拉伸工艺和拉深模具设计培训教材（共46页).ppt

1、冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 1.1.拉深的根本概念拉深的根本概念 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。形状空心件的一种冲压加工方法。( (如图如图) )2.2.典型的拉深件典型的拉深件( (如图如图) )3.3.拉深模具的特点拉深模具的特点 结构相对较简单，与冲裁模比较，工作局部有结构相对较简单，与冲裁模比较，工作局部有较大的圆角，外表质量要求高，凸、凹模间隙略大于板

2、料较大的圆角，外表质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。厚度。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.1 拉深变形过程的分析拉深变形过程的分析板料拉深变形过程板料拉深变形过程及其特点及其特点 在毛坯上画作出距离为在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与相同弧度的等距离的同心圆与相同弧度b辐辐射线组成的网格射线组成的网格( (如图如图) ) ，然后将带有网格的毛坯进行拉深。，然后将带有网格的毛坯进

3、行拉深。 在拉深过程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸缘毛坯的在拉深过程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸缘毛坯的径向产生拉伸应力径向产生拉伸应力 ，切向产生压缩应力，切向产生压缩应力 。在它们的共同。在它们的共同作用下，凸缘变形区材料发生了塑性变形，并不断被拉入凹模作用下，凸缘变形区材料发生了塑性变形，并不断被拉入凹模内形成筒形拉深件。内形成筒形拉深件。 13冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 在拉深后我们发现如图：工件底部的网格变化很小，而侧壁上的网格变化很大，以前的等距同

4、心圆，变成了与工件底部平行的不等距的水平线，并且愈是靠近工件口部，水平线之间的距离愈大，同时以前夹角相等的半径线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线，如下图，以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深过程中变形毛坯各局部的应力与应变状态拉深过程中变形毛坯各局部的应力与应变状态 拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况(如图如图

5、)1.平面凸缘局部平面凸缘局部 主要变形区主要变形区2.凹模圆角区凹模圆角区 过渡区过渡区3.筒壁局部筒壁局部 传力区传力区4.凸模圆角局部凸模圆角局部 过渡区过渡区5.圆筒底局部圆筒底局部 小变形区小变形区冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图 4.1.5 拉深中毛坯的应力应变情况 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.1.3 拉深成形的障碍及防止措施拉深成形的障碍及防止措施 1.起皱起皱(如图如图)，影响起皱的因素：，影响起皱的因素： (1)凸缘局部材料的相对厚度凸缘局部材料的相对厚度 凸缘局部的相对料

6、厚，即为凸缘局部的相对料厚，即为 : (2)切向压应力的大小切向压应力的大小 拉深时拉深时 的值决定于变形程度，变形程度越大，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，那么需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，那么越越 大，就越容易起皱。大，就越容易起皱。 (3)材料的力学性能材料的力学性能 板料的屈强比板料的屈强比 小，那么屈服极限小，变形区小，那么屈服极限小，变形区内的切向压应力也相对减小，因此板料不容易起皱。内的切向压应力也相对减小，因此板料不容易起皱。 rRtdDtff或33bs冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉

7、深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 (4)凹模工作局部的几何形状凹模工作局部的几何形状 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：用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是： 如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法(也是实际生也是实际生产中最常用的方法产中最常用的方法)是采用压边圈是采用压边圈 。)1)(17

8、. 009. 0(DtDtDdDt103.0冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 2.拉裂拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的(如图如图) 防止拉裂防止拉裂: 可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，增加凸模的外表粗糙度，改善凸缘局部变形材料的力，增加凸模的外表粗糙度，改善凸缘局部变形材料的润滑条件，合理设计模具工作局部的形状，选用拉深性润滑条件，合理设计模具工作局部的形状，选用拉深性能好的材料。能好的材料。3.硬化硬化 拉深是一个塑性变形过程

9、，材料变形后必然发生加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。工硬化，使其硬度和强度增加，塑性下降。 加工硬化的好处是使工件的强度和刚度高于毛坯材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。料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计直壁旋转体零件拉深工艺的设计4.2.1 拉深毛坯尺寸确实定拉深毛坯尺寸确实定 拉深毛

10、坯尺寸确实定原那么：拉深毛坯尺寸确实定原那么： 体积不变原理拉深前毛坯外表积等于拉体积不变原理拉深前毛坯外表积等于拉深后零件的外表积深后零件的外表积 、相似性原理。、相似性原理。 毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析图解法、作图法。图解法、作图法。 1确定修边余量确定修边余量 由于材料的各向导性以及拉深时金属流动由于材料的各向导性以及拉深时金属流动条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上方向上(无凸缘件无凸缘件)或凸缘上增加修边余量或

11、凸缘上增加修边余量 。 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 2 2计算工件外表积计算工件外表积 圆筒直壁局部的外表积为圆筒直壁局部的外表积为 : :冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 无凸缘圆筒形件的拉深工艺计算无凸缘圆筒形件的拉深工艺计算 1.拉深系数拉深系数 拉深系数是表示拉深后圆筒形件的直径与拉深拉深系数是表示拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯或半成品的直径之比。前毛坯或半成品的直径之比。 如图如图 工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数，工件的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数，即工件所需要的拉深系数即

