的外滑塊帶動壓料圈首先下行，壓住板料，隨后內(nèi)滑塊帶動凸模下行進(jìn)行拉深，如圖4-33所示。1―凸模固定桿2―外滑塊3―拉深凸模4―壓料圈兼落料凸模5―落料凹模6―拉深凹模圖4-33雙動壓力機(jī)用拉深模的剛性壓料壓料力的確定當(dāng)確定需要采用的壓料裝置后，壓料力大小必須適當(dāng)。

壓料力過大，會增大坯料拉入凹模的拉力，導(dǎo)致危險(xiǎn)斷面破裂；壓料力不足，則不能防止凸緣起皺。圖4-34所示為壓料力與拉深系數(shù)的關(guān)系由圖可見，拉深系數(shù)越小，壓料力可供調(diào)節(jié)的范圍越小，當(dāng)拉深系數(shù)接近極限拉深系數(shù)時，壓料力的確定十分困難。圖4-34壓料力與拉深系數(shù)的關(guān)系在模具設(shè)計(jì)時，壓料力可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：任何形狀的拉深件（4-10）

圓筒形件首次拉深（4-11）

圓筒形件以后各次拉深

（i＝2、3、…）（4-12）式中：FY—壓料力（N）；A—壓料圈下坯料的投影面積（mm2）；p—單位面積壓料力（MPa）；D—坯料直徑（mm）；dn—各次拉深工序件的直徑（mm）；rdi—各次拉深凹模的圓角半徑（mm）拉深力的確定對于圓筒形件：首次拉深（4-13）以后各次拉深

（i＝2、3、…、n）（4-14）式中F——拉深力；

di——各次拉深工序件直徑（mm）；

t——板料厚度（mm）；

σb——拉深件材料的抗力強(qiáng)度（MPa）；

K1、K2——修正系數(shù)，與拉深系數(shù)有關(guān)，見表4-16。表4-16修正系數(shù)K1、K2的數(shù)值m10.550.570.600.620.650.670.700.720.750.770.80－－－K11.00.930.860.790.720.660.600.550.50.450.40－－－m2、…、mn－－－－－－0.700.720.750.770.800.850.900.95K2－－－－－－1.00.950.900.850.800.700.600.50壓力機(jī)公稱壓力的確定對于單動壓力機(jī)，其公稱壓力Fg應(yīng)大于拉深力F與壓料力FY之和，即

Fg＞F+FY

對于雙動壓力機(jī)，應(yīng)使內(nèi)滑塊公稱壓力和外滑塊公稱壓力分別大于拉深力F和壓料力FY，即＞F＞FY在實(shí)際生產(chǎn)中，也可以按下式來確定壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力：淺拉深Fg≥（1.6～1.8）F∑（4-15）深拉深Fg≥（1.8～2.0）F∑（4-16）式中F∑——沖壓工藝總力，與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)，包括拉深力、壓料力、沖裁力等。拉深功的計(jì)算拉深功按下式計(jì)算：

