拉深模具设计

1、第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.1 拉深工艺拉深工艺4.2 4.2 拉深模典型结构及工作零件的设计拉深模典型结构及工作零件的设计 4.3 4.3 设计实例设计实例 习题习题 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2.2.拉深系数拉深系数在拉深工艺设计时在拉深工艺设计时, ,必须知道工件是否能一次拉出必须知道工件是否能一次拉出, ,还是还是需要几道工序才能拉成。需要几道工序才能拉成。 能否正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性和能否正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性和拉深件的质量。拉深件的质量。 拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程

2、度。拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。 圆筒形件的拉深变形程度一般用圆筒形件的拉深变形程度一般用拉深系数拉深系数表示和衡量。表示和衡量。1)1)拉深系数的概念和意义拉深系数的概念和意义拉深系数拉深系数m m是指每次拉深后圆筒形件直径与拉深前坯料是指每次拉深后圆筒形件直径与拉深前坯料( (或半成品或半成品) )直径的比值直径的比值(图图4-12)。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-12圆筒形件的多次拉深 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 第一次拉深系数第一次拉深系数 11dmD 第二次拉深系数第二次拉深系数 第第n n次拉深系数次拉深系数 1nnndmd总拉深系数表示从

3、坯料直径拉深至的总变形程度。即：总拉深系数表示从坯料直径拉深至的总变形程度。即： nnnnnnnmmmmmddddddddDdDdm132112123121总（4-3） 122ddm 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 拉深时既能使材料的塑性得到充分利用拉深时既能使材料的塑性得到充分利用, ,同时又不致使拉同时又不致使拉深件破裂的最小拉深系数深件破裂的最小拉深系数, ,称为极限拉深系数称为极限拉深系数。拉深系数是一个重要的工艺参数拉深系数是一个重要的工艺参数, ,它是拉深工艺计算的基它是拉深工艺计算的基础。础。 知道了拉深系数就知道知道了拉深系数就知道工件总的变形量工件总的变形量和和每道拉深

4、的变每道拉深的变形量形量,工件需拉深的次数及各次半成品的尺寸工件需拉深的次数及各次半成品的尺寸也就可以求出。也就可以求出。 1nnndmd第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2)影响极限拉深系数的因素影响极限拉深系数的因素(1)材料方面。材料方面。材料的力学性能。材料的力学性能。 材料的屈强比材料的屈强比s/bs/b越小、伸长率越小、伸长率越大越大, ,对拉深越有利。对拉深越有利。 材料的相对厚度材料的相对厚度(t/D)。 材料的相对厚度大时材料的相对厚度大时, ,凸缘抵抗失稳起皱的能力增强凸缘抵抗失稳起皱的能力增强, ,因而因而所需压边力减小所需压边力减小( (甚至不需要甚至不需要),),

5、这就减小了因压边力而引起的这就减小了因压边力而引起的摩擦阻力摩擦阻力, ,从而使总的变形抗力减少从而使总的变形抗力减少, ,故极限拉深系数可减小。故极限拉深系数可减小。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 材料的表面质量。材料的表面质量。 材料的表面光滑材料的表面光滑, ,拉深时材料所受的摩擦阻力小且容易流拉深时材料所受的摩擦阻力小且容易流动动, ,所以极限拉深系数可减小所以极限拉深系数可减小。 材料的表面质量。材料的表面质量。 材料的表面光滑材料的表面光滑, ,拉深时材料所受的摩擦阻力小且容易流拉深时材料所受的摩擦阻力小且容易流动动, ,所以极限拉深系数可减小所以极限拉深系数可减小。 第四

6、章拉深模具设计第四章拉深模具设计 (2) (2)拉深条件。拉深条件。模具工作部分的结构参数。模具工作部分的结构参数。 模具结构参数中模具结构参数中, ,影响极限拉深系数的主要是凸、凹模圆角半径及模影响极限拉深系数的主要是凸、凹模圆角半径及模具间隙。具间隙。 凸模圆角半径凸模圆角半径rprp太小太小, ,则板料绕凸模弯曲的拉应力增加则板料绕凸模弯曲的拉应力增加, ,易造成局部变易造成局部变薄严重薄严重, , 会降低极限变形程度会降低极限变形程度; ; 凹模圆角半径凹模圆角半径rdrd太小太小, ,则板料在拉深过程中通过凹模圆角半径时弯曲则板料在拉深过程中通过凹模圆角半径时弯曲阻力增加阻力增加,

7、,也会降低极限变形程度也会降低极限变形程度; ; 模具间隙太小模具间隙太小,则板料会受到的挤压作用则板料会受到的挤压作用和摩擦阻力太大和摩擦阻力太大,增大了拉深力增大了拉深力,使极限变使极限变形程度减小。形程度减小。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 因此因此, ,为了减小极限拉深系数为了减小极限拉深系数, ,凸、凹模圆角半径及模具凸、凹模圆角半径及模具间隙应适当取较大值。间隙应适当取较大值。 但是但是, ,凸、凹模圆角半径和模具间隙也不宜取得过大凸、凹模圆角半径和模具间隙也不宜取得过大, ,容容易产生失稳起皱易产生失稳起皱; ;过大的模具间隙会影响拉深件的精度过大的模具间隙会影响拉深件的精

