拉深工艺设计.doc

拉深件工艺性的好坏，直接影响到该零件能否用拉深方法生产出来，影响到零件的质量、成本和生产周期等等。一个工艺性好的拉深件，不仅能满足产品的使用要求，同时也能够用最简单、最经济和最快的方法生产出来。 1对拉深件外形尺寸的要求 设计拉深件时应尽量减少其高度，使其可能用一次或两次拉深工序来完成。对于各种形状的拉深件，用一次工序可制成的条件为： (1) 圆筒件一次拉成的高度见表 4.5.1 。 (2) 对于盒形件一次制成的条件为：当盒形件角部的圆角半径 r=(0.050.20)B( 式中 B 为盒形件的短边宽度 ) 时，拉深件高度 h( 0.30.8 )B 。 (3) 对于凸缘件一次制成的条件为：零件的圆筒形部分直径与毛坯的比值 d/D 0.4 。表 4.5.1 一次拉深的极限高度2对拉深件形状的要求 (1) 设计拉深件时，应明确注明必须保证的是外形还是内形，不能同时标往内外形尺寸。 (2) 尽量避免采用非常复杂的和非对称的拉深件。对半敞开的或非对称的空心件，应能组合成对进行拉深，然后将其切成两个或多个零件 (图 4.5.1) 。 (3) 拉深复杂外形的空心件时，要考虑工序间毛坯定位的工艺基准。 (4) 在凸缘面上有下凹的拉深件 (图 4.5.2) ，如下凹的轴线与拉深方向一致，可以拉出。若下凹的轴线与拉深方向垂直，则只能在最后校正时压出。 图 4.5.1 组合成对进行拉深图 4.5.2 凸缘面上带下凹的拉深件3对拉深件的圆角半径和拉深件精度的要求 (1) 为了使拉深顺利进行，拉深件的底与壁、凸缘与壁、盒形件的四壁间的圆角半径 ( 图 4.5.3) 应满足否则，应增加整形工序。 (2) 一般情况下不要对拉深件的尺寸公差要求过严。其断面尺寸公差等级一般都在 ITll 以下。如果公差等级要求高，可增加整形工序。 图 4.5.3 拉深件的圆角半径4.5.2 拉深工艺力的计算1压边力的计算 解决拉深工作中的起皱问题的主要方法是采用防皱压边圈。至于是否需要采用压边圈，可按表 4.5.2 的条件决定。 压边力是为了防止毛坯起皱，保证拉深过程顺利进行而施加的力，它的大小对拉深影响很大。压边力的数值应适当，太小时防皱效果不好，太大时则会增加危险断面处的拉应力，引起拉裂破坏或严重变薄超差( 图 4.5.4 ，图 4.5.5) 。在生产中，压边力 都有一定的调节范围( 图 4.5.5) ，其范围在最大压边力和最小压边力 之间。当拉深系数小至接近极限拉深系数时，这个变动范围就小，压边力的变动对拉深工作的影响就显著。通常是使压边力稍大于防皱作用所需的最低值，并按下列公式进行计算。 表 4.5.2 采用或不采用压边圈的条件 图 4.5.4 拉深力与压边力的关系 图 4.5.5 压边力对拉深的影响 总压边力： （ 4.5.1 ） 式中 A 为在开始拉深瞬间不考虑凹模圆角时的压边面积( ) 。 筒形件第一次拉深时： （4.5.2） 筒形件后续各道拉深时： （4.5.3） 式中： q 单位压边力 (MPa) ，可按表 4.5.3 选用； 第一次及以后各次工件的外径(mm) ； 凹模洞口的圆角半径 (mm) 。 图 4.5.6 首次拉深压边力的变化表 4.5.3 单位压边力 q 在生产中，一次拉深时的压边力也可按拉深力的 1/4 选取，即：(4.5.4) 拉深中凸缘起皱的规律与的变化规律相似，如图 4.5.6 所示。起皱趋势最严重的时刻是毛坯外缘缩小到时。理论上合理的压边力应随起皱趋势的变化而变化。当起皱严重时压边力变大，起皱不严重时压边力就随着减少。但要实现这种变化是很困难的。 目前在生产实际中常用的压边装置有以下两大类： (1) 弹性压边装置 这种装置多用于普通冲床。通常有三种： 橡皮压边装置( 图 4.5.7a) ；弹簧压边装置( 图 4.5.7b) ；气垫式压边装置( 图 4.5.7c) 。这三种压边装置压边力的变化曲线如图 4.5.7d 所示。另外氮气弹簧技术也逐渐在模具中使用。 随着拉深深度的增加，需要压边的凸缘部分不断减少，故需要的压边力也就逐渐减小。从图 4.5.7d 可以看出橡皮及弹簧压边装置的压边力恰好与需要的相反，随拉深深度的增加而增加。因此橡皮及弹簧结构通常只用于浅拉深。图 4.5.7 弹性压边装置 气垫式压边装置的压边效果较好，但也不是十分理想。它结构复杂，制造、使用及维修都比较困难。弹簧与橡皮压边装置虽有缺点，但结构简单，对单动的中小型压力机采用橡皮或弹簧装置还是很方便的。根据生产经验，只要正确地选择弹簧规格及橡皮的牌号和尺寸，就能尺量减少它们的不利方面，充分发挥它们的作用。 当拉深行程较大时，应选择总压缩最大、压边力随压缩量缓慢增加的弹簧。