冷冲模设计机械版案例.ppt

1 2 第六章拉深工艺与拉深模具 拉深工艺可以在普通的单动压力机上进行 拉深较浅的工件 也可以在专用的双动 三动拉深压力机或液压机上进行 在冲压生产中 拉深的种类很多 各种拉深件按变形力学特点可以分为以下四种基本类型 图 圆筒形零件 图 指直壁旋转体 曲面形零件 图 指曲面旋转体 盒形零件 图 指直壁非旋转体 非旋转体曲面形状零件 图6 1d 指各种不规则的复杂形状零件 3 第六章拉深工艺与拉深模具 第一节拉深过程分析第二节筒形件拉深的工艺计算第三节筒形件在以后各次拉深时的特点及其方法第四节拉深力与压边力的计算第五节拉深模工作部分结构参数的确定第六节拉深模的典型结构第七节其它形状零件的拉深特点 4 第一节拉深过程分析 一 拉深变形过程二 拉深过程中毛坯各部分的应力 应变状态分析三 拉深变形的力学分析四 拉深时的主要质量问题 起皱与拉裂 5 一 拉深变形过程 直径为D 厚度为t的圆形毛坯经拉深模拉深 得到了具有外径为d 高度为h的开口圆筒形工件 拉深凸模和凹模与冲裁模不同的是工作部分没有锋利的刃口 而是分别有一定圆角半径R凸与R凹 并且其单面间隙稍大于板料厚度 毛坯在这样的条件下冲压时 在凸模的压力作用下 被拉进凸模和凹模之间的间隙中形成了筒形件的直壁部分 6 圆形平板毛坯拉成筒形时 材料的转移情况 若将平板毛坯的三角形阴影部分切去 把留下部分的狭条沿着直径为d的圆周弯折过来 再把它们加以焊接 就可以做成一个高度h D d 的圆筒形工件 7 8 二 拉深过程中毛坯各部分的应力 应变状态分析 9 三 拉深变形的力学分析 一 凸缘变形区的应力分布 10 11 四 拉深时的主要质量问题 起皱与拉裂 一 起皱 二 拉裂 拉深件筒壁部的危险断面 筒壁所受的拉应力分析 拉裂 12 第二节筒形件拉深的工艺计算 一 旋转体拉深件毛坯尺寸的计算二 拉深系数三 拉深次数的确定四 筒形件各次拉深件的半成品尺寸计算 13 一 旋转体拉深件毛坯尺寸的计算 一 确定毛坯形状与尺寸的依据 毛坯的形状应符合金属在塑性变形时的流动规律 其形状一般与拉深件周边形状相似 毛坯的周边应该是光滑的曲线而无急剧的转折 所以 对于旋转体来说 毛坯的形状无疑是一块圆板 只要求出它的直径 拉深前后 拉深件与其毛坯的重量不变 体积不变 对于不变薄拉深 则其面积基本不变 重量法 14 体积法 面积法 15 由于板料具有方向性以及毛坯在拉深过程中的摩擦条件不均匀等因素的影响 拉深后的工件顶端一般都不平齐 需要修边 所以在毛坯尺寸中 应包括修边余量 表 为筒形件的修边余量 表 为带凸缘筒形件的修边余量 16 二 简单形状的旋转体拉深件 17 例6 11求无凸缘筒形件的毛坯直径 18 例6 12求带凸缘的筒形件的毛坯直径 19 三 复杂形状的旋转体拉深件 20 作图解析法适用于曲线连接的形状 21 二 拉深系数 一 拉深系数m的概念 22 二 影响拉深系数的因素 材料的力学性能 板料的相对厚度t D 拉深条件 模具工作部分的结构参数 压边条件 摩擦与润滑条件 三 极限拉深系数的确定 23 三 拉深次数的确定 计算法 推算法 24 查表法 25 四 筒形件各次拉深件的半成品尺寸计算 各次半成品的直径 各次半成品的高度 26 第三节筒形件在以后各次拉深时的特点及其方法 一 以后各次拉深的特点二 以后各次拉深的方法 27 一 以后各次拉深的特点 首次拉深时 平板毛坯的厚度和力学性能都是均匀的 而以后各次拉深时 筒形件毛坯的壁厚与力学性能都不均匀 首次拉深时 凸缘变形区是逐渐缩小的而在以后各次拉深时 其变形区 dn dn 保持不变 只是在拉深终了以前 才逐渐缩小 所以在拉深过程中 拉深力的变化不一样 首次拉深时 拉深力的变化是变形抗力的增加与变形区域的减小这两个相反的因素互相消长的过程 因而在开始阶段较快达到最大拉深力 然后逐渐减小为零 以后各次拉深时的危险断面与首次拉深时一样 都是在凸模圆角处 但首次拉深时最大拉深力发生在初始阶段 所以破裂也发生在拉深的初始阶段 而以后各次拉深的最大拉深力发生在拉深的最后阶段 所以破裂就往往出现在拉深的末尾 以后各次拉深的变形区 因其外缘有筒壁刚性支持 