拉深工艺设计ppt课件

第7章拉深工艺设计,1,内容简介：,拉深是基本冲压工序之一本章在分析拉深变形过程及拉深件质量影响因素的基础上，介绍拉深工艺计算、工艺方案制定和拉深模设计。涉及拉深变形过程分析、拉深件质量分析、拉深系数及最小拉深系数影响因素、圆筒形件的工艺计算、其它形状零件的拉深变形特点、拉深工艺性分析与工艺方案确定、拉深模典型结构、拉深模工作零件设计、辅助工序等。,2,学习目的与要求：,1了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素；2掌握拉深工艺计算方法。3掌握拉深工艺性分析与工艺设计方法；4认识拉深模典型结构及特点，掌握拉深模工作零件设计方法；5掌握拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。,3,重点难点,重点：1拉深变形规律及拉深件质量影响因素；2拉深工艺计算方法；3拉深工艺性分析与工艺方案制定；4拉深模典型结构与结构设计；5拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。难点：1拉深变形规律及拉深件质量影响因素；2拉深工艺计算；3其它形状零件的拉深变形特点；4拉深模典型结构与拉深模工作零件设计。,4,概述,拉深：又称拉延、引伸、延伸等，是利用模具在压力机的压力作用下，将平板坯料制成开口空心零件的冲压加工方法。它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件。,5,概述,拉深件类型,a）轴对称旋转体拉深件b)盒形件c)不对称拉深件,6,概述,按照转向轮廓线分为四大类：(1)直壁回转体制件如易拉罐；(2)曲线回转体制件如搪瓷盆；(3)直壁非回转体制件如饭盒等；(4)曲面非回转体制件如汽车覆盖件。,7,概述,8,概述,拉深模：拉深所使用的模具。,拉深模结构图,-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,9,概述,10,概述,拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。拉深所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈三部分组成。凸模、凹模有一定圆角半径。,11,7.1拉深变形过程分析,直径为D、厚度为t的圆形板料被拉入凹模，形成外径为d、高度为H的开口圆筒形工件。,12,7.1.1拉深的变形过程,13,7.1.1拉深的变形过程,14,7.1.1拉深的变形过程,圆筒形件底部网格的形状基本没变。原来的同心圆变成筒壁上的等直径圆周线。间距由底部向上逐渐增大。,15,7.1.1拉深的变形过程,16,7.1.1拉深的变形过程,拉深过程是板料流入凹模。板料外径减小，相邻单元体相互产生挤压作用，在周向产生压应力。在转移过程中，板料中由于拉深力的作用，在径向产生拉应力。,17,7.1.1拉深的变形过程,拉深使板料径向被拉深，周向被压缩，外径不断减小。在径向产生拉伸应力，在周向产生压缩应力。板料凸缘区的板料发生挤压塑性流动。,矩形部分在中间，三角形部分被挤向外部。板料的各部分重新分布。,18,7.1.1拉深的变形过程,厚度和硬度沿筒壁纵向变化。底部略有变薄。筒壁向上厚,向下薄。筒壁底部转角处最薄，最易破裂。,19,7.1.1拉深的变形过程,20,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,外力,凸缘产生内应力：径向拉应力1；切向压应力3,凸缘塑性变形：径向伸长，切向压缩，形成筒壁,直径为高度为的圆筒形件（H（D-d）/2）,21,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,拉深过程的应力与应变状态,某一瞬间：下标1、2、3分别代表坯料径向、厚度方向、切向的应力和应变,22,I凸缘区：径向拉应力和切向压应力使材料向中间流动。在厚度方向变厚，极易失稳而起皱。,凸缘过渡圆角区：径向受拉应力，切向受压应力。弯曲拉应力随凹模圆角半径的减小而增大。半径过小时，破裂。,在底部圆角和筒壁相切处，受过度拉深产生伸长并变薄。此处最有可能出现破裂或过度变薄，使拉深件成为废品。,23,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,1.