拉深工艺与拉深模设计演示幻灯片

拉深工艺与拉深模具设计,概述4.1拉深模设计程序4.2审图与拉深工艺性分析4.3拉深件毛坯尺寸计算4.4圆筒形件拉深计算4.5拉深凸、凹模结构设计4.6拉深件成形模具总体结构设计4.7其它旋转体件的拉深4.8盒形件的拉深4.9其它拉深方法4.10拉深次品分析及拉深中的辅助工序,返回目录,1,概述拉深：指将一定形状的平板毛坯通过拉深模冲压成各种形状的开口空心件，或以开口空心件为毛坯通过拉深进一步使空心件改变形状和尺寸的一种冷冲压加工方法。,拉深变形过程,2,类型：不变薄拉深、变薄拉深不变薄拉深：在拉深过程中不产生较大的变薄，筒壁与筒底厚度较一致的拉深工艺。变薄拉深：指以空心开口零件为毛坯，通过减小壁厚成形零件的拉深工艺。,3,拉深件,4,拉深模,播放动画,5,4.1拉深模设计程序,6,课后思考,1、阐述拉深模设计程序，与冲裁模设计程序比较，在确定工艺方案时有什么区别？,7,4.2审图与拉深工艺性分析学习目标：掌握拉深件的结构工艺性要求，了解拉深件在公差、材料上的要求，掌握拉深件工序安排的一般原则。教学要求：根据弯曲件的结构工艺性要求改善拉深件的结构设计；能够根据拉深件的工艺条件，确定拉深件圆角半径，确定带孔拉深件的孔的位置。,8,4.2.1对拉深件形状尺寸的要求1）拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉深成形。2）尽量避免半敞开及非对称的空心件，应考虑设计成对称（组合）的拉深，然后剖开；,9,3）在设计拉深件时，应注明必须保证外形或内形尺寸，不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为基准。4）拉深件口部尺寸公差应适当。,10,5）一般拉深件允许壁厚变化范围0.6t1.2t,若不允许存在壁厚不均现象，应注明；6）需多次拉深成形的工件，应允许其内、外壁及凸缘表面上存在压痕；,11,4.2.2拉深件圆角半径的要求1.凸缘圆角半径rd凸缘圆角半径rd：指壁与凸缘的转角半径。要求：1）rd2t一般取：rd=（48）t2）当rd0.5mm时，应增加整形工序。,12,2.底部圆角半径rpg底部圆角半径rpg：指壁与底面的转角半径。要求：1）rpgt，一般取：rpg（35）t2）rpgt，增加整形工序，每整形一次，rpg可减小1/2。,13,3.矩形拉深件壁间圆角半径rpy矩形拉深件壁间圆角半径rpy：指矩形拉深件的四个壁的转角半径。要求：rpy3t及rpyH/5,14,4.2.2拉深件上的孔位布置1）孔位应与主要结构面（凸缘面）在同一平面，或孔壁垂直该平面，便于冲孔与修边在同一道工序中完成。,15,2）拉深件侧壁上的冲孔与底边或凸缘边的距离,16,3）拉深件凸缘上的孔距：4）拉深件底部孔距：,17,4.2.3拉深件的精度等级主要指其横断面的尺寸精度；一般在IT13级以下，不宜高于IT11级，高于IT13级的应增加整形工序。4.2.4拉深件的材料1）具有较大的硬化指数；2）具有较低的径向比例应力r/b峰值；3）具有较小的屈强比s/b；4）具有较大的厚向异性指数r。,18,4.2.5拉深件工序安排的一般原则l）在大批量生产中，在凹、凸模壁厚强度允许的条件下，应采用落科、拉深复合工艺；2）除底部孔有可能与落料、拉深复合冲压外，凸缘部分及侧壁部分的孔、槽均需在拉深工序完成后再冲出；3）当拉深件的尺寸精度要求高或带有小的圆角半径时应增加整形工序；4）修边工序一般安排在整形工序之后；5）修边冲孔常可复合完成。