5拉深工艺及模具的研究郝晓亮.doc

高等教育自学考试毕业论文论文题目：拉深工艺及模具的研究主考学校： 专 业： 模具设计与制造 指导老师： 考生姓名： 准考证号： 018008200137 2011年10月10日14摘要拉深是指将一定形状的平板通过拉深模具冲压成各种开口空心件，或以开口空心件为毛坯通过拉深进一步改变其形状和尺寸的一种冷冲压工艺方法筒形零件用拉深模进行多次拉深加工，本文介绍了以拉深筒形件为研究对象，分析了拉深工艺及拉深过程中的问题并提出了解决方法。同时介绍了拉深模的典型结构。希望拉深工艺中的缺陷在实际生产中更好的避免与解决；并更好的认识拉深模的典型结构。关键词：拉深 材料 工艺 目 录摘要I第一章 拉深工艺与拉深的概念11.1坯料形状和尺寸确定的依据11.2拉深变形过程分析21.3拉深件的工艺性3第二章 拉深过程中存在的问题与解决方案42.1拉深过程中存在的问题42.2对于缺陷的解决方案5第三章 拉深模典型结构63.1首次拉深模73.2以后各次拉深模83.3落料拉深复合模9结论11谢辞12参考文献13第一章 拉深工艺与拉深的概念1.1坯料形状和尺寸确定的依据1.拉深的概念及分类拉深是指将一定形状的平板通过拉深模具冲压成各种开口空心件，或以开口空心件为毛坯通过拉深进一步改变其形状和尺寸的一种冷冲压工艺方法。按照拉深件的形状，拉深工艺可分为旋转体件拉深、盒形件拉深和复杂想、形状件拉深三类。其中，旋转体拉深件可分为无凸缘筒形件、带凸缘筒形件、半球形件、锥形件、抛物线型件、阶梯形件和复杂旋转体拉深件等。2.拉深工件毛坯尺寸的确定拉深工件毛坯的形状一般与工件的橫截面相似，如工件橫截面是圆形、椭圆形、方形，则毛坯的形状基本上也是圆形、椭圆形、方形。毛坯尺寸的确定方法很多，有等质量法、等体积法、等面积法。拉深工件的毛坯仅用理论方法确定并不十分精确，特别是一些形状复杂的拉深件，用理论方法确定十分困难。通常是在已做好的拉深模中对已由理论分析初步确定的毛坯来试压、修改，直到工件合格后才将毛坯形状确定下来，在做落料模。等面积法 一般比较规则形状的拉深工件的毛坯尺寸都可用此方法。将无凸缘筒形工件分解为若干个简单几何体，分别求出各几何体的表面积，然后对其求和，根据等面积法，求和后的表面积应等于工件的表面积，对于旋转类零件，应为毛坯形状是圆形的，即可得毛坯的直径。由于金属板料具有板平面方向性和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不整齐，因此在多数情况下采取加大工序件高度或凸缘宽度的办法，拉深后再经过切边工序以保证零件质量。1.2拉深变形过程分析图1.2在拉深过程中，坯料可分为平面凸缘部分、凸缘圆角部分、筒壁部分、底部圆角部分、筒底部分五个区域，如图1.2所示。平面凸缘部分为主要变形区，该部分材料在凸缘施加的拉深力作用下，经过凸缘圆角部分流入凸、凹模间隙，构成筒壁。平面凸缘部分在拉深时，材料的应力状态为径向、厚向受拉应力作用，切向受压应力作用；应变状态为径向产生拉深形变，切向产生压缩变形，厚向产生拉深变形。筒壁部分为已变形区，在拉深过程中，该部分材料起到向变形区传递拉深力的作用，因而也称为传力区，拉深时可近似认为受单向拉硬力作用。底筒部分为变形区，该部分材料在拉深时受双向拉应力作用，材料厚度将变薄，但变薄量很小，一般只用1%-3%。凸缘圆角部分、底部圆角部分分为平面凸缘部分、筒壁部分、筒底部分之间的过渡区，前者称第一过渡区，后者称第二过渡区。1.3拉深件的工艺性拉深件的形状拉深件的结构形状应简单、对称，尽量避免急剧的外形变化。标注尺寸时，应根据使用要就只标注内形尺寸或只标注外形尺寸，筒壁和底面连接处的与圆角半径只能标注为內形尺寸，材料厚度不宜标注在筒壁或凸缘上。设计拉深件时应考虑到筒壁及凸缘厚度的不均匀性及其变化规律，凸模圆角区变薄显著，最大变薄率约为材料厚度的10%-18%，而筒口或凸缘边部，材料显著增厚，最大增厚率约为材料厚度的10%-30%。多次拉深件筒壁和凸缘上的内、外表面应允许出现压痕。非对称的空心件应组合成对进行拉深，然后将其切成俩个或多个零件。