W=CFmaxh/1000（4-17）式中W——拉深功（J）；

Fmax——含壓料力在內(nèi)的最大拉深力（N）；

h——凸模工作行程（mm）；

C——系數(shù)，可取0.6～0.8；壓力機(jī)的電機(jī)功率可按下式計(jì)算：

Pw=KWn/（60×1000×η1η2）（4-18）式中Pw——電機(jī)功率（kW）；

K——不均衡系數(shù)，取1.2～1.4；

η1——壓力機(jī)效率，取0.6～0.8；

η2——電機(jī)效率，取0.9～0.95；

n——壓力機(jī)每分鐘行程次數(shù)。4.6拉深模拉深凸、凹模的結(jié)構(gòu)1.凸模的結(jié)構(gòu)形式拉深后為使零件容易從凸模上脫下，凸模的高度方向可帶有一定錐度α（圖4-35b）圖4-35拉深凸模的形式中型和大型的拉深件在多次拉深時，其前幾道工序的拉深凸模可以做成帶有錐形側(cè)角的結(jié)構(gòu)（圖4-35c）圖4-35拉深凸模的形式拉深后由于受空氣壓力的作用工件套緊在凸模上不易脫下，材料厚度較薄時工件甚至?xí)粔嚎s。因此，通常需要在凸模上開設(shè)通氣孔（圖4-35a）。圖4-35拉深凸模的形式2.凹模的結(jié)構(gòu)形式常見的拉深凹模結(jié)構(gòu)是一個帶圓角的孔，如圖4-36所示。圖4-36拉深凹模結(jié)構(gòu)不帶壓邊圈的拉深凹模，在口部可以做成帶臺肩的結(jié)構(gòu)，如圖4-37所示圖4-37無壓邊圈拉深凹模結(jié)構(gòu)錐形凹模的口部結(jié)構(gòu)如圖4-38所示，其直壁高度h要求同一般凹模。圖4-38錐形凹?？诓拷Y(jié)構(gòu)尺寸對于下出件拉深模，是利用凹?？紫虏康呐_肩對有一定回彈而變大的拉深件口部作用而實(shí)現(xiàn)下出件。凹模的直壁部分下端應(yīng)做成直角（圖4-39a）或銳角（圖4-39b）的形式，使拉深件在凸?；爻虝r能被凹模鉤下。如果凹模下端為圓角或尖角變鈍，則拉深件仍然會套緊凸模一起上升（圖4-39c）。圖4-39拉深凹模下部結(jié)構(gòu)凸、凹模工作尺寸的計(jì)算拉深件的尺寸和公差是由最后一次拉深模保證的，考慮拉深模的磨損和拉深件的彈性回復(fù)，最后一次拉深模的凸、凹模工作尺寸及公差按如下確定：當(dāng)拉深件標(biāo)注外形尺寸時（圖4-40a），則a）拉深件標(biāo)注外形尺寸圖4-40拉深件尺寸與凸、凹模工作尺寸（4-19）（4-20）當(dāng)拉深件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時（圖4-40b），則（4-21）（4-22）b）拉深件標(biāo)注內(nèi)形尺寸圖4-40拉深件尺寸與凸、凹模工作尺寸式中Dd、dd—凹模工作尺寸；Dp、dp—凸模工作尺寸；Dmax、dmin—拉深件的最大外形尺寸和最小內(nèi)形尺寸；Z—凸、凹模單邊間隙；Δ—拉深件的公差；δp、δd—凸、凹模的制造公差，可按IT6～I(xiàn)T9級確定，或查表確定。凸、凹模的圓角半徑1.凹模圓角半徑首次拉深凹模圓角半徑可按下式計(jì)算：（4-25）式中rd1——凹模圓角半徑；

D——坯料直徑；

d——凹模內(nèi)徑（當(dāng)工件料厚t≥1時，也可取首次拉深時工件的中線尺寸）；

t——材料厚度。以后各次拉深時，凹模圓角半徑應(yīng)逐漸減小時，一般可按以下關(guān)系確定：

rdi＝（0.6～0.9）rd（i－1）（i＝2、3、…、n）（4-26）2.凸模圓角半徑首次拉深凸模圓角半徑按下式確定

rp1＝（0.7～1.0）rd1（4-27）以后各次拉深的凸模圓角半徑可按下式確定：

rp（i－1）＝（i＝3、4、…、n）（4-28）式中di－1、di——各次拉深工序件的直徑。當(dāng)di-1尺寸較小、料厚t較大時，按式（4-28）計(jì)算所得rp（i－1）也較小，常不符合工藝要求，這時可直接按下式選取rp（i－1）=（di－1－di）/2

（i＝3、4、…、n）（4-29）凸、凹模的間隙間隙：凸模和凹模工作部分之間的間距。1.無壓料裝置的凸、凹模間隙對于無壓料裝置的拉深模，其凸、凹模單邊間隙可按下式確定：

Z＝（1～1.1）tmax（4-30）式中Z——凸、凹模單邊間隙；

tmax——材料厚度的最大極限尺寸。2.帶壓料裝置的凸、凹模間隙對于有壓料裝置的拉深模，其凸、凹模間隙可按表4-18確定。表4-18有壓料裝置的凸、凹模單邊間隙值Z總拉深次數(shù)拉深工序單邊間隙Z總拉深次數(shù)拉深工序單邊間隙Z1第一次拉深（1～1.1）t4第一、二次拉深第三次拉深第四次拉深1.2t1.1t（1～1.05）t2第一次拉深第二次拉深1.1t（1～1.05）t3第一次拉深第二次拉深第三次拉深1.2t1.1t（1～1.05）t5第一、二、三次拉深第四次拉深第五次拉深1.2t1.1t（1～1.05）t首次拉深模圖4-41a為無壓料裝置的首次拉深模。拉深件直接從凹模底部落下，為了從凸模上卸下沖件，在凹模下安裝卸件器，當(dāng)拉深工作行程結(jié)束，凸?；爻虝r，卸件器下平面作用于拉深件口部，把沖件卸下。a）無壓料裝置圖4-41首次拉深模圖4-41b為有壓料裝置的正裝式首次拉深模。拉深模的壓料裝置在上模。b）有壓料裝置圖4-41首次拉深模圖4-41d為雙動壓力機(jī)用首次拉深模。d）雙動壓力機(jī)用圖4-41首次拉深模以后各次拉深模圖4-42所示為無壓料裝置的以后各次拉深模圖4-42無壓料以后各次拉深模圖4-42所示為無壓料裝置的以后各次拉深模前次拉深后的工序件由定位板6定位，拉深后工件由凹?？着_階卸下。1－上模座2－墊板3－凸模固定板4－凸模4-通氣孔