,19,电线插座外壳的冲压程序,20,实例分析生产批量：大批量材料：Al料厚：0.3mm,21,课后思考,1、什么情况下会产生拉裂？拉深工艺顺利进行的必要条件是什么？2、影响拉深时坯料起皱的主要因素是什么？防止起皱的方法有哪些？机理是什么？,22,4.3拉深件毛坯尺寸计算学习目标：能够计算圆筒形拉深件的毛坯尺寸，了解复杂旋转体拉深件的毛坯计算方法。教学要求：能够利用等面积法，计算圆筒形拉深件的毛坯尺寸；能够查表确定常见的旋转体拉深件的毛坯尺寸。,23,4.3.1简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定计算原则：按等面积（即拉深前后材料面积不变）原则进行计算，再加上修边余量。,24,数学计算法：1）将制件分成若干简单几何形状（包括修边余量），以其中间层进行计算；注：厚度小于1mm的拉深件，可根据工件外壁尺寸计算2）叠加各段中间层面积，求出制件中间层面积；3）根据“等面积原则”求出毛坯直径。式中S毛坯面积（包括修边余量）；f简单旋转体拉深件各部分面积；D毛坯直径。,25,26,案例分析：带凸缘制件无凸缘制件,27,将制件分割为：1）1/4凹球环2）圆柱3）1/4凸球环4）圆板,28,计算：1）1/4凹球环2）圆柱3）1/4凸球环4）圆板5）修边无凸缘有凸缘,29,1）带凸缘毛坯直径2）不带凸缘毛坯直径,30,31,4.3.2复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定相似原则1.解析法若拉深件可由若干个简单几何形状组成，则先分别求出各部分的表面积F，再相加得出拉深件的总面积F，最后按下式计算毛坯直径。,32,4.3.2复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定2.形心法：任何形状的母线绕轴线旋转，所得到的旋转体面积等于母线长度与其重心旋转所得周长的乘积（是该段母线重心至轴线的距离）。旋转体面积：毛坯面积：因：故,33,（1）由直线和圆弧相连接的形状,34,（2）曲线连接的形状,35,测验题填空1、不变薄拉深简单旋转体毛坯尺寸的计算常采用。,参考答案,36,课后思考,1、拉深件坯料尺寸的计算遵循什么原则？2、简单旋转体拉深件的毛坯尺寸的计算原则是什么？,37,4.4圆筒形件拉深计算学习目标：了解拉深系数的概念，能够计算圆筒形件的拉深次数及各次拉深的工序件尺寸；计算圆筒形件的拉深力。教学要求：能够利用推算法或查表法确定无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序件尺寸；查表确定带凸缘圆筒形件的拉深次数；分别掌握宽凸缘及窄凸缘圆筒形件的多次拉深的工序计算步骤。,38,4.4.1拉深系数拉深系数：指用于表示拉深变形程度的工艺指数。其值为拉深后制件直径与拉深前毛坯直径之比值。m=d/D若需经过多次拉深方能成形，则：首次拉深m1=d1/D以后各次拉深m2=d2/d1m3=d3/d2mn=dn/dn-1m总=d/D=m1m2m3mn,39,式中：m拉深系数；d拉深后制件直径；D拉深前毛坯直径；m1、m2、m3、mn各次的拉深系数；d1、d2、d3、dn-1、dn各次拉深制件的直径；m总需多次拉深成形制件的总拉深系数。注意：拉深系数系愈小，表示拉深变形程度愈大。极限拉深系数：指当拉深系数减小至使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差时的临界拉深系数。