冲压模具设计课件

冲压模具设计,任课教师：储凯,第一章冲压基本知识,1-1慨述一、冲压定义：通过模具施加外力，使板材或带材分离或塑性变形，获得所需形状和尺寸的加工方法。二、冲压特点：1、生产率高、加工成本低、材料利用率高（可达70-80%）；2、可生产形状复杂、质量稳定的工件；3、冲压件互换性好、重量轻、刚度好、外观好；4、应用面广，广泛用于国民经济各个领域。三、冲压分类：1、分离工序2、变形工序,第一章冲压基本知识,1-2冲压基本工序一、分离工序：切断、冲裁、切边、切口等。二、变形工序：弯曲、拉深、翻边、起伏、胀形、缩口、扩口等。,第一章冲压基本知识,第一章冲压基本知识,第一章冲压基本知识,1-3金属冲压变形规律一、冲压变形的应力应变状态：1、应力状态：主应力:变形区任一单元六面体各面只有三对正应力而无切应力时，这三个正应力为主应力-1、2、3。最大主应力；三个主应力中绝对值最大的主应力。并规定123主切应力：与主应力面成45夹角平面上的切应力，大小为相邻主应力之差的一半。最大主切应力：三个主切应力中绝对值最大的主切应力:max=(1-3)/2;最大主切应力是判断变形区是否进入塑形状态的依据.,第一章冲压基本知识,应力按其方向分为拉应力(+)和压应力(-).2、应变类型：线应变单位长度的变化量。按所受应力状态，分为拉伸变形和压缩变形切应变单元体平面角度变化量3、真实应变：实际应变由应变增量逐渐积聚：=(1+)在工程上除要求较高精度外，通常采用应变代替真实应变。,第一章冲压基本知识,二、塑性变形的体积不变规律和塑性条件：1、体积不变规律：塑性变形前后，变形体体积不变；三个主应变：1+2+3=0；最大应变与其他两个应变的符号相反。2、塑性条件：在多向应力作用下，只有各应力间符合一定关系时，材料才能进入塑性屈服状态，应力之间的这种关系即为塑性条件。1-3（1-1.15）S三、塑性变形后的弹性恢复:冲压时,只要发生塑性变形,都存在弹性变形,存在弹性恢复后工件尺寸的改变影响冲压工件的形状和尺寸。,第一章冲压基本知识,四、变形区的受力情况:冲压时,可视厚度方向无尺度变化，故认为厚度方向应力t0,因而板料受两向平面应力(切向和径向r)状态:板料受两向拉应力，如翻边变形时；板料受两向压应力，如缩口变形时；板料受方向相反两向应力，如拉深变形时。五、冲压成形的变形倾向性：在冲压变性过程中，材料需要最小变形力的区域为变形的弱区。材料在受力时，弱区为变形区。（在冲压工艺和模具结构设计时，应使变形区为弱区）,第一章冲压基本知识,1-4塑性变形对性能的影响一、加工硬化：随塑性变形量增加，造成滑移位错密度增加，金属硬度、强度上升，塑性下降。金属变形抗力加大，材料不断变化，逐渐向b接近。二、内应力出现：由于变形的不均匀性，产生宏观和微观应力，导致脆性上升。上述两点导致边形量过大时出现材料开裂（故大多变形工序需控制变形量）。三、各向异性出现：金属在冷塑性变形过程中，随变形量增加,晶格位向趋于一致（织构现象)，出现各向异性。致使变形区边缘出现不规则（故大多数变形工序后需加切边工序）。,第一章冲压基本知识,1-5冲压常用材料一、冲压对材料的要求1、良好的冲压性能良好塑性：小的屈强比：s/b2、良好的表面质量3、合乎规定的厚度公差二、常用冲压材料种类1、黑色金属：普通钢：Q175、195、215、235等；优质钢：08F、10、15、20、25、30等；低合金钢：09Mn2、16Mn、15MnV、15MnTi等；不锈钢：1Cr13、0Cr18Ni9等；硅钢板：D12、D24等。2、有色金属：铝及铝合金；铜及铜合金；钛合金等3、非金属材料：塑料板、有机玻璃板、纤维板、皮革等。,第二章冲裁,2-1冲裁基本原理一、冲裁变形过程：1、弹性变形阶段：凸、凹模间的间隙导致板料在凸模压力下产生力矩，发生弹性弯曲使应力集中于凸、凹模刃口处:凸模刃口处受压应力，凹模刃口处受拉应力凸、凹模刃口处应力急剧上升。,第二章冲裁,2、塑性变形阶段：随压力增加，凸、凹模刃口处应力s板料在刃口处产生塑性变形，刃口进入材料（剪切断面出现塑性拉入圆角)塑性变形向内层发展（剪切断面出现塑性光亮带），并伴随加工硬化刃口处应力达到抗剪强度b凹模刃口处出现裂纹源。,第二章冲裁,3、断裂阶段：凸模继续下降凹模刃口处首先出现裂纹凸、凹模刃口处裂纹向板材深度扩展上、下裂纹会合，板材分离（剪切断面出现断裂带）。二、剪切断面：圆角带：塑性变形阶段，刃口进入材料，材料被塑性拉入，断面出现边缘塑性圆角带（约5%）；光亮带：刃口深入材料，材料产生塑性剪切变形，在凸、凹模侧面压力挤压下，出现塑性光亮带（约1/3）；断裂带：裂纹扩展，上、下裂纹会合，板材分离，断面出现断裂带（约60%）；毛刺：由于上、下裂纹不一定正对，断裂后往往被拉出毛刺。,第二章冲裁,2-2冲裁间隙冲压模具凸、凹模刃口尺寸之差，为间隙Z。一、间隙值的影响：合理间隙值Z：使冲裁面平直、光洁；圆角带、毛刺小。模具摩擦合理、受力均匀，寿命提高。间隙过小：出现断口夹层，毛刺拉长；间隙过大：冲压件尺寸精度下降，毛刺粗大，断面斜度加大，圆角带加大。