6－定位板7－凹模8－凹模座9－下模座圖4-42無壓料以后各次拉深模圖4-43所示為有壓料倒裝式以后各次拉深模，圖4-43有壓料以后各次拉深模圖4-43所示為有壓料倒裝式以后各次拉深模，壓料圈6兼起定位作用，前次拉深后的工序件套在壓料圈上進(jìn)行定位。拉深完的工件在回程時分別由壓料圈頂出和推件塊3推出。1－打桿2－螺母3－推件塊4－凹模4-可調(diào)式限位柱6－壓料圈圖4-43有壓料以后各次拉深模落料拉深復(fù)合模圖4-44所示為落料拉深復(fù)合模圖4-44落料拉深復(fù)合模圖4-44所示為落料拉深復(fù)合模1－落料凹模2－拉深凸模3－凸凹模4－推件塊

4-螺母6－拉桿7－拉桿8－墊板9－壓料圈10－固定板11－導(dǎo)料銷12－擋料銷圖4-44落料拉深復(fù)合模落料拉深復(fù)合模，條料由兩個導(dǎo)料銷11進(jìn)行導(dǎo)向，由擋料銷12定距。工作時，首先由落料凹模1和凸凹模3完成落料，緊接著由拉深凸模2和凸凹模進(jìn)行拉深。拉深模制造要點(diǎn)拉深模制造要點(diǎn):1.工作面的形狀精度凸、凹模的工作面必須與拉深件內(nèi)外形狀吻合，間隙均勻，保證拉深件精度要求以及板料沿周受力和變形均勻，不至于引起超標(biāo)的缺陷。2.壓料圈的精度壓料時，壓邊圈壓料面與凹模面必須完全吻合，壓料力均勻，保證材料流動穩(wěn)定。3.表面粗糙度拉深時材料與模具表面的摩擦強(qiáng)烈，要求凹模與材料接觸的所有表面、壓邊圈的壓料面的粗糙度較低，一般小于Ra0.4。4.主要零件的力學(xué)性能凸、凹模材料與熱處理要求應(yīng)滿足強(qiáng)度和耐磨度的要求。

5.除旋轉(zhuǎn)體拉深件外，其余復(fù)雜拉深件的坯料形狀和尺寸一般都無法預(yù)先精確計(jì)算，即使采用CAE軟件模擬和計(jì)算，仍需在試模后確定坯料形狀和尺寸。拉深模制造方法對于圓筒形件的拉深模，制造工藝比較簡單，普通加工設(shè)備基本能滿足要求。對于形狀和變形復(fù)雜的拉深成形件，目前都采用CAE/CAD/CAM軟件輔助成形工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和編程加工。拉深模的調(diào)試?yán)钅Ｕ{(diào)試過程中常出現(xiàn)的問題以及解決問題的措施：(1)當(dāng)拉深件產(chǎn)生起皺現(xiàn)象時，應(yīng)首先考慮調(diào)整壓邊力，再考慮修改坯料的形狀和尺寸，一般均能使起皺消除；若壓邊力增大后發(fā)生開裂，再按優(yōu)先次序采取應(yīng)對開裂的措施加以消除；若在其他工藝條件良好的情況下，壓邊力稍有增大就發(fā)生開裂，稍有減小又發(fā)生起皺，則可能工藝設(shè)計(jì)不佳。(2)當(dāng)拉深件產(chǎn)生開裂時，優(yōu)先采取的措施依次應(yīng)為：減小壓邊力、拋光凹模表面及壓邊圈的壓料面、改善潤滑條件、適當(dāng)修大凹模圓角、修改坯料、修改壓料筋。(3)若同時存在變形區(qū)起皺和傳力區(qū)開裂，應(yīng)先采取措施消除起皺問題，然后視情況進(jìn)一步采取措施。(4)復(fù)雜形狀的拉深成形，常會發(fā)生局部起皺或開裂的缺陷，或鄰近區(qū)域同時發(fā)生起皺和開裂，應(yīng)仔細(xì)分析材料流動規(guī)律，必要時在坯料上畫網(wǎng)格進(jìn)行分析，然后按以下優(yōu)先順序采取措施：修改坯料局部形狀和尺寸精修凸模和凹模局部形狀精修壓料筋尺寸。(5)壓邊力彈性件為彈簧或橡膠，難以調(diào)試合格時，可考慮更換恒力壓力元件，如氮?dú)飧?。機(jī)械壓力機(jī)上難以調(diào)試合格時，可考慮在油壓機(jī)上調(diào)試。(6)對板料實(shí)施潤滑時，不可潤