1.拉深件材料拉深件的材料应具有良好的拉深性能。径向拉应力与抗拉强度的峰值越低，则传力区越不宜拉裂，拉深性能越好。材料的厚向异性指标r1时，说明材料在宽度方向上的变形比厚度方向上的变形容易，在拉深过程中不易变薄和拉裂。r值越大，表明材料的拉深性能越好。2.拉深件的精度拉深件横断面尺寸的精度一般要求在IT13级以下。如高于IT13级，应在拉深后增加整形工序或用机械加工方法提高精度。横断面尺寸只能标注外形或内形尺寸之一，不能同时标注内、外形尺寸。拉深件的壁厚一般都有上厚下薄的现象。如不允许有壁厚不均的现象，则应注明，以便采取后续错失。拉深件的口部应允许稍有回弹，侧壁应允许有工艺斜度，但必须保证一端在公差范围之内。多次拉深的拉深件，其内、外壁上或凸缘表面上应允许留有压痕。3.拉深件的圆角半径拉深件凸缘与筒壁间的圆角半径应取r2t为便于拉深顺利进行，通常取r(48)t;当r2t时，需要增加整形工序。4.拉深件的高度拉深件的高度h对拉深成形的次数和成品质量均有重要的影响，常见零件一次成形拉深高度为：无凸缘筒形件高度应大于等于0.5-0.7倍的拉深件壁厚中经。第二章 拉深过程中存在的问题与解决方案2.1拉深过程中存在的问题在进行拉深时，有许多因素将影响到拉深件的质量，甚至影响到拉深工艺能否顺利完成。常见的拉深工艺问题包括平面凸缘部分的起皱、筒壁危险断面的拉裂、口部或凸缘边缘不整齐、筒壁表面拉伤、拉深件存在较大的尺寸和形状误差等，其中平面凸缘部分的起皱和筒壁危险断面的拉深是拉深的两个主要工艺问题。1.凸缘部分起皱平面凸缘部分的起皱是指在拉深过程中，该部分材料沿切向生产波浪形的拱起。起皱现象轻微时，材料在流入凸、凹模间隙时能被凸、凹模挤平。起皱现象图2.1严重时，起皱的材料无法被凸、凹模挤平，继续拉深时将因拉深力的急剧增加导致危险断面破裂，即使被强行拉入凸、凹模间隙，也会在拉深件筒壁留下折皱或沟痕，影响拉深件的外观质量 图2.1拉深件的起皱2.筒壁危险断面的拉裂筒壁部分在拉深过程中起到传递拉深力的作用，可近似认为受单项拉应力作用。当拉应力过大，筒壁材料的应力达到抗拉强度极限时，筒壁将被拉裂。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2.2所示。其原因如下：越靠近毛坯的外缘，“多余”的金属也越多，即在拉深过程中需要转移的金属也越多。转移的金属一部分流向径向，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作厚度大，强度也高。与该处形成鲜明对比的是，在拉深件的开始时处与凸、凹模间隙中的环形金属（拉深后变为凸模圆角的筒壁），由于需要转移的金属极少，因此该处壁厚不但没有增加反而有所降低，其强度当然也是壁厚最低的因此破裂最易发生在该处。图2.2拉深件的拉裂2.2对于缺陷的解决方案在拉深工序中，不但材料塑性变形强烈，而且材料模具工作表面之间存在很大的摩擦力和相对滑动。可采用润滑剂降低摩擦力，和相对提高变形程度，保护模具工作表面不被破坏。1.对于起皱起皱是平面凸缘部分材料受切向压应力错用而失去稳定性的结果。拉深时是否产生起皱与拉深力的大小、材料厚度、变形程度等因素有关，要准确判定比较困难，但可以通过加压边圈的方法限制毛坯拱起，达到限制起皱的目的。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变形程度仍然可以提高，随着变形程度的提高，变形力也相对的提高，当变形力大于筒形件的壁部的承载能力时拉深件则被拉裂2.对于拉裂筒壁危险断面是否被拉裂取决于拉深力的大小和筒壁材料的强度。凡是有利于减小拉深力，提高筒壁材料强度的措施，都有利于防止拉裂的发生。第三章 拉深模典型结构拉深所使用的模具叫拉深模。拉深模结构相对较简单，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。图3.1为有压边圈的首次拉深模的结构图，平板坯料放入定位板6内，当上模下行时，首先由压边圈5和凹模7将平板坯料压住，随后凸模10将坯料逐渐拉入凹模孔内形成直壁圆筒。