8、度, ,使拉使拉深件的锥度和回弹较大深件的锥度和回弹较大。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 压边条件。压边条件。 采用压边圈并加以合理的压边力对拉深有利采用压边圈并加以合理的压边力对拉深有利, ,可以减小拉可以减小拉深系数。深系数。 拉深时拉深时压边力过大压边力过大, ,会增加拉深阻力会增加拉深阻力, ,传力区危险断面的传力区危险断面的负担增加负担增加 压边力过小压边力过小, ,拉深时变形区起皱的倾向增加拉深时变形区起皱的倾向增加, ,都对拉深不都对拉深不利。利。 合理的压边力应该是在保证不起皱的前提下取最小值。合理的压边力应该是在保证不起皱的前提下取最小值。第四章拉深模具设计第四章拉深模

9、具设计 摩擦与润滑条件。摩擦与润滑条件。 凹模与压料圈的工作表面光滑，润滑条件较好凹模与压料圈的工作表面光滑，润滑条件较好, ,可以减可以减小拉深系数。小拉深系数。 但为避免在拉深过程中凸模与板料或工序件之间产生相但为避免在拉深过程中凸模与板料或工序件之间产生相对滑移造成危险断面的过度变薄或拉裂对滑移造成危险断面的过度变薄或拉裂, ,在不影响拉深件内在不影响拉深件内表面质量和脱模的前提下表面质量和脱模的前提下, ,凸模工作表面可以比凹模粗糙一凸模工作表面可以比凹模粗糙一些些, ,并避免涂润滑剂。并避免涂润滑剂。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 拉深次数。拉深次数。 第一次拉深时材料还没硬

10、化第一次拉深时材料还没硬化, ,塑性好塑性好, ,极限拉深系数可极限拉深系数可小些。小些。 以后的拉深因材料已经硬化以后的拉深因材料已经硬化, ,塑性愈来愈低塑性愈来愈低, ,变形越来变形越来越困难越困难, ,故一道比一道的拉深系数大。故一道比一道的拉深系数大。 除此以外除此以外,影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉深速度、拉深件形状等。深速度、拉深件形状等。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 3)极限拉深系数的确定极限拉深系数的确定实际生产中实际生产中,极限拉深系数的数值一般是在一定的拉深极限拉深系数的数值一般是在一定的拉深条件下用试验方法得出的条

11、件下用试验方法得出的,见表见表4-4和表和表4-5。表表4-4无凸缘圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数无凸缘圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数 坯料相对厚度（t/D）100 拉深系数 2.01.5 1.51.0 1.00.6 0.60.3 0.30.15 0.150.08 m 1 0.480.50 0.500.53 0.530.55 0.550.58 0.580.60 0.600.63 m 2 0.730.75 0.750.76 0.760.78 0.780.79 0.790.80 0.800.82 m 3 0.760.78 0.780.79 0.790.80 0.800.81 0.810.82

12、0.820.84 m 4 0.780.80 0.800.81 0.810.82 0.820.83 0.830.85 0.850.86 m 5 0.800.82 0.820.84 0.840.85 0.850.86 0.860.87 0.870.88 实际生产中采用的拉深系数一般均大于表中所列数字实际生产中采用的拉深系数一般均大于表中所列数字第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 表表4-5无凸缘圆筒形件不带压边圈时的极限拉深系数无凸缘圆筒形件不带压边圈时的极限拉深系数 坯料相对厚度（t/D）100 拉深系数 1.5 2.0 2.5 3.0 3 m 1 0.65 0.60 0.55 0.53 0.

13、50 m 2 0.80 0.75 0.75 0.75 0.70 m 3 0.84 0.80 0.80 0.80 0.75 m 4 0.87 0.84 0.84 0.84 0.78 m 5 0.90 0.87 0.87 0.87 0.82 m 6 0.90 0.90 0.90 0.85 由表中可以看出由表中可以看出,用压边圈时用压边圈时,首次拉深首次拉深m1约为约为0.50.6左右左右,以后各次拉深以后各次拉深mn约为约为0.70.8左左右。右。 mn均大于首次拉深均大于首次拉深m1的值的值,且以后各次拉深的拉深系数越来越大。且以后各次拉深的拉深系数越来越大。 不用压边圈的拉深系数大于用压边圈的

14、拉深系数。不用压边圈的拉深系数大于用压边圈的拉深系数。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 3.圆筒形件拉深次数的确定圆筒形件拉深次数的确定当m总m1时, 只需一次拉深就可拉出 否则就要进行多次拉深。 需要多次拉深时,其拉深次数可按以下方法确定拉深次数可按以下方法确定:(1)推算法推算法: 先根据t/D和是否带压料圈的条件从表4-4或表4-5查出m1、m2、m3、,然后从第一道工序开始依次算出各次拉深工序件直径,即d1=m1D、d2=m2d1、dn=mndn-1, 直到dnd,即当计算所得直径也稍小于或等于拉深件所要求的直径d时,计算的次数n即为拉深的次数。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具

