冲压工艺学拉伸教学课件PPT.ppt

拉伸件 形状 变形 方式 拉 深 旋转体件拉深 盒形件拉深 复杂形状件拉深 变薄拉深 不变薄拉深 无凸缘圆筒形件、 带凸缘圆筒形件、 球形、锥形、抛物 线形、阶梯件等 第四章 拉深 4.1 拉深工艺概述 拉深：将板料在具有一定圆角半径的凸、凹模作用下变成 开口空心零件的冲压方法。 拉深工艺性质及其分类: 拉深件分类： 1.直壁轴对称零件 2.直壁非轴对称零件 3.曲面轴 4.曲面非轴对称零件 主要讲圆筒形零件的拉深，并以此作为基 础讲其他形状零件的拉深。 拉深分为变薄拉深和不变薄拉深。主要讲 不变薄拉深。 不变薄拉深：在拉深 过程中不产生较大的 变薄，筒壁与筒底厚 度较一致的拉深工艺 。 变薄拉深：指以空心开 口零件为毛坯，通过减 小壁厚成形零件的拉深 工艺。 拉深模特点： 结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角 ，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。 一、圆筒件拉深的变形过程 1、圆筒件拉深过程中的应力应变状态 分为五个区域： （1）凹模口的凸缘部分（变形区） 扇形变为矩形的区域, 当“多余三角形”较大，材料较薄时， 易发生最外缘处波浪形荷叶边。 起皱： 在切向压应力作用下板料发生了失稳而拱起的现象称为“起皱”。 （2）凹模圆角部分（变形区、过渡区）。 （3）筒壁部分（已变形区、传力区）。 （4）凹模圆角部分（已变形区、过渡区）。 （5）圆底部分（不变形区）。 平面凸缘部分 主要变形区 底部圆角区 过渡 区 筒壁部分 传力区 凸缘圆角区 过渡 区 拉深变形过程 拉深成形时板料的受力分析 以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格 坯料各区的应力与应变是很不均匀的 2、圆筒件拉深工序的主要工艺问题及防止措施 平面凸缘部分的起皱 由于平面凸缘部分受切向压应力作用而失去稳定的结果。 指在拉深过程中，改部分材料沿 切向产生波浪形的拱起。 与拉深力大小、压边条件、材料厚度、变形程 度等因素相关。 1.起皱及其防止措施防止措施 起皱主要是由于法兰的切向压应力超过了板料的临界压应力所引起。 法兰起皱与压杆失稳有些类似。它不仅与压应力有关，且与法兰的相对厚 度t/(dw-dp)有关。 当dw或t时，从而提高了毛坯抗失稳的能力。 当拉伸时压应力失稳起皱。压边力过大，导致拉深力过大而使危险 断面拉裂；压边力过小，则不能防止起皱。 防止措施 1）采用压边圈。 压边圈的装置有刚性和弹性两种。 刚性压扁装置在双动压力机上利用外滑块压边， 刚性压边圈压边力大小，靠调整压边圈和凹模之间的间隙c来调节。 弹性压边装置用于单动压床。压边力系由气垫、弹簧或橡皮产生。 使径向拉应力和减少切向压应力。防止起皱的有效措施。 2）采用反拉深。 一般用于多道工序的拉深。有前道拉深得 到直径为d1为半成品，套在筒状凹模1上进 行反拉深时，毛坯内表面变成外表面。板 料沿凹模流动的摩擦阻力和变形抗力显著 增大。使径向拉应力增大，切向压应力相 应减小，有效防止起皱。故反拉深的拉深 系数可比正拉深降低10%15%，拉深力 则增大1020%。 3）采用拉深筋或拉深槛。 2.筒壁的拉裂 筒壁起到传递拉深力的作用，受单向拉应力，当筒壁拉应力超过筒壁材 料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁交界处“危险断面” 产生破裂。 