模具設(shè)計(jì)模塊四課件

拉深是基本沖壓工序之一。本模塊在分析拉深變形過程及拉深件質(zhì)量影響因素的基礎(chǔ)上，介紹拉深工藝計(jì)算、工藝方案制定和拉深模設(shè)計(jì)。涉及拉深變形過程分析、拉深件質(zhì)量分析、拉深系數(shù)及最小拉深系數(shù)影響因素、圓筒形件的工藝計(jì)算、其他形狀零件的拉深變形特點(diǎn)、拉深工藝性分析與工藝方案確定、拉深模典型結(jié)構(gòu)、拉深模工作零件設(shè)計(jì)等。本模塊內(nèi)容：模塊四玻璃升降器外殼落料拉深復(fù)合模本模塊重點(diǎn)1．

拉深變形規(guī)律及拉深件質(zhì)量影響因素與預(yù)防；2．

拉深工藝計(jì)算方法；3．

拉深工藝性分析與工藝方案制定；4．

拉深模典型結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；5．

本模塊示例零件的拉深工藝與拉深模設(shè)計(jì)的方法和步驟。難點(diǎn)1．拉深變形規(guī)律及拉深件質(zhì)量影響因素與預(yù)防；2．圓筒形零件的拉深工藝計(jì)算；3．帶凸緣圓筒形零件的拉深拉深工藝計(jì)算；4．拉深模典型結(jié)構(gòu)與拉深模工作零件設(shè)計(jì)。不變薄拉深：

把毛坯拉壓成空心體，或者把空心體拉壓成外形更小而板厚沒有明顯變化的空心體的沖壓工序。變薄拉深是指凸、凹模之間間隙小于空心毛坯壁厚，把空心毛坯加工成側(cè)壁厚度小于毛坯壁厚的薄壁制件的沖壓工序。拉深是沖壓基本工序之一?？梢约庸ばD(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復(fù)雜的薄壁零件。拉深不變薄拉深變薄拉深拉深模：拉深模特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。

拉深工序所使用的模具。拉深使用設(shè)備：單動、雙動、三動壓力機(jī)或液壓機(jī)

課題一拉深概述

拉深件示例不變薄拉深變薄拉深拉深件示例油底殼不銹鋼餐具

課題二玻璃升降器外殼首次拉深變形過程及其工藝性

一拉深變形過程

1.毛坯受力分析

工藝網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)材料轉(zhuǎn)移：高度、厚度發(fā)生變化。3.材料的流動

扇形單元體的

變形

1.凸緣部分2.凹模圓角部分

3.筒壁部分

4.凸模圓角部分5.筒底部分

坯料各區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變是很不均勻的。二拉深變形過程中材料的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)

圓筒件拉深時(shí)凸緣變形區(qū)應(yīng)力分布圖三拉深變形過程中凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分布

拉深過程中的質(zhì)量問題：主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺：傳力區(qū)拉裂：由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；由于拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。四拉深件主要質(zhì)量問題

主要決定于：一方面是切向壓應(yīng)力σ3的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力。凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。

最易起皺的位置：凸緣邊緣區(qū)域起皺最強(qiáng)烈的時(shí)刻：在Rt=（0.7～0.9）R0時(shí)防止起皺：壓邊1.凸緣變形區(qū)的起皺2.采用壓邊圈的條件防止起皺可以采用壓邊圈。采用壓邊圈的條件為：查表4-1；2.查圖4-11驗(yàn)證。

主要取決于：

一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力；另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過筒壁材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，拉深件就會在底部圓角與筒壁相切處——“危險(xiǎn)斷面”產(chǎn)生破裂。

防止拉裂：一方面要通過改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁抗拉強(qiáng)度；

另一方面通過正確制定拉深工藝和設(shè)計(jì)模具，降低筒壁所受拉應(yīng)力。

3.筒壁的拉裂筒壁的拉裂拉深件工藝性指拉深件在拉深工序中生產(chǎn)的難易程度。（1）對拉深件的外形尺寸的要求;（2）對拉深件形狀要求:（3）拉深件的圓角半徑;（4）尺寸公差等級及表面質(zhì)量的要求(表4-2，4-3，4-4）。拉深件工藝性內(nèi)容：五拉深件的工藝性