15、设计 例题：图4-53所示圆筒形件需大批量生产,材料为08F钢,料厚为1mm,采用压边圈压料。试用推算法推算法确定:(1)拉深次数第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 (2)查表法查表法: 圆筒形件的拉深次数可从各种实用的表格中查取。 如表4-6所示是根据坯料相对厚度t/D与零件的相对高度H/d查取拉深次数 表4-7是根据t/D与总拉深系数m总查取拉深次数。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 表表4-6无凸缘圆筒形件相对高度无凸缘圆筒形件相对高度H/d与拉深次数的关系与拉深次数的关系 坯料相对厚度（t/D）100 拉深次数 21.5 1.51.0 1.00.6 0.60.3 0.30.15

16、 0.150.08 1 0.940.77 0.840.65 0.710.57 0.620.50 0.520.45 0.460.38 2 1.881.54 1.601.32 1.361.10 1.130.94 0.960.83 0.900.70 3 3.502.70 2.802.20 2.301.80 1.901.50 1.601.30 1.301.10 4 5.604.30 4.303.50 3.602.90 2.902.40 2.402.00 2.001.50 5 8.906.60 6.605.10 5.204.10 4.103.30 3.302.70 2.702.00 第四章拉深模具设计第

17、四章拉深模具设计 表表4-7圆筒形件总拉深系数圆筒形件总拉深系数(m总总)与拉深次数的关系与拉深次数的关系 坯料相对厚度（t/D）100 拉深次数 21.5 1.51.0 1.00.5 0.50.2 0.20.06 2 0.330.36 0.360.40 0.400.43 0.430.46 0.460.48 3 0.240.27 0.270.30 0.300.34 0.340.37 0.370.40 4 0.180.21 0.210.24 0.240.27 0.270.30 0.300.33 5 0.130.16 0.160.19 0.190.22 0.220.25 0.250.29 第四章拉

18、深模具设计第四章拉深模具设计 图4-12圆筒形件的多次拉深 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.4.圆筒形件各次拉深工序尺寸的计算圆筒形件各次拉深工序尺寸的计算当圆筒形件需多次拉深时,就必须计算各次拉深的工序件尺寸,以作为设计模具及选择压力机的依据。1)1)各次工序件的直径各次工序件的直径当拉深次数确定之后,先从表中查出各次拉深的极限拉深系数,并加以调整后确定各次拉深实际采用的拉深系数。 调整的原则是调整的原则是: 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 (1)保证m1m2m3mn=d/D。(2)变形程度应逐步减小,即后续拉深系数应逐步增大,且大于表中所列极限拉深系数。 然后根据调整后的各

19、次拉深系数计算各次工序件直径: d1=m1D、d2=m2d1、dn=mndn-11mm,故按板厚中线尺寸计算。(1)计算坯料直径:根据零件尺寸,其相对高度为 H/d=(76-1)/(30-2)2.7 查表4-1得切修边余量h=6mm;由表4-3查得坯料直径计算公式为 2241.720.56DddHdrr由图4-15知d=28mm,r=4mm,h=75mm,H=81mm,代入上式得 mm3 .98454. 042872. 1812842822D第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 (2)确定拉深次数:根据坯料相对厚度 t/D=2/98.3100%=2%按表4-9知可采用也可不采用压料圈,但为了保

20、险起见,拉深时采用压料圈。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 零件所要求的总拉深系数 m总=d/D=28/98.3=0.285 由表4-4查得各次极限拉深系数为:m1=0.50,m2=0.75,m3=0.78,m4=0.80,。可见m总 拉深力拉深力F + 压料力压料力FY 对于双动压力机: 内滑块公称压力内滑块公称压力Fg内内 拉深力拉深力F 外滑块公称压力外滑块公称压力Fg外外 压料力压料力FY第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 在实际生产中,一般可以按下式来确定压力机的公称压力: FFg)8 . 16 . 1 (浅拉深 深拉深 FFg)0 . 28 . 1 (4-10) (4-11

21、) 为冲压总工艺力，包括拉深力、压料力、冲裁力等。 F第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.1.54.1.5其它形状零件的拉深其它形状零件的拉深1.1.带凸缘圆筒形件的拉深带凸缘圆筒形件的拉深带凸缘圆筒形件可以看成无凸缘圆筒形件在拉深未结束时的半成品 因此从拉深变形过程的本质看,其与无凸缘圆筒形件的拉深是相同的。 但由于凸缘圆筒形件带有凸缘(图4-22),其拉深特点、方法及工艺计算与一般圆筒形件还有一定的差别。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-22带凸缘圆筒形件及坯料 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 1)带凸缘圆筒形零件的拉深特点根据凸缘的相对直径相对直径dt/d比值的不

22、同,有凸缘圆筒形件可分为:窄凸缘圆筒形件窄凸缘圆筒形件(dt/d =1.11.4)和宽凸缘圆筒形件宽凸缘圆筒形件(dt/d 1.4)。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 带凸缘圆筒形件不能用一般的拉深系数来反映材料实际的变形程度大小,而必须将拉深高度拉深高度考虑进去。 因为,对于同一坯料直径D和筒形部分直径d,可有不同凸缘直径dt和高度H对应,尽管拉深系数相同(m=d/D),若拉深高度H不同,其变形程度也不同。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 当零件底部圆角半径r与凸缘处圆角半径R相等,即r=R时,坯料直径坯料直径为 243.44tDddhdR第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2