防止拉裂措施： 1）采用适当的拉深比和压边力。 2）增加凸模表面的粗糙度。 3）通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度； 4）降低筒壁所受拉应力，控制材料的变形程度， 3.凸耳的产生 凸耳：因毛坯的各向异性。 残余应力：由弯曲反向弯曲产生。从而产生口部切向拉应力。如黄 铜零件或不锈钢零件拉深后口部没有后续工序直接存放，放一段时间就会 产生开裂现象。 二、筒形拉深工艺计算及模具设计 1拉深零件的毛坯尺寸 原则：拉深前后的毛坯面积与工件的表面积相等。 f毛坯=f工件 计算毛坯尺寸是，先将零件划分为若干个便于计算的简单几何体，分别求出 其面积后相加，得零件总面积a ，则毛坯直径： 如图所示的圆筒件，可分为三个 部分，每个部分面积分别为： 将上述格式代入毛坯直径公式得： 实例分析： 带凸缘制件 无凸缘制件 将制件分割为 1）1/4凹球环 2）圆柱 3）1/4凸球环 4）圆板 1）1/4凹球环 2）圆柱 无凸缘 有凸缘 3）1/4凸球环 4）圆板 5）修边 由于材料各向异性及间隙不均等原因，出现凸耳现象，一都要修边。因此在 产品边缘加上修边余量。 表4-4为圆筒件修边余量h。当拉深次数多或板料方向性较大时，取表中较 大值，当零件的h/d很小时，可不进行修边。 2拉深系数和次数的确定 1）圆筒件拉深系数： 式中：d-平面毛坯直径。d-拉深 后的圆筒直径。 m1 指用于表示拉深变形程度的工艺指数。其值为拉深后制件直径与拉深 前毛坯直径之比值。 拉深比： 圆筒件的第n次拉深系数为： 一般在制定拉深工艺时，减少拉深次数，采用小的拉深系数（大的拉深比）。 注意：拉深系数系愈小，表示拉深变形程度愈大。 极限拉深系数：指当拉深系数减小至使拉深件起皱、断裂或严重 变薄超差时的临界拉深系数。 根据之前的力学分析，拉深系数过小，将会在危险断面产生破裂。 要保证拉深的顺利进行每次拉深系数应大于极限拉深系数。 极限拉深系数m与板料成形性能、毛坯相对厚度t/d、凸凹模间隙及其圆角半 径等有关。 解决破裂问题主要是控制变形程度。 圆筒形需要的拉深系数为：m=d/d，若mm1，则可以一次拉深成形，若m m1，则需要n次拉深，则拉深系数n为： m1m2m3mnm。 实际采用的拉深系数为： 、 、 ， 应使： 则得到的各次拉深后的圆筒直径为： 例题：已知所要拉深筒形件的直径为88mm，所需要的毛坯 直径尺寸为283mm，则该拉深件需要几次拉深才能成形？ 解：（1）拉深系数 查p89表4-5可知： 需多次拉深 （2） 计算拉深次数 可知该零件要拉深四次才行 影响拉深系数的因素 材料的机械性能： s、 b 延伸率 屈强比s/b m。延伸率 m，当 s/ b 0.65 时，28% ， 拉深性好。 材料的相对厚度t/d t/d凸缘材料不易起皱金属流动阻力小拉深顺利。 t/d可不用压边装置相应拉深力小。危险断面的拉应力就小m 。 润滑条件 润滑条件好易于流动阻力小 m 润滑条件太好易起皱。 模具情况 rd m； rd，筒形件口部易起小皱。 rp弯曲不厉害m， rp太小，转角处易拉裂。 模具表面光滑，间隙值合理，m。 拉深次数越多，板料硬化越严重，塑性下降。 根据需要增加工序退火。 拉深方式 有压边圈， 变形可大一些而不起皱， m可小 ； 无压边圈，因起皱问题，变形要小一些， m稍大一些； 拉深速度 对于大型复杂零件，特别是变形不均匀的复杂件， 拉深速度增大，局部变形加剧，金属来不及向邻近部位扩展，导致局部破 裂。 因此，拉深速度应小。