工艺技术_拉伸工艺和拉深模具设计培训教材

1 拉深的基本概念拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件 或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法 如图4 0 1 2 典型的拉深件 如图4 0 2 3 拉深模具的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 4 1拉深变形过程的分析4 1 1板料拉深变形过程及其特点在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与相同弧度b辐射线组成的网格 如图4 1 2 然后将带有网格的毛坯进行拉深 在拉深过程中 毛坯受凸模拉深力的作用 在凸缘毛坯的径向产生拉伸应力 切向产生压缩应力 在它们的共同作用下 凸缘变形区材料发生了塑性变形 并不断被拉入凹模内形成筒形拉深件 在拉深后我们发现如图4 1 2 工件底部的网格变化很小 而侧壁上的网格变化很大 以前的等距同心圆 变成了与工件底部平行的不等距的水平线 并且愈是靠近工件口部 水平线之间的距离愈大 同时以前夹角相等的半径线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线 如图4 1 3所示 以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格 4 1 2拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变状态拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况 如图4 1 5 1 平面凸缘部分主要变形区2 凹模圆角区过渡区3 筒壁部分传力区4 凸模圆角部分过渡区5 圆筒底部分小变形区 图4 1 5拉深中毛坯的应力应变情况 4 1 3拉深成形的障碍及防止措施1 起皱 如图4 1 8 影响起皱的因素 1 凸缘部分材料的相对厚度凸缘部分的相对料厚 即为 2 切向压应力的大小拉深时的值决定于变形程度 变形程度越大 需要转移的剩余材料越多 加工硬化现象越严重 则越大 就越容易起皱 3 材料的力学性能板料的屈强比小 则屈服极限小 变形区内的切向压应力也相对减小 因此板料不容易起皱 4 凹模工作部分的几何形状平端面凹模拉深时 毛坯首次拉深不起皱的条件是 用锥形凹模首次拉深时 材料不起皱的条件是 如果不能满足上述式子的要求 就要起皱 在这种情况下 必须采取措施防止起皱发生 最简单的方法 也是实际生产中最常用的方法 是采用压边圈 2 拉裂拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的 如图4 1 9 防止拉裂 可根据板材的成形性能 采用适当的拉深比和压边力 增加凸模的表面粗糙度 改善凸缘部分变形材料的润滑条件 合理设计模具工作部分的形状 选用拉深性能好的材料 3 硬化拉深是一个塑性变形过程 材料变形后必然发生加工硬化 使其硬度和强度增加 塑性下降 加工硬化的好处是使工件的强度和刚度高于毛坯材料 但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难 4 2直壁旋转体零件拉深工艺的设计4 2 1拉深毛坯尺寸的确定拉深毛坯尺寸的确定原则 体积不变原理 拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面积 相似性原理 毛坯的计算方法 等重量 等体积 分析图解法 作图法 1 确定修边余量由于材料的各向导性以及拉深时金属流动条件的差异 拉深后工件口部不平 通常拉深后需切边 因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上 无凸缘件 或凸缘上增加修边余量 2 计算工件表面积圆筒直壁部分的表面积为 4 2 2无凸缘圆筒形件的拉深工艺计算1 拉深系数拉深系数是表示拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯 或半成品 的直径之比 如图4 2 2 工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数 即工件所需要的拉深系数 图4 2 2拉深工序示意图 拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比 其值为 拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量 反映了毛坯外边缘在拉深时切向压缩变形的大小 