帶臺階拉深件高度尺寸的標(biāo)注

拉深件的圓角半徑

體積不變原則:若拉深前后料厚不變，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:切邊工序：

拉深前坯料的形狀與沖件斷面形狀相似。形狀復(fù)雜的拉深件：需多次試壓，反復(fù)修改，才能最終確定坯料形狀。拉深件的模具設(shè)計(jì)順序：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。拉深件口部不整齊，需留切邊余量。但坯料的周邊必須是光滑的曲線連接。拉深件毛坯尺寸確定的原則：

課題三旋轉(zhuǎn)體拉深件毛坯尺寸計(jì)算

一計(jì)算方法

1.等重量法：已有拉深件樣品時(shí)，使用等重量法來求毛坯直徑會非常方便。2.等體積法：適用于變薄拉深件。

3.等面積法：不變薄拉深工序用來計(jì)算毛坯尺寸的依據(jù)。毛坯尺寸的計(jì)算必須將加上了修邊余量后的制件尺寸作為計(jì)算的依據(jù)。修邊余量：拉深件口部或凸緣周邊不整齊;特別是經(jīng)過多次拉深后的制件，口部或凸緣不整齊的現(xiàn)象更為顯著;因此必須增加制件的高度或凸緣的直徑，拉深后修齊增加的部分即為修邊余量。表4-5為無凸緣圓筒件的修邊余量；表4-6為帶凸緣圓筒件的修邊余量。二修邊余量

按圖得：

故整理后可得坯料直徑為:

【例4-1】

求無凸緣筒形件的毛坯直徑尺寸。

久里金法則求其表面積：任何形狀的母線繞軸旋轉(zhuǎn)一周所得到的旋轉(zhuǎn)體面積，等于該母線的長度與其重心繞該軸線旋轉(zhuǎn)所得周長的乘積。如右圖所示，旋轉(zhuǎn)體表面積為

因拉深前后面積相等，故坯料直徑D：

四復(fù)雜旋轉(zhuǎn)體拉深件毛坯尺寸計(jì)算

適用于直線與圓弧相連接的形狀

解析法

適用于曲線連接的形狀作圖解析法

拉深系數(shù)m是以拉深后的直徑d與拉深前的坯料D（工序件dn）直徑之比表示。1.拉深系數(shù)表示方法第一次拉深系數(shù)：第二次拉深系數(shù)：第n次拉深系數(shù)：

四玻璃升降器外殼首次拉深工藝計(jì)算

一拉深系數(shù)拉深系數(shù)m表示拉深前后坯料（工序件）直徑的變化率。m愈小，說明拉深變形程度愈大，相反，變形程度愈小。

拉深件的總拉深系數(shù)等于各次拉深系數(shù)的乘積，即

如果m取得過小，會使拉深件起皺、斷裂或嚴(yán)重變薄超差。極限拉深系數(shù)［m］從工藝的角度來看，［m］越小越有利于減少工序數(shù)。

（1）材料的組織與力學(xué)性能（2）板料的相對厚度（3）拉深工作條件①模具的幾何參數(shù)②摩擦潤滑③壓料圈的壓料力（4）拉深方法、拉深次數(shù)、拉深速度、拉深件的形狀等［m］２.影響極限拉深系數(shù)的因素

表4-8所示為無凸緣圓筒件采用壓邊圈時(shí)的拉深系數(shù)，表4-9為無凸緣圓筒件不采用壓邊圈時(shí)的拉深系數(shù)，表4-10為其他金屬材料的拉深系數(shù)（該表所列

mn為以后

各次拉深系數(shù)的平均值）。

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)［m］的值。３.極限拉深系數(shù)的確定

＞［m］時(shí)，拉深件可一次拉成，否則需要多次拉深。其拉深次數(shù)的確定有以下幾種方法：（１）查表（表4-11）法（２）推算方法（3）計(jì)算方法當(dāng)二拉深次數(shù)

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：(１）保證ｍ1ｍ2…ｍｎ＝(２）使ｍ1＜ｍ2＜…ｍｎ最后按調(diào)整后的拉深系數(shù)計(jì)算各次工序件直徑：

ｄ1＝ｍ1Ｄ

ｄ2＝ｍ2ｄ1

…

ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１

三圓筒件各次拉深件的半成品工序尺寸計(jì)算

1.工序件直徑的確定根據(jù)拉深后工序件表面積與坯料表面積相等的原則，可得到各工序件高度計(jì)算公式，表4-13。計(jì)算前應(yīng)先定出各工序件的底部圓角半徑（見4-15及4-16）。