所以稳定性较首次拉深为好 不易起皱 只是在拉深的最后阶段 筒壁边缘进入变形区后 变形区的外缘失去了刚性支持才有起皱的可能 28 二 以后各次拉深的方法 反拉深与正拉深相比较有如下特点 反拉深时 材料的流动方向与正拉深相反 有利于相互抵消拉深时形成的残余应力 反拉深时 材料的弯曲与反弯曲次数较少 加工硬化也少 有利于成形 当正拉深时 位于压边圈圆角部的材料 流向凹模圆角处 内圆弧成了外圆弧 而在反拉深 时 位于内圆弧处的材料在流动过程中始终处于内圆弧地位 反拉深时 毛坯与凹模接触面比正拉深大 材料的流动阻力也大 材料不易起皱 因此一般反拉深可不用压边圈 这就避免了由于压边力不适当或压边力不均匀而造成的拉裂 反拉深时 其拉深力比正拉深力大 左右 29 第四节拉深力与压边力的计算 一 拉深力计算二 压边力计算三 拉深时压力机吨位选择四 拉深功与功率计算 30 一 拉深力计算 31 二 压边力计算 32 三 拉深时压力机吨位选择 在选择压力机的吨位时应注意 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去选择压机吨位 因为压力机的公称压力是指滑块在接近下止点时的压力 所以要注意压力机的压力曲线 如果不注意压力曲线 很可能由于过早地出现最大冲压力而使压机超载损坏 33 四 拉深功与功率计算 34 第五节拉深模工作部分结构参数的确定 一 拉深凹模和凸模的圆角半径二 拉深模的间隙Z三 拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差四 拉深凸模和凹模的结构 35 一 拉深凹模和凸模的圆角半径 凹模圆角半径R凹 凸模圆角半径R凸 36 二 拉深模的间隙Z 间隙Z可按下列方法确定 不用压边圈时 考虑起皱可能性 其间隙取 用压边圈时 其间隙按表 选取 对于精度要求较高的拉深件 为了减小拉深后的回弹 降低零件的表面粗糙度 常采用负间隙拉深 其间隙值取 37 三 拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差 38 四 拉深凸模和凹模的结构 不用压边圈的拉深凸模和凹模 39 40 用压边圈的拉深凸模和凹模 41 带限制型腔的拉深凹模 42 一 首次拉深模二 以后各次拉深模三 落料拉深复合模四 带料连续拉深的特点及其模具 第六节拉深模的典型结构 43 一 首次拉深模 一 无压边装置的简单拉深模 44 二 无压边装置的拉深模 45 三 压边装置的分析 弹性压边装置 这种装置多用于普通的单动压力机上 通常有如下三种结构 橡皮压边装置 图 弹簧压边装置 图 气垫式压边装置 图 46 刚性压边装置 47 二 以后各次拉深模 48 三 落料拉深复合模 49 四 带料连续拉深的特点及其模具 连续拉深是在带料上直接进行拉深 零件拉成后才从带料上冲裁下来 用这种拉深方法生产率很高 但模具结构甚为复杂 只有在大批量生产且零件不大的情况下才宜采用 或者零件特别小 操作很不安全 虽不是大批量生产 但有相当的产量时也可考虑采用 连续拉深不能进行中间退火 所以在选用这种拉深方法时 首先应审查材料不进行中间退火所能允许的最大总拉深变形程度 即允许的极限总拉深系数 是否满足拉深件的总拉深系数 50 带料连续拉深分无切口与有切口两种 51 图 所示为带料连续拉深模的结构示意图 这副模具冲制带锥形口的短管 共有八个工位 第一工位冲工字形的切口 第二工位先拉深成锥形 第三 四 五工位将半成品逐渐拉深成筒形件 第六工位切底 第七工位整形 校正工件的内 外径 第八工位落料 在二 三 四 五 七工位的下模中都有弹性顶件器 以便在每次冲压后托起整个带料向前送进 52 一 带凸缘筒形件的拉深特点二 阶梯形零件的拉深特点三 曲面形状零件 锥形零件的拉深特点四 盒形零件的拉深特点五 非旋转体曲面形状零件的拉深特点 第七节其它形状零件的拉深特点 53 一 带凸缘筒形件的拉深特点 在冲压生产中 经常遇到带凸缘的拉深件 它有时是成品零件 有时是形状复杂的冲压件的一个过渡形状 带凸缘筒形件的拉深过程和无凸缘的筒形件相比 其区别仅在于前者将毛坯拉深至某一时刻达到零件所要求的dt时不再拉深 