因此可用它作为衡量拉深变形程度的指标 拉深时毛坯外边缘的切向压缩变形量为 由此可知 拉深系数是一个小于1的数值 其值愈大表示拉深前后毛坯的直径变化愈小 即变形程度小 其值愈小则毛坯的直径变化愈大 即变形程度大 2 影响拉深系数的因素拉深材料 机械性能 料厚 表面质量 拉深模具 间隙 凸模圆角半径 凹模圆角半径 凹模形状 如图4 2 3 凹模表面质量 拉深条件 压边圈 次数 润滑 工件形状 3 拉深系数的值与拉深次数查表确定 图4 2 3锥形凹模 4 2 3无凸缘圆筒形拉深件的拉深次数和工序件尺寸的计算试确定如下图所示零件 材料08钢 材料厚度 2mm 的拉深次数和各拉深工序尺寸 计算步骤如下 1 确定切边余量 根据 查表 并取 2 按教材表的公式计算毛坯直径 3 确定拉深次数 判断能否一次拉出对于图示的零件 由毛坯的相对厚度 从表4 4 1中查出各次的拉深系数 0 54 0 77 0 80 0 82 则该零件的总拉深系数 即 故该零件需经多次拉深才能够达到所需尺寸 2 计算拉深次数例如 可知该零件要拉深四次才行 半成品尺寸确定 1 半成品直径拉深次数确定后 再根据计算直径应等于的原则对各次拉深系数进行调整 使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数 零件实际需拉深系数应调整为 调整好拉深系数后 重新计算各次拉深的圆筒直径即得半成品直径 零件的各次半成品尺寸为 2 半成品高度各次拉深直径确定后 紧接着是计算各次拉深后零件的高度 式中 各次拉深的直径 中线值 各次半成品底部的圆角半径 中值 各次半成品底部平板部分的直径 各次半成品底部圆角半径圆心以上的筒壁高度 零件的以上各项具体数值代人上述公式 即求出各次高度为 各次半成品的总高度为 拉深后得到的各次半成品 如图4 2 6 图4 2 6零件各次拉深的半成品尺寸 4 3拉深工艺设计4 3 1拉深零件结构工艺性分析拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形工艺的难易程度 良好的工艺性应是坯料消耗少 工序数目少 模具结构简单 加工容易 产品质量稳定 废品少和操作简单方便等 在设计拉深零件时 应根据材料拉深时的变形特点和规律 提出满足工艺性的要求 4 3 2拉深工艺的辅助工序1 润滑在凹模圆角 平面 压边圈表面及与这些部位相接触的毛坯表面 应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油 并保持润滑部位干净 2 热处理在多道拉深时 为了恢复冷加工后材料的塑性 应在工序中间安排退火 以软化金属组织 拉深工序后还要安排去应力退火 一般拉深工序间常采用低温退火 各种材料不需热处理可以拉深的次数 3 酸洗退火后工件表面必然有氧化皮和其他污物 在继续加工时会增加模具的磨损 因此必需要酸洗 否则使拉深不能正常进行 4 4拉深成形模具设计4 4 1拉深模具的分类及典型结构按拉深模使用的设备可分为 单动压力机 双动压力机 三动压力机按工序组合分为 单工序拉深模 级进式拉深模 复合模 图4 6 2无压边装置的简单拉深模1 定位板 2 下模座 3 凸模 4 凹模 图4 6 3有压边装置倒装拉深模 图4 6 4有压边装置顺装拉深模 图4 6 5双动压力机工作原理 4 4 2拉深模工作零件的结构和尺寸拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圆角半径 凸模圆角半径 凸 凹模的间隙c 凸模直径 凹模直径等 如图4 6 10 1 凹模圆角半径 1 拉深力的大小凹模圆角半径小时材料流过凹模时产生较大的弯曲变形 结果需承受较大的弯曲变形阻力 此时凹模圆角对板料施加的厚向压力加大 引起摩擦力增加 2 拉深件的质量当过小时 坯料在滑过凹模圆角时容易被刮伤 结果使工件的表面质量受损 而当太大时 拉深初期毛坯没有与模具表面接触的宽度加大 由于这部分材料不受压边力的作用 因而容易起皱 图4 6 10拉深模工作部分的尺寸 3 拉深模的寿命小时 材料对凹模的压力增加 摩擦力增大 磨损加剧 使模具的寿命降低 所以的值既不能太大也不能太小 通常可按经验公式计算 2 凸模圆角半径凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大 但其值也必须合适 3 凸模和凹模的间隙拉深模间隙是指单面间隙 间隙的大小对拉深力 拉深件的质量 拉深模的寿命都有影响 确定时要考虑压边状况 拉深次数和工件精度等 其原则是 既要考虑板料本身的公差 又要考虑板料的增厚现象 间隙一般都比毛坯厚度略大一些 采用压边拉深时其值可按下式计算 也可直接查教材表4 7 不用压边圈拉深时 考虑到起皱的可能性取间隙值为 4 凸模 凹模的尺寸及公差若以凹模为基准时 凹模尺寸为 凸模尺寸