拉深模的基本原理.doc

拉深模的基本原理（一） 折叠 2008-09-24 22:44拉深模的基本原理（一） 折叠 拉深是利用模具将平板毛坯或半成品毛坯拉深成开口空心件的一种冷冲压工艺。拉深工艺可制成的制品形状有：圆筒形、阶梯形、球形、锥形、矩形及其它各种不规则的开口空心零件。拉深工艺与其它冲压工艺结合，可制造形状复杂的零件，如落料工艺与拉深工艺组合在一起的落料拉深复合模。日常生活中常见的拉深制品有：旋转体零件：如搪瓷脸盆，铝锅。方形零件：如饭盒，汽车油箱复杂零件：如汽车覆盖件。圆形拉深的基本原理一、 拉深的变形过程用座标网格试验法分析。拉深时压边圈先把中板毛坯压紧，凸模下行，强迫位于压边圈下的材料（凸缘部分）产生塑性变形而流入凸凹模间隙形成圆筒侧壁。观察拉深后的网格发现：底部网格基本保持不变，筒壁部分发生较大变化。1 原间格相等的同心圆成了长度相等，间距增大的圆周线，越接近筒口，间距增大。2 原分度相等的辐射线变成垂直的平行线，而且间距相等。3 凸缘材料发生径向伸长变形和切向压缩变形。总结：拉深材料的变形主要发生在凸缘部分，拉深变形的过程实质上是凸缘处的材料在径向拉应力和切向压应力的作用下产生塑性变形，凸缘不断收缩而转化为筒壁的过程，这种变形程度在凸缘的最外缘为最大。二、 各种拉深现象由于拉深时各部分的应力（受力情况）和变形情况不一样，使拉深工艺出现了一些特有的现象：1 起皱：A.拉深时凸缘部分的切向压应力大到超出材料的抗失稳能力，凸缘部分材料会失稳而发生隆起现象，这种现象称起皱.起皱首先在切向压应力最大的外边缘发生,起皱严重时会引起拉度.B.起皱是拉深工艺产生废品的主要原因之一,正常的拉深工艺中是不允许的.常采用压力圈的压力压住凸缘部分材料来防止起皱.C.起皱的影响因素:a）. 相对厚度:t/D其中t-毛坯厚度,D-毛坯直径判断是否起皱的条件:D-d0.5mm，计算时以料厚中线为准。当R1=R2时，D=此主题相关图片如下：R1R2D=此主题相关图片如下：D=此主题相关图片如下：D=此主题相关图片如下：五、 圆筒形件拉深系数1 拉深系数的概念。拉深系数是指拉深后工件直径d与拉深前毛坯直径D之比。M=d/DA（M m1,则可一次拉深成形；如mz1，可以按无凸缘筒形件进行工艺计算和拉深，即：首次拉深不留凸缘，再次拉深时留出锥形凸缘，最后工序把凸缘压平。. 凸缘相对直径很大 dt/d4，并且高度很低，这类零件的变形特点已起出拉深范围，属于胀形。. 凸缘相对半径较大 dt/d1.4，相对高度已较大，这类称宽凸缘筒形件，即带凸缘筒形件，它有两种成形方法：第一种是每次拉深高度不变，改变达到要求；第二种是改变每次拉深的直径来增加高度。（） 带凸缘筒形件的拉深特点：（原理与不带凸缘筒形件相似）.拉深系数此主题相关图片如下：dt/d- 凸缘相对直径H/d-工件相对高度、r/d-底部及凸缘部分相对圆角半径m由以上三个尺寸因素确定，其中dt/d影响最大，而r/d影响最小，当毛坯直径及拉深系数一定时，dt/d和H/d不同，则材料的变形程度不同，dt/d越小，H/d越大，则变形程度越大。.带凸缘筒形件拉深，凸缘不全转变为筒壁，其可以看作是无凸缘拉深过程中的一个中间状态，因此，其首次拉深系数可小于或等于无凸缘形件的拉深。由于极限拉深系数m的大小主要取决于最大拉深力出现时是否拉破。当拉到凸缘直径为dt时，出现最大拉深力，则带凸缘的拉深和不带凸缘的拉深的极限拉深系数相同。