如拉深速度较大，m就必须大一些。 决定拉深次数的一般原则： 保证产品质量的前提下，尽量减少拉深次数，即每次拉深工序在毛坯侧壁 强度允许的条件下采用最大可能的变形。 注意：变形程度大，拉裂产品可能就多，同样成本增大。 3凸、凹模工作部分尺寸 式中：式中：rdrd凹模圆角半径，凹模圆角半径，mmmm。dd毛坯直径，毛坯直径，mmmm。d d d d 凹模内径，凹模内径，mmmm。 tt板料厚度，板料厚度，mmmm。 上式适用于上式适用于d-dd-d d d 3030。当。当d-d-d d d d 3030时，应取较大的时，应取较大的r r d d 值。值。 当工件直径d 200mm200mm时，时，rdrd可按下式确定：可按下式确定： （1 1）凹模圆角半径）凹模圆角半径 在不产生在不产生 起皱的前提下，起皱的前提下，r r d d 越大越好。凹越大越好。凹 模圆角半径与毛坯厚度、零件的模圆角半径与毛坯厚度、零件的 形状尺寸和拉深方法等有关。按形状尺寸和拉深方法等有关。按 卡切马列克经验公式：卡切马列克经验公式： 首次拉深首次拉深: : r r dmindmin=0.039d+2mm =0.039d+2mm 第一次拉深的凹模半径可以按照下表进行凹模半径的选取。 对后续各次拉深，对后续各次拉深，r r d d 可由下式决定：可由下式决定： 对后续第对后续第n n次拉深，次拉深，r r d d 可由下式决定：可由下式决定： 当凹模圆角半径过小时，会使拉深力增大影响模具寿命。当凹模圆角半径过小时，会使拉深力增大影响模具寿命。过大则会减过大则会减 小压边面积小压边面积，在拉深后期，在拉深后期，毛坯外缘过早离开压边圈，容易起皱毛坯外缘过早离开压边圈，容易起皱，甚至拉，甚至拉 裂。裂。 （2 2）凸模半径）凸模半径r r p p 一般取一般取r r p p =r=r d d 。最后一道拉深时。最后一道拉深时rprp等于零件的圆角半径。等于零件的圆角半径。 各次拉深件的直径各次拉深件的直径d d确定后，初始拉深直径确定后，初始拉深直径d1d150t50t时如下图时如下图 所示。所示。 t=0.8mmt=0.8mm，=30=30。 t=0.81.6mmt=0.81.6mm，=40=40。 t t1.6mm1.6mm，=45=45。 （3）凸、凹模间隙 间隙大小影响产品质量（形状、起皱、划伤等），模具寿命。 采用压边圈拉深时： 式中：tmax材料最大厚度。k间隙系数，查手册或表 。 不用压边圈 拉深件精度要求达到较高（it1113） 黑色金属 c=t 有色金属 c=0.95t 拉深h/d0.15 回弹大 采用负间隙 c=（0.9-0.95t） 间隙方向的选取： a.中间过渡拉深工序，间隙方向不作规定，通常取在凸模上； b.最后一道工序， 当工件要求外形尺寸时，凹模为基准；间隙取在凸模上。 当工件要求内形尺寸时， 以凸模为基准，间隙取在凹模上。 4凸、凹模尺寸及制造公差 中间过渡工序，以凹模为基准： 最后一道工序，零件给定外形尺寸和公差时 零件给定内形尺寸和公差时： d工件外径 。 d工件内径。 工件公差。 z凸、凹模双面间隙。 p凸模制造公差 。 d凹模制造公差。 圆形件 ：见表4-23取p 、d 或采用it6it8 非圆形件： 工件公差在it13以上者,p 、d采用it6it8 工件公差it14以上者，p 、d采用it10 异形件采用配作，只在基准件上标注公差，另一件配作。 凸、凹模制造公差可查下表。凸、凹模制造公差可查下表。 5 5、凸、凹模结构形式、凸、凹模结构形式 出气孔作用：卸件作用；使产品贴模。