,40,4.4.2圆筒形拉深件拉深次数及工序尺寸计算1.拉深次数当md=d/Dm极限时，可以一次拉深，否则需多次拉深。1）推算法：根据极限拉深系数和毛坯直径，从第一道拉深工序开始逐步向后推算各工序的直径，一直算到得出的直径小于或等于工件直径，即可确定所需的拉深次数。d1=m1Dd2=m2d1。dn=mndn-1式中d1、d2dn-1、dn第1、2、（n-1）、n道工序的直径；m1、m2mn第1、2、n道工序的极限拉深系数；D毛坯直径。,41,2）根据工件的相对高度h/d和毛坯的相对厚度t/D，查表确定拉深次数n。,上表只适合08及10号钢的拉深件,42,2.拉深件工序件尺寸1）直径确定拉深次数后，应调整拉深系数，使首次拉深尽可能接近极限拉深系数，其余拉深逐渐增加，使m1m2(23)t(t6mm)若工件底部圆角半径小于拉深工艺性要求时，则应按工艺性要求确定，在最后一次拉深后整形。,63,实例分析（1）凹模圆角半径rd以后各次拉深凹模圆角半径rd2=rd3=1mm（2）凸模圆角半径rp1rp1=（0.61.0）rd1=1.1mm以后各次拉深凹模圆角半径rp2=rp3=1mm,64,4.5.2拉深模的凸、凹模间隙拉深模的单边间隙：1.拉深间隙对拉深力、零件、模具的影响间隙小，拉深力大、模具磨损大，使零件减薄甚至拉裂；但冲件回弹小，精度高。间隙大，坯料易起皱，精度差。2.无压边圈的拉深模的单边间隙CC=(11.1)tmaxtmax毛坯厚度的最大极限值；末次拉深用小值，中间拉深用大值。,65,3.有压边圈的拉深模的单边间隙C一般精度拉深：间隙系数较高精度拉深：,66,4.对精度要求高的零件，为减小拉深后的回弹，常采用负间隙拉深，单边间隙值为：=(0.90.95)t5.盒形件拉深模的间隙当尺寸精度要求较高时：(0.91.05)t当尺寸精度要求不高时：(1.11.3)t最后一道拉深取较小值，圆角部分的间隙比直边部分大0.1t。（圆角部分材料增厚）,67,实例分析有压边圈=(0.90.95)t=0.285,68,4.5.3凸、凹模工件部分尺寸及公差工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差决定。首次及中间各次拉深的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差没有必要作严格限制，这时模具的尺寸只要取等于毛坯的过渡尺寸即可。,69,1末次拉深的凸、凹模尺寸（1）当零件标注外形尺寸时：（2）当零件标注内形尺寸时：式中Dd、dd凹模基本尺寸；Dp、dp凸模基本尺寸；Dmax拉深件外径的最大极限尺寸；dmin拉深件内径的最小极限尺寸；制件公差；d、p凹模和凸模制造公差；Z拉深模间隙。,70,2中间拉深的凸、凹模尺寸式中Di各工序的基本尺寸。凸、凹模制造公差非圆形凸、凹模的制造公差可根据工件的公差来选定。工公差为ITl3级以上时,和可按IT68级取，工件公差在ITl4级以下时,按ITl0级取；圆形凸凹模制造公差查表获得。,71,凸、凹模工作表面粗糙度凹模：型腔表面Ra0.8m，圆角表面Ra0.4m凸模：Ra1.6m0.8m拉深凸模的出气孔尺寸,72,4.5.4凸、凹模结构1.无压料的拉深模凸、凹模结构（1）一次拉深的凹模结构锥形凹模和等切面形凹模对抗失稳起皱有利。