二、间隙值确定：冲裁间隙取决于：材料厚度t材料塑性冲裁间隙值Zmax、Zmin（双面间隙）可查表获得（表2-2）。,第二章冲裁,2-3冲裁模凸、凹模刃口尺寸及制造公差一、刃口计算原则：1、按冲裁工序特点：落料：工件尺寸决定于凹模尺寸：先确定凹模尺寸减去间隙为凸模尺寸。冲孔：工件尺寸决定于凸模尺寸：先确定凸模尺寸加上间隙为凹模尺寸。,第二章冲裁,2、按刃口磨损规律：凹模刃口尺寸变大：落料凹模刃口尺寸应等于或接近于工件落料最小极限尺寸。凸模刃口尺寸变小：冲孔凸模刃口尺寸应等于或接近于工件冲孔最大极限尺寸。无论落料或冲孔，凸、凹模磨损都使间隙加大，故Z应取最小值Zmin.3、模具刃口制造公差:高于工件精度（）2-4级工件IT8-14模具IT6-9；或取工件精度的1/3-1/4,第二章冲裁,二、刃口计算方法：1、凸、凹模分开加工：（在图纸上分别标注凸、凹模尺寸及公差）条件：形状简单满足凸+凹Zmax-Zmin计算方法：落料：（D-）先计算凹模尺寸D凹=（D-k）+凹减去间隙为凸模尺寸：D凸=（D-k-Zmin）-凸冲孔：（B+）先计算凸模尺寸d凸=（d+k）-凸加上间隙为凹模尺寸：d凹=（d+k+Zmin）+凹其中k为系数，由工件确定:IT14级：05IT11-13：075IT8-10：1（或查表2-4）多孔的孔心距：（由凹模保证）Ld=（Lmin+/2）/2,第二章冲裁,2、凸、凹模配合加工：当：形状复杂；或凸+凹Zmax-Zmin时，应配合加工。特点：间隙值在配制中保证，不需限制凸+凹Zmax-Zmin；尺寸只表注在基准件上。凹模磨损后：凸模磨损后：尺寸变大-A尺寸尺寸变小-A尺寸尺寸变小-B尺寸尺寸变大-B尺寸尺寸不变-C尺寸尺寸不变-C尺寸,第二章冲裁,落料件：确定凹模尺寸：（A-）A凹=（A-k)+凹（B+）B凹=（B+k)-凸（C）C凹=C凹/2凸模尺寸按凹模尺寸配制，保正双面间隙Zmax-Zmin冲孔件：确定凸模尺寸：（a+）a凸=（a+k)-凸（b-）b凸=（b-k)+凹（C）C凸=C凹/2凹模尺寸按凸模尺寸配制，保正双面间隙Zmax-Zmin,第二章冲裁,2-5冲裁时的力一、冲裁力：F冲=1.3Ltb=Ltb降低冲裁力的方法：选用阶梯凸模：落料、冲孔，多孔冲孔凸模刃口阶梯差（05-1）t选用斜刃口模具：落料时凹模为斜刃口；冲孔时凸模为斜刃口。二、卸料、推件力：卸料力（从凸模上卸去条料）：F卸=k卸F冲推件力（顺冲压方向从凹模中推出工件）F推=nk推F冲n为凹模刃口卡住工件或废料个数顶件力（反冲压方向从凹模中顶出工件）F顶=k顶F冲（各系数K可查表）,第二章冲裁,2-4提高冲裁精度的方法一、精密冲裁1、精冲特点：精冲时三向受压应力：小间隙（约为冲裁间隙的十分之一）；带齿压边圈+顶件块压紧材料F压=(0.4-0.6)F精；F顶=(0.1-0.25)F精凹模有R=0.1t的小圆角以上两点使材料冲裁时不出现开裂和撕裂，获得平滑塑性剪切断面。更大的冲裁力：F精=(2.3-2.5)F冲2、精冲种类：光洁冲裁:z=0.01-0.02mm,小圆角凹模刃口齿圈压板精冲：光洁冲裁加齿圈压边和顶件负间隙精冲（裂纹方向与一般冲裁相反，呈倒锥形，然后从凹模型孔中塑性挤出）Z=-（2-10）%t，F=（1.3-2.5）F冲,第二章冲裁,二、整修：用模具沿冲裁面削去一层特点：小间隙0.006-0.01或负间隙-(0.02-0.1)t整修余量:4-7%t,第二章冲裁,2-5冲裁工艺设计一、排样及材料利用率1、排样方式2、搭边值a:冲裁件之间及与条料之间用以补偿定位误差的余料3、条料宽度:b=(D+2a+z)-z:条料与道尺间隙b=(D+2a)-（有侧压时）4、材料利用率：工件总面积/条料面积=nA/bl100%n-工件个数A-工件面积b、l-条料宽和长,第二章冲裁,二、工艺方案确定1、确定冲压件工序2、拟定工艺方案并进行比较提出几种工艺组合方案（单工序、几道工序组合：方式、连续或复合等），并比较其优缺点。3、确定工艺方案根据冲压件精度、生产批量、模具结构及加工条件，确定最佳方案。三、模具压力中心确定1、对称形状工件：压力中心位于图形几何中心。,第二章冲裁,2、复杂形状工件：将凸模轮廓线分解成若干基线段直线、圆弧、曲线段；计算各线段重心的座标值xi、yi（圆弧、曲线段重心座标值查表）；根据各线段重心的座标值，求整个图形压力中心Xc=L1X1+L2X2+LnXn/L1+L2+LnYc=L1Y1+L2Y2+LnYn/L1+L2+Ln3、多凸模压力中心：Xc=L1Xc1+L2Xc2/L1+L2Yc=L1Yc1+L2Yc2/L1+L2,第三章模具结构和模具零件,3-1模具总体结构一、模具分类：1、单工序模：压力机滑块一次行程只完成一道工序的模具。特点：模具结构简单、生产率低、冲压件累计误差较大。用于批量不大、精度要求不高的工件。2、级进连续模：压力机滑块一次行程在不同工位，同时完成几道工序的模具特点：模具结构较复杂、生产率较高、冲压件累计误差较大。