如当拉到凸缘直径为dt时，未达到最大拉深力（即拉深力未超出材料的屈服极限），则带凸缘的拉深系数还可再小些，其拉深系数可小于不带凸缘拉深时的拉深系数，即m(1 )t 凸凹模工作部分尺寸计算拉深件尺寸精度主要取决于最后一道工序，拉深凸凹模尺寸，与中间工序尺寸无关，所以中间工序可直接取工序尺寸作为模具工作部分尺寸，而最后一道工序则要根据工件内（外）形尺寸要求和磨损方向来确定凸凹模工作尺寸及公差。按尺寸标注方式：标外形：a=(D-0.75t)+ n dt=(D-0.75-2Z)- t按内形标注：Da=(d+0.4t+2Z)+ a dt=(d+0.4t) t其中a和t按级精度。拉深凸模出气孔按d=(5)mm 采用压边圈条件及压边圈类型（） 不产生起皱的条件是：-d22t（） 压边装置的类型：刚性和弹性两类。刚性压边圈：是双动压力机上利用外滑块压边，压边不随拉深的行程变化而变化。弹性压边装置：用于单动压力机上，压边力随冲床的行程变化而变化。（） 压边圈的类型：平面压边圈：一般用于首次拉深带弧形的压边圈：用于t/D0.3带有小凸缘圆角半径的拉深。带限位装置的压边圈：保持压边力均衡，防止压边圈把毛坯压得太死。十、拉深的质量分析：1 拉裂，起皱：由于压边力小，造成起皱，使拉入凹模型腔困难。2 拉裂：径向拉应力太大。3 起皱：切向压应力太小，失稳。4 工件边缘呈锯齿状：毛坯边缘有毛刺。5 工件边缘高低不一：毛坯中心与模具中心不一致，或是由于材料壁厚不均，凹模圆角半径，模具间隙不均。6 危险断面显著变薄：圆角半径（模具）太小，压力力太大。7 工件底部拉脱：凹模圆角太小。材料处于切割状态。8 工作凸缘折皱：凹模圆角半径太大，拉深未了时压力圈压不到，起皱后被继续拉入凹模。侧壁纵向裂纹如图1所示，如果加工初期受到压缩变形，加工后期受到拉伸变形，可能产生纵裂纹。（1）制品形状。 拉深深度过大。胀形超过极限而引起纵向裂纹；另外，在精整时，纵向或横向胀形若超过极限，也会引起破裂。总之，破裂的直接原因，与胀形超限是一致的。因此，超过变形极限而产生破裂，从形式上讲，就是拉深深度过深，如果降低拉深深度，成形条件就会变好。图1 侧壁纵向裂纹 凹模圆角半径（rd）过小。由于是胀形变形，如果超过材料所具有的变形极限，就会产生破裂。因此，合理的rd既能防止凸缘部裂纹的产生，又能补充材料。作为改善材料流入条件的方法之一，是增大凹模圆角半径（rd）。增大rd虽然防止了破裂产生，但这时的rd比图纸尺寸大，为使rd达到图纸要求，应增加一道精整工序。（2）冲压条件。 压边力过大。调整拉深力最基本的方法是调整压边力。如果产生破裂，并且凸缘部位发亮，则是因为压边力过大。因此，当有破裂危险时，可稍微降低压边力来观察制品的变化。 凹模面润滑不足。随着压边力的增加，润滑油油膜强度也应相应提高，使其尽量减少摩擦。 毛坯形状不良。如果毛坯越大，成形条件就会越来越坏。因此，需将毛坯减小到最小限度。即可接近下死点时，毛坯要越过拉深筋，然后进行试拉深。（3）模具问题。 拉深筋的形状和位置不对。使用拉深筋虽然可以防止凸缘产生折皱，但其副作用是阻碍了材料的流入，因此，如果产生破裂的原因是材料流入阻力太大，那末，为了材料容易流入，就需要与毛坯形状一起综合分析拉深筋的位置和形状。 加工不良。如果模面加工不良，往往不能提高压边力。因此，需要用砂轮磨光。（4）材料。如果超过变形极限，就需要换成更高级的材料，另外，还要增加板材厚度。凸模肩部相应部位裂纹由于材料的强度不够，当拉深载荷达到材料破断载荷时就会发生此缺陷。缺陷部位产生于凸模肩R相应的部位（rp处），即比冲撞痕线更接近rp的部分。