23、1/43.44ttmdDdhRddd根据拉深系数的定义,有凸缘圆筒形件的拉深系数可表示为 (4-12) 式中式中:mt为凸缘圆筒形件的拉深系数为凸缘圆筒形件的拉深系数;d为零件圆筒形部分的直径为零件圆筒形部分的直径;D为坯料为坯料直径。直径。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 由式可以看出,带凸缘圆筒形件的拉深系数取决与下列三组有关尺寸的相对比值: 凸缘的相对直径dt/d;零件的相对高度H/d;相对圆角半径R/d。 其中以dt/d影响最大,H/d次之,R/d影响较小。 带凸缘圆筒形件首次拉深的极限拉深系数极限拉深系数见表4-11。首次拉深可能达到的极限相对高度极限相对高度见表4-12。21

24、/43.44ttmdDdhRddd第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 表表4-11带凸缘圆筒形件首次拉深的极限拉深系数带凸缘圆筒形件首次拉深的极限拉深系数m1 坯料相对厚度（t/D）100 凸缘的相对直径/tdd 2.01.5 1.51.0 1.00.6 0.60.3 0.30.1 1.1 以下 1.3 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.51 0.49 0.47 0.45 0.42 0.40 0.37 0.34 0.32 0.53 0.51 0.49 0.46 0.43 0.41 0.38 0.35 0.33 0.55 0.53 0.50 0.47 0.44 0.4

25、2 0.38 0.35 0.33 0.57 0.54 0.51 0.48 0.45 0.42 0.38 0.35 0.33 0.59 0.55 0.52 0.48 0.45 0.42 0.38 0.35 0.33 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 表表4-124-12带凸缘圆筒形件首次拉深的极限相对高度带凸缘圆筒形件首次拉深的极限相对高度H1/d1 坯料相对厚度（t/D）100 凸缘的相对直径/tdd 2.01.5 1.51.0 1.00.6 0.60.3 0.30.1 1.1 以下 1.3 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.900.75 0.800.65 0.7

26、00.58 0.580.48 0.510.42 0.450.35 0.350.28 0.270.22 0.220.18 0.820.65 0.720.56 0.630.50 0.530.42 0.460.36 0.400.31 0.320.25 0.240.19 0.200.16 0.570.70 0.600.50 0.530.45 0.440.37 0.380.32 0.330.27 0.270.22 0.210.17 0.170.14 0.620.50 0.530.45 0.480.40 0.390.34 0.340.29 0.290.25 0.230.20 0.180.15 0.150.

27、12 0.520.45 0.470.40 0.420.35 0.350.29 0.300.25 0.260.22 0.210.17 0.160.13 0.130.10 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 当带凸缘圆筒形件的总拉深系数mt=d/D大于表4-11的极限拉深系数,且零件的相对高度H/d小于表4-12的极限相对值时,则可以一次拉深成型,否则需要两次或多次拉深。带凸缘圆筒形件以后各次拉深系数为 mi=di/di-1(i=2,3,n) 其值与凸缘宽度及外形尺寸无关,可取与无凸缘圆筒形件的相应拉深系数相等或略小的数值,见表4-13。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 表表4-13带凸缘

28、圆筒形件以后各次的极限拉深系数带凸缘圆筒形件以后各次的极限拉深系数 坯料相对厚度（t/D）100 拉 深 系 数 2.01.5 1.51.0 1.00.6 0.60.3 0.30.1 m2 m3 m4 m5 0.73 0.75 0.78 0.80 0.75 0.78 0.80 0.82 0.76 0.79 0.82 0.84 0.78 0.80 0.83 0.85 0.80 0.82 0.84 0.86 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2)带凸缘圆筒形件的拉深方法(1)窄凸缘圆筒形件的拉深。 可先按无凸缘圆筒形件进行拉深可先按无凸缘圆筒形件进行拉深, ,再在最后一次工序用再在最后一次工序

29、用整形的方法压成所要求的窄凸缘形状整形的方法压成所要求的窄凸缘形状 拉深的最后两道工序可采用锥形凹模和锥形压料圈进行拉深。便于成型，防止外缘开裂。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 例如,如图4-23所示的窄凸缘圆筒形件,共需三次拉深成型,第一次拉成无凸缘圆筒形工序件,在后两次拉深时留出锥形凸缘,最后整形达到要求。 图4-23窄凸缘圆筒形件的拉深 (a)窄凸缘拉深件;(b)窄凸缘件拉深过程 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 (2)宽凸缘圆筒形件的拉深。 宽凸缘圆筒形件需多次拉深的原则：宽凸缘圆筒形件需多次拉深的原则： 第一次拉深就必须使凸缘尺寸等于拉深件的凸缘尺寸(加切边余量),以后各次

30、拉深时凸缘尺寸保持不变,仅仅依靠筒形部分的材料转移来达到拉深件尺寸。 宽凸缘圆筒形件需多次拉深时的拉深工艺方法有两种:第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 一种是通过多次拉深,逐渐缩小筒形部分直径和增加其高度(图4-24 (a)。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 l 通过各次拉深逐次缩小直径逐次缩小直径, ,增加高度增加高度l 各次拉深的凸缘圆角半径和底部圆角半径不变或逐次减小。l用这种方法拉成的零件表面质量不高,其直壁和凸缘上保留着圆角弯曲和局部变薄的痕迹,需要在最后增加整形工序l适用于材料较薄、高度大于直径的中小型带凸缘圆筒形件。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 另一种是采用高

