基于快速反求技术的汽油油箱下覆盖板冲压模具设计

摘要摘要论文具体介绍了基于快速反求技术的汽油油箱下覆盖板的冲压模具。文章分两部分阐述，前半部分介绍的是，快速反求技术的应用，即如何利用Geomagic把扫描出来的覆盖板点云，按照点阶段多边形阶段曲面阶段的三阶段作业流程，创造出完美的曲面模型。后半部分介绍的是覆盖板的冲压模具分析计算设计过程，包括拉深变形分析，毛坯尺寸计算，模具工作部分设计，模具结构分析，还有模具后处理等等。反求工程以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计，这就是反求工程的含义，特别强调再创造是反求的灵魂。关键词：反求技术 覆盖板 冲压AbstractThe paper specifically describes the rapid reverse engineering technology of the gasoline tank under the cover plate stamping dies. The article is divided into two parts described, described in the first half of the Quick Reverse Engineering applications, namely, how to use Geomagic point cloud scan the cover plate, in accordance with point stage - the polygons stage - the surface phase of a three-phase processes, and create the perfect surface model. Described in the latter part of the cover plate stamping dies to calculate the design process, including deep drawing deformation analysis, the blank size calculation, mold work part design, mold structure analysis, mold after. Reverse Engineering Design Methodology as a guide to modern design theories, methods, technology-based, using a variety of professionals in engineering design experience, knowledge and creative thinking have been new products autopsy, deepen and re-creation is the design of the existing design, this is the meaning of Reverse Engineering with particular emphasis on re-creation is the soul of the Reverse.Keyword : Reverse Engineering Cover plate Stamping63目录目 录摘要1Abstract2目 录3第一章 绪论5第二章 反求工程应用62.1反求工程简介62.2反求工程基本流程62.2.1零件表面数据采集62.3本次设计反求的对象及具体的扫描过程72.4点云数据的曲面重构82.4.1数据预处理82.4.2原始点云数据92.4.3多余点云的删除92.4.4 多边形阶段处理92.4.5 形状阶段处理102.4.6曲面拟合和加厚11第三章 拉深过程分析123.1实例分析123.2冲压工艺方案的选择123.2.1矩形件的分类133.3 变形过程分析143.4 拉深中的起皱与破裂163.4.1起皱163.4.2破裂163.5计算矩形件的拉深修边余量（有凸缘矩形件）173.6矩形件的毛坯尺寸计算与排样183.7拉深系数203.7.1 拉深概念203.7.2 影响拉深系数的因素213.8 矩形件的工序计算213.9 