破裂部分的冲撞痕线，因与其他部位不同，可以对下面几种情况进行观察检查：或者被延展；或者在凸缘的上下面有发亮的部分；或者产生折皱。另外，在侧壁上有时也有发亮的部分。初期横向破裂，呈舌状。如图1。图1 rp部破裂原因及消除方法（1）制品形状。 拉深深度过大。目前，圆筒、方筒深拉深的极限是在设计阶段确定的。从而，在极限附近进行拉深时，要用表面光洁、平整的材料，综合模具配合和研磨，加工润滑油，缓冲压力，压力机精度等现场条件，进行试验拉深。 凸模半径（rp）过小。a 将rp修正到适当值。b 图纸上的rp过小时，首先按适当值进行拉深，然后再增加一道工序，成形所需尺寸。 凹模尺寸（rd）过小。a 将rd修正到适当值。b 图纸上的rd过小时，首先用适当rd值进行拉深，然后再增加一道工序，成形到所需尺寸。 方筒的角部半径（rc）过小。a 将拉深深度减小；b 多增加一道拉深工序；c 换成更高级的材料；d 将板料厚度增加。（2）冲压条件。 压边力过大。压边力过大时，在凸缘面上不会发生起皱。防皱压板面粗糙度，模具配合，间隙，rp，rd，加工油的种类和涂敷条件，缓冲销造成的压边力分布等，都影响防皱压力。如果有关拉深的上述这些条件都合适的话，压边力就会下降，在起皱之前，不会发生破裂。压边力过大时，由于凸缘面会全面发亮，所以很容易判断。 润滑不良。拉深加工与润滑有极为密切的关系，特别是包含有减薄拉深加工时，必须控制制品温度的升高。如果是条件好的拉深加工，润滑油的选择不成什么问题；条件不好的拉深加工，如果润滑油选择不当，就会引起破裂。 毛坯形状不良。在试拉深阶段，决定毛坯形状是重要的工作之一。必须将毛坯形状限制在最小尺寸。当用方形毛坯进行圆筒拉深时，极限拉深率为0.58左右。另外，如果拉深率过于严苛，rp部位的伤痕会产生破裂，如进行切角，就可防止破裂。拉深方筒时可先用方坯进行，这样可以制造出漂亮的制品，但是如果达到拉深极限，在rcp附近就会产生破裂。如果已经破裂，可将毛坯的四角切去一部分。但如果切多了的话，就会产生凸缘起皱，成为产生壁裂纹的原因。 毛坯定位不好。即使毛坯形状良好，但如果调整位置不好，或者放置方位不对，这时，凸模与毛坯产生错位，也会产生破裂或起皱。另外，用500吨油压机，对较大尺寸的拉深件成形时（材料是SUS304），使用粘度低的油就可进行深拉深。当使用粘度高的油进行深拉深时，拉深到高度的1/4，rp部位就会破裂。不锈钢与软钢板相比较，容易受到速度的影响，但如进行充分的冷却和润滑，在实际操作中，其他方面的问题比速度问题更重要。当进行高速冲裁时，即使使用一般间隙，切口的全部剪切面都是非常理想的。 模具安装不良。该缺陷是由模具安装不良，上下模不对中所造成的。近来，几乎所有的模具都备有导向装置，由于模具不对中产生的故障已很少见。 缓冲销的长短不齐。缓冲销在使用过程中，由于出现压弯，冲击伤痕等，往往变得长短不一，拉深过程中，缓冲销长的部分，由于受到集中载荷而破裂。为了对缓冲销的长短不一进行检查，在模具调整阶段，用手来回摇销，长销由于集中承受压边圈的重量，而变得很重，这是很容易理解的。 缓冲垫凹凸不平。当压力机缓冲垫的销子位置出现凹陷，或者废料从销孔落到缓冲垫上，就无法控制缓冲压力。压力机如有活动工作台，由于能进行简单的清扫或检修，所以这样的事故是不会发生的，但如果是固定工作台，长期不检修，一旦使用，往往会发生事故。 缓冲销配备不良。缓冲销原则上应装配在凸模的周围，然而，必须有适当的间隔。如果压边圈很薄，缓冲销配置不当时，产品的凸缘，在某个缓冲销部位受到强烈拉力而使其断裂。