2.工序件高度的計(jì)算

例4-3求圖4-25所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料為08鋼，板料厚度ｔ＝1ｍｍ。解：因ｔ=1ｍｍ，按板厚中徑尺寸計(jì)算。根據(jù)零件尺寸，其相對高度為查表4-5得修邊余量坯料直徑為代已知條件入上式得Ｄ＝78ｍｍ

1.修邊余量2.毛坯直徑四圓筒件工序尺寸計(jì)算示例

坯料相對厚度為3.確定是否使用壓邊圈：按表4-1應(yīng)采用壓料圈。

4．確定拉深次數(shù):先判斷能否一次拉出。零件總的拉深系數(shù)m總：m總=d/D=20/78=0.256查表4-8得m1=0.50～0.53，mn=0.77(四次拉深時(shí))由于m總=0.256<<m1=0.50～0.53，因此不能一次拉出。（1）采用查表法確定拉深次數(shù)：由t/D×100=1.28，h/D=3.7查表4-11得拉深次數(shù)n=4由m總=0.256，t/D×100=1.28查表4-12得拉深次數(shù)n=4（2）采用計(jì)算法確定拉深次數(shù)：由公式4-14得n=1+[lg20-lg(0.51×78)]/lg0.77=3.66取拉深次數(shù)n=45．確定各次拉深直徑查表4-8取各次拉深極限拉深系數(shù)(小值)為m1=0.50、m2=0.75、m3=0.78、m4=0.80,則各半成品直徑為：d1=0.5×78=39mm；d2=0.75×39=29.3mm；d3=0.78×29.3=22.8mm；d4=0.80×22.8=18.3mm。d4=18.3mm<20mm，到第四次時(shí)，計(jì)算工序件直徑已經(jīng)小于成品零件直徑，因此整個工序只需要四次拉深，即拉深次數(shù)n=4。

由于計(jì)算直徑不等于零件成品直徑，應(yīng)對拉深系數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其均大于相應(yīng)的極限拉深系數(shù)。查表4-8調(diào)整拉深系數(shù)(大值)取m1=0.53、m2=0.76、m3=0.79、m4=0.82，則d1=0.53×78=41mm；d2=0.76×41=31mm；d3=0.79×31=24.5mm；d4=0.82×24.5=20mm。6．半成品底部圓角半徑根據(jù)式4-15及4-16，取半成品圓角半徑分別為：r1=5、r2=4.5、r3=4、r4=3.5。

7．計(jì)算半成品拉深高度h1=30.4mm；h2=43.4mm；h3=58mm；h4=74mm。（8）工序件草圖1.以后各次拉深特點(diǎn)2.以后各次拉深方法：正拉深與反拉深五

圓筒件以后各次拉深特點(diǎn)及方法五

圓筒件以后各次拉深特點(diǎn)及方法反拉深零件示例本節(jié)在掌握圓筒形件拉深成形的基礎(chǔ)之上，分析帶凸緣筒形零件的拉深，從中掌握方法。六帶凸緣筒形件的拉深

變形特點(diǎn)該類零件的拉深過程，其變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)與無凸緣圓筒形件是相同的。但坯料凸緣部分不是全部拉入凹模。1.帶凸緣圓筒形件的拉深變形程度及拉深次數(shù)有凸緣圓筒形件的拉深系數(shù)取決于有關(guān)尺寸的三個相對比值：dt/ｄ(凸緣的相對直徑)、ｈ1/ｄ(零件的相對高度)、r1/ｄ(相對圓角半徑)。

根據(jù)拉深系數(shù)或零件相對高度，判斷拉深次數(shù)。（１）窄凸緣圓筒形件的拉深窄凸緣筒形件：2.帶凸緣筒形件的拉深方法寬凸緣筒形件：（2）寬凸緣圓筒形件的拉深（1）選定修邊余量（查表4-6）。（2）預(yù)算毛坯直徑D。（3）計(jì)算t/D（%）和dt/d1，判斷能否一次拉出。（4）選取m、1m2、m3·····mn并預(yù)算：d1、d2、·····dn，通過計(jì)算即可知道拉深的次數(shù)。（5）調(diào)整各工序的拉深系數(shù)。（6）重新計(jì)算各工序的拉深直徑。（7）確定各工序零件的圓角半徑。（8）根據(jù)上面計(jì)算寬凸緣筒形件工序尺寸所述方法，重新計(jì)算毛坯直徑。（9）計(jì)算第一次拉深高度，并校核第一次拉深的相對高度，檢查是否安全。（10）計(jì)算以后各次拉深高度。