拉深力与压边力的确定223.9.1 拉深力的计算223.9.2 压边力的计算223.9.3 拉深功的计算233.10 拉深模工作部分设计253.10.1 凸、凹模的圆角半径253.10.2拉深模间隙263.10.3 凸、凹模工作部分尺寸及公差273.10.4 有压料的拉深凸、凹模结构283.11拉深模基本结构293.11.1 有压边装置的拉深模30第四章 拉深工艺的辅助工序344.1 润滑344.2 热处理364.3 酸洗36第五章 模具压力中心计算38结论39致谢40参考文献41英文文献翻译42第三章 拉深过程分析第一章 绪论模具是重要的工艺装备，是国民经济的基础设备，是衡量一个国家或者地区工业水平的重要标志。模具在电子，电器，汽车，电机，通讯产品，仪表仪器及家电制造业中具有不可替代的作用，是工业发展的基石，被人称为“工业之母”和“磁力工业” 1。该冲压零件是现实生活中的一片零件，产品生产批量不大，该零件采用冷冲压模具小批量生产。该模具的制造难点在于确定合理的冲裁间隙，如何确定模具模架，冲裁方案，如何进行模具制造等问题，以及模具在装配是需要注意的问题。对于这种大型制件模具，需要考虑到非标准模架的一些设计。本设计考虑到该制件形状单一，精度要求等，确定采拉伸模，在排样送料上采用手工送料，凹模不设计下卸料口，大型模具设计需要简化了模具的结构，并且提高了工人的安全性。在模具制造过程中，为了提到模具凸模的韧性，防止凸模在冲压过程中折断，采用真空处理的模具钢代替常规的模具钢，凸模采用凸模固定板固定，提高凸模的稳定性，这些措施有效的解决了模具在制造上的难点。反求技术包括影像反求、软件反求及实物反求等三方面。目前相对最多人研究的是实物反求技术。它是研究实物CAD模型的重建和最终产品的制造。狭义来说，三维反求技术是将实物模型数据化成设计、概念模型，并在此基础上对产品进行分析、修改及优化等技术2。现代工业的发展对模具要求越来越高，模具结构越趋复杂，制造难度日益增大。模具由原来的劳动密接和主要依靠人工技巧及采用传统机械加工设备变为技术密集，更多的要求高效，高精度的数控切削机床，电加工机床，从过去的机械加工时代转变成机，电结合加工以及特种加工时代，模具钳工量正趋减少之势。现代模具制造几种了模具制造的精华，体现了先进制造技术，已成为技术密接的综合加工技术8。第二章 反求工程应用2.1反求工程简介反求工程（reverse engineering）是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术,几何模型重建技术和产品制造技术的总称,是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型,在此基础上对已有产品进行解剖,深化和再创造的过程。比如你看到别人写的某个exe程序能够做出某种漂亮的动画效果，你通过反汇编、反编译和动态跟踪等方法，分析出其动画效果的实现过程，这种行为就是逆向工程；不仅仅是反编译，而且还要推导出设计，并且文档化，逆向软件工程的目的是使软件得以维护。2.2反求工程基本流程2.2.1零件表面数据采集零件反求工程的首要任务是采集样件表面的三维坐标信息。如何高效，高精度地对样件表面数据加以采集，一直是反求工程的主要研究内容之一。一般来说，三维表面数据采集方法可分为接触式数据采集和非接触式采集两大类。接触式有基于力变形原理的触发式和连续扫描式的数据采集等；而非接触式主要有激光主角测量法，激光测距法，关于干涉法，结构光学法，图像分析法等。另外，随着工业CT技术的发展，断层扫描技术也在反求工程中得到应用。接触式数据采集方法有2种：接触式数据采集和非接触式数据采集。接触式数据采集方法有基于力触发原理的触发式数据采集等。具体有：触发式数据采集方法；连续式数据采集方法；磁场法。非接触式数据采集方法主要运用光学原理进行数据的采集，它有激光扫描法，激光测距法，结构光发，图像分析法等。其中激光扫描法利用三角测量原理，有点扫描和线扫描两种方式，测量速度中等，被测表面要求漫反射，精度为0.1-0.5mm，激光扫描法是迄今反求工程中曲面数据采集运用最广泛的方法。本次设计所采用的是由绵阳铁牛科技有限公司生产的TN3DOMS三维光学测量系统。TN3DOMS激光测量系统是中国绵阳铁牛科技有限公司生产的三维光学测量系统。