第4章 拉深(4h).ppt

第4章拉深 使学生了解和掌握拉深工艺知识和拉深模设计计算的基本方法 教学目的 第4章拉深 1 了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素 2 掌握拉深工艺计算方法 3 掌握拉深模工作部分的设计计算方法 教学要求 4 1筒形件的拉深变形分析 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 它是冲压基本工序之一 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 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 拉深过程演示 1 落料首次拉深2 有压边圈首次拉深3 无压边圈再次拉深4 反拉深 拉深模结构图 模柄 上模座 凸模固定板 弹簧 压边圈 定位板 凹模 下模座 卸料螺钉10 凸模 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 拉深件的形状 图a 直壁旋转体制件 图b 曲面旋转体制件 图c 平底直壁非旋转体制件 图d 非旋转体曲面制件 第4章拉深 圆筒形件是最典型的拉深件 第4章拉深 一 拉深变形过程 1 变形现象 平板圆形坯料的凸缘 弯曲绕过凹模圆角 然后拉直 形成竖直筒壁 变形区 凸缘 已变形区 筒壁 不变形区 底部 底部和筒壁为传力区 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 2 拉深时材料的转移 4 1筒形件的拉深变形分析 图中三角形部分称为 多余三角形 拉深时这部分材料发生塑性变形转移到筒高部分 第4章拉深 3 筒形件拉深的网格变化 4 1筒形件的拉深变形分析 底部的扇形网格保持不变 筒壁部分拉深前的扇形网格变成拉深后的矩形网格 1 凸缘部分 第4章拉深 二 筒形件拉深过程中坯料的应力应变状态 拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态 主要变形区材料受径向拉伸切向压缩作用多余三角形部分的材料产生塑性变形而流动 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 2 凹模圆角部分 过渡区 材料受径向拉伸 切向压缩 塑性弯曲等作用 受力复杂 厚度有微小变薄 当离开凹模圆角区后 又产生反向弯曲校直 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 3 筒壁部分 属于传力区 将凸模的作用力传递给凸缘 若模具间隙合理 厚度方向没有作用力 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 4 凸模圆角部分 过渡区 材料受筒壁拉力 凸模压力 弯曲力等作用 受力复杂 厚度变薄严重 易在此处拉裂 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 5 筒底部分 受双向拉应力 基本不变形 4 1筒形件的拉深变形分析 由于拉深过程中材料塑性变形程度很大 当制件筒壁较高时 会出现拉裂等现象 即一次不能拉深成形 对这种情况 生产上采用多次拉深的方法解决 第4章拉深 三 筒形件的拉深系数与拉深次数 1 拉深系数 m 拉深系数 每次拉深后的圆筒直径与拉深前的毛坯直径之比 m d D 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 计算拉深系数的意义 4 1筒形件的拉深变形分析 1 确定拉深次数 计算工序尺寸 首次拉深 m1 d1 D以后各次拉深 m2 d2 d1m3 d3 d2 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 2 表示变形程度 有极限值 拉深系数表示了拉深时坯料的变形程度 m越大 变形程度越小 m越小 变形程度越大 所以 存在着极限拉深系数 极限拉深系数 工件能进行正常拉深的最小拉深系数 P123 124表4 2圆筒件带压边圈时的拉深系数表4 3圆筒件不带压边圈时的拉深系数表4 4各种材料的拉深系数注意 生产实际中 一般采用大于极限值的拉深系数 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 极限拉深系数与板料的机械性能 制件形状 模具结构等因素有关 生产上努力寻求降低拉深系数的措施 以提高拉深件的质量和生产效率 选择塑性好的材料 屈强比小 延伸率高的材料 设计拉深件时 取较大的相对厚度值t D 选择合理的凸模和凹模圆角半径 选择合理的模具间隙 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 