(11)畫出工序圖。

3.帶凸緣筒形件拉深工序計(jì)算程序?qū)捦咕壨残渭?/p>

4.工序計(jì)算實(shí)例

工序圖七

玻璃升降器外殼首次拉伸件的工藝計(jì)算1.判斷類型：寬凸緣圓筒件2.能否一次拉深成形：3.是否采用壓邊圈：壓料裝置產(chǎn)生的壓料力Ｆ壓大小應(yīng)適當(dāng)：在保證變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選用小的壓料力。理想的壓料力是隨起皺可能性變化而變化。具體壓邊力的計(jì)算見表4-16。

P值可以由經(jīng)驗(yàn)公式求得：P=48（Z-1.1）σb×10-5MpaP值也可以直接由表4-17或表4-18中查得。

八壓邊力的計(jì)算

采用壓料圈拉深時(shí)首次拉深

以后各次拉深（ｉ＝2、3、…、ｎ）

最大拉深力可以用下式來進(jìn)行計(jì)算：

Fmax=3(σb+σs)(D-d-r凹)t

九拉深力的計(jì)算1.F壓>Fmax+F壓

2.壓力機(jī)壓力與沖壓變形力曲線1—壓力機(jī)壓力曲線;2—拉深力曲線;3—落料力曲線

十

壓力機(jī)噸位的選擇

對于不變薄拉深的拉深功按下式計(jì)算：

W=F平均h×10-3=CFmaxh×10-3

拉深功率P（KW）按下式計(jì)算：

P=（Wn）/(60×750×1.36)壓力機(jī)的電機(jī)功率率P電（KW）按下式計(jì)算：P電=（KWn）/(60×750×1.36×η1×η2)十一

拉深功與功率計(jì)算

拉深力-行程圖

內(nèi)容包括:凸、凹模圓角半徑，拉深模凸、凹模間隙和凸、凹模工作部分尺寸。本節(jié)以圓筒件為例進(jìn)行介紹。首次（包括只有一次）拉深凹模圓角半徑可按下式計(jì)算：或以后各次拉深凹模圓角半徑應(yīng)逐漸減小，一般按下式確定：（ｉ＝2、3、…、ｎ）以上計(jì)算所得凹模圓角半徑一般應(yīng)符合rA≥2ｔ的要求。

1.凹模圓角半徑R凹課題五玻璃升降器外殼落料拉深模工作部分結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

一凸、凹模圓角半徑的確定

首次拉深可?。褐虚g各拉深工序凸模圓角半徑可按下式確定：（ｉ＝3、4、…、ｎ）最后一次拉深凸模圓角半徑rTn即等于零件圓角半徑ｒ。但零件圓角半徑如果小于拉深工藝性要求時(shí)，則凸模圓角半徑應(yīng)按工藝性的要求確定（即rT≥ｔ），然后通過整形工序得到零件要求的圓角半徑。

2．凸模圓角半徑R凸1.無壓料圈的拉深模其拉深間隙為：2.有壓料圈的拉深模Ｚ＝（1～1.1）ｔ間隙值按表4-21選取。3.精度要求較高的拉深件:間隙取值Z=（0.9～0.95）t。4.最后一次拉深：尺寸標(biāo)注在外徑的拉深件，以凹模為準(zhǔn)，間隙取在凸模上；尺寸標(biāo)注在內(nèi)徑的拉深件，以凸模為準(zhǔn)，間隙取在凹模上。二

拉深模凸、凹模間隙（1）工件要求外形尺寸，以凹模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。D凹=

D凸=

（2）工件要求內(nèi)形尺寸時(shí)，以凸模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

d凸=

d凹=

（3）中間工序凸、凹模尺寸：取凸、凹模尺寸等于毛坯的過渡尺寸，若以凹模為基準(zhǔn)則：D凹=

D凸=

三凸、凹模工作部分尺寸計(jì)算及凸、

凹模制造公差

1．凸、凹模工作部分尺寸計(jì)算根據(jù)工件的材料厚度與工件直徑來選定，如表4-22所示。

3．拉深凸模排氣孔尺寸：凸模排氣孔直徑的大小可查表4-23。

拉深凸模排氣孔

2．凸、凹模制造公差

不使用壓邊圈的拉深模的凹模結(jié)構(gòu)四常用拉深凹模結(jié)構(gòu)不使用壓邊圈的多次拉深模的凹模結(jié)構(gòu)使用壓邊圈的拉深模的工作部分結(jié)構(gòu)帶限制型腔拉深凹模結(jié)構(gòu)1．按工藝特點(diǎn)可以分為：簡單拉深模、復(fù)合拉深模、級進(jìn)拉深模。2．按工藝順序可以分為：首次拉深模和以后各次拉深模。3．按模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為：帶導(dǎo)柱，不帶導(dǎo)柱、帶壓邊圈和不帶壓邊圈的拉深模。4．按使用的壓力機(jī)可以分為：單動壓力機(jī)和雙動壓力機(jī)用拉深模。課題六玻璃升降器首次拉深的拉深模結(jié)構(gòu)