31、度不变法，即首次拉深尽可能取较大的凸缘圆角半径凸缘圆角半径和底部圆角半径底部圆角半径,高度基本拉深到零件要求的尺寸,以后各次拉深时仅减小圆角半径和筒形部分直径,而高度基本不变。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 l这种方法由于拉深过程中变形区材料所受到的折弯较轻,因此拉成的零件表面较光滑,没有折痕。l但它只适用于坯料相对厚度较大、采用大圆角过渡不易起皱的情况。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 3)带凸缘圆筒形拉深工序件高度的计算与无凸缘圆筒形拉深工序件高度的计算方法一样,带凸缘圆筒形拉深工序件高度的计算公式如下: 22220.250.14()0.43()()iiiiiiiiHDdrRr

32、Rdd(i=1,2,n) 式中式中:H1、H2、Hn为各次工序件的高度为各次工序件的高度;d1、d2、dn为各次工序件直为各次工序件直径径;r1、r2、rn为各次工序件的底部圆角半径为各次工序件的底部圆角半径;R1、R2、Rn为各次工序为各次工序件的凸缘处圆角半径件的凸缘处圆角半径;D为坯料直径。为坯料直径。 （4-14）第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-25带凸缘圆筒形件拉深工序计算流程 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.1.64.1.6拉深工艺的辅助工序拉深工艺的辅助工序为了保证拉深过程的顺利进行,提高拉深件质量和模具寿命,需要安排一些必要的辅助工序。拉深中的辅助工序很多

33、,大致可以分为以下几种:(1)拉深工序前的辅助工序,如材料的软化热处理、清洗、润滑等;(2)拉深工序间的辅助工序,如软化热处理、涂漆、润滑等;(3)拉深后的辅助工序,如消除应力退火、清洗、打毛刺、表面处理、检验等等。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 1.1.润滑润滑拉深时毛坯与模具表面接触时相互之间产生很大的压力,使毛坯在拉深时与接触表面产生摩擦力。 在凹模平面和圆角处、压边圈表面及与这些部位相接触的毛坯表面,应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油,并保持润滑部位洁净。 在凸模表面或与凸模接触的毛坯表面则切忌涂润滑剂。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 表表4-14拉深拉深低碳钢低碳钢常用

34、的润滑剂常用的润滑剂 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 表表4-15拉深拉深有色金属有色金属及及不锈钢不锈钢用润滑剂用润滑剂 材 料 名 称 润 滑 剂 铝 植物油（豆油） 、工业凡士林 硬铝 植物油乳化液 纯铜、黄铜、青铜 菜油或肥皂与油的乳化液（将油与浓的肥皂水溶液混合） 镍及其合金 肥皂与油的乳化液 2Cr13、1Cr18Ni9Ti、耐热钢 用氯化乙烯喷涂板料表面，拉深时另涂机油 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2.热处理热处理热处理原因：热处理原因：l 在拉深过程中,除铅和锡外,所有金属都要产生加工硬化,使金属强度指标s、b增加,而塑性指标、降低。l 由于塑性变形不均匀,拉深

35、后材料内部还存在残余内应力。l 在多次拉深时,为了恢复冷加工后材料的塑性,应在工序中间安排退火,以软化金属组织。l 拉深工序后还要安排去应力退火。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 热处理方式：热处理方式：l 一般拉深工序间常采用低温退火,如低温退火后的效果不够理想,也可采用高温退火。l 拉深完后则采用低温退火。热处理工序：热处理工序： 退火使生产周期延长,成本增加,应尽可能避免。l 对普通硬化金属,如08钢,10钢,15钢,黄铜和软铝等,只要拉深工艺制定合适,加上模具设计合理,就可能免于中间退火。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 热处理工序（续）：热处理工序（续）：l对于高硬化的金属

36、,如不锈钢、耐热钢等,一般在一、二次拉深工序后即需进行中间退火。l各种材料不需中间退火就能完成的拉深工序次数为:低碳钢34次;铝45次;黄铜24次;不锈钢12次;镁合金、钛合金1次。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 3.3.酸洗酸洗酸洗原因：酸洗原因：退火后工件表面必然有氧化皮和其它污物,在继续加工时会增加模具的磨损,因此必须酸洗,否则使拉深不能正常进行。 有时酸洗也在拉深前的毛坯准备工作中进行。 酸洗过程：酸洗过程：酸洗前工件应用苏打水去油,酸洗后用冷水冲洗,以温度为6080的弱碱溶液中和酸性,并用热水洗涤。不能让酸液残留在工件表面上。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.2拉深

37、模典型结构及工作零件的设计拉深模典型结构及工作零件的设计 4.2.14.2.1拉深模具的分类拉深模具的分类拉深模的结构一般较简单,但结构类型较多。 按使用的压力机类型不同,可分为:l单动压力机用拉深模l双动压力机用拉深模l三动压力机用拉深模 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.2.14.2.1拉深模具的分类拉深模具的分类( (续续) ) 按工序的组合程度不同：l可分为单工序拉深模l复合工序拉深模l级进工序拉深模 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.2.14.2.1拉深模具的分类拉深模具的分类( (续续) ) 按结构形式与使用要求的不同,可分为：l首次拉深模与以后各次拉深模l有压边装