用于批量大、精度要求不高、不宜采用复合模（凸凹模壁厚太薄）的工件。,第三章模具结构和模具零件,3、复合模：压力机滑块一次行程,在同一工位，同时完成几道工序的模具。特点：模具结构复杂、生产率较高，冲压件精度高。用于批量大、精度要求较高的工件。二、模具的结构组成部分：1、工作部分：直接完成冲压工序的零件。主要指凸模、凹模、凸凹模。2、定位部分：确定条料或坯料在模具中的位置。有挡料销、导尺、側刃、导料销、定位销等。3、卸料部分：将工件或废料从模具的凸模上和凹模中脱卸。有卸料、推件、顶件零件等。以上三部分零件都将在模具工作时与冲压材料直接接触。,第三章模具结构和模具零件,4、导向部分：保证上、下模之间的精确导向和凸、凹模间隙的均匀。有导尺、导套、导板等。5、固定联结部分：将模具各零件固定联结在上、下模座上，并固定在压力机上。有模座、模柄、固定板、垫板及螺钉、销钉等。三、模具闭合高度模具闭合高度H：模具在下底点位置时，上模座顶面至下模座底面的距离。压力机闭合高度：滑块在下底点位置时，滑块下端面至工作台面的距离。通过连杆调节，有Hmax和Hmin。其关系应满足：Hmax-5HHmin+10,第三章模具结构和模具零件,第三章模具结构和模具零件,第三章模具结构和模具零件,第三章模具结构和模具零件,第三章模具结构和模具零件,第三章模具结构和模具零件,3-2模具结构零件设计一、凸、凹、凸凹模：1、凸模：（T10A60-62HRC)凸模型式：标准圆凸模：根据凸模直径，可采用不同台阶，以增大抗弯强度带护套小凸模：用于直径小于材料厚度凸模大断面凸模（考虑联结固定）非圆形凸模（考虑与固定板配合）凸模强度校核：抗压强度：F冲/冲头断面积压抗弯强度：凸模最大自由长度凸模端面强度校核：F冲/凸模端面面积100Mpa，否则需加垫板,第三章模具结构和模具零件,2、凹模：(T10ACrWMn58-60HRc)凹模型孔类型（冲裁凹模）：圆柱形型孔凹模：用于冲裁形状复杂、精度要求较高的工件。刃口高度：t0.5mmh=3-5mmt=0.5-5mmh=5-10mmt5mmh=10-15mm锥形型孔凹模：用于冲裁形状简单精度要求不高的薄板工件。可调间隙凹模：（少用）凹模外形尺寸：一般由模具总体结构确定，也可查表确定凹模一般具有足够强度，故不需校核,第三章模具结构和模具零件,3、凸凹模：(T10ACrWMnCr12MoV60-62HRC)凸凹模内外缘皆为刃口，尺寸受工件限制，为保证强度，应限制最小壁厚。最小壁厚可查表或1.5t。4、凸、凹、凸凹模的固定：直接固定：螺钉+销钉（按H7/m6过度配合），螺钉+窝座（按H7/K6过度配合）与模座联结。固定板固定：固定板与凸、凹、凸凹模间按H7/m6或H7/n6过度配合，再由螺钉+销钉与模座固定联结。铆接固定：用于复杂形状凸模。凸模不做出台阶，与固定板装配后铆合磨平。其它固定：粘结等,第三章模具结构和模具零件,二、定位零件：1、挡料销和侧刃：保证条料送进方向的定位。,第三章模具结构和模具零件,挡料销：（4545-50HRC)固定挡料销：一般装在凹模（下模）上（按H7/m6过度配合）。弹性挡料销：常装于下模卸料板上,以在上模的凹模压下时向下移动。始用挡料销：用于级进模第一工步定位，常与导尺配合。側刃：（T10A58-62HRC)用于定位精度要求较高，步距较小的级进模，切去条料旁側少量材料，限定进料步距。侧刃断面长度：L=A+(0.05+0.1)mm侧刃断面宽度：B=6-10mm,第三章模具结构和模具零件,2、导尺和导料销：垂直条料进方向的定位。导尺:（4545-50HRC)固定在下模的落料凹模上导尺间距=条料宽度+(0.5-1)mm导尺厚度=(2-3)挡料销高度导料销:固定导料销：（当落料凹模在下模时）装在凹模上（按H7/m6过度配合）。活动导料销：（当落料凸模在下模时）装于下模卸料板上。导料销尺寸、材料可按挡料销选用。3、导正销：（T8A52-56HRC)按H7/m6过度配合安装在凸模端面,用于上道工序预制孔的定位,以保证内孔与外形尺寸位置,第三章模具结构和模具零件,3、定位板和定位销：（4543-48HRC)用于单个坯料或工件的定位,第三章模具结构和模具零件,三、卸料零件：1、卸料板：将条料或废料从凸模上卸去（45或Q235）固定卸料板：特点：卸料力大；无压料作用。一般用于t1mm的条料落料，安装在下模的落料凹模上，与凸模间间隙为0.2-0.6mm。弹性卸料板：特点：卸料力较小；有压料作用。用于t1mm的材料，配合安装在落料凸模上和凸模在下模的材料卸料与凸模间间隙为0.1-0.3mm。卸料板厚度一般6-20mm。,第三章模具结构和模具零件,2、推件块：（45）顺冲压方向将工件或废料从上模凹模中推出，一般为压力机滑块的刚性力，无压料作用。3、顶件块：（45）逆冲压方向将工件或废料从下模凹模中顶出，一般为弹性力，有压料作用。4、限位装置：卸料螺钉限位：一般用于弹性卸料板。台阶限位：一般用于推件和顶件块。