而不是将凸缘变形区的材料全部拉入凹模内 所以从变形过程的本质看 两者是相同的 一 带凸缘筒形件的工艺计算与拉深方法 带凸缘筒形件的毛坯直径为 带凸缘筒形件的第一次拉深系数为 54 55 二 宽凸缘筒形件拉深的工艺计算举例 例6 4计算图 所示带凸缘筒形件的毛坯直径 拉深次数及各次半成品尺寸 材料为 钢 料厚t 解 料厚大于 下面均按中线尺寸计算 56 二 阶梯形零件的拉深特点 旋转体阶梯形零件拉深时 其变形特点与圆筒形件相同 也就是说 每一阶梯相当于相应圆筒形件的拉深 其冲压工艺过程和工序次数的确定 工序顺序的安排应根据零件的尺寸与形状区别对待 先要判断能否一次拉出 57 当上述条件得不到保证时 则需要多次拉深 其拉深方法如下 当每相邻阶梯的直径比d d d d dn dn 1均大于相应的圆筒形零件的极限拉深系数时 则可以由大阶梯到小阶梯 每次拉一个阶梯 其拉深次数为阶梯数目 图 当某相邻的两个阶梯直径的比值小于相应圆筒形零件的极限拉深系数时 在这个阶梯成形时应采用带凸缘零件的拉深方法 图 对于浅阶梯零件 因阶梯直径差别较大而不能一次拉出时 可采用首先拉成球面形状 图 或大圆角的筒形件 图 然而用校形工序得到零件的形状和尺寸 58 三 曲面形状零件 锥形零件的拉深特点 59 一 拉深时的变形特点 60 二 球形件的拉深方法 对于半球形件的拉深 其拉深系数与零件直径大小无关 是个常数 其值如下 61 三 抛物面形零件的拉深方法 图 62 四 锥形零件的拉深方法 63 图 浅锥形零件落料 拉深 卷缘复合模 垫板 导向销 卷缘模 成型凹模 推件板 落料凹模 落料凸模 成型凸模 卸料板 垫板 弹顶器 64 四 盒形零件的拉深特点 所谓盒形零件是指非旋转体直壁类形状的零件 最典型的就是各种方形盒与矩形盒的工件 一 盒形零件拉深的变形特点 盒形零件拉深时 其毛坯沿周边的变形程度是不均匀的 由于直边部分切向压缩变形的存在 使圆角部分的拉深变形程度和由变形而引起的硬化程度与相应的以直径为 r 高度为H的圆筒形零件相比均有所降低 直边部分对圆角部分的影响大小 决定于矩形件的形状 65 二 盒形件初次拉深的极限变形程度 三 盒形件的毛坯形状与尺寸的确定 盒形件拉深时 正确确定毛坯形状和尺寸 不仅能够节省材料和得到口部平齐的零件 而且也有利于毛坯的变形以保证零件的质量 毛坯尺寸过大 会引起危险断面拉应力的无谓增加 对提高变形程度和减少工序不利 毛坯局部尺寸过大 会加剧毛坯周边变形分布的不均程度 造成变形困难 以致在变形过分集中的部位引起局部起皱 盒形件毛坯的确定同样应根据面积不变的原则 另外还要根据盒形件拉深时沿周边的切向压缩与径向拉深变形不均匀的特点对毛坯的形状与尺寸作一定的修正 66 低盒形件毛坯尺寸与形状的确定 所谓低盒形件是指一次拉深可以完成或虽然要拉两次 但第二次仅用来整形以减小壁部转角及底部圆角的盒形件 对直边与圆角的相接处进行修正 使其光滑连接 67 高盒形件毛坯形状和尺寸的确定 所谓高盒形件是指必须采用多次拉深才能最后成形的盒形件 方形盒 矩形盒 68 四 高盒形零件多工序的拉深方法 高盒形零件多次拉深时的变形特点 高盒形零件在多次拉深时的变形特点 不但不同于圆筒形零件的多次拉深 而且也和它本身在首次拉深中的变形有很大差别 方形盒的拉深方法 69 矩形盒的拉深方法 70 五 盒形件拉深模工作部分形状和尺寸的确定 71 六 盒形零件拉深模结构举例 72 五 非旋转体曲面形状零件的拉深特点 一 拉深时的变形特点 虽然非旋转体曲面形状的零件有多种多样 但其共同的变形特点可以归纳为既有曲面形状零件的内部胀形和外周拉深的复合变形的特点 又有变形沿零件周边分布不均匀的特点 因此 对曲面形状零件和盒形件拉深变形的分析方法 得出的结论和解决各种问题的措施等 基本上都可以用于非旋转体曲面形状零件的成形 但是必须综合地考虑着几方面因素的相互关系和影响 并根据零件几何形状的特点予以灵活运用 73 二 拉深方法 74 三 复杂形状零件拉深模结构举例 模具安装在双动压力机上 压边圈 安装在压力机的外滑块上 凸模固定座 安装在压力机的内滑块上 当压力机滑块下行时