a）圆弧形b)锥形c）渐开线形d）等切面形a）适合大型拉深件，其余适合小型拉深件,73,（2）多次拉深的凸、凹模结构首次拉深凹模圆角处采用斜度为30度的锥面，以后各次拉深的凹模圆角采用圆弧面。,74,2.有压料的拉深模凸、凹模结构（1）有压料多次拉深的凸、凹模结构工件直径d100mm可采用锥形凹模结构。,75,（2）最后拉深工序凸模底部的设计保证拉深件底部平整,C盒形件凸模底部,76,测验题判断1、一般情况下，拉深模的凹模的圆角表面粗糙度应比凸模的圆角表面粗糙度小些。（）,参考答案,77,课后思考,1、拉深凸、凹模结构设计要注意拉深过程中的什么问题？,78,4.6拉深件成形模具总体结构设计学习目标：了解拉深模上的辅助部件的作用；理解拉深模的典型结构。教学要求：了解拉深模的三种常见的压边装置、理解各种压边圈的结构；参考实物及动画等资料掌握各种典型拉深模的结构。,79,4.6.1拉深模的压边装置1.弹性压边装置（多用于普通的单动压力机）由于压边力逐渐增大，只适用于浅拉深。）橡皮压边装置）弹簧压边装置）气垫式压边装置,80,2.刚性压边装置带刚性压边装置的拉深模（用于双动压力机）刚性压边，压边力不随行程变化，拉深效果较好，且模具结构简单。1-固定板2-拉深凸模3-刚性压边圈4-拉深凹模5-下模板6-螺钉,81,3.压边圈的形式（1）平面压边圈适用于一般拉深模（2）弧形压边圈适用于，且小凸缘和较大圆角半径,82,（3）带限位装置的压边圈适于拉深板料较薄或带较宽凸缘的零件（4）局部压边的压边圈适于拉深带宽凸缘工件,83,（5）带拉深筋的压边圈适用于凸缘特别小或半球形工件,84,4.6.2拉深模的典型结构1.首次拉深模（1）无压边装置的简单拉深模1-定位板2-下模板3-拉深凸模4-拉深凹模,85,（2）有压边装置的拉深模1）正装拉深模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,播放动画,86,2）倒装拉深模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下模座带锥形压边圈的倒装拉深模,播放动画,87,2.以后各次拉深模（1）无压边装置的以后各次拉深模,88,（2）有压边装置的以后各次拉深模1-推件板2-拉深凹模3-拉深凸模4-压边圈5-顶杆6-弹簧,89,3.落料拉深复合摸（1）正装落料拉深复合模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,播放动画,90,（2）后次拉深、冲孔、切边复合模1-压边圈2-凹模固定板3-冲孔凹模4-推件板5-凸模固定板6-垫板7-冲孔凸模8-拉深凸模9-限位螺栓10-螺母11-垫柱12-拉深切边凹模13-切边凸模14-固定块,91,筒形件切边的工作原理挤切修边,92,4.6.3拉深件成形模具总体设计实例分析,93,展开图排样图,94,测验题填空1、拉深模中压边圈的作用是防止工件在变形过程中发生。判断1、在拉深过程中，压边力过大或过小均可能造成拉裂。（）,参考答案,95,课后思考,1、说出常见的单工序拉深模类型。,96,4.7其它旋转体件的拉深学习目标：了解其它常见旋转体拉深件的结构、拉深过程；理解它们的拉深工序安排。教学要求：能够计算阶梯圆筒件的拉深次数，确定各种形状的阶梯圆筒件的拉深工序安排；理解难拉深的球面、锥形等曲面旋转体拉深件的工艺方案。,97,4.7.1阶梯圆筒件的拉深1.拉深次数一次拉深的条件：h-直径为dn的有凸缘圆筒形件首次拉深的允许相对高度。,98,2.