,第三章模具结构和模具零件,第三章模具结构和模具零件,四、导向零件：用于保证上下模刃口间隙1、导柱和导套：（见图8-39）2、导板：厚度=（0.8-1.0）H凹与凸模保持H7/h6间隙配合,第三章模具结构和模具零件,五、固定联结零件：1、上、下模座：（HT）用于安装模具零件。一般用灰铸铁制造。上、下模座选用标准件，尺寸由凹模周界确定。根据模具大小和送料方式选择模架类型。,第三章模具结构和模具零件,2、模柄（Q235）用于中小模具与压力机滑块的固定。常见型式：压入式：以H7/n6与上模座配合。凸缘式：以H7/js6与上模座配合。,第三章模具结构和模具零件,3、固定板：（Q235）用以固定凸、凹、凸凹模，按H7/m6或H7/n6配合，再与模座联接。厚度：H=0.4H凸；H=（0.6-0.8）H凹4、垫板（4543-48HRC）在小截面凸模与模座之间用以分散模座所受压强。厚度：4-12mm。5、螺钉和销钉：螺钉用于紧固，直径4-20mm，进入被连结件1.5-2d。销钉用于定位，按H7/m6过度配合直径可按螺钉取，数量为2个。,第四章弯曲,4-1弯曲基本原理一、弯曲变形过程：1、弯曲变形区：弯曲圆角部位，直边部分不变形2、变形过程：弹性弯曲弯曲半径减小板料与凸模三点接触,内外表层塑性变形塑性变形由表层向中心扩展板料与凸凹模吻合，弯曲半径与凸模半经一致。,第四章弯曲,二、弯曲的应力应变：1、外側:受拉应力而伸长变形导致开裂弯曲的主要失效2、内側:受压应力而收缩变形导致起皱3、应变中性层：内、外层间长度不变的纤维层，其半径：=+t（:中性层位移系数0.3-0.5)三、最小弯曲半径：1、慨念：会造成外侧开裂的板材外表面切向应变值与相对弯曲半径（弯曲系数k）r/t大小有关,为避免弯曲外侧开裂的临界弯曲半径最小弯曲半径rmin,第四章弯曲,2、最小弯曲半径确定：最小弯曲半径：rmin=kmint在材料厚度确定后，最小弯曲半径由最小弯曲系数kmin确定,也可查表求得.3、影响因素：材料塑性:材料塑性好,变形量大,rmin小.材料的纤维方向：板料经轧制，呈各向异性,应使弯曲线与纤维方向垂直.弯曲角：弯曲时，直边部分纤维将牵制弯曲区受拉状态：当弯曲角90时：弯曲角愈小，对减小rmin愈有利；当弯曲角90时：对减小rmin作用不大。板材表面质量：,第四章弯曲,4-2弯曲回弹一、弯曲回弹及产生原因；1、弯曲回弹及产生原因当弯曲变形结束卸载后,由于弹性恢复,产生相反弹性应力,在外侧压应力,内侧拉应力作用下,使工件弯曲半径与模具尺寸不同回弹回弹值的大小用:角度回弹量,曲率回弹量r表示2、影响回弹的因素材料的机械性能:与屈服强度s成正比,弹性模具E成反比（弹性变形拉力).弯曲变形量:相对弯曲半径r/t和弯曲角小,变形量大,回弹小.弯曲力：愈大，回弹愈小.,第四章弯曲,二、减少回弹的方法：1、改变应力状态:改变凸、凹模形状,加大变形区弯曲力，使变形区全部呈压应状态.2、采用模具补偿减小回弹:V型弯曲件在凸、凹模上加工出回弹角补偿回弹角度.U型弯曲件：在凸模上加工出回弹角或压成圆弧面，补偿回弹.3、弯曲件结构：在弯曲区加加强筋。4、用橡皮或聚氨脂凹模。,第四章弯曲,4、校正弯曲:凸模下底点与工件、凹模刚性接触.校正弯曲力大,压应力区由内区向外区扩展(至全部压应力状态),回弹减小,当力大到一定值时,回弹消失.三、回弹值的确定：一般用经验公式或数据确定1、弯曲系数r/t10时的弯曲回弹(大半径弯曲):凸模圆角半径:r凸=r/(1+kr/t)式中k:简化系数k=0.0032凸模弯角:凸=（r凸/r）凸=180-r/r凸(180-)2、弯曲系数r/trmin.当r2t（当h(2-4)t3mm3、孔边距（孔边缘距弯曲圆角边缘）:避免孔在弯曲件中变形当tt;当t2mm时，L2t当不能满足时，应先弯曲再冲孔4、在弯曲件上增添工艺孔：定位工艺孔，以保证弯曲件在模具中定位；在尖角冲出工艺孔（或工艺槽），消除尖角应力集中,第四章弯曲,二、弯曲件毛坯尺寸计算按中性层长度将毛坯分成直线段与弧线段分别计算1、弯曲半径r0.5t的弯曲件：弧线段长度：L1=(180-)/180L=a+b+L1=a+b+(180-)(r+kt)/1802、弯曲半径rF+F顶校正弯曲时：F机F校,第四章弯曲,4-4弯曲模计算及弯曲模结构一、弯曲模计算：1、凸、凹模圆角半径：凸模圆角半径r凸：当r/t（弯曲系数）rmin当r/t10,弯曲半径较大时：应考虑弯曲回弹r凸=r/(1+kr/t)k:简化系数0.0032-0.0068,第四章弯曲,凹模圆角半径r凹取决于材料厚度：当t4mmr凹=2tV形弯曲凹模底部圆角半径：r凹=(0.6-0.8)(r凸+t)2、凸凹模间隙：V形件:只需调整压力机闭合高度控制，不考虑凸凹模间隙U形件:间隙Z（过大：回弹大；过小：壁厚变薄，模具磨损）钢件：Z/2=tmax+kt1.051.15t（间隙系数k查表4-10）冷轧纲板：Z/2=1.05t高精度时：Z/2=t热轧钢板：Z/21.1t有色金属：Z/2=tmin+kt,第四章弯曲,3、U型弯曲模工作部分计算弯曲件标注外尺寸:先确定凹模尺寸:双面公差:B凹=(B-0.25)+凹单面公差:B凹=(B-0.75)+凹再确定凸模尺寸:B凸=(B凹-Z)-凸,第四章弯曲,弯曲件标注内尺寸:先确定凸模尺寸:双面公差:B凸=(B+0.25)-凸单面公差:B凸=(B+0.75)-凸再确定凹模尺寸:B凹=(B凸+Z)+凹4、凹模深度L0:弯曲件在凹模中的深度不宜过小，否则回弹加大。