出气孔作用：卸件作用；使产品贴模。 1 1）无压边圈的拉深模：）无压边圈的拉深模： 2 2）有压边圈的拉深模：）有压边圈的拉深模： a a 多用于直径小于多用于直径小于100100的拉深件的拉深件 b b 多用于直径大于多用于直径大于100100的拉深件，减轻毛坯的反复弯曲，改善拉深条的拉深件，减轻毛坯的反复弯曲，改善拉深条 件。件。 3 3）带限制圈的结构：）带限制圈的结构： 改善切向受拉力的状况，从而改善口部开裂的现象，改善切向受拉力的状况，从而改善口部开裂的现象， h=h=（0.4-0.60.4-0.6）d d d1 d1比上次拉深直径小比上次拉深直径小0.1-0.20.1-0.2。 凸凹模的锥角凸凹模的锥角 越大，则对拉深变形越有利。当毛坯相对厚度越大，则对拉深变形越有利。当毛坯相对厚度 较小时，较小时， 过大会引起毛坯起皱。锥角过大会引起毛坯起皱。锥角 按下表选取。按下表选取。 6拉深力 经验公式 第一次拉深： 压边圈： 第n次拉深： k1、 k2表4-20.小于1 7拉深功 计算拉深功的目的：选电机功率。 系数取-0.6-0.8 n电n 8选压机注意事项 （1） （2） 如落料拉深，不能简单迭加，注意压机曲线 三、带法兰零件和阶梯零件的拉深 1.带法兰零件拉深 1）拉深系数 当底部与法兰根部半径相等且为r时， 毛坯直径为： 此时 2）判断能否一次拉深成功 a)查图线； b)极限拉深系数； c)用h/d判断 3）多次拉深原则 a) 先拉深成带法兰边的中间毛坯，法兰边外径等于成品零 件尺寸（应考虑修边余量）。 b) 以后各次拉深中，仅筒形部分参加变形，逐步减小其直 径，而法兰部分不再变形。（因其很小的变形都将引起传力区 的过大拉力而发生破坏）。 c) 模具设计时，通常将第一次拉入凹模的毛坯面积加大3 5，第二次多拉入13。这部分多余的金属逐步分配到以后 各次拉深中，以补充计算误差及厚度的增加，同时便于试模调 整。 4）多次拉深工序计算 a) 在保证df的情况下，合理确定第一次拉深时筒形部分 直径d，使其尽可能小。其值可由图确定。 b) 以后各次拉深时，逐步减小筒形部分直径，可按一般 筒形件拉深方法处理。如第 n次拉深时， 。 5）多次拉深方法 a) 圆角半径不变，缩小直径，增加高度； b) 高度不变，减小圆角半径缩小直径。 当 时，可按一般筒形件拉深，只是在倒 数第二次工序时才拉出锥形法兰，最后通过校正工序压成水平 法兰。 2.阶梯形件拉深 应力状态和变形特点都和圆筒件相似，但工艺计算却有所 不同。 1）判断能否一次拉深成功 工件总高度与最小直径之比小于 直径为dn的圆筒形件的最大拉深高度 与之比值，可一次拉深成功，即 式中 h直径为dn的筒形件最大拉深高度。 若上述条件不能满足，则需要多次拉深。 2）多次拉深一般方法 a) 从大阶梯到小阶梯依次拉深； 当每相邻阶梯的直 径比dn/dn-1均大于或等于 圆筒形件极限拉深系数 时用这种拉深方法。类 似于圆筒形件拉深。拉 深次数等于阶梯数目。 b) 从小阶梯到大阶梯依次拉深 当相邻两阶梯的直 径比小于相应圆筒形件 拉深系数时，应采用带 法兰零件的拉深方法， 由小阶梯到大阶梯拉深 。 四、 曲面形状零件拉深特点 曲面形状的拉深件包括：球面零件、锥形零件、抛物面零 件其它复杂曲面零件。 1. 变形区： 圆筒形件拉深时，仅压边圈下 的环形部分为变形区。而球面零件 拉深时，不仅法兰部分产生类似圆 筒形件的变形，而且中心部分也要 由平面变为曲面。因此，曲面形状 零件拉深时，毛坯的法兰部与中间 部分都是变形区，而且多数情况下 中间部分是主要变形区。 