第五章 拉深成形

主讲教师：汉锦丽、贺磊,飞机钣金工岗位基础理论与实践,目录,第一章金属变形基本理论第二章模线样板第三章钣金分离工艺第四章弯曲第五章拉深成形第六章橡皮成形第七章拉形成形第八章旋压成形第九章落压成形第十章其他钣金成形工艺方法,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析第二节拉深工艺第三节拉深模第四节特殊拉深方法与变薄拉深方法,第五章拉深成形,【教学目标】掌握拉深成形的基本原理；知道拉深成形的过程；理解筒形件拉深成形时材料的变形特点；知道拉深过程中零件的变形特点。掌握拉深性及其影响因素；掌握拉深工艺方法；知道拉深机的选择及模具的安装；理解拉深常见质量故障、原因分析及排除方法。掌握拉深模的分类；知道拉深模的结构、掌握拉深件摩擦力分析；知道特殊拉深、变薄拉深。【教学重点】拉深成形的基本原理；拉深性及其影响因素；拉深模的分类。【教学难点】筒形件拉深成形时材料的变形特点；拉深工艺；拉深件摩擦力的分析。,第五章拉深成形,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,一、拉深成形的基本原理,1拉深成形的定义：平板毛料或空心半成品在凸模作用下拉入凹模型腔形成开口空心零件的成形工艺方法。2.拉深成形的原理:在凸模作用下将一直径为的平板毛料，拉深成一个直径为、高度为的圆筒形零件的过程。如果将平板毛料上所有三角形阴影部分去掉，留下所有矩形窄条，然后将这些窄条沿直径为的圆周折过来，再把它们加以焊接，就可以变成圆筒形零件了。,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,一、拉深成形的基本原理,拉深件示例,图1-1拉深示意图,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,一、拉深成形的基本原理,3.拉深成形的形式：拉深有多种形式。按照零件的外形，拉深可划分为筒形件、锥形件、半球形件、阶梯形件、盒形件和复杂形状零件拉深。按照工序数，拉深可划分为单次和多次拉深。按照材料变形情况，拉深可划分为正拉深、反拉深、变薄拉深和特殊拉深等。在各种拉深成形工艺中，圆筒形件拉深是最基本的拉深方法。二、拉深成形的过程1.局部变形阶段2.主要变形阶段3.推件阶段,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,三、筒形件拉深成形时材料的变形分析,1.凸缘区主变形区2.凹模圆角区过渡区3.筒壁区传力区4.凸模圆角区过渡区5.筒底区不变形区,图1-2成形图,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,四、拉深过程中零件的变形特点,1.凸耳2回弹,图1-3,3.厚度与硬度的变化,四、拉深过程中零件的变形特点,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,图1-4,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,四、拉深过程中零件的变形特点,4.起皱（1）起皱机理与类型起皱的主要原因是压缩失稳，周向压缩应力并不是引起皱折的唯一原因。皱折的产生受到诸多因素影响，如拉深系数、板料相对厚度、模具结构类型与几何参数、润滑状态和材料硬化指数等。起皱的条件和皱折的大小主要决定于变形程度和板料抗压失稳刚度。变形程度用拉深系数表示，板料的抗压失稳刚度可用板料的相对厚度（to/Do）来表示。根据皱折出现的部位不同，起皱有外皱和内皱之分。外皱指出现拉深件凸缘外区的皱折。内皱指出现在凸模与凹模之间悬空部分材料上的皱折。,起皱（a）外皱（b）内皱外皱和内皱,四、拉深过程中零件的变形特点,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,图1-5,图1-6,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,四、拉升过程中零件的变形特点,（2）防皱措施1）固定压边圈,图1-7,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,四、拉升过程中零件的变形特点,2）弹性压边圈,图1-8,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,四、拉升过程中零件的变形特点,3）防皱埂,图1-9,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,四、拉升过程中零件的变形特点,4）反拉深,图1-10,第一节拉深成形的基本原理及变形过程分析,四、拉升过程中零件的变形特点,5.