凸缘变形区的应力分析（1）拉深中某时刻变形区应力分布根据微元体的受力平衡可得因为取并略去高阶无穷小，得:塑性变形时需满足的塑性方程为:,24,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,由上述两式，并考虑边界条件(当时，)，经数学推导就可以求出径向拉应力，和切向压应力的大小为：在变形区的内边缘（即处）径向拉应力最大，其值为：在变形区外边缘处压应力最大，其值为：,25,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,凸缘外边向内边由低到高变化，则由高到低变化，在凸缘中间必有一交点存在（如右图所示），在此点处有所以：化简得：即：即交点在处。用R所作出的圆将凸缘变形区分成两部分，由此圆向凹模洞口方向的部分拉应力占优势（），拉应变为绝对值最大的主变形，厚度方向的变形是压缩应变。,26,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,（2）拉深过程中的变化规律和是当毛坯凸缘半径变化到时，在凹模洞口的最大拉应力和凸缘最外边的最大压应力。2.筒壁传力区的受力分析（1）压边力引起的摩擦力该摩擦应力为：,27,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,（2）材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力可根据弯曲时内力和外力所作功相等的条件按下式计算：（3）材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯曲力仍按式上式进行计算:拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算，即：,28,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,（4）材料流过凹模圆角时的摩擦阻力通讨凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为：由上式把影响拉深力的因素，如拉深变形程度，材料性能，零件尺寸，凸、凹模圆角半径，压边力，润滑条件等都反映了出来，有利于研究改善拉深工艺。拉深力可由下式求出：,29,7.1.2拉深过程中板料的应力应变状态,拉深毛坯各部分受力,30,7.2拉深件的质量分析,凸缘变形区的“起皱”和筒壁传力区的“拉裂”是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。为此，必须了解起皱和拉裂的原因，在拉深工艺和拉深模设计等方面采取适当的措施，保证拉深工艺的顺利进行，提高拉深件的质量。质量问题：凸缘区起皱：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区拉裂：由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。,31,7.2拉深件的质量分析,凸缘变形区的起皱,32,7.2拉深件的质量分析,筒壁的拉裂,33,7.2.1起皱,起皱对冲压成形是有害的。轻微起皱影响冲压件的形状精度和表面光滑程度，而严重的起皱将成为废品。起皱是一种塑性变形失稳。对于圆筒形件，起皱主要是由于凸缘的切向压应力。超过了板材临界压应力引起压杆失稳。起皱有两种形式：一种是凸缘的起皱，一般称为外皱；另一种是其他位置的起皱，由于这种起皱发生在凹模口内，一般称为内皱。,34,7.2.1起皱,球面形状零件的起皱,锥面形状零件的起皱,拉深过程中毛坯法兰边的起皱,35,7.2.1起皱,拉深起皱,拉深中的各种问题（含内皱）,36,7.2.1起皱,1.影响起皱的主要因素(1)凸缘部分材料的相对厚度凸缘部分的相对料厚，即为:(2)切向压应力的大小拉深时的值决定于变形程度，变形程度越大，需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则越大，就越容易起皱。(3)材料的力学性能板料的屈强比小，则屈服极限小，变形区内的切向压应力也相对减小，因此板料不容易起皱。,37,7.2.1起皱,（4）凹模工作部分的几何形状平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件是:用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是：（5）拉深系数起皱最强烈的时刻：在Rt=（0.70.9）R0时防止起皱：压边（详见下页）,38,7.2.1起皱,2.防止起皱的措施(1)采用可调节压边力的压边装置拉深一开始，板料就被压边圈压住。在拉深过程中，凸缘始终被紧压在凹模平面上，压边力的大小最好与拉深力的变化一致。