12、工件所需要的拉深系数 121112211.nnnnnnddmddmddmDdmnnnnnnnmmmmddddDdddDdm121121121.总冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图 4.2.2 拉深工序示意图 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为： 拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，反映了毛拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，反映了毛坯

13、外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此可用它作为衡坯外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此可用它作为衡量拉深变形程度的指标。拉深时毛坯外边缘的切向压缩变形量拉深变形程度的指标。拉深时毛坯外边缘的切向压缩变形量为：量为： 由此可知，拉深系数是一个小于由此可知，拉深系数是一个小于1的数值，其值愈大表的数值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直径变化愈小，即变形程度小。其值愈小示拉深前后毛坯的直径变化愈小，即变形程度小。其值愈小那么毛坯的直径变化愈大，即变形程度大。那么毛坯的直径变化愈大，即变形程度大。 n1nnn1ddmkmmmmddtdtdtdmDdDtdtDt111.11;11.nn;1n1n2121

14、212111即：冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 2.影响拉深系数的因素影响拉深系数的因素 拉深材料：机械性能、料厚、外表质量。拉深材料：机械性能、料厚、外表质量。 拉深模具：间隙、凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹拉深模具：间隙、凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模形状模形状(如图凹模外表质量。如图凹模外表质量。 拉深条件：压边圈、次数、润滑、工件形状。拉深条件：压边圈、次数、润滑、工件形状。3.拉深系数的值与拉深次数拉深系数的值与拉深次数 查表确定。查表确定。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图4.2.3 锥

15、形凹模冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 无凸缘圆筒形拉深件的拉深次数和工序件尺寸的计算无凸缘圆筒形拉深件的拉深次数和工序件尺寸的计算 试确定如以下图所示零件试确定如以下图所示零件( (材料材料0808钢，材料钢，材料厚度厚度 =2mm)=2mm)的拉的拉深次数和各拉深工序尺寸。深次数和各拉深工序尺寸。 计算步骤如下：计算步骤如下：1.1.确定切边余量确定切边余量 根据根据 ，查表，并取：，查表，并取： 。2.2.按教材表的公式计算毛坯直径按教材表的公式计算毛坯直径 mm28356.072.1H222222rrdddDth28. 288/200/,2

16、00dhhmm7h冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计3.3.确定拉深次数确定拉深次数 判断能否一次拉出判断能否一次拉出 对于图示的零件，由毛坯的相对厚度：对于图示的零件，由毛坯的相对厚度： 从表从表 4.4.14.4.1中查出各次的拉深系数中查出各次的拉深系数 ： =0.54=0.54， =0.77=0.77， =0.80=0.80， =0.82=0.82。那么该零件的总拉深系。那么该零件的总拉深系数数 。 即即 ： ，故该零件，故该零件需经屡次拉深才能够到达所需尺寸。需经

17、屡次拉深才能够到达所需尺寸。2m7 . 0100/Dt1m3m4m31.0283/88/Ddm总1mm总冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 2计算拉深次数计算拉深次数 例如例如: 可知该零件要拉深四次才行可知该零件要拉深四次才行 。半成品尺寸确定半成品尺寸确定 1半成品直径半成品直径 拉深次数确定后，再根据计算直径拉深次数确定后，再根据计算直径 应等于应等于 的原那么的原那么对对各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于推算拉各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数。深次数时所用的极限拉深系数。mmmmdmd

18、mmmmdmdmmmmdmdmmmmDmd2 .772 .9482. 02 .948 .11780. 08 .11715377. 015328354. 034423312211nd工d冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 零件实际需拉深系数应调整为：零件实际需拉深系数应调整为： 调整好拉深系数后，重新计算各次拉深的圆筒直径即得调整好拉深系数后，重新计算各次拉深的圆筒直径即得半成品直径。零件的各次半成品尺寸为半成品直径。零件的各次半成品尺寸为 ：85. 0,82. 0,79. 0,57. 04321mmmm85. 0104888882. 01261041

19、0479. 016012612657. 028316016044332211mmmdmmmdmmmdmmmd第四次第三次第二次第一次冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 2半成品高度半成品高度 各次拉深直径确定后，紧接着是计算各次拉深后零件各次拉深直径确定后，紧接着是计算各次拉深后零件的高度：的高度： 式中：式中： 各次拉深的直径各次拉深的直径(中线值中线值)； 各次半成品底部的圆角半径各次半成品底部的圆角半径(中值中值)； 各次半成品底部平板局部的直径；各次半成品底部平板局部的直径； 各次半成品底部圆角半径圆心以上的各次半成品底部圆角半径圆心以上的筒