橡皮应选用软橡皮( 冲裁卸料是用硬橡皮 ) 。橡皮的压边力随压缩量增加很快，因此橡皮的总厚度应选大些，以保证相对压缩量不致过大。建议所选取的橡皮总厚度不小于拉深行程的 5 倍。 在拉深宽凸缘件时，为了克服弹簧和橡皮的缺点，可采用图 4.5.8 所示的限位装置(定位销、柱销或螺栓) ，使压边圈和凹模间始终保持一定的距离。 图 4.5.8 有限位装置的压边装置 a) 第一次拉深； b) 后续拉深 (2) 刚性压边装置 这种装置的特点是压边力不随行程变化，拉深效果较好，且模具结构简单。这种结构用于双动压力机，凸模装在压力机的内滑块上，压边装置装在外滑块上。 2拉深力的计算从理论上计算拉深力在前面已推导过，但它使用不便，生产中常用经验公式计算拉深力。圆筒形工件采用压边拉深时可用下式计算拉深力： 第一次拉深 （4.5.5） 第二次拉深 （4.5.6） 式中 为材料的抗拉强度； 为系数，查表 4.5.4 。 表 4.5.4 修正系数1. 压力机的压力曲线 2. 拉深力 3. 落料力 图 4.5.9 拉深力与压力机的压力曲线 3拉深功 当拉深行程较大，特别是采用落料、拉深复合模时，不能简单地将落料力与拉深力迭加来选择压力机，( 因为压力机的公称压力是指在接近下死点时的压力机压力 ) 。因此，应该注意压力机的压力曲线。否则很可能由于过早地出现最大冲压力而使压力机超载损坏 ( 图 4.5.9) 。一般可按下式作概略计算： 浅拉深时： 深拉深时： 式中为拉深力和压边力的总和，在用复合冲压时，还包括其他力；为压力机的公称压力。 拉深功可按下式计算： 第一次拉深： （4.5.7） 后续各次拉深： （4.5.8） 式中： 第一次和以后各次拉深的最大拉深力(N) ； 平均变形力与最大变形力的比值，见表4.5.4 ； 第一次和以后各次的拉深高彦(mm) 。图 4.5.10 和 拉深所需压力机的电动机功率为： （KW） （4.5.9） 式中： A 拉深功(N.m) ；不均衡系数，取=1.2-1.4 压力机效率、电动机效率，取取玉力机每分钟的行程次数。 若所选压力机的电动机功率小于计算值，则应另选功率较大的压力机。 4.5.3 拉深工艺的辅助工序 拉深中的辅助工序很多，大致可以分为以下几种： (1) 拉深工序前的辅助工序，如材料的软化热处理、清洗、润滑等； (2) 拉深工序间的辅助工序，如软化热处理、涂漆、润滑等； (3) 拉深后的辅助工序，如消除应力退火、清洗、打毛刺、表面处理、检验等等。下面就主要的辅助工序作简单介绍。 1润滑 拉深时毛坯与模具表面接触时相互之间产生很大的压力，使毛坯在拉深时与接触表面产生摩擦力。在凸缘部分和凹模人口处的有害摩擦不仅会降低拉深的许用变形程度，而且会导致零件表面的擦伤，降低模具寿命，这种情况在拉深不锈钢、高温合金等粘性大的材料时更加严重。为此，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。而在凸模表面或与凸模接触的毛坯表面则切忌涂润滑剂。拉深低碳钢时常用的润滑剂如表4.5.5 所示。当拉深应力较大，接近材料的时，应采用含大量粉状填料的润滑剂，否则拉深中润滑剂易被挤掉，润滑效果不好。 表 4.5.5 拉深低碳钢用润滑剂 当拉深应力不大时，可采用不带填料的油质润滑剂。 拉深圆锥形、球形工件时可用乳化液，以增加摩擦力，减少毛坯的起皱，同时起冷却作用，并减少模具的磨损。在变薄拉深时，润滑剂不仅是为了减少摩擦，同时又起冷却模具的作用，因此不可能采用干摩擦。在拉深钢质零件时，往往在毛坯表面进行表面处理 ( 如镀铜或磷化处理 ) ，使毛坯表面形成一层与模具的隔离层，它能贮存润滑剂，并在拉深过程中具有“自润”性能。拉深不锈钢、高温合金等粘模严重、强化剧烈的材料时，一般也需要对毛坯表面进行“隔离层”处理。常用的方法是在金属表面喷涂氯化乙烯漆 (G01 4) ，而在拉深时再另涂机油。 2热处理在拉深过程中，除铅和锡外，所有金属都要产生加工硬化，使金属强度指标增加，而塑性指标和 降低。同时，由于塑性变形不均匀，拉深后材料内部还存在残余应力。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，其退火温度如表4.5.6 所示，如低温退火后的效果不够理想，也可采用高温退火。拉深完后则采用低温退火。 表 4.5.6 低温退火温度退火使生产周期延长，成本增加，应尽可能避免。对普通硬化金属，如 08 ， 10 ， 15 ，黄铜和退火铝等，只要拉深工艺制定合适，加上模具设计合理，就可能免于中间退火。对于高硬化的金属，如不锈钢、耐热钢等，一般在一、二次拉深工序后即需进行中间退