多次拉深工序的安排）若任意两个相邻阶梯的直径比都大于或等于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则先从大的阶梯拉起；,99,）若某相邻两阶梯直径之比小于相应的圆筒形件的极限拉深系数，则按带凸缘圆筒形件的拉深进行，即由小阶梯拉深到大阶梯；,上图中，d2/d1m2极限，故先分三次拉出直径为d2的带凸缘筒形件，再用工序V拉出d1。,100,）若最小阶梯直径过小时，但高度不大时，最小阶梯可用胀形法得到；）若浅阶梯零件的相邻阶梯直径相差较大时，不能一次拉出，可先拉成圆形或带有大圆角的筒形件，再整形得到该零件。,101,4.7.2曲面旋转体的拉深曲面旋转体工件包括球形件、锥形件、抛物面件等复杂形状的曲面工件，其凸缘部分与中间部分都是变形区，而且中间部分是主要变形区。曲面旋转体件的凸模接触面积小、压力集中、容易引起局部变薄及自由面积大、压边圈作用相对减弱、容易起皱，因此拉深较困难。,102,一、球形件的拉深球形件可分为半球形件和非半球形件两类。,103,毛坯相对厚度t/D可不用压边圈，带整形必须压边圈或反向拉深必须拉深筋或反向拉深,104,二、锥形件的拉深（1）浅锥形件（）可带压边圈一次拉深成形，为抑制回弹，常用带有拉深筋的模具结构。H-锥形件高度;d-锥形件口部直径。,105,（2）中锥形件（）多为一次拉深成形）可一次拉深成形，不需压边,行程终了时需整形；）可一次拉深成形，但需采用压边圈、拉深筋、增加工艺凸缘等措施，防止起皱；）需多次拉深，预成形球形或大圆角圆筒件，再逐次拉深成所需形状的零件。,106,（3）深锥形件（）易变薄破裂，易起皱，需多次拉深才能成形,107,3.抛物面形件的拉深（1）浅抛物面件当抛物面件时，可按带有拉深筋的凹模或反拉深的球形件拉深进行。（2）深抛物面件当抛物面件时，需要多次拉深或反拉深逐渐成形、液压机械拉深法。,108,课后思考,1、阶梯形旋转体拉深件的拉深工艺方案。,109,4.8盒形件的拉深学习目标：了解盒形件的变形特点，掌握盒形件的有关工艺计算。教学要求：能够简略计算低盒件、高盒件的毛坯尺寸；理解高盒形件的拉深方法。,110,4.8.1盒形件的变形特点盒形件是非旋转体零件，变形不均匀，导致应力分布不均匀，其拉深变形可分为：）圆角部位的变形圆角部分相当于圆筒形件拉深，径向伸长，切向缩短；）直边部位的变形直边部分相当于弯曲变形，还有径向伸长，切向压缩的拉深变形。但两部分因相互联系而不能简单地认为是圆筒形件拉深和弯曲变形。,111,112,4.8.2盒形件毛坯1.低盒形毛坯矩形盒件的拉深高度；矩形盒件的最短边长。可一次拉深或补充一道整形工序。毛坯的一种计算方法：根据工件表与毛坯的表面积相等的原则计算。（1）按弯曲计算直边部分的展开长度；（无凸缘）l直边部分的长度；r1矩形盒件底部与直壁间的圆角半径；H0矩形盒件高度；H修边余量。,113,（2）把圆角部分看成是直径为d=2r2，高为H的圆筒件，则展开的毛坯半径为：（无凸缘）当；式中R坯料圆角半径；r1矩形盒件底部与直壁间的圆角半径；r2底部圆角半径；H矩形盒件的拉深高度。,114,（3）通过作图用光滑曲线连接直边和圆角部分，即得毛坯的形状和尺寸。,115,2.高矩形盒件毛坯当零件为方盒形且高度比较大，需要多道工序时，可采用圆形毛坯，其直径为：,116,高度和圆角半径较大的盒形件，毛坯的形状可做成长圆形或椭圆形。