一拉深模分類

1.首次拉深模(1)無壓邊裝置的首次簡單拉深模1-定位板;2-下模座;3-凸模;4-凹模二拉深模結(jié)構(gòu)

1-拉深凸模;2-上模座;3-推桿;4-推件塊;5-拉深凹模;6-定位板;7-壓邊圈;8-下模座（2）帶壓邊裝置的首次拉深模1-上模座;2-推桿;3-推件板;4-錐形凹模;5-限位柱;6-錐形壓邊圈;7-拉深凸模;8-凸模固定板;9-下模座壓邊裝置彈性壓邊裝置①橡皮壓邊裝置②彈簧壓邊裝置③氣墊式壓邊裝置帶限位裝置的壓邊圈剛性壓邊裝置：帶剛性壓邊裝置的拉深模2．壓邊裝置彈性壓邊裝置(1)彈性壓邊裝置

帶限位裝置的壓邊圈

雙動壓力機(jī)用剛性壓邊裝置工作原理1-曲柄;2-凸輪;3-外滑塊;4-內(nèi)滑塊;5-凸模;6-壓邊圈;7-凹模(2)剛性壓邊裝置

1-固定板;2-拉深凸模;3-剛性壓邊圈;4-拉深凹模;5-下模座;6-固定螺釘帶剛性壓邊裝置的拉深模

（1）無壓邊裝置的以后各次拉深

1-上模座;2-墊板;3-凸模固定板;4-凸模;5-定位板;6-凹模;7-凹模固定板;8-下模座3．以后各次拉深模

（2）帶壓邊裝置的以后各次拉深模1-推件板;2-拉深凹模;3-拉深凸模;4-壓邊圈;5-頂桿(1)正裝落料拉深復(fù)合模(2)落料、正、反拉深模(3)后次拉深、沖孔、切邊復(fù)合模切邊的工作原理(4)多工序復(fù)合模

4．復(fù)合摸

1-頂桿;2-壓邊圈;3-凸凹模;4-推桿;5-推件板;6-卸料板;7-落料凹模;8-拉深凸模正裝落料拉深復(fù)合模1-落料拉深凸凹模;2-反拉深凸模;3-拉深凸凹模;4-卸料板;5-導(dǎo)料板;6-壓邊圈;7-落料凹模落料、正、反拉深模

1-壓邊圈;2-凹模固定板;3-沖孔凹模;4-推件板;5-沖孔凸模固定板;6-墊板;7-沖孔凸模;8-拉深凸模;9-限位螺釘;10-螺母;11-墊柱;12-拉深、切邊凹模;13-切邊凸模;14-固定板再次拉深、沖孔、切邊復(fù)合模

筒形件切邊原理

1-小壓邊橡皮;2-小件拉深沖孔凸模;3-上頂料器;4-落料拉深凸凹模;5-大件拉深切料凸模;6-卸料板;7-落料凹模;8-下頂料器多工序復(fù)合模課題七玻璃升降器外殼落料拉深模設(shè)計(jì)

零件圖及中線尺寸

1.零件排樣一工藝參數(shù)計(jì)算

2.條料尺寸選用板料為：1.5×900×1800(1)板料縱裁利用率：η=69.5%(2)板料橫裁利用率：η=66.5%3.材料消耗定額零件凈重：0.033kgm0=0.054kg

沖壓力及壓力機(jī)選取1.落料力2.卸料力3.拉深力4.壓邊力5.最大總壓力6.壓力機(jī)選取

三模具結(jié)構(gòu)形式1.模具結(jié)構(gòu)原理圖

三模具結(jié)構(gòu)形式剛性卸料裝置

2.卸料彈簧選取(1)每根彈簧工作壓縮量

(2)彈簧規(guī)格選取彈簧為D=35,d=6,H0=80，該彈簧最大工作負(fù)荷下的總變形