这时，凸缘的末端形状，就会象舌状样局部延伸，这是很简单明白的道理。另外，缓冲销配置与凸模周边形状不一致，凸缘面会起皱，也往往会成为破裂的原因。归根到底，当压边圈很薄，销子的位置就有明显的影响，因此，使压边圈具有充分的强度，是最基本的问题。 起皱引起破裂。a 坯料尺寸大于压边圈。当坯料尺寸比压边圈大时，拉深开始之后，坯料外露部分就产生起皱，它同“拉深筋”的功能一样，继续拉深会使其破裂，在试拉深阶段，为了确定“拉深筋”的位置，有时故意使毛坯露在压边圈外。一般来说，即使是大坯料局部胀形，其原则仍是毛坯用压边圈压住后再进行加压。b 压边力小。当压边力小时，毛坯表面就会起皱，该折皱通过凹模圆角半径（rd）时，往往会破裂。因此，这种场合，折皱和破裂就混为一体。当用加工硬化程度高的不锈钢板进行方筒深拉深时，如图1所示的角部凸缘部位，有一光亮部分，在靠近rd处产生折皱。该折皱就是产生破裂的原因，rd部分如果破裂，首先要提高压边力，消除折皱，这是头等重要的事情。决不要增大rd或者降低压边力。光亮部分是由于坯料厚度增加，承受集中载荷所致，因此，在提高压边力的同时，把模具间的接触点到刮目相看平，消除材料增厚的部分；如呈分布载荷，则可消除凸缘面起皱，而使材料的流入变得容易。c 凹模半径（rd）过大。rd过大时，就会在rd部分产生加工硬化后的折皱，它又作为拉深筋的功能使拉深件产生破裂。从而，在进行深拉深时，rd要尽可能小，这样易于拉深。d 压边圈侧壁间隙过大（图2）。例如圆筒凸缘压紧拉深或方筒局部凸缘压紧拉深时，凸模与压边圈侧壁的间隙，必须比凹模圆角半径（rd）小。如果间隙过大，拉深时材料不能贴紧rd，而是要向上鼓起，从而产生折皱，折皱进入间隙后压成一定形状，并成为产生破裂的原因。因此，加工时压边圈侧壁要有一个合理的间隙，筒形件凸缘压紧部分和方筒角部凸缘压紧部分，间隙必须设计成小于rd。图2 凸模与压边圈的间隙超过rd而产生破裂 压力机精度不良。压力机精度不良，对于浅拉深影响不大。当使用曲柄压力机进行深拉深时，如果精度不良，就要受到明显的影响而产生破裂。所以，保证机床精度，是拉深加工之基础。（3）模具关系。 凹模表面粗糙。进行深拉深时，凹模与压边圈的两面研磨不充分，特别是拉深不锈钢板与铝板时，更易产生拉深伤痕。因此，凹模必须进行0.4S以下的镜面加工，这样可以完全消除撞击伤痕。当进行面压高的深拉深时，即使消除碰撞也往往会产生破裂，为了使表面更光滑，可用“刮刀”消除碰撞，防止油膜破碎。 消除压边圈碰撞。在拉深过程中，为了不产生集中载荷，应根据板厚变化改变模面接触状态，使模面间隙呈均布载荷。拉深时，如不消除压边圈的碰撞，也会形成集中载荷而产生破裂。 拉延筋的位置和形状不良。由于拉延筋胀力过大而引起破裂时，可以用改变拉延筋形状，判断拉延筋的位置与材料的流入过程，即通过综合判断的办法确定拉延筋与毛坯形状的关系。 间隙过小。拉深件角部靠近rd部分的侧壁，有亮点并产生破裂时，这是间隙过小引起的。因此，只要修正间隙，消除亮点，即可防止破裂。另外，不是全部角部，而只是某个角部发亮并产生破裂时，其原因是导向装置不好或者只是某角部的尺寸精度差；另外，是由于凸、凹模与压边圈之间的垂直度差，在拉深过程中间隙产生变化，引起破裂等等。找出原因，消除光亮部位，就可防止破裂。但下述情况例外：对四方形器皿进行浅拉深时，角部凸模的圆角半径（rcp）和拐角圆角半径r过小时，rcp处肯定会破裂。为了防止破裂，最好将凸模圆角半径rcp增大到适当值，但这样一来，制品的商品价值就会下降。为此，只要