38、置拉深模与无压边装置拉深模l顺装式拉深模与倒装式拉深模l下出件拉深模与上出件拉深模等第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.2.24.2.2拉深模具的典型结构拉深模具的典型结构1.1.首次拉深模首次拉深模1)单动压力机用首次拉深模图为无压边装置的首次拉深模。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 拉深件直接从凹模底下落下,为了从凸模上卸下冲件,在凹模下装有卸件器 为了便于卸件,凸模上钻有直径为3mm以上的通气孔。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 如果板料较厚,拉深件深度较小,拉深后有一定回弹量。 回弹引起拉深件口部张大,当凸模回程时,凹模下平面挡住拉深件口部而自然卸下拉深件,此时可以不配备

39、卸件器。 这种拉深模具结构简单,适用于拉深板料厚度较大而深度不大的拉深件。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 正装拉深模正装拉深模 模柄模柄 上模座上模座 凸模固定板凸模固定板 弹簧弹簧 压边圈压边圈 定位板定位板 凹模凹模 下模座下模座 卸料螺钉卸料螺钉 1010凸模凸模 图示为有压边装置的正装首次拉深模。 压边装置在上模，由于弹性元件高度受到模具闭合高度的限制，因此此种结构形式只适用于拉深高度不大的零件。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 带锥形压边圈的带锥形压边圈的倒装拉深模倒装拉深模1 1上模座上模座2 2推杆推杆 3 3推件板推件板4 4锥形凹模锥形凹模5 5限位柱限位柱6锥形

40、压边圈锥形压边圈7拉深凸模拉深凸模8固定板固定板9下模座下模座 图示为具有锥形压边圈的倒装首次拉深模。 压边装置的弹性元件在下模底下，工作行程可以较大，用于拉深高度较大的零件，应用广泛。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-39落料首次拉深复合模 2)单动压力机用落料拉深复合模条料由两个导料销11进行导向,由挡料销12定距。 为了保证先落料、后拉深,模具装配时,应使拉深凸模2比落料凹模1低约11.5倍料厚的距离。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 3)双动压力机用首次拉深模图4-40双动压力机用首次拉深模 特点：此模具结构显得很简单,制造周期也短,成本也低,但压力机设备投资较高。 第

41、四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2.2.以后各次拉深模以后各次拉深模以后各次拉深用的坯料是已经过首次拉深的半成品圆筒形件,而不再是平板毛坯。因此其定位装置、压边装置与首次拉深模是完全不同的。 以后各次拉深模的定位方法常用的有三种:第一种采用特定的定位板第二种是凹模上加工出供半成品定位的凹窝第三种为利用半成品工序件内孔,用压边圈的外形来定位第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-41无压边的以后各次拉深模 图4-41所示为无压边装置的正装式以后各次拉深模。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-42有压边的以后各次拉深模 图4-42所示为有压边装置的倒装式以后各次拉深模。第四章拉深模

42、具设计第四章拉深模具设计 本次课结束第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.2.3拉深模具工作零件的设计拉深模具工作零件的设计1.拉深凹模和凸模的圆角半径拉深凹模和凸模的圆角半径1)凹模圆角半径rd凹模圆角半径rd对拉深工作的影响很大。 若rd过小,因径向拉力增大,易使拉深件表面划伤或产生破裂; 若rd过大,因压边面积小,悬空增大,则会削弱压边圈的作用,易引起内皱。 因此, rd的大小要适当,一般说来, rd要尽可能大些,大的rd可以降低极限拉深系数,而且还可以提高拉深件的质量。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 首次拉深的凹模圆角半径可按以下经验公式确定: 10.8 ()drDd t(

43、4-15) 或 11 2drc c t(4-16) 式中式中:rd1为首次拉深凹模圆角半径为首次拉深凹模圆角半径;D为坯料直径为坯料直径;d为凹模内径为凹模内径; t为材料厚为材料厚度度;c1为考虑材料力学性能的系数为考虑材料力学性能的系数,对于软钢、硬铝对于软钢、硬铝, c1=1,对于纯铜、黄铜、对于纯铜、黄铜、铝铝, c1=0.8;c2为考虑板料厚度与拉深系数的系数为考虑板料厚度与拉深系数的系数,见表见表4-16。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 表表4-16拉深凹模圆角半径系数拉深凹模圆角半径系数c2 拉 深 系 数 1m 材料厚度 t/mm 拉深件直径 d/mm 0.480.55

44、 0.550.6 0.6 0.5 50 50200 200 79.5 8.510 910 67.5 78.5 810 56 67.5 79 0.51.5 50 50200 200 68 79 810 56.5 67.5 79 45.5 56.5 68 1.52 50 50200 200 56.5 67.5 78.5 4.55.5 56.5 67.5 45 4.55.5 56.5 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 以后各次拉深的凹模圆角半径应逐渐缩小,一般可按下式确定: )1(8 . 06 . 0iddirr(i=2,3,n) (4-17) 以上计算所得凹模圆角半径均应符合rd2t的拉深工艺