2.变形机理 第一种变形机理： 假如变形毛坯厚度不发 生变化，按面积相等，变形 前平板毛坯上一点 d变形后 于d1点贴模，而d1d1，显然d点的切向压缩变形得到一定程度的减 轻。当胀形变形足够大时，d 点在不产生切向压缩的情况 下于d3点贴模，这时d点的贴模完全是由于d 点以内金属 胀形的结果。这是曲面零件第二种变形机理胀形。 可见，曲面零件成形是拉深和胀形两种变形方式的复 合。 3.防内皱 内皱是曲面零件拉深时的主要问题。防皱的主要方法有 ： 加大毛坯直径 增大压边力 拉深筋 上述三种防内皱方法的共同特点是用增大毛坯法兰的变 形阻力和摩擦阻力的方法，提高径向拉应力数值，而且增大 毛坯中间部分的胀形成分。 压边力对球形零件成形的影响 压边力不足时的情况 压边力过大时的情况压边力合适时的情况 四、 锥形零件拉深方法 1.零件几何参数对成形性影响 1）相对高度 h /d2 h2 h1,则： a） 径向收缩量大,中间悬空部分易起皱 ； b） 高度大毛坯直径大径向拉 应力大，侧壁承载面积小易拉破。 锥形件形状和尺寸 2）相对锥顶直径d1/d2 d1/d2 小，毛坯中间部分 承载能力差，易破裂；悬空 部分宽度大，易起皱。 3）相对厚度t/d2 t /d2小，悬空部分易起皱 。 2.拉深方法 1）浅锥形件： h/d20.02 用带底凹模不压边； t/d20.02，带底凹模不压边，一次拉深成形，行程终了校形。 t/d20.5 多次成形，常用阶梯过渡或逐步成形法。 阶梯过渡法：表面残留有阶梯形中间毛坯痕迹，不常用。 逐步成形法：每次底部直径变化 可按圆筒形件拉 深确定。 采用逐步成形法加工的锥形件 五、球面零件的拉深方法 1.半球形零件 拉深系数：与零件直径大小无关的常数。 这时不能用拉深系数作为设计工艺过程的根据。由于球 面零件的主要问题是中间部分的起皱，所以毛坯的相对厚度 就成为决定成形难易和选定拉深方法的主要根据。 1）当 时， 用球形底凹模、不压边，一次拉成，并在行程终了时进行 一定程度的精压校形。 表面质量不高，而且由于贴模性不好，使几何形状和尺寸 精度受到影响。 2）当 时， 用带压边的模具拉深，压边装置的作用：防止法兰部分起 皱；增大径向拉应力防内皱。 3）当 时， 用带拉深筋的凹模或反拉深。 2.浅球 1） 时 用带底凹模，不压边毛坯易窜动， 产生一定回弹，成形精度不高。 2） 时 用强压边或带拉深筋的模具。加大一定宽度法兰边，成 形后切除余量。零件表面质量好，尺寸精度高。 较深的抛物面零件拉深模（带拉深筋） 六、抛物面件的拉深 1.浅抛物面零件 相对高度h/d0.6，需多次拉深或反拉 深。为了保证成形零件的尺寸精度和表面 质量，要在最后一道工序里保证一定的胀 形成分，为此应使最后工序所使用的中间 毛坯的表面积稍小于成品零件的表面积。 七、 盒形件拉深方法 1.变形分析 毛坯变形区（法兰部分）也是径向受拉，切向受压的应 力状态，但由于沿周边分布不均匀，而使其具有特殊性。 变形前横向尺寸 变形后横向尺寸 变形前纵向尺寸 变形后纵向尺寸 盒形件的拉深变形特点 盒形件的拉深应力分布 带切缝的毛坯拉深 拉深盒形件破裂位置 盒形件拉伸时的突耳现象 3.毛坯形状和尺寸的确定 正确确定毛坯的形状和尺寸，不仅能得到口部平齐的零件和节省 材料，而且也利于毛坯的变形和保证零件质量。 确定毛坯形状和尺寸的原则：保证变形前后面积相等；毛坯的形 状保证零件形成等高的侧壁。 1）可用一道工序拉深成功的低盒形件 a）直边部分按弯曲变形展开 b）圆