该系统特点如下：设备名称：TN3DOMS 三维光学测量系统测量原理：铁牛三维光学测量系统（TN3DOMS）基于双目视差原理，通过数字投影仪投射主动结构光实现双摄像机像场中各点亚像素精度的立体匹配，瞬间获得物体表面的稠度点云数据。技术特点：1.测量速度快单面扫描130万点耗时仅数秒2.测量精度高测量精度达到0.02mm，同位重复测量误差不高于0.002mm系统测量过程中没有任何机械移动，可以保证在产品生命周期中测量结果保持一致3.便携式设计可方便灵活的移动扫描仪对物体进行测量，特别适合对大型物体和重型物体的测量。可带至测量现场，特别适合对不易移动物体的扫描和测量 4.非接触扫描测量时不接触被测面，既可测量刚性物面，又可测量柔软，易变形物面。5.亚像素边缘检测采用了亚像素边缘检测技术，具备可以直接测量物体几何特性，检测孔洞中心位置等功能6.扩展功能可以直接测量深黑色物体。集成了对点云的操作功能，无须第三方软件就可以测量点距，可以修剪，剔除点云中的噪音点 7.标记点自动拼接可以自动识别标记点，并将多次测量结果自动拼接 8.环境适应功能强不需要专门的安装平台，不需要恒温环境，不需要在暗室中操作，甚至可以在露天环境实现测量。 9.操作软件界面好只能化的设计使用户无论经验多少都不需要过多的培训就可以熟练操作 10.测量数据结果兼容主流二维处理软件点云数据格式使用*asc等格式，可以直接导入Sukfacer, Catia, Geomagic, Ug,Proe,Solidwords等三维软件 11.系统维护价格低廉，软件升级简单 采用成熟的商业硬件，部件更换简单，费用低廉，采用可伸缩架构，软件升级简单3。2.3本次设计反求的对象及具体的扫描过程本次毕业设计反求的零件对象是汽车油箱覆盖件上盖板。由于实物尺寸比较大，扫描后得到的点云数据非常庞大，一般的计算机很难对其进行处理，所以我们选用的是TN 3DMS 2.0。扫描过程中，首先在零件表面喷涂上一层显影剂（因为有些零件表面对光线的吸收或者反射程度较大，这会影响测量，所以需喷显影剂。）注意，喷涂的时候只需喷上薄薄的一层即可，太厚的话可能会影响获取的表面质量。扫描时需注意，要不时地停下来旋转计算机屏幕上的零件点云，查看有没有没有扫到的局部或特征的。如果有的话，要调整油箱覆盖板的位置，将遗漏的地方扫描下来，直至零件被完整扫描，扫描完成后，将点云数据直接保存。图2.1为点云扫描的图片：图2.1点云扫描的图片2.4点云数据的曲面重构测量数据的CAD建模，基本上可以分为数据预处理，多边形阶段处理，形状阶段处理三个部分。2.4.1数据预处理通常需要对点云数据做如下的预处理，以提高点云质量、降低测量误差：1.无用的手工删除，这一部分数据主要是误采集到零件之外的点。2.体外孤点的删除，主要脱离与主点云之外的点数据。3.噪音点的过滤，包括扫描时零件表面反光带进来的杂点，也就是扫描过程曝光率偏高会引起部分反光，还有扫描是零件或者设备轻微振动引起的误差点以及设备本身误差带来的杂点。4.数据点采样，根据后续处理点间距的需求，在保留边界的基础上进行数据采样。2.4.2原始点云数据从上图2.2中可以看到，图中所要的零件的点云。图2.2 零件的点云2.4.3多余点云的删除对于第一点中提到的那些多余的点云，要予以删除，删除时我们使用（Remove）工具，选择选取点云的方式，有三种方式，选择多边形选取方式。然后用多边形选择要删除的点云，双击以后所要删除的点云变为红色，点击对话框中的OK按钮即实现删除，多余点云全部删除后只留下所需要的零件点云。2.4.4 多边形阶段处理Geomagic 多边形阶段是在点云数据封装后进行一系列的技术处理，从而得到一个完整的理想多边形数据模型，为多边形高级阶段的处理以及曲面的拟合打下基础。其主要思路及流程是：首先根据封装多边形数据进行流程操作，再进行填充孔处理；去除凸起或多余特征，将多边形用砂纸打磨光滑，对多边形模型进行松弛操作；然后修复相交区域去除不规则三角形数据，编辑各处边界，进行创建或者拟合孔等技术操作。必要的时候还需要进行锐化处理，并将模型的基本几何形状拟合到平面或者圆柱，对边界的延伸或者投影到某一平面，还可以进行平面截面以得到多边形模型。Geomagic多边形阶段基本操作流程图如下图2.3所示：创建流程填充孔去除特征砂纸打磨加工松弛多边形修复相交区域编辑加工创建/模拟孔图2.3多边形阶段基本操作流程图82.4.5 形状阶段处理Geomagic 形状阶段是从多边形阶段转换后进行一系列的技术处理从而得到一个理想的曲面模型。