凹模深度可分别查表求出。,第四章弯曲,二、弯曲模结构：1、V型弯曲模：一次弯曲一个弯曲角敞开式弯曲模（无导柱）：通用性高、结构简单.,第四章弯曲,2、U型弯曲模：一次弯曲两个弯曲角一般U形弯曲模：导向，定位，顶出,第四章弯曲,第四章弯曲,弯角10mm：先弯成波浪形，再压成圆筒形。也可用活动凹模一次压成。,第四章拉深,拉深：利用具有一定圆角半径的模具，将平板毛坯制成开口空心状零件的冲压过程。分类：旋转体零件、盒形零件、带凸缘零件、复杂曲面零件。5-1拉深基本原理一、拉深变形过程：凸模下降，接触筒底将力通过筒壁传递至凸缘凸缘部分受力，产生塑性变形，在力的作用下沿径向向中心移动，不断进入凹模变成筒壁凸缘逐渐缩小，筒壁不断增高最后完成拉深。,第五章拉深,二、拉深的应力应变：1、凸缘部分（变形区）切向受压应力：使凸缘直径逐渐缩小，当无压边力t，或压边力较小时，切应力使凸缘部分可能产生不均匀增厚。max在凸缘最外缘处。径向受拉应力r:使凸缘材料进入凹模，完成拉深。rmax在凸缘圆角处。,第五章拉深,2、凸缘圆角部分（过渡区）切向压应力使此区材料有增厚趋势；径向拉应力使凸缘材料向凹模流动；凹模圆角弯曲压力（R凹愈小，应力愈大）使材料有变薄趋势。3、筒壁部分（传力区）：本身承受单向拉应力使材料有变薄趋势。由于上部与凸缘圆角增厚材料部分相连，最终筒壁下部材料产生变薄现象。4、底部圆角部分（过渡区）径向拉应力；凸模圆角弯曲压力（R凸愈小，应力愈大）；最终底部圆角稍上处，变薄最严重，拉应力最大，易开裂，危险断裂区。5、筒底部分（不变形区）平面拉应力；底部摩擦力反向作用；导制筒底部分基本不变形。（故筒底处不能涂潤滑剂。）,第五章拉深,三、拉深过程中的起皱和开裂：1、凸缘部分的切向压应力，使凸缘材料产生不均匀拱起导致起皱防止措施：采用压边装置(一般用弹性压边圈)和合适的压边力。2、圆角部分受拉应力和弯曲应力导致底部圆角上部首先开裂。防止措施：控制合理的变形程度选用合理的凸、凹模间隙及圆角半径采用中间退火，消除加工硬化合理润滑（筒底部分不能有润滑，以免底部摩擦力太小而导致筒底材料变薄。),第五章拉深,四、拉深变形程度：拉深系数m1、拉深系数：用以表示空心零件拉深变形程度，其值用拉深后和拉深前的直径比表示：m=d/D0拉深系数愈小，表明变形程度愈大。当多次拉深时：m1=d1/D0,m2=d2/d1,极限拉深系数：拉深成形时，工件不被拉裂的最小拉深系数查表（P123，表5-2）。实际拉深时，各次拉深系数必需大于极限拉深系数。2、影响拉深系数的因素：材料性能：塑性愈好，m愈小；相对厚度t/D：愈大，愈不易起皱开裂，m愈小。拉深次数：随拉深次数增加，m变大。拉深件形状：愈复杂，m愈大。3、拉深变形程度还可用相对拉深高度h/d表示。,第五章拉深,5-2旋转体拉深件工艺计算一、拉深件的修边余量拉深变形时，工件口部或凸缘边缘一般不齐，需在零件尺寸上加入修边余量。修边余量可查表求出（无凸缘件：P1225-1；有凸缘件：P1365-12）。二、毛坯展开尺寸计算：1、形状简单的旋转体拉深件：毛坯面积=拉深件各部分面积之和先将拉深件分成若干个简单的几何形状；分别求出各部分面积：A1，A2，A3，总和即为工件面积ai；计算毛坯直径D0=(/4Ai)1/2。简单几何形状旋转体拉深件毛坯直径计算公式可查表（P1255-4）。,第五章拉深,2、复杂形状拉深件拉深件面积计算法则：一任意曲线绕轴线旋转所得旋转体面积等于该曲线长度与其重心绕轴线一周周长乘积：A=2Rxl,第五章拉深,方法：将曲线分成若干个简单形状曲线，分别求出各曲线长度l和重心座标Rx（各曲线重心座标公式可查表P127表5-5），再求出旋转体表面积：A1=2Rx1l1；A2=2Rx2l2；An=2Rxnln工件总面积A0=2Rxl拉深件毛坯直径计算：根据A0=D02/4=2Rxl则D0=（8Rxl）1/2对于复杂形状的拉深件，先做拉深模，按上述公式初步计算，下料后通过拉深模实际试验，测试出合适毛坯尺寸形状后，再做落料模。,第五章拉深,三、拉深次数和各次拉深直径确定：1、由拉深系数m由极限拉深系数，可算出各次拉深最小直径分别为d1=m1D。d2=m2d1直至dn=mndn-1小于工件直径d，即可求出拉深次数n.2、由相对拉深高度h/d根据零件相对高度h/d,查表确定拉深次数n（P1245-3）。再由各次极限拉深系数m1、m2确定各次最小拉深直径。由于最后一次拉深直径应等于工件直径，并小于最后一次拉深的最小拉深直径，其差值，可调整到各次实际拉深直径和拉深系数，以趋合理。