2 拉深次数 1 如何判断拉深件是否一次拉成 工件的总拉深系数 m总 d Dd 工件直径D 毛坯直径 若 总拉深系数m总大于表4 2 4 4的首次拉深系数m1则 可一次拉深完成 否则 需多次拉深 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 2 拉深次数的确定方法 教材上介绍了4种方法 计算法 推算法 查图法 查表法 仅介绍推算法 第一步 根据工件的相对厚度t D 在表4 2 4 4中查出所推荐的各次极限拉深系数m1 m2 m3 第二步 按下式逐步推算工件的各次拉深直径 d1 m1 Dd2 m2 d1d3 m3 d2 当第n次的计算拉深直径小于工件直径时 则 需n次拉深 注意 求出拉深次数后 以工件的直径为准 从后向前调整各次拉深系数后 重新计算各次拉深直径 圆整为整数 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 3 后续拉深的方法 1 首次拉深与后续拉深的特点比较 P125表4 6 第4章拉深 4 1筒形件的拉深变形分析 2 正拉深与反拉深 4 2筒形件拉深的质量问题及防止措施 第4章拉深 质量问题 起皱 拉深件凸缘周围产生的波浪形连续弯曲现象 拉裂 拉深件底部圆角与筒臂相切处出现的撕裂现象 拉深凸耳 拉深件口端出现有规律的高低不平现象 时效开裂 拉深成形后 由于受撞击或振动 甚至存放一段时间后出现的口部开裂现象 下面主要分析起皱和拉裂的原因及防止措施 一 起皱 第4章拉深 1 起皱现象起皱 拉深件凸缘周围产生的波浪形连续弯曲现象 4 2筒形件拉深的质量问题及防止措施 第4章拉深 2 起皱的产生原因 4 2筒形件拉深的质量问题及防止措施 料薄或压缩变形力过大 塑性失稳 起皱 凸缘宽度越大 厚度越薄 材料弹性模量越小 抵抗失稳能力越小 越容易失稳起皱 切向压应力越大 越容易失稳起皱 第4章拉深 3 防止起皱的措施 主要措施有二 压边和反拉深 4 2筒形件拉深的质量问题及防止措施 压边 在凹模上口面配置压边圈 压边圈的下面 工作面 距凹模上口面的间隙略大于料厚 在拉深过程中 压边圈给毛坯有一定的压力 使毛坯在此间隙中流动 以限制毛坯的起皱 压边圈有弹性和刚性之分 反拉深前面已介绍 第4章拉深 二 拉裂 4 2筒形件拉深的质量问题及防止措施 1 拉裂现象拉深件底部圆角与筒臂相切处出现的撕裂现象 第4章拉深 2 产生拉裂的原因 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相切处 危险断面 产生破裂 3 防止拉裂的措施 1 合理选择拉深系数 有合理的高径比 2 合理选材 曲强比要小 塑性要好 3 选择合理的凸凹模圆角半径 4 选用合理的压边力 5 适当润滑 单面润滑 4 2筒形件拉深的质量问题及防止措施 主要原因有四 材料塑性差 压边力过大 工件高径比大 凸凹模圆角半径小 第4章拉深 4 3压边方式设计 压边是预防起皱的主要措施 压边方式包括压边装置和压边力两方面内容 1 采用压边装置的条件当采用较小的拉深系数和材料的相对厚度较小时 需压边 P130表4 7提供了具体条件 注意 首次拉深和后续拉深的压边条件不一样 一 压边装置与压边圈形式 第4章拉深 P130表4 7提供了具体条件 注意 首次拉深和后续拉深的压边条件不一样 4 3压边方式设计 4 3压边方式设计 第4章拉深 2 压边装置 压边装置的主要元件是压边圈 有弹性和刚性之分 弹性压边是靠压边圈施加于坯料一定的压边力来起作用 特点 压边力随行程增大而增大 适用于单动压力机上的浅拉深 刚性压边是靠压边圈与凹模口面的一定间隙来起作用的 特点 压边力不随行程变化 压边平稳 结构简单 4 3压边方式设计 第4章拉深 1 弹性压边装置 弹簧垫 橡皮垫 气垫 液压垫 4 3压边方式设计 第4章拉深 2 刚性压边装置 4 3压边方式设计 刚性压边圈固定在外滑快上 先下行 内滑快带动凸模后下行进行拉深 第4章拉深 3 压边圈的形式 4 3压边方式设计 图a 普通平面压边圈 常用于首次拉深 图b 平锥压边圈 仅对坯料最外缘施加压边力 有利于坯料变形 适用于薄板或宽凸缘拉深 图c 圆弧压边圈 用于带凸缘拉深 可防止拉深结束时起皱 图d 带限位装置压边圈 改善弹性压边力大小 均衡压边力 第4章拉深 后续拉深的压边圈的形式 4 3压边方式设计 通过调节限位秆的高度而改变压边力的大小 第4章拉深 二 压边力的计算 4 3压边方式设计 压边力的大小以工件既不起皱又不拉裂为合适 压边力的大小 要在计算的基础上通过试验进行调整 压边力PQ Fq式中 PQ 压边力 N F 在压边圈下坯料的投影面积 m q 单位压边力 查表4 8 第4章拉深 4 4拉深力和拉深功 计算拉深力是为了合理选择冲压设备和设计模具 由于拉深行程较大 拉深系数 压边力 润滑条件 