其主要思路及流程是：（1）、进行轮廓线技术处理，探测轮廓线、编辑轮廓线、探测曲率、移动曲率线、细分/延伸轮廓线、编辑/延伸、升级/约束、松弛轮廓线、自动拟合曲面；（2）、继续曲面片处理，构造曲面片、松弛曲面片、编辑曲面片、移动曲面片、移动面板、压缩曲面片层、修理曲面片、绘制曲面片布局图；（3）、进行格栅处理，构造格栅、指定尖角轮廓线；（4）、完成NURBS曲面的处理，进行拟合曲面合并曲面、删除曲面、3D比较等技术处理；（5）、得到流行的NURBS曲面，如图2.5，以IGES格式输出到其他系统。Geomagic多边形阶段基本操作流程图如下图2.4所示：探测轮廓线编辑轮廓线探测曲率自动拟合曲面曲面片处理格式生成处理曲面生成曲面输出图2.4形状阶段基本操作流程图8图2.5 拟合后的曲面2.4.6曲面拟合和加厚曲面生成以后，因为它是由划分出来的几个小曲面拼合一个整体。另存为iges格式后，在proe中打开，由于模型由许多块曲面构成，因此需要把所有的曲面进行缝合，选中缝合以后的面，在其中设置面向两个方向加厚，并输入厚度值2mm。加厚以后即生成实体，如下图2.6所示：图2.6加厚后生成的实体模型第三章 拉深过程分析拉深(又称拉延)是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。拉深所使用的模具叫拉深模。拉深是冲压基本工序之一，广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、舶空和航天等各种工业部门的产品生产中，不仅可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件，如图4.1所示。拉深工艺可分为不变薄拉深和变薄拉深两种。后者在拉深后零件壁厚与毛坯厚度相比较有明显变薄。生产中主要应用不变薄拉深。本章重点介绍不变薄拉深工艺与模具设计。3.1实例分析我的毕业设计的课题是一个汽车油箱下覆盖板端盖，其外观见图3.1，此工件是一个起密封作用端盖，形状比较复杂，成型工艺有难度5-11。成型材料是08#钢，中小批量生产。图3.1：设计课题零件图3.2冲压工艺方案的选择拉深是利用拉深模将平板毛坯压成筒形（或其他断面形状）零件，或将筒形（或其他断面形状）的毛坯再压制成筒形（或其他断面形状）零件的冲压工序。采用拉深，可以将板料制成筒形，圆锥形和其他曲线的旋转体空心零件，也可以制成矩形和其他不规则形状的空心零件。拉深可分为旋转体拉深、无凸缘筒形件拉深、有凸缘筒形件拉深、矩形件拉深，根据对产品形状分析，本设计的拉深为矩形件拉深。矩形件拉深的变形特点：矩形件的侧壁是由直壁和圆角两个部分构成的。直壁部分的变形近似于弯曲，但不是简单的弯曲，因拉深时圆角部分的材料要向直壁流动，使直边部分也受到切向压缩；圆角部分的变形近似于圆筒形的拉深，但也不完全相同，因为直边的存在，拉深时圆角部分材料可以向直边部分流动，这就相应减轻了圆角部分的变形，不过圆角的切向压缩仍然比直边的大，由此可见：1、矩形件的拉深变形是不均匀的，圆角处的变形程度较大，起皱和破裂都发生在圆角部分。因此，制定工艺时，只要圆角处未超过极限变形程度，拉深便能顺利进行。2、矩形件圆角部分的极限拉伸系数可以小于直径等于两倍圆角半径的圆筒形工件的极限拉深系数，甚至可以达到m=0.30.32。3、直边和圆角相互影响的大小，随矩形件的相对圆角半径r角/B和相对高度H/B不同而异，这些相对值愈小，相互影响就小，反之则大。3.2.1矩形件的分类矩形件拉深可分为：低矩形件，一般一次可以拉成或经一次拉深和一次整形；高矩形件，其相对高度很大，需多次拉深成型。综合主要因素H/B、r角/B和t/D(或t/B)制定出矩形件的不用拉深情况分区图，如下图3.2所示：图3.2：盒行件拉深分区图图中H、r、B、t分别表示盒形的高度、角部半径、矩形的短边宽度和盒形件的材料厚度曲线1对应曲线2对应 图中曲线1和2分别表示当毛坯相对厚度t/D100=2（或t/B100=2）和t/D100=0.6（或t/B100=0.6）时在一次拉深内所能拉出的最大高度。曲线以下是一般能一次拉成的区域（a、b、c），属于低矩形区。