,第五章拉深,四、各次拉深高度计算：1、无凸缘件hn=0.25(D02/dn-dn)+0.43rn(dn+0.32rn)/dn式中rn为底部圆角半径2、有凸缘件hn=0.25(D02/dn-dn)+0.43(rn+Rn)+0.14(rn2-Rn2)/dn计算各次拉深高度也可由求毛坯直径的公式推出，即hn=(D02-dn02-2rndn-8rn2)/4dn第一次：h1=(D02-d102-2r1d10-8r12)/4d1第二次：h2=(D02-d202-2r2d20-8r22)/4d2式中D0毛坯直径dn。底部平面部分直径dn拉深直径（中心线）rn凸模圆角半径,第五章拉深,五、拉深力和拉深功：1、拉深力在实际应用上，拉深力接下列公式计算：F=Ltbk系数k查表无凸缘筒形件：第一次拉深：F1=d1tbk1第二次拉深：F2=d2tbk2带凸缘筒形件：F=dtbk3带凸缘锥形件及球形件：F=dktbk3dk:锥形件直径，球形件直径之半椭圆形件：F=dcptbk1dcp:椭圆形平均直径浅盒形件：F=(2b1+2b2-1.72r)tbk4深盒形件：F=(2b1+2b2-1.72r)tbk5r:底部圆角半径b1、b2:矩形边长,第五章拉深,2、压边力计算不采用压边圈条件：起皱与毛坯相对厚度t/D0、拉深系数有关,其值愈大，愈不易起皱不采用压边圈条件：t/D0(0.09-0.1)(1-m)否则需采用压边圈和压边力压边力计算：拉深任何形状工件：F压=AQ（A：压边圈投影面积；Q：单位压边力）据此：筒形件第一次拉深：F压=D02-(d1+2r凹1)2Q/4D02-d12Q/4以后各次拉深：Fn压=dn-12-(dn+2r凹n)2Q/4dn-12-dn2Q/4,第五章拉深,3、设备吨位选择压力机总压力：F总=F+F压+F顶（或F卸）选择压力机吨位P时：浅拉深时：F总(0.7-0.8)P深拉深时：F总(0.5-0.6)P4、拉深功校核机床电机功率拉深时行程较长，耗功较多，需校核电机功率：方法：先计算拉深功：W=CFmaxH/1000C系数：0.6-0.8H:行程再计算电机功率：N=(1.2-1.4)Wn/612012n:滑块每分钟行程次数1:机床效率2:电机效率,第五章拉深,5-3拉深模设计：一、拉深模设计特点：1、拉深凸模高度需满足拉深高度，一般需设计出气孔2、压边圈与毛坯接触面要平整3、弹性元件的行程和压缩量较大4、落料与拉深复合时，落料凹模磨损大于拉深凸模，应高出2-3mm5、复杂的拉深件，应先做拉深模，经确定毛坯尺寸后，再做落料模二、凸模和凹模工作部分设计不允许有砂眼、缩孔、机械损伤凹模：Ra0.8um,圆角Ra0.4um凸模：Ra1.6-0.8um,第五章拉深,1、拉深凹模与凸模的圆角半径凹模圆角半径r凹：有利于金属流动降低弯曲应力（降低拉深系数）减小开裂；但过大：削弱压边圈作用，易起皱首次拉深凹模圆角半径：r凹=0.8（D-d）t1/2（也可查表，手册P131）以后各次拉深，r凹逐渐减小：r凹n-1=（0.6-0.8）r凹n盒形件由于角部变形较大，可略大于直边部分圆角半径凸模圆角半径r凸：有利于减少底部圆角区弯曲应力，减小开裂。但过大：圆角内部易起皱。除最后一次拉深凸模半径由冲压件底部圆角半径确定外，均由凹模圆角半径确定：r凸=（07-1）r凹当最后一次拉深r凸工件r底时，应再加整形工序。盒形件中间工序的底部可用45角过度,第五章拉深,2、凸凹模间隙：Z=d凹-d凸过大：易起皱，工件精度不够过小：增大摩擦和拉应力，拉伤表面，材料变薄旋转体工件：不用压边圈时：Z/2=(1-1.1)tmax用压边圈时：Z/2=tmax+ktk可查表（P1325-10）精度要求高的拉深件，最后一次拉深Z/2=(1-0.95)t盒形件：直边部分参考U形弯曲间隙圆角部分间隙为直边部分1.1Z(圆角部分材料变厚),第五章拉深,3、凸、凹模工作部分尺寸计算：,第五章拉深,凸凹模尺寸确定：当拉深件标注外尺寸时：以凹模为基准先确定凹模尺寸：D凹=（D-0.75）+凹再确定凸模尺寸：D凸=（D凹-Z）-凸=（D-0.75-Z）-凸当拉深件标注内尺寸时：以凸模为基准先确定凸模尺寸：d凸=（d+0.4）-凸再确定凹模尺寸：d凹=（d凸+Z）+凹=（d+0.4+Z）+凹凸凹模制造公差只在最后一道工序中考虑：圆形拉深件制造公差凸凹可查表求出非圆形拉深件制造公差凸凹按比工件公差高4级取值,第五章拉深,二、拉深模结构：1、压边圈结构：第一次拉深压边圈以后各次拉深压边圈,压边圈类型刚性压边圈用于双动压力机拉深大型覆盖件弹性压边圈用于一般中、小拉深件（常用）压边圈结构形式：一般拉深时：平面压边圈拉深薄件、大圆角工件、大型覆盖件、半球形件、锥形件：采用弧形压边圈或加拉深筋压边圈尺寸及技术要求：压边圈外尺寸及厚度可根据模具整体结构确定压边圈内孔与凸模单面间隙为0.2-0.5mm（由料厚度）压边圈接触面：不许可开隙打孔表面糙度Ra0.8um,第五章拉深,2、常见拉深模结构：正装拉深模,第五章拉深,倒装拉深模复合拉深,第五章拉深,第五章拉深,5-4带凸缘的筒形件拉深窄凸缘件：d缘/d=1.11.4寛凸缘件：d缘/d1.4一窄凸缘筒形件的拉深按相同直径拉深步骤拉深成无凸缘筒形件，再压出锥形凸缘，最后一道工序将锥形凸缘压平即成.