长圆形毛坯尺寸）圆弧半径D-假象尺寸为BB的方盒坯料直径）长度）宽度,117,4.8.3高盒形件拉深方法及工序尺寸计算高方盒形件采用圆筒工序件过渡成形1）确定毛坯直径D；2）(n-1)道工序半成品的直径3）按圆筒形件拉深计算，由直径D的平板毛坯拉深成直径为Dn-1，高度为hn-1的圆筒。,118,测验题填空1、矩形件拉深时，直边部分变形程度相对，圆角部分的变形程度相对。,参考答案,119,课后思考,1、为什么说盒形件比圆筒形件(同等截面周长)的拉深变形要容易？,120,4.9其它拉深方法学习目标：了解各种软模拉深的方法，理解变薄拉深与不变薄拉深的区别。教学要求：区别软凸模与软凹模拉深的特点；通过拉深工件的对比，能够理解变薄拉深与不变薄拉深的区别。,121,4.9.1软模拉深1.软凸模拉深用液体代替凸模进行拉深，主要用于拉深锥形件、半球形件和抛物线件等。,液体凸模拉深的变形过程,122,2.软凹模拉深用橡胶或高压液体代替金属拉深凹模；（1）聚氨酯橡胶凹模拉深,1-容框；2-聚氨酯橡胶；3-毛坯；4-凸模；5-压边圈聚氨酯橡胶拉深模a)不带压边圈的拉深b)带压边圈的拉深,123,（2）液体凹模拉深,1-溢流阀；2-凹模；3-毛坯4-模座；5-凸模；6-润滑油液体凹模拉深,124,（3）橡皮液囊凹模拉深,1-橡皮囊；2-液体；3-板材；4-压边圈；5-凸模橡皮囊凹模的拉深过程a)原始位置；b)拉深工艺在进行中；c)拉深结束，压边圈上升推出工件,125,4.9.2变薄拉深所谓变薄拉深,主要是在拉深过程中改变拉深件筒壁的厚度,而毛坯的直径变化很小。,126,课后思考,1、说出减薄拉深与拉深的区别。,127,4.10拉深次品分析及拉深中的辅助工序学习目标：通过理解各次拉深的特点，分析拉深过程中出现的次品原因；了解拉深工艺中使用辅助工序的作用及目的。教学要求：能够看图分析出起皱、拉裂等拉深现象的原因，并给出适当的解决措施；了解拉深中的辅助工序的目的及影响。,128,4.10.1各次拉深的特点（1）材料的均匀性首次拉深时，材料的厚度和机械性能可视为均匀；以后各次拉深时，筒壁的壁厚及机械性能是不均匀的。（2）凸缘变化首次拉深时，凸缘缩小；以后各次拉深时，凸缘保持不变。（3）拉深力首次拉深时，拉深力很快达到最大，然后逐渐减小；以后各次拉深时，拉深力呈一逐渐增加的趋势。,129,（4）拉深破裂发生时间首次拉深时，发生在初始阶段；以后各次拉深时，发生在终结阶段。（5）起皱以后各次拉深起皱的机率比首次拉深起皱的机率大。（6）拉深系数以后各次拉深的拉深系数比首次拉深的拉深系数大得多。,130,4.10.2拉深次品分析1.起皱原因：）凸缘部位受切向压应力；）材料较薄。解决：）加压边圈，提高压力力；）适当提高材料厚度。,131,.拉裂壁部被拉裂原因：）径向拉应力过大；）凹模圆角半径过小；）润滑不良；）材料塑性较差。解决：）减小压边力；）加大凹模圆角半径；）正确使用润滑剂；）选用塑性好材料或增加中间退火工序。,132,底部被拉裂原因：凹模圆角半径过小；解决：加大凹模圆角半径，使其圆滑过渡，降低表面粗糙度。,播放动画,133,.边缘高低不一致及有折皱边缘高低不一致的原因：）毛坯与凸、凹模中心不合；）材料厚度不均；）凹模圆角半径和凹模间隙不均。边缘有折皱的原因：凹模圆角半径太大，压边圈压不到最后流进凹模且起皱的材料。解决：）减小凹模圆角半径；）采用弧形压边圈。,134,4.10.3拉深工艺的辅助工序作用：利于拉深，提高模具寿命和工件尺寸精度、表面质量。1.润滑目的：1）降低材料与模具间的摩擦系数；2）提高材料的变形程度；3）方便从冲模中取出工件；4）保证工件表面质量。使用：一般在凹模和材料之