曲线以上是需要多次拉深工序的区域（a、b、c）,属于高矩形区。相应于不同区域的矩形件，具有不同的毛坯计算和工序计算方法。如零件图所示，D=320mm t=2mmH/B=503200.156 (3-1)r角/B=1353200.422属于c低矩形区，可一次拉深成型的区域12。3.3 变形过程分析如图3.3所示为将平板毛坯拉深成空心筒形件的过程。拉深模的工作部分没有锋利的刃口，而是具有一定的圆角，其单边间隙稍大于毛坯厚度，当凸模向下运动时，即将圆的毛坯经凹模的孔口压下，而形成空心的筒形件。拉深工艺的主要特征是金属产生了流动。图3.4所示，是将一个直径为D的平板毛坯，作成一个直径为d，高度为的筒形件。如将毛坯与工件的形状和尺寸作一比较，就会发现毛坯中间直径为d的部分变为工件的底部，毛坯上(Dd)圆环部分变为工件的筒壁h，而且h1/2(Dd)，这说明在拉深过程中，金属产生了流动，可认为毛坯中阴影部分的金属被挤向上部，增加了工件的高度。为更进一步了解金属的流动状态，可在圆形毛坯上画出许多等间距的同心圆和等度的辐射线，如图3.5所示，由这些同心圆和辐射线所组成的网格，经拉深后我们发现：在筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，而在筒形件的筒壁部分，网格则发生了很大的变化。原来的同心圆变为筒壁上的水平圆筒线，而且其间距a也逐渐增大，愈靠近筒的上部增大愈多，即： 图3.3：圆筒件拉深 图3.4 拉深时材料流动示意图1一凸模 2一压边圈 3一凹模 4一毛坯 5一拉深件 图3.5 拉深件的网格变化 a1 a2 a3a另外，原来等分的辐射线变成了筒壁上的垂直平行线，其间距完全相等，即： b1b2b3b如从筒壁取下网格中的一个小单元体来看，在拉深前为扇形的A1在拉深后变成了矩形A2，假如忽略很少的厚度变化，则小单元体的面积不变，即：A1A2。综上所述，拉深变形过程可以归纳如下：1.在拉深过程中，其底部区域几乎不发生变化。2.由于金属材料内部的相互作用，使金属各单元体之间产生了内应力，在径向产生拉伸 应力1；在切向产生压缩应力3。在1和3的共同作用下，凸缘区的材料在发生塑性变形的条件下不断地被拉人凹模内成为筒形零件的直壁。3.拉深时，凸缘变形区内各部分的变形是不均匀的，外缘的厚度、硬度最大，变形亦最大。3.4 拉深中的起皱与破裂 图3.6 拉深件的起皱3.4.1起皱拉深时凸缘部分受到切向压应力3的作用，由于材料较薄，当切向压应力3达到一定值时，凸缘部分材料便失去稳定而产生弯曲。这种在凸缘的整个周围产生波浪形的连续弯曲就称为起皱，如图3.6所示。当拉深件产生起皱后，轻则使工件口缘部分产生波纹，影响拉深件的质量。起皱严重时，则由于起皱后的边缘不能通过间隙而使工件拉破。起皱是拉深过程产生废品的主要原因之一。3.4.2破裂 起皱并不表示板料变形达到了极限，因为通过加压边圈等措施后变形程度仍然可以提高。随着变形程度的提高，变形力也相应地提高，当变形力大于传力区(筒形件的壁部)的承载能力时拉深件则被拉破，筒形件的破裂都发生在壁部凸模圆角切点稍上一点的位置，如图3.7所示。其原因如下：越靠近毛坯的外缘，“多余”的金属也越多，即拉深过程中需要转移的金属也越多。转移的金属一部分流往径向，使筒形件高度增加，一部分流向厚度方向，使筒形件壁厚增加；另一方面，由于金属变形量大，产生加工硬化也明显，所以靠近边缘处的工件(即拉深件的口部)厚度大，强度也高。与该处形成鲜明对比的是，在拉深开始时处于凸、凹模间隙中的那个环形金属(拉深后变为凸模圆角稍上的筒壁)，由于需要转移的金属极图3.7 拉深件的破裂 图3.8 拉深件壁厚的变化少，因此该处壁厚不但没有增厚反而有所降低，其强度当然也是壁部最低的，如图3.7所示。可见该部位的承载能力是最低的，因此破裂最易发生在此处。在凸模圆角部位的金属承载能力也很低，但因为凸模的摩擦作用，一般不会发生破裂。图3.8为用1mm厚的低碳钢拉深后各部位壁厚变化情况。为了保证拉深件的质量，目前主要采取如下措施： 1.根据材料的塑性选择合理的变形程度，凡是高度较大的拉深件都应多次拉深，并采用中间退火的措施以消除变形毛坯的加工硬化，防止工件破裂。 2.防止起皱可以通过加压边圈来限制毛坯拱起。当然，减小拉深变形程度、加大毛坯厚度也可以降低起皱倾向。 3.合理选择凸模与凹模的间隙及它们的圆角半径，并严格要求制造质量。 