无凸缘件高度按窄凸缘件展开尺寸换算；修边余量按凸缘件取(P1365-12)。,第五章拉深,二.宽凸缘件的拉深:相当于从平面坯料拉成无凸缘件的中间状态.但工艺计算复杂得多。修边余量:-查表(P1365-12)1、确定能否一次拉成；首次拉深变形程度:与凸缘相对尺寸d缘/d1,相对拉深高度h1/d1,相对圆角半径r/d1有关.工件首次拉深系数:m1n=1/(d缘/d+4h/d3.44r/d)查表(P1365-13)查出首次极限拉深系数m1工件拉深相对高度:h/d查表(P1365-14)查出首次拉深最大相对高度h1/d1当工件拉深系数m1nm1，相对高度h/dh1/d1，可一次拉成，否则须多次拉深。2、须多次拉深的宽凸缘件：以后各次拉深系数可按圆筒件选用.,第五章拉深,凸缘直径d缘在首次拉出,并多拉3-10%材料(避免凸缘变形,变薄,以保证凸缘直径不变).在以后各次拉深中,d缘直径不变（凸缘直径d缘微小缩小，都会使工件开裂）,再逐次将多余材料挤回凸缘（可保证凸缘尺寸和补偿计算误差）.二带凸缘件的拉深方法由拉深系数和相对拉深高度确定拉深次数，由各次拉深系数计算各次拉深直径，计算时仍需合理调整各次拉深直径并考虑多拉入3-5%的材料。1.料厚,相对深度h/d相近的大、中型件:第一次拉深:大圆角半径,高度一次到位.以后各次拉深:拉深高度不变,以缩小圆角半径来缩小拉深直径.2.料薄，相对深度h/d较大的中、小型件：按上述计算的各次拉深直径计算各次拉深高度，逐次缩小圆筒直径和增大拉深高度.,拉深,5-5盒形件拉深一盒形件拉深变形特点1.变形的不均匀性:直壁部分:变形近似于弯曲。但直壁部分少量参与变形，圆角处材料向直壁流动,且受切向压应力.圆角部分:变形近似于圆筒件拉深.圆角处变形大,是开裂,起皱发生区。由于直边参与少量变形,则径向拉应力和切向压应力小于圆筒件，开裂、起皱趋势小些，拉深系数可小于相应的园筒形件。,第五章拉深,2.圆角与直边相互影响的大小取决于:相对圆角半径r角/B;相对高度H/B.二、盒形件毛坯计算1.盒形件修边余量无凸缘件:由工件H/r角确定.-查表P138,5-15有凸缘件:可参照凸缘筒形件修边余量.-查表P136,5-122.盒形件毛坯尺寸确定一次拉成的低盒形件:a.直壁部分按弯曲计算展开长度:无凸缘时:Lz=H+0.57r底有凸缘时:Lz=H+L缘-0.43(r缘+r底),第五章拉深,第五章拉深,b.圆角部分按拉深计算展开半径Rz:无凸缘时:Rz=(r角)+2r角H-0.86r底(r角+0.16r底)(当r角=r底时,Rz=(2rH)有凸缘时:Rz=L缘+2r角H-0.86r角(r缘+r底)+0.14（r缘+r底）c.连接展开线:以BC,DE中点作圆弧切线,再以Rz为半径作直线与切线的平滑联线.(P139),第五章拉深,多次拉深成的高盒形件:（H/B0.60.7）拉深量较大,圆角部分有较多材料向直边转移,毛坯形状与平面形状差较大,一般无直边部分,毛坯近似于椭圆形或圆形.a.高方形件:(用圆形毛坯)DZ=1.13B+4B(H-0.43r底)-1.72r角(H+0.5r角)-4r底(0.11r底-0.18r角)当r底=r角时:DZ=1.13B+4B(H-0.43r)-1.72r（H+0.33r),第五章拉深,b.高矩形件:其形状可视为由宽度为B的两个半正方形和中间为(L-B)的直边部分连结而成。其展开也可视为两端为半正方形展开加中间直边部分。,第五章拉深,高矩形毛坯形状有:椭圆形,长圆形.椭圆形毛坯尺寸为:椭圆长轴长:Lz=D+(L-B)椭圆短轴长:Bz=D(B-2r角)+B+2(H-0.43r底)(L-B)/(L-2r角)椭圆长轴半径:Rb=D/2椭圆短轴半径:Rl=0.25(Lz+Bz)-LzRb/(Bz-2Rb)(D为边长为B的正方形盒件展开毛坯直径)长圆形毛坯(矩形长边较长时）:长、短轴长Lz,Bz与椭圆形相同.以Rb作长轴圆弧；再以R=Bz/2作圆弧,与短轴直边和长轴圆弧相切.,第五章拉深,三、盒形件工序计算盒形件变形程度:圆角处拉深系数m=r角/RZ(RZ:圆角部分展开毛坯圆角半径)相对高度（比值）:H/r角(r角=r底)1.一次拉成的低盒形件：(按前节方法)计算毛坯直径.核算圆角部分拉深系数(可查表P140,5-16).当工件实际拉深系数m=r角/RZ大于或等于表中所查的m1,即可一次拉成.也可核算相对高度H/B：当工件实际H/B小于首次拉深最大H/B（P1425-19时,即可一次拉出.,第五章拉深,当r角=r底时,也可用比值H/r角校核。当工件H/r角小于盒形件首次拉深允许最大比值H1/r角1（p141,5-17),可一次拉成。时,即可一次拉出.2.多次拉深的高盒形件工序计算拉深次数的确定:a.多次拉深盒形件拉深系数为前后工序角部圆角半径r角只比:mn=rn/rn-1（查表P1415-18）则r1=m1Ry,r2=m2r1,r3=m3r2当rnr角时，即可确定拉深次数n.b.