在进行工艺设计时，要先判断拉深件是否会起皱。可按表7-1进行判断。,39,7.2.1起皱,(2)采用锥形凹模采用锥面易于板料的切向压缩变形。锥面拉深比平面具有更强的抗失稳能力，更不易起皱。采用锥形凹模，凸缘板料流经凹模圆角处的摩擦阻力和变形阻力更小。拉深力比采用平端面凹模小得多，即允许较大变形。即可采用较小的拉深系数成形。,40,7.2.1起皱,(3)采用拉深筋汽车覆盖件等一些复杂曲面制件的拉深，常采用拉深筋来增大径向拉应力。均匀板料流入凹模洞口的阻力，减少压料面积。稳定拉深过程，避免板料“多则起皱，少则裂”的现象，以消除起皱。,41,7.2.1起皱,(4)采用反拉深有利于抵消正拉深的残余应力；板料的弯曲和反弯曲次数也少，加工硬化小，有利于成形；板料与凹模接触面积大，流动阻力大，增大径向拉应力，减小切向压应力，有效防止起皱。工件的内外表面相互转换，拉深方向与上次相反。两点：（1）直径差；（2）直径不能太小,42,7.2.2拉裂,1.拉裂原因在拉深某一时刻，凸缘上拉应力在凹模入口处达到最大值。在整个拉深过程中，当Rt减小(0.80.9)R0到时，出现最大值1max。危险截面的抗拉强度为,43,7.2.2拉裂,拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向不同,主要取决于：,一方面是筒壁传力区中的拉应力；,另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。,当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险断面”产生破裂。拉裂位置原因：（1）传递拉深里的截面积小，径向应力大；（2）转移材料少变形程度小冷作硬化低，屈服强度低；（3）较圆角处摩擦力小。,44,7.2.2拉裂,2.影响筒形件拉裂的主要因素(1)板料力学性能的影响(2)拉深系数m的影响(3)凹模圆角半径的影响(4)凸模圆角半径的影响(5)摩擦的影响(6)压边力的影响,45,7.2.3硬化,拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加工硬化，使其硬度和强度增加，塑性下降。变形不均匀，从底部到口部变形由小逐渐加大，硬度分布同样。与工艺要求相反。加工硬化的好处是使工件的强度和刚度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。多次拉深，正确选择各次变形量，并考虑半成品件是否需要退火以恢复其塑性。,46,7.3回转体拉深件毛坯尺寸的确定,由于拉深过程材料要发生重新分配，如何确定板料的形状和尺寸以使板料流入凹模的阻力和所用的材料最小就成了工艺计算的首要问题。坯料形状和尺寸确定的依据体积不变原理:若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸相似原理:拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。形状复杂的拉深件：需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。,47,7.3回转体拉深件毛坯尺寸的确定,拉深件的模具设计顺序：先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。切边工序：拉深件口部不整齐，需留切边余量。毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析图解法、作图法。,48,7.3.1计算方法,先按坯料形状和尺寸确定的依据即体积不变原理和相似原理接着确定修边余量。,49,7.3.1计算方法,50,7.3.1计算方法,51,7.3.2简单回转体拉深件的板料尺寸计算,1.相加法将回转体拉深件分成若干基本几何形体，按表7-6中的公式算出各部分的表面积，将各部分的表面积相加便得到。再计算出毛坯直径为,52,7.3.2简单回转体拉深件的板料尺寸计算,2.公式法（1）将拉深件划分为若干个简单的几何体；（2）分别求出各简单几何体的表面积；（3）把各简单几何体面积相加即为零件总面积；（4）根据表面积相等原则，求出坯料直径。,53,7.3.2简单回转体拉深件的板料尺寸计算,54,7.3.3复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定,久里金法则求其表面积：任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。