4.在拉深过程中选择合适的润滑剂，以减少工件和模具之间的摩擦，使其拉深过程正常进行13。3.5计算矩形件的拉深修边余量（有凸缘矩形件）表3.1 筒形件的修边余量h mm拉深件高度h拉深件相对高度h/d0.50.80.81.61.62.52.54.0101.01.21.52.010201.21.62.02.520502.02.53.34.0501003.03.85.06.01001504.05.06.58.01502005.06.38.010.02002506.07.59.011.02507.08.510.012.0注：1.对正方形或矩形可用hB代替相对高度，B为矩形件的短边高度；2.对多次拉深件应有中间修边工序；3.对材料厚度小于0.5mm的薄壁多次拉深件应按表值放大30。表3.2 带凸缘件的修边余量d mm凸缘直径凸缘件相对直径1.51.52.02.02.52.53.0251.61.41.21.025502.52.01.81.6501003.53.02.52.21001504.33.63.02.51502005.04.23.52.72002505.54.63.82.82506.05.04.03.0使用表中数据时，表中的dt改为B凸（即矩形件短边凸缘宽度），d改为B（即矩形件短边宽度）。如表3.2所示，B凸/B=3603201.125d=6.5mm3.6矩形件的毛坯尺寸计算与排样3.6.1 矩形件的毛坯尺寸计算c低矩形区属于具有大圆角半径的较高矩形件（r角/B-H0.4），其圆角的材料向直边转移量很大，毛坯的形状近似于椭圆形或圆形，毛坯尺寸可以根据矩形件的表面积和毛坯面积相等的原则进行计算。（1） 对长方形件，可用圆形毛坯毛坯直径为D=1.13B2+ 4B（H-0.43r底）-1.72r（H+0.5r）-4r底（0.11r底-0.18r） （3-2） =1.132802+4280（50+0.545）-1.7245（50+0.545）-4135（0.11135-0.1845）=1.1396.241.1398=109.19mm对于尺寸为AB（长宽不等）的长方形件，可以看做由两个宽度为B的半正方形和中间为（A-B）的直边部分连接所组成。这样，毛坯形状是由两个圆弧和中间两平行边所组成的长圆形。A 长圆形毛坯的圆弧半径为Rb=1/2 D=54.595mm (3-3)式中 D按公式（1）计算，Rb的圆心离短边距离为B/2。 B长圆形毛坯的长度为 L=2Rb+(A-B)=D+(A-B) (3-4) =254.595+(320-280) =149.19mmC=长圆形毛坯的宽度为 K=D(B-2r角)+B+2(H-0.43r底)(A-B)(A-2r角) （3-5） =109.19（280-245）+280+2（50-0.4345）（320-280）（320-245） =34398.1230 149.557mmD.两端以半径R=1/2 K做圆弧，既相切于Rb的圆弧，又相切于两长边的展开直线，所连成的光滑曲线便为所求的毛坯。当KL时，毛坯成为圆形，R=0.5K；当A/B1.3，且H/B0.8时，K=2Rb=D。3.6.2 冲裁排样汽油油箱下覆盖板拉深的时候，采用人工送料单件生产。产品拉深模采用的排样如图所示：图3.9产品拉深排样图3.7拉深系数3.7.1 拉深概念 在拉深工艺设计中，必须知道工件是否可以用一道拉深工序拉成，还是需要几道拉深工序才能拉成。这个问题关系到拉深工作的经济性和拉深件的质量。因此在决定拉深工序次数时，既要使材料的应力不超过材料的强度极限，又要充分利用材料的塑性，使之达到最大可能的变形程度。通常以拉深系数m表示拉深的变形程度。对筒形件而言，拉深系数为拉深后工件直径d与毛料直径D的比值。多次拉深时，则为拉深后筒部外径与拉深前筒部外径之比值。如图3.10所示。 图3.10形件的多次拉深 m是小于1的系数，当m越小时，说明拉深时变形程度越大。由于拉深过程中材料性能发生变化，故每次拉深系数不应相同。以m1、 m2 、mn-1、mn表示第1、2(n1) 、n次拉深时的拉深系数，它们的大小各为： 第一次拉深 m1d1/D 第二次拉深 m2d2d1 第n次拉深 mn dn / dn-1 3.7.2 影响拉深系数的因素 为了正确选择m值，必须对影响拉深系数的各方面因素进行分析。影响拉深系数的主要因素是： (1)材料的机械性能 塑性好(即延伸率大)的材料，m可取小些。 (2)材料的相对厚度tD 当tD值较大时，拉深过程中不易起皱，因此可取m值小些。(3)拉深模具工作部分结构尺寸 主要是凸、凹模圆角半径，一般地说，采用较大的圆角半径时，拉深系数m就可以小些。(4)拉深方式，如采用压边圈装置，可用较小的m值。此外，工件形状和尺寸、拉深次数、拉深速度、毛坯准备与润滑情况均影响拉深系数m。3.8 矩形件的工序计算 低矩形区域的零件，一般都能一次拉出，工序计算的具体步骤如下：（1） 计算毛坯尺寸。（2） 核算圆角部分的拉深系数t/D100%=2150100%=1.3333 （3-6）表3.3 圆筒形件带压边圈的极限拉深系数拉深系数毛坯相对厚度（t/D）1002.01.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.080.480.500.500.530.530.550.550.580.580.600.600.630.730.750.750.760.760.780.780.790.790.800.800.820.760.780.780.790.790.80.800.810.810.820.820.840.780.800.800.810.810.820.820.830.830.850.850.860.800.820.820.840.840.850.850.860.860.870.870.88注：1.表中的拉深系数适用于08F、10、15Mn等低碳钢及软化的H62黄铜。对拉深性能较差的材料，如20、25、Q215、Q235钢及硬铝等应将表值增大1.52.0；而对塑性更好的材料，如05、08F、10钢和软铝等可将表值减小1.52.0。 2.表中数据适用于无中间退火的拉深，有中间退火时可将表值减小23。 3.表中较小值适用于凹模圆角半径rd(815)t，较大值适用于rd(48)t14。查表3.3可得m1=0.53当拉深件的直径与毛坯直径之比(总拉深系数)大于表中的m1时，说明该工件只需一次拉深即可。 坯料拉深前的直径为300mm，拉深成形后产品端口直径为280mm。 2803000.53所以该工件只需一次拉深即可。3.9 拉深力与压边力的确定3.9.1 拉深力的计算 计算拉深力是为了正确地选择拉深设备。在生产中，一般用经验公式进行计算。这些经验公式是根据变形抵抗力的平均值或试验值求得的。求拉深力的经验公式如下：第一次拉深 Fd1tbK1 (3-7)式中 F拉深力； d1首次次拉深直径； t材料厚度； b材料的极限强度； K1修正系数，查表3.4。表3.4 修正系数K1及K2值m10.550.570.600.620.650.670.700.720.750.770.80K11.00.930.860.790.720.660.600.550.500.450.40m2、m3、mn0.700.720.750.770.800.850.900.95K21.00.950.900.850.800.700.600.50Fd1tbK1 3.1415021201 113040N3.9.2 压边力的计算为了防止拉深时起皱，须采用压边圈。压边圈应有一定的压边力。压边力的大小，根据工件不起皱，又不产生破裂的原则来决定。计算公式如下： 拉深任意形状工件的压边力：F压Ap (3-8)式中 A在压边圈上毛坯的投影面积，单位mm2 p单位压边力，单位MPa ，见图3.5。表3.5 单位面积压边力材料名称铝纯铜、硬铝（已退火的）0.81.21.21.81.52.0软钢t0.5mm2.53.00.5mm2.02.5镀锡钢板耐热钢（软化状态）高合金钢、高锰钢、不锈钢2.53.02.83.53.04.5 F压Ap （203202+203602）127200N3.9.3 拉深功的计算在拉深工作行程很大时，拉深功可能非常大，时常作为设备选择的依据。在这种情况下，应进行拉深功及功率的计算。 在拉深过程中，拉深力并不是常数，而是随着凸模进入凹模的深度而变化的。前面所讲拉深力的计算，是指最大拉深力。在求拉深功数值时，不用最大拉深力Fmax计算，而是取其平均值F平均 F平均cFmax (3-9)式中 c系数，根据实验资料取0.60.8。 