20、壁高度；筒壁高度； 3233032302322220222022121101210214)82(4)82(4)82(drdrdDhdrdrdDhdrdrdDh第三次第二次第一次321,ddd321,rrr302010,ddd321,hhh冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 零件的以上各项具体数值代人上述公式，即求出各次零件的以上各项具体数值代人上述公式，即求出各次高度为：高度为： 各次半成品的总高度为：各次半成品的总高度为： 拉深后得到的各次半成品拉深后得到的各次半成品(如图如图) mm164mm104458945294283mm123mm12648

21、811082110283mm78mm1604128136122136283222322222221hhhmm170mm151642mm132mm181232mm91mm112782333222111trhHtrhHtrhH冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图4.2.6 零件各次拉深的半成品尺寸冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.3拉深工艺设计拉深工艺设计 4.3.1 拉深零件结构工艺性分析拉深零件结构工艺性分析 拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形工艺拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形

22、工艺的难易程度。良好的工艺性应是坯料消耗少、工序数目少，的难易程度。良好的工艺性应是坯料消耗少、工序数目少，模具结构简单、加工容易，产品质量稳定、废品少和操作简模具结构简单、加工容易，产品质量稳定、废品少和操作简单方便等。单方便等。 在设计拉深零件时，应根据材料拉深时的变形特点和规在设计拉深零件时，应根据材料拉深时的变形特点和规律，提出满足工艺性的要求。律，提出满足工艺性的要求。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.3.2 拉深工艺的辅助工序拉深工艺的辅助工序 1.润滑润滑在凹模圆角、平面、压边圈外表及与这些部位在凹模圆角、平面、压边圈外表及与这些

23、部位相接触的毛坯外表，应每隔一定周期均匀抹涂一层相接触的毛坯外表，应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油，并保持润滑部位干净润滑油，并保持润滑部位干净. 2.热处理热处理在多道拉深时，为了恢复冷加工后材料的塑性，在多道拉深时，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。拉深工应在工序中间安排退火，以软化金属组织。拉深工序后还要安排去应力退火。一般拉深工序间常采用序后还要安排去应力退火。一般拉深工序间常采用低温退火低温退火 。各种材料不需热处理可以拉深的次数。各种材料不需热处理可以拉深的次数。 3.酸洗酸洗退火后工件外表必然有氧化皮和其他污物，在退火后工件外表必然有氧化皮和其他污

24、物，在继续加工时会增加模具的磨损，因此必需要酸洗，继续加工时会增加模具的磨损，因此必需要酸洗，否那么使拉深不能正常进行。否那么使拉深不能正常进行。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.4拉深成形模具设计拉深成形模具设计 4.4.1 拉深模具的分类及典型结构拉深模具的分类及典型结构 按拉深模使用的设备可分为：按拉深模使用的设备可分为： 单动压力机单动压力机 双动压力机双动压力机 三动压力机三动压力机 按工序组合分为按工序组合分为 单工序拉深模单工序拉深模 级进式拉深模级进式拉深模 复合模复合模冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深

25、工艺及拉深模具的设计图无压边装置的简单拉深模1-定位板；2-下模座；3-凸模；4-凹模 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图有压边装置倒装拉深模 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图有压边装置顺装拉深模 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图 双动压力机工作原理 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 drpr拉深模工作零件的结构和尺寸拉深模工作零件的结构和尺寸 拉深模工作局部的尺寸指的是凹模圆角半拉深模工作局部的尺寸指的是凹

26、模圆角半径径 ，凸模圆角半径，凸模圆角半径 ，凸、凹模的间隙，凸、凹模的间隙c，凸，凸模直径，凹模直径等，模直径，凹模直径等，(如图如图)。1.凹模圆角半径凹模圆角半径 (1)拉深力的大小拉深力的大小 凹模圆角半径小时材料流过凹模时产生较大凹模圆角半径小时材料流过凹模时产生较大的弯曲变形，结果需承受较大的弯曲变形阻力，的弯曲变形，结果需承受较大的弯曲变形阻力，此时凹模圆角对板料施加的厚向压力加大，引起此时凹模圆角对板料施加的厚向压力加大，引起摩擦力增加。摩擦力增加。 (2)拉深件的质量拉深件的质量 当当 过小时，坯料在滑过凹模圆角时容易被过小时，坯料在滑过凹模圆角时容易被刮伤，结果使工件的外表

27、质量受损。而当刮伤，结果使工件的外表质量受损。而当 太大太大时，拉深初期毛坯没有与模具外表接触的宽度加时，拉深初期毛坯没有与模具外表接触的宽度加大，由于这局部材料不受压边力的作用，因而容大，由于这局部材料不受压边力的作用，因而容易起皱。易起皱。 drdr冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图 4.6.10 拉深模工作局部的尺寸 冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 (3)拉深模的寿命 小时，材料对凹模的压力增加，摩擦力增大，磨损加剧，使模具的寿命降低。所以 的值既不能太大也不能太小。 通常可按经验公式计算： 2.凸模圆角半径 凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大，但其值也必须适宜。drdrtdDr8 . 0dpr冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 3.凸模和凹模的间隙凸模和凹模的间隙 拉深模间隙是指单面间隙。间隙的大小对拉深力、拉