,55,7.4无凸缘圆筒形件的拉深,制定拉深件工艺和设计拉深模必须考虑的问题是：在不破裂的前提下，确定最少拉深次数、每次拉深合适的变形的程度。,56,7.4.1拉深系数,1.拉深系数的定义拉深系数m：拉深后的直径d与拉深前的坯料D（工序件dn）直径之比,57,7.4.1拉深系数,拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。m愈小，说明拉深变形程度愈大，相反，变形程度愈小。拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。极限拉深系数mmmin从工艺的角度来看，m越小越有利于减少工序数。,58,7.4.1拉深系数,影响极限拉深系数的因素（1）材料的组织与力学性能（2）板料的相对厚度t/D（3）拉深工作条件1）模具的几何参数2）摩擦润滑3）压料圈的压料力（4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等,m,59,7.4.1拉深系数,极限拉深系数的确定由于影响极限拉深系数的因素很多，目前仍难采用理论计算方法准确确定极限拉深系数。在实际生产中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验方法得出的。为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于极限拉深系数的值。,60,7.4.2拉深次数的确定,拉深件可能要经过几次拉深才能达到最终尺寸。必须首先确定拉深次数。还要计算出各次拉深的半成品直径和高度。一次拉深和多次拉深,61,7.4.2拉深次数的确定,推算法1）由表7-8、7-9中查得各次的极限拉深系数；2）依次计算出各次拉深直径，即11；221；3）当时，计算的次数即为拉深次数。,62,7.4.2拉深次数的确定,（2）查表法根据工件的相对高度即高度与直径之比值，从表7-11中查得该工件拉深次数。（3）计算方法式中d冲件直径；D坯料直径；m1第一次拉深系数；m均第一次拉深以后各次的平均拉深系数。,63,7.4.2拉深次数的确定,（4）查图法,64,7.4.3拉深件工序尺寸的计算,1.计算步骤(1)选取修边余量。(2)计算毛坯直径D。(3)计算板料相对厚度，按表7-1判断是否采用压边圈拉深。(4)计算总的拉深系数，并判断能否一次拉深成形。(5)若不能否一次拉深成形，则确定拉深次数n。(6)初步确定各次拉深系数。(7)调整拉深系数，计算各次拉深直径。(8)确定各次拉深凸模、凹模圆角半径。(9)计算各次拉深半成品高度。(10)绘制工序图。,65,7.4.3拉深件工序尺寸的计算,（）工序件直径的确定确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数，适当放大，并加以调整，其原则是：）保证12）使12最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：11221,66,7.4.3拉深件工序尺寸的计算,（）工序件高度的计算根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得到如下工序件高度计算公式。计算前应先定出各工序件的底部圆角半径。,67,7.4.3拉深件工序尺寸的计算,2.计算实例计算图示筒形制件的：板料直径D拉深次数n各半成品尺寸，包括：直径di高度hi和圆角半径ri材料为08F。,68,7.4.3拉深件工序尺寸的计算,(1)确定修边余量由表7-4查得：,取=6mm,(2)计算板料直径D：,(3)毛坯相对厚度：查表7-1，首次拉深和以后各次拉深必须采用压边圈。,69,7.4.3拉深件工序尺寸的计算,(4)确定拉深次数n,需要4次拉深。,按表7-8取拉深系数：,各次拉深直径：,100mm的拉深件,圆角拉深结构用于首次拉深,斜角拉深结构用于中间及末次拉深,118,7.9.1凸、凹模工作部分的结构形式,2.不带压边圈的拉深浅拉深(一次拉深完成)的凹模有三种形式,圆口凹模，适用于大件,锥形口凹模，适用于小件,渐开线口凹模，适用于小件,119,7.9.2凸、凹模间隙,拉深模的凸、凹模之间间隙对拉深力、零件质量、模具寿命等都有影响。间隙小，拉深力大、模具磨损大，过小的间隙会使零件严重变薄甚至拉裂；但间隙小，冲件回弹小，精度高。间隙过大，坯料容易起皱，冲件锥度大，精度差。生产中应根据板料厚度及公差、拉深过程板料的增厚情况、拉深次数、零件的形状及精度要求等，正确确定拉深模间隙。,120,7.9.2凸、凹模间隙,无压料圈的拉深模有压料圈的拉深模盒形件拉深模的间隙当尺寸精度要求高时，/2（0.91.05）；当精度