破裂（1）拉深系数（2）引起拉深件破裂的原因除了拉深系数过小，即变形程度过大引起破裂外，压边力过大、凸缘起皱、凸凹模间间隙过小和材料内部缺陷等其他因素也会引起拉深件的破裂。,图1-11拉深破裂,1.拉深性：材料对拉深成形的适应能力，通常指不发生破裂的最大可能性。2.影响因素（1）材料的组织和力学性能（2）毛料的相对厚度（3）凸模圆角半径（4）凹模圆角半径（5）凸、凹模间隙（6）拉深方式及压边力（7）润滑条件（8）拉深速度,第二节拉深工艺,一、拉深性及其影响因素,第二节拉深工艺,二、拉深工艺,1.拉深毛料展开尺寸的确定（1）材料的变形特点在拉深过程中，材料的变形特点是直径较大的毛料收缩为直径较小一些的筒形件。（2）拉深毛料尺寸计算的基本原则拉深毛料尺寸计算的基本原则是金属塑性变形体积不变。如果不考虑薄板厚度在拉深成形过程中的变化，则体积不变可进一步转化为面积不变。,第二节拉深工艺,二、拉深工艺,2.拉深次数的确定（1）计算出筒形件的毛料直径，及毛料的相对厚度100。（2）确定是否采用压边圈。首次拉深时，当1002.0时不用压边圈；当1001.5用压边圈，在1.52.0之间两种方式都可采用，视情况而定。第二次及以后各次拉深时，按半成品相对厚度而定，有式中：零件材料厚度；半成品的零件直径（表示拉深次数）。当1.0时采用压边圈，1.5时不用压边圈，介于1.01.5之间时，属于两可。除此之外，零件的要求及形状对是否采用压边圈也有很大的影响。,第二节拉深工艺,二、拉深工艺,（3）用100查表6.3或表6.4得第一次拉深系数。拉深变形程度与零件拉深系数成反比，零件拉深系数越大则拉深变形程度越小。如果则可一次拉深；如果，则需多次拉深。（4）,用相对厚度100查表6.3或表6.4得。则可两道工序拉深。如则须增加拉深模道数，直至为止。3.拉深力拉深力通过凸模施加给毛料，使平板毛料拉深成空心零件。拉深力是选择压力机的依据之一。对于筒形件拉深力F可用下列简化公式计算：第一次拉深：以后各次拉深：,第二节拉深工艺,二、拉深工艺,式中：第一次拉深半成品的直径；第n次拉深半成品的直径；修正系数，见表6.5所示；材料的强度极限；材料的厚度。表修正系数和值,第二节拉深工艺,二、拉深工艺,4.压边力为了防止起皱而采用压边圈。压边力太大易于拉破，太小则起不了防皱的作用，其合理值由试验确定。压边圈的总压力为式中：压边圈下的毛料面积；单位面积上的压边力，其值取决于材料的种类、厚度及拉深系数，各种材料的q值如表,第二节拉深工艺,二、拉深工艺,对于筒形件，计算压边圈下的毛料面积。首次拉深时，其毛料面积为以后各次拉深，其毛料面积为式中：凹模圆角半径；第一次拉深半成品直径；第n次拉深半成品；毛料直径。,第二节拉深工艺,三、压力机的选择及拉深模的安装,1.压力机的选择（1）压力机形式的选择（2）压力机吨位的选择（3）压力机行程的选择2.模具的安装与调整,第二节拉深工艺,四、拉深常见质量故障、原因分析及排除方法,表1-1,第三节拉深模,拉深模的类型,一、拉深模的分类,表1-2,第三节拉深模,二、拉深模的结构,1.无压边装置的首次拉深模2.带压边装置的首次拉深模3.二次及二次以后拉深模4.复合拉深模三、拉深件摩擦力分析摩擦力的种类1.凸缘材料与压边圈和凹模面之间的摩擦2.凹模圆角区材料与凹模圆角之间的摩擦3.凸模圆角处材料与凸模圆角之间的摩擦,1.软模拉深（1）橡皮拉深（2）液压拉深2.温差拉深（1）局部加热拉深（2）深冷拉深,一、特殊拉深,第四节特殊拉深方法与变薄拉深方法,第四节特殊拉深方法与变薄拉深方法,二、变薄拉深,对子弹壳、高压容器等侧壁厚与底厚不等而高度很高的零件，可用变薄拉深方法加工。其成形特点是使板料的直壁部分通过比板料厚度略小的凸凹模单边间隙受压变薄，使侧壁增高，零件侧壁厚度均匀，表面光滑，晶粒细密，强度提高。此外，因变形区较小，所以拉深力减少，不致产生前述普通拉深（不变薄拉深）易出现的起皱现象，可省去压边圈，但所得零件的残余应力较大，需要回火。变薄拉深一般采用普通拉深所得的筒形件作为毛料。,第四节特殊拉深方法与变薄拉深方法,二、变薄拉深,图1-12变薄拉深示例,第四节特殊拉深方法与变薄拉深方法,二、变薄拉深,变薄拉深工艺计算1毛坯计算2工艺计算（1）工艺断面缩减率F（2）变薄系数（3）计算拉深次数（4）各次变薄拉深工序的毛坯壁厚（5）各道变薄拉深工序的直径（6）各道工序的高度,第五章拉深成形,本章小结,掌握拉深性及其影响因素；掌握拉深工艺方法；知道拉深机的选择及模具的安装；理解拉深