F平均cFmax0.82720021760N拉深功按下式进行计算， QcFmax h (3-10) 式中 Q拉深功，单位Nm； h拉深深度，单位m； QcFmax h 0.827200501088000压力机的电动机功率按下式计算： N （3-11）式中 N冲床电动机功率，单位kw； K不均衡系数 K1.21.4； 1压力机效率 10.60.8； 2-电动机效率 20.90.95； n压力机每分钟的行程次数1.36由马力转换成千瓦的转换系数。N =1.210880000.2（607500.60.91.36） =11.343KW压力机公称压力的选取与压力机规格参数：采用开式双柱固定台压力机型号JD21-100系列，jd21系列开式固定台压力机属于板料锻压的通用型压力机，可用于冲孔、落料、切边、弯曲、浅拉伸和成型等工序19。表3.6 开式双柱固定台压力机型号JD21-100系列型号技术参数名称jd21-63jd21-80jd21-100jd21-125单位公称压力63080010001250kn公称压力行程4566.5mm滑块行程120120130140mm滑块行程次数50454040min-1最大装模高度360380420400mm装模高度调节量8080100100mm喉口深度260310320370mm工作台尺寸480*710580*860600*1000720*1100mm滑块底面尺寸272*320300*360360*400360*400mm模柄孔尺寸50*7050*7060*7060*70mm立柱间距离400420360560mm工作台板厚度90100100120mm电机功率5.57.51111kw净重42005100800010000kg外形尺寸1810*1350*2740860*1350*28002240*1620*31302450*1620*3210mm3.10 拉深模工作部分设计3.10.1 凸、凹模的圆角半径1.凸、凹模的圆角半径凸、凹模的圆角半径对拉深工作影响很大。尤其是凹模圆角半径，毛坯经凹模圆角进入凹模时，受弯曲和摩擦作用，凹模圆角半径rd过小，因径向拉力较大，易使拉深件表面划伤或产生断裂；rd过大，由于悬空面积增大，使压边面积减小，易起内皱。因此，合理选择凹模圆角半径是极为重要的。首次拉深凹模圆角半径可按下式计算：rd0.8 (3-12) 式中 rd首次拉深凹模圆角半径，单位mm； D毛坯直径，单位mm； d凹模内径，单位mm； t工件料厚，单位mm。 首次拉深凹模圆角半径的大小，也可以参考表4.1的值选取。表3.7 首次拉深凹模的圆角半径rd拉深方式毛坯的相对厚度（t/D）1002.01.01.03.00.30.1无凸缘(46)t(68)t(812)t有凸缘(612)t(1015)t(1520)t注：材料性能且润滑好时取小值。 t/D100=1.333 查表3.7可得10t=20，所以rd203.10.2拉深模间隙拉深模的凸、凹模之间间隙对拉深力、工件质量、模具寿命等都有影响。间隙小，拉深力大、模具磨损大，过小的间隙会使零件严重变薄甚至拉裂；但间隙小，工件回弹小，精度高。间隙过大，容易起皱，工件锥度大，精度差。因此，生产中应根据板料厚度及公差、拉深过程板料的增厚情况、拉深次数、零件的形状及精度要求等，正确确定拉深模间隙。表3.8 有压边圈拉深时单边间隙值 mm完成拉深工作的总次数12345拉深次数1121231,2341,2,345凹模与凸模的单边间隙Z/211.1t1.1t11.05t1.2t1.1t11.05t1.2t1.1t11.05t1.2t1.1t11.05t对于有压边圈的拉深模，其间隙可按表3.8确定 对于精度要求高的工件，为了减小拉深后的回弹，常采用负间隙拉深模。其单边间隙值为： Z(0.90.95) t (3-13) 0.921.8mm 3.10.3 凸、凹模工作部分尺寸及公差当工件尺寸标注在外形时，以凹模为基准，如图3.11（a)所示，工作部分尺寸为： DA(Dmax一0.75) (3-14) DT(Dmax一0.75一Z) (3-15)当零件尺寸标注在内形时，以凸模为基准，如图3.11(b)所示，工作部分尺寸为： dT(dmin0.4) (3-16) dA(dmin0.4Z) (3-17)式中 DA、 dA 、DT、dT凹、凸模的尺寸；Dmax、dmin拉深件外径的最大极限尺寸和内径的最小极限尺寸； 零件的公差； A、T凹、凸模制造公差，查表3.9。 Z拉深模双面间隙。(a) (b)图