成形后，当上模回升时，弹簧4恢复，利用压边圈5将拉深件从凸模10上卸下，为了便于成形和卸料，在凸模10上开设有通气孔。压边圈在这副模具中，既起压边作用，又起卸载作用。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凸模图3.1 拉深模结构图拉深模结构相对较简单。根据拉深模使用的压力机类型不同，拉深模可分为单动压力机用拉深模和双动压力机用拉深模；根据拉深顺序可分为首次拉深模和以后各次拉深模；根据工序组合可分为单工序拉深模、复合工序拉深模和连续工序拉深模；根据压料情况可分为有压边装置和无压边装置拉深模。3.1首次拉深模1.无压边装置的简单拉深模这种模具结构简单，上模往往是整体的，如图3.2所示。当凸模3直径过小时，则还应加上模座，以增加上模部分与压力机滑块的接触面积，下模部分有定位板1、下模座2与凹模4。为使工件在拉深后不致于紧贴在凸模上难以取下，在拉深凸模3上应有直径声3mm以上的小通气孔。拉深后，冲压件靠凹模下部的脱料颈刮下。这种模具适用于拉深材料厚度较大(t2mm)及深度较小的零件。1-定位板2-下模板3-拉深凸模4-拉深凹模图3.2无压边装置的首次拉深模图3.2所示为压边圈装在下模部分的倒装拉深模。由于弹性元件装在下模座下压力机工作台面的孔中，因此空间较大，允许弹性元件有较大的压缩行程，可以拉深深度较大一些的拉深件。这副模具采用了锥形压边圈6。在拉深时，锥形压边圈先将毛坯压成锥形，使毛坯的外径已经产生一定量的收缩，然后再将其拉成筒形件。采用这种结构，有利于拉深变形，可以降低极限拉深系数。2.有压边装置的拉深模如图3.3所示为压边圈装在上模部分的正装拉深模。由于弹性元件装在上模，因此凸模要比较长，适宜于拉深深度不大的工件。1上模座2推杆3推件板4锥形凹模 5限位柱6锥形压边圈7拉深凸模8固定板9下模座图3.3 带压边圈的倒装拉深模3.2以后各次拉深模在以后各次拉深中，因毛坯已不是平板形状，而是已经成形的半成品，所以应充分考虑毛坯在模具上的定位。1-推件板 2-拉深凹模 3-拉深凸模 4-压边圈 5-顶杆 6-弹簧图3.4以后各次拉深模图3.4所示为以后各次拉深摸，这是一般最常见的结构形式。拉深前，毛坯套在压边圈4上，压边圈的形状必须与上一次拉出的半成品相适应。拉深后，压边圈将冲压件从凸模3上托出，推件板1将冲压件从凹模中推出。3.3落料拉深复合模图3.5所示为一副典型的正装落料拉深复合模。上模部分装有凸凹模3(落料凸模、拉深凹模)，下模部分装有落料凹模7与拉深凸模8。为保证冲压时先落料再拉深，拉深凸模8低于落料凹模7一个料厚以上。件2为弹性压边圈，弹顶器安装在下模座下。设计落料拉深复合模时应注意：拉深凸模的的工作端面一半应比凹模的工作端面的工作端面低一个料厚，保证落料完成后在进行拉深；选用压力机时应校核压力机的行程负荷曲线；凸凹模应有足够的壁厚（按落料冲孔复合模的要求校核）。1-顶杆 2-压边圈 3-凸凹模 4-推杆 5-推件板 6-卸料板 7-落料凹模 8-拉深凸模图3.5 落料拉深复合模结论通过对无凸缘筒形零件拉深工艺及模具的研究。使我更加深刻的认识到拉深件的工艺性。同时学习到在对无凸缘筒型零件拉深过程中存在的缺陷与所造成问题的原因与解决方法，可以通过加压边圈,减小拉深变形程度加大毛坯厚度、改善材料力学性能，等方法可以通过。学习到拉深摸的典型结构：首次拉深摸、以后各次拉深模、落料拉深复合模。谢辞本论文是在汤卫真老师的直接悉心指导下完成的。在设计过程中汤老师的严谨的治学态度以及平和的人生态度是学生终生学习。在此，学生衷心的感谢导师在这论文时日里的关怀和栽培。在此，学生衷心的感谢张老师在这半年毕业论文时日里的关怀和栽培。在一起做毕业论文的同学中，姚磊、王世凯、朱威、等都给了我很大的帮助。在此，一并表示感谢。参考文献【1】任伟健.拉深工艺与模具设计. 北京：时代传播音像出版社，2007【2】陈建鹤。拉深工艺与模具设计.北京：机械工业出版社，2000【3】吴云飞.模具设计基础.北京：机械工业出版社，2008 尊敬的各位老师你们好，我是郝晓亮，来