45、性要求。对于带凸缘的圆筒形件对于带凸缘的圆筒形件,最后一次拉深的凹模圆角半径还应与最后一次拉深的凹模圆角半径还应与零件的凸缘圆角半径相等。零件的凸缘圆角半径相等。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2)凸模圆角半径rp 凸模圆角半径rp对拉深工序的影响没有凹模圆角半径rd那样显著。 但rp过小, rp处弯曲变形程度增大,危险断面的有效抗拉强度会降低; rp过大,凸模与坯料接触面积减小,会使坯料悬空部分增大,易产生底部变薄和内皱。一般首次拉深的凸模圆角半径可按以下公式确定: rp1=(0.71.0)rd1(4-18) 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 以后各次拉深的凸模圆角半径应逐渐缩小

46、,一般可按下式确定:1(1)22iip iddtr(i=3,4,n) (4-19) 式中:di-1、di为各次拉深工序件的直径。最后一次拉深时,凸模圆角半径rpn应等于拉深件底部圆角半径r。 但当拉深件底部圆角半径小于拉深工艺性要求时,则凸模圆角半径应按工艺性要求确定(rpt),然后通过增加整形工序得到拉深件所要求的圆角半径。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2. 2.拉深凸、凹模间隙拉深凸、凹模间隙Z Z 拉深凸、凹模间隙是指单边间隙,即凹模和凸模直径之差的一半。 其对拉深力、拉深质量、模具寿命等都有较大影响：l间隙过小,则会增加摩擦阻力,使拉深力提高,拉深件变薄严重,容易拉裂,且易划

47、伤零件表面,降低模具寿命l间隙过大,则拉深时对坯料的校直和挤压作用减小,拉深力降低,模具寿命提高,但拉深件将出现较大的锥度,尺寸精度较差且容易起皱。第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 确定凸、凹模间隙的原则：确定凸、凹模间隙的原则： 既要考虑板料本身的制造公差,又要考虑拉深件口部的增厚现象,根据拉深时是否采用压边圈、拉深次数否采用压边圈、拉深次数和零件的零件的形状形状及尺寸精度尺寸精度等要求合理确定。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 (1)无压边圈拉深模的凸、凹模单边间隙为 Z=(11.1)tmax (4-20) 式中:Z为拉深凸、凹模的单边间隙值;tmax为材料厚度的最大极限尺寸。对

48、于系数11.1,末次拉深或精密零件的拉深取偏小值,首次和中间各次拉深或精度要求不高零件的拉深取偏大值。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 (2)有压边圈拉深模的凸、凹模单边间隙,按表4-17确定。 表表4-17有压边圈拉深时凸、凹模单边间隙有压边圈拉深时凸、凹模单边间隙Z 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 3.3.拉深凸、凹模的工作部分尺寸及公差拉深凸、凹模的工作部分尺寸及公差拉深凸、凹模工作部分尺寸的确定,主要考虑模具的磨损和拉深件的回弹。零件的尺寸精度由最后一道拉深工序保证,最后一道拉深凸、凹模尺寸及公差应根据零件的要求来确定。当零件要求外形时(图4-43(a),以凹模为基准进行计

49、算,则 凹模尺寸 max0(0.75 )ddDD凸模尺寸 0max(0.752 )ppDDZd、p为拉深凸、凹模制造公差为拉深凸、凹模制造公差,一般可按一般可按IT6IT9级精度确定级精度确定,也可也可按零件公差的按零件公差的1/31/4选取。选取。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-43 拉深零件尺寸与模具尺寸第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 当零件要求内形时(图4-43(b),以凸模为基准进行计算,则 凸模尺寸 0min(0.4 )ppdd(4-23) 凹模尺寸 min0(0.42 )ddddZ(4-24) 上面上面4个公式中个公式中:Dd、dd为凹模的工作尺寸为凹模的工作尺

50、寸;Dp、dp为凸模的工作尺寸为凸模的工作尺寸;Dmax、dmin为拉深件外形的最大极限尺寸和内形的最小极限尺寸为拉深件外形的最大极限尺寸和内形的最小极限尺寸;Z为拉深凸、凹为拉深凸、凹模单边间隙模单边间隙;为零件的公差为零件的公差;d、p为拉深凸、凹模制造公差为拉深凸、凹模制造公差,一般可按一般可按IT6IT9级精度确定级精度确定,也可按零件公差的也可按零件公差的1/31/4选取。选取。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 对于多次拉深对于多次拉深,工序件尺寸与公差无需严格要求,中间各道工序的凸、凹模尺寸只需等于工序件尺寸即可。若以凹模为基准时,则 凹模尺寸 0ddDD(4-25) 凸模尺

51、寸 0(2 )ppDDZ(4-26) 式中:D为各工序件的基本尺寸。拉深凸、凹模工作表面粗糙度要求表面粗糙度要求:凹模工作表面和型腔表面粗糙度应达到Ra0.8m,圆角处的表面粗糙度一般要求为Ra0.4m,凸模工作表面粗糙度一般要求为Ra1.60.8m。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-44无压料一次拉深的凸、凹模结构(a)圆弧形;(b)锥形;(c)渐开线形;(d)等切面形 4.拉深凸、凹模的结构拉深凸、凹模的结构1)无压料的拉深凸、凹模结构图4-44所示为无压料一次拉深成型时所用的凸、凹模结构第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-45所示为无压料多次拉深所用的凸、凹模结构。在