通常也可根据盒形件相对高度H/B来确定拉深次数(P142,5-19),第五章拉深,确定各工序半成品的尺寸和形状:(采用角间距离计算)a.方盒形件方法:(毛坯为圆形)各中间工序为圆筒形,最后一次拉深成方盒形,工序尺寸计算从n-1道工序开始.dn-1=1.41B-0.82r+2(=0.20.25r角）Hn-10.88H其他工序的拉深直径、高度，以n-1次工序圆筒件为基准计算,直至拉成n-1工序圆筒件尺寸.最后拉成方盒形件。,第五章拉深,b.矩形件方法:先拉成椭圆形件,最后一道拉成矩形件.尺寸计算也从n-1道工序开始:,第五章拉深,n-1道工序：长轴半径:Rln-1=0.705B-0.41r角+圆心为矩形沿长边中心线向内B/2处短轴半径:Rbn-1=0.705L-0.41r角+圆心为矩形沿短边中心线向L/2处为角部壁间距（表5-20）各弧线处光滑连结。其他工序的椭圆形壁间距：长轴方向壁间距:bn-1=(0.150.25)RLn-1短轴方向壁间距:ln-1=(0.150.25)Rbn-1，由壁间距在对称轴上找出长轴和短轴的点，再以相应半径圆弧光滑连结。中间工序底部均应以3045角及大圆弧与侧壁和底部连接,最后一道工序拉出与工件相同的底部圆角半径。,第五章拉深,5-6其他拉深件的拉深一、阶梯形拉深件(变形特点与圆筒件基本相同)1.一次可拉成阶梯件:当阶梯直径差较小,拉深高度较小时,可一次拉成.判断方法:以工件相对高度H/dn小于凸缘件首次拉深极限相对高度h1/d1.（dn为阶梯件最小直径）当台阶较多时,可算出工件拉深系数：m=(h1d1/h2D+h2d2/h3D+dn/D)/(h1/h2+h2/h3+hn-1/hn+1)当大于圆筒件首次拉深系数时(表5-2)可一次拉成，否则需多次拉深。,第五章拉深,2.需多次拉深的阶梯件:不能一次拉出时,拉深次数取决于阶梯数目。当阶梯差较小,相邻阶梯直径差dn/dn-1大于筒形件极限拉深系数时:拉深次数等于阶梯数，拉深顺序由大阶梯到小阶梯逐次拉出.,第五章拉深,当阶梯差较大,dn/dn-1小于圆筒件拉深系数时:按有凸缘筒形件的拉深方法拉深,其顺序由小阶梯到大阶梯依次深.先按凸缘件拉深及工序计算拉出dn-1,再拉出dn,再按此方法拉出dn-2,最后拉出d1.（与带凸缘件拉深一样,首道工序拉入凹模材料,应比计算值多3-5%）浅阶梯件:可首次拉成球面,大圆角筒形件,再用整形方法得到.,第五章拉深,二、半球形和抛物线形件拉深1.拉深特点:凸模与材料接触面小,应力大,间隙大,易起皱,拉深较难.2.半球形件的拉深拉深系数:任何直径的半球形件拉深系数都为定值,m=0.71,均可一次拉成.压边力:F压=dtks（系数k查表）拉深方法:当100t/D3,材料较厚时,可不采用压边圈,但应有校正力.当100t/D=0.5-3,采用压边圈.当100t/D2.5:一次拉成,不采用压边，,拉深终了整形.当100t/D=1.5-2.5:用压边圈一次拉成,拉深时应加凸缘,拉深后修边.,第五章拉深,当100t/D0.8)全部需多次拉深:拉深次数n=a/z.(a为直径为大端直径筒形件毛坯与工件小端间隙,z为允许间隙=(810)t)圆角半径:r底18t;r底n-1=工件圆角半径.方法:锥面逐步成型法;阶梯拉深法.,第六章成形,成型:用不同性质的局部变形来改变毛坯或半成品形状的冲压工序.6-1翻边在成型毛坯的平面或曲面部分,沿一定曲线形成竖立边缘的冲压方法一、分类：1、孔的翻边:在预先冲孔(或无孔)的毛坯上,依靠毛坯拉伸,孔沿周边翻边竖直边缘的冲压工序.-伸长类翻边.2、外缘翻边:沿毛坯的曲边,使材料的拉伸或压缩,形成高度不大的竖边.,第六章成形,二孔的翻边1.圆孔的翻边圆孔翻边的几种形式:平板毛坯翻边;拉深件翻边.,第六章成形,变形特点及翻边系数：变形特点:变形区材料受切向拉应力、径向拉应力。在孔的边缘处拉应力、变形（切向拉长、材料变薄）最大，是开裂的危险处。翻边系数(控制变形程度):k=d0/D孔边缘临界开裂的翻边系数为极限翻边系数kmin，可查表(P157,6-56-6)可根据工件实际翻边系数k工和极限翻边系数kmin判断能否一次翻出。,第六章成形,翻边工艺尺寸计算预制孔直径:d0=D-2(H-0.43r-0.72t)一次翻边极限高度:Hmax=(D-d0)/2+0.43r+0.72t或Hmax=D(1-kmin)/2+0.43r+0.72t当竖边高度不能一次翻出时,可采用拉深,冲底孔,再翻边的方法:先计算允许翻边高度:hD(1-k)/2+0.57(r+t/2)再确定拉深高度:h1=H-h+r再计算预制孔直径:d0=D+1.14(r+t/2)-2hD：翻边直径（材料中心计）r：翻边件半径t：材料厚度,第六章成形,圆孔翻边的其他工艺尺寸翻边圆角半径:当t2mm时：r=(23)t.当工件圆角半径小于上述半径时,翻边后增加整形工序.翻边高度(包括圆弧在内):H1.5r过小,则回弹严重.翻边凸缘宽度:B2H.过小,压边力不够,成为拉深.翻边力的计算:圆柱形凸模:F=1.1ts(D-d0)圆锥形（球形）凸模:F=1