材料特性都会影响拉深力 所以 拉深力无法精确计算 一般用经验公式计算如下 1 筒形件有压边圈拉深的拉深力P k dt b式中 P 拉深力 N d 筒形件直径 t 板料厚度 b 材料强度极限 MPa k 修正系数 查表4 9 第4章拉深 2 单动压力机拉深 弹性压边时的总拉深力P总 P PQ压力机的公称压力Po应大于总的拉深力 4 4拉深力和拉深功 3 拉深与落料复合冲压时的总拉深力与压力机公称压力Po的关系 浅拉深时P总 0 7 0 8 Po深拉深时P总 0 5 0 6 Po 第4章拉深 4 拉深功的计算由于拉深行程较长 按拉深力选择冲压设备时 有可能压力机的电机功率不能满足要求 因此 拉深时常计算拉深功 校核电机功率 4 4拉深力和拉深功 拉深功AA 0 6 0 8 Ph式中 A 拉深功 J P 最大拉深力 N h 拉深深度 m 压力机电机功率Pd的校核计算 Pd nkA 61200 1 2 式中 k 不均衡系数 取1 2 1 4n 压力机每分钟行程次数 1 压力机效率 取0 6 0 8 2 电动机效率 取0 9 0 95 第4章拉深 4 5筒形件拉深模工作部分设计 一 凹模圆角半径和凸模圆角半径 1 凹模圆角半径r凹 凹模圆角半径应偏大选取 首次拉深 r凹 C1C2t式中 C1 与材料力学性能有关的系数对软钢 硬铝 取C1 1对纯铜 黄铜 铝 C1 0 8C2 与料厚和拉深系数有关的系数 查P136表4 10 后续各次拉深凹模圆角半径r凹可逐步缩小 一般取首次拉深的0 6 0 8倍 但不能小于2t 第4章拉深 2 凸模圆角半径r凸 凸模圆角半径除最后一次应取制件圆角半径外 中间各次应取中间拉深凹模半径的0 7 1倍 注意 在实际设计时 拉深凸模圆角半径和凹模圆角半径应选取比计算值略小一点的值 便于试模调整时逐渐加大 直到拉出合格制件 4 5筒形件拉深模工作部分设计 第4章拉深 二 拉深间隙Z 拉深间隙通常指单边间隙 确定原则 既要考虑板料厚度公差 又要考虑筒形件口部的增厚现象 根据拉深时是否采用压边和制件尺寸精度 表面粗糙度要求合理确定 4 5筒形件拉深模工作部分设计 1 不用压边圈时Z 1 0 1 1 tmax式中 Z 单边间隙 末次拉深取小值 中间拉深取大值 tmax 板料厚度的上限值2 用压边圈时 按P137表4 11选取 第4章拉深 三 凸模和凹模工作部分的尺寸和制造公差 4 5筒形件拉深模工作部分设计 第4章拉深 对于最后一道工序的拉深模 4 5筒形件拉深模工作部分设计 当制件尺寸标注在外形时 以凹模为基准 工作部分尺寸为 凹模尺寸 凸模尺寸 第4章拉深 4 5筒形件拉深模工作部分设计 当零件尺寸标注在内形时 以凸模为基准 工作部分尺寸为 凸模尺寸 凹模尺寸 对于多次拉深 中间各工序的凸 凹模尺寸可按下式计算 凹模尺寸 凸模尺寸 注 凸模 凹模制造公差 凸 凹可查表4 12 4 6拉深件的坯料与工序件尺寸 面积相等原则 第4章拉深 一 坯料尺寸计算 设 拉深前后料厚不变 则 拉深前坯料面积等于拉深后制件表面积 相似原则 拉深前坯料的形状与制件断面形状相似 但坯料的周边必须是光滑的曲线连接 第4章拉深 3 切边工序 1 形状复杂的拉深件 需多次试压 反复修改 才能最终确定坯料形状 2 拉深件的模具设计顺序 先设计拉深模 坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模 拉深件口部不整齐 需留切边余量 圆形件的修边余量查表4 13 4 6拉深件的坯料与工序件尺寸 注意 1 将拉深件划分为若干个简单的几何体 2 分别求出各简单几何体的表面积 3 把各简单几何体面积相加即为零件总面积 4 根据表面积相等原则 求出坯料直径 第4章拉深 二 简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定 4 6拉深件的坯料与工序件尺寸 按图得 第4章拉深 故 整理后可得坯料直径为 4 6拉深件的坯料与工序件尺寸 1 各次拉深工序件的直径按照求拉深次数的方法计算 第4章拉深 三 圆筒件中间各次拉深的工序尺寸 根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则 可得到如下工序件高度计算公式 见4 16 2 各次拉深工序件高度的计算 4 6拉深件的坯料与工序件尺寸 例题求图示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸 材料为10号钢 板料厚度 2 第4章拉深 解 计算坯料直径按板厚中径尺寸计算 根据零件尺寸 其相对高度为 查表4 13得切边量 坯料直径为 代已知条件入上式得 98 2 4 6拉深件的坯料与工序件尺寸 第4章拉深 确定拉深次数坯料相对厚度为 按表4 7可不用压边圈 但为了保险 首次拉深仍采用压边圈 根据 2 03 查表4 2得各次极限