52、上述凹模结构中,a=510mm,b=25mm,锥形凹模的锥角一般取30。 图4-45无压料多次拉深的凸、凹模结构 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2)有压料的拉深凸、凹模结构图4-46所示为有压料拉深所用的凸、凹模结构,其中图 (a)用于直径小于100mm的拉深件;图(b)用于直径大于100mm的拉深件,这种结构除了具有锥形凹模的特点外,还可减轻坯料的反复弯曲变形,以提高工件侧壁质量。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.3设计实例设计实例 4.3.1设计题目设计题目 拉深如图4-47所示带凸缘圆筒形零件,材料为08钢,厚度t=1mm,大批量生产。试确定拉深工艺,设计拉深模。 第四

53、章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-47带凸缘圆筒形零件 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4.3.2设计步骤设计步骤1.零件工艺性的分析零件工艺性的分析该零件为带凸缘圆筒形件,要求内形尺寸,料厚t=1mm,没有厚度不变的要求;零件的形状简单、对称,底部圆角半径r=2mmt,凸缘处的圆角半径R=2mm=2t,满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求;尺寸 20.1+0.10mm为IT12级,其余尺寸为自由公差,满足拉深工艺对精度等级的要求;零件所用08钢的拉深性能较好,易于拉深成型。综上所述,该零件的拉深工艺性较好,可用拉深工序加工。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2.确定工艺方案确

54、定工艺方案为了确定零件的成型工艺方案,先应计算拉深次数及有关工序尺寸。板料厚度t=1mm,故按中线尺寸计算。1)计算坯料直径D根据零件尺寸查表4-2得修边余量R=2.2mm,故实际凸缘直径 dt=(55.4+22.2) =59.8mm 由表4-3查得带凸缘圆筒形件的坯料直径计算公式,又因为R=r,故 2242243.4459.84 21.1 32 3.44 2.5 21.1Ddd Hrd mm78第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2)判断可否一次拉深成型根据 27. 0781 .2152. 11 .2132%83. 21 .218 .59%28. 1781tDdmdHddDtt查表4-11

55、、4-12得m10.35，H1/d1=0.21,故不能一次拉伸成型 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 3)确定首次拉深工序件尺寸查表4-11得首次拉深的极限拉深系数为0.51,取m1=0.52,则 d1=m1D=0.5278=40.5mm 取 r1=R1=5.5mm 为了使以后各次拉深时凸缘不再变形,取首次拉入凹模的材料面积比最后一次拉入凹模的材料面积(即零件中除去凸缘平面以外的表面积)增加5,故坯料直径修正为 3200 1.052895D 79mm 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 按式4-14,可得首次拉深高度为 2222111111110.250.14()0.43()()HDdr

56、RrRdd220.25(7959.8 )0.43 (5.55.5)40.521.2mm 验算所取m1是否合理:根据t/D=1.28,dt/d=59.840.5=1.48,查表4-12可知首次拉深的极限高度为0.58。因H1/d1=21.240.5=0.520.58,故所取m1是合理的。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 4)计算以后各次拉深的工序件尺寸查表4-13得m2=0.75,m3=0.78,m4=0.80,则d2=0.7540.5=30.4mmd3=0.7830.4=23.7mmd4=0.8023.7=19.0mm 因d4=19mm21.1mm(零件直径),不需再推算下去,故共需4次

57、拉深。调整以后各次拉深系数,使其均大于表4-13查得的相应极限拉深系数。调整后,实际取m2=0.77,m3=0.80,m4=0.844。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 故以后各次拉深工序件的直径为 d2=0.7740.5=31.2mmd3=0.8031.2=25.0mmd4=0.84423.7=21.1mm以后各次拉深工序件的圆角半径取: r2=R2=4.5mm;r3=R3=3.5mm;r4=R4=2.5mm以后各次拉深工序件的高度为:H2=24.8mm,H3=28.7mm,最后一次拉深后达到零件的高度H4=32mm,拉深工序至此结束。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 图4-48

58、带凸缘圆筒形件的各次拉深工序尺寸 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 根据上述计算结果,此零件需要落料(制成79mm的坯料)、四次拉深和切边(达到零件要求的凸缘直径55.4mm)共六道冲压工序。考虑该零件的首次拉深高度较小,且坯料直径( 79)与首次拉深后的圆筒体直径(39.5)的差值较大,为了提高生产率,可将坯料的落料与首次拉深复合。 因此,该零件的冲压工艺方案为:落料与首次拉深复合模第二次拉深模第三次拉深模第四次拉深模切边模。 以下仅以第四次拉伸模为例，介绍拉伸模设计过程。 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 3.拉深力与压边力计算拉深力与压边力计算1)拉深力拉深力根据式(4-6)计算,查得08钢的强度极限b=400MPa,由m4=0.844查表4-8得K2=0.70,则 F=K2d4tb=0.703.1420.1400=17672N 第四章拉深模具设计第四章拉深模具设计 2)压边力压边力根据式(4-9)计算,查表4-10取q=2.5MPa,则 22344(2)/4YdFddrq= 3.14262-(22.1+2)22.5