钣金与成型第4章--拉深教学教材

1、钣金与成型第4章-拉深4 4、1 1 圆筒件拉深的变形过程圆筒件拉深的变形过程 1 1 、 圆筒件拉深时的应力应变状态圆筒件拉深时的应力应变状态 拉深概念：拉深概念： 在压力机上使用模具将毛坯制成带底的在压力机上使用模具将毛坯制成带底的圆筒件、矩形件或其它形状立体空心制件的成圆筒件、矩形件或其它形状立体空心制件的成形方法。形方法。 （图（图4-14-1）不变薄拉深变薄拉深 若不采用拉深工艺而是采用折弯方法来成形若不采用拉深工艺而是采用折弯方法来成形一圆筒形件一圆筒形件, ,可将图所示毛坯的三角形阴影部分材可将图所示毛坯的三角形阴影部分材料去掉料去掉, ,然后沿直径为然后沿直径为d d的圆周折弯

2、的圆周折弯, ,并在缝隙处加并在缝隙处加以焊接，就可以得到直径为以焊接，就可以得到直径为 h,h,高度为高度为 h=(D-d)/2,h=(D-d)/2,周边带有焊缝的开口圆筒形件。但圆形平板毛坯周边带有焊缝的开口圆筒形件。但圆形平板毛坯在拉深成形过程中并没有去除图示中三角形多余在拉深成形过程中并没有去除图示中三角形多余的材料，因此只能认为三角形多余的材料是在模的材料，因此只能认为三角形多余的材料是在模具的作用下产生了流动。具的作用下产生了流动。 为了了解材料是怎样流动的，可以从图示的网格试验来说明为了了解材料是怎样流动的，可以从图示的网格试验来说明这一问题。即拉深前，在毛坯上画出距离为这一问题

3、。即拉深前，在毛坯上画出距离为a a的等距离的同心圆的等距离的同心圆与相同弧度与相同弧度b b辐射线组成的网格，然后将带有网格的毛坯进行拉辐射线组成的网格，然后将带有网格的毛坯进行拉深。通过比较拉深前后网格的变化情况，来了解材料的流动情况。深。通过比较拉深前后网格的变化情况，来了解材料的流动情况。 我们发现，拉深后筒底部的网格变化不明显；而侧壁上的我们发现，拉深后筒底部的网格变化不明显；而侧壁上的网格变化很大，拉深前等距离的同心圆拉深后变成了与筒底平网格变化很大，拉深前等距离的同心圆拉深后变成了与筒底平行的不等距离的水平圆周线，愈靠近口部圆周线的间距愈大，行的不等距离的水平圆周线，愈靠近口部圆

4、周线的间距愈大，即：即：a1a2a3aa1a2a3a；原来分度相等的辐射线拉深后变成了相互；原来分度相等的辐射线拉深后变成了相互平行且垂直于底部的平行线，其间距也完全相等，平行且垂直于底部的平行线，其间距也完全相等，b1=b2=b3=bb1=b2=b3=b。原来形状为扇形网格。原来形状为扇形网格dA1dA1，拉深后在工件的侧，拉深后在工件的侧壁变成了矩形网格壁变成了矩形网格 dA2dA2，离底部越远矩形的高度越大。，离底部越远矩形的高度越大。 测量此时工件的高度，发现筒壁高度大于测量此时工件的高度，发现筒壁高度大于(Dd)/2(Dd)/2。这说。这说明材料沿高度方向产生了塑性流动。明材料沿高度

5、方向产生了塑性流动。 金属是怎样往高度方向流动，或者说拉深前的扇形网格是怎样变成矩形金属是怎样往高度方向流动，或者说拉深前的扇形网格是怎样变成矩形的。从变形区任选一个扇形格子来分析。从图中可看出，扇形的宽度大于矩的。从变形区任选一个扇形格子来分析。从图中可看出，扇形的宽度大于矩形的宽度，而高度却小于矩形的高度，要使扇形格子拉深后要变成矩形格，形的宽度，而高度却小于矩形的高度，要使扇形格子拉深后要变成矩形格，必须宽度减小而长度增加。很明显扇形格子只要切向受压产生压缩变形，径必须宽度减小而长度增加。很明显扇形格子只要切向受压产生压缩变形，径向受拉产生伸长变形就能产生这种情况。而在实际的变形过程中，

6、由于有三向受拉产生伸长变形就能产生这种情况。而在实际的变形过程中，由于有三角形多余材料存在，拉深时材料间的相互挤压产生了切向压应力，凸模提供角形多余材料存在，拉深时材料间的相互挤压产生了切向压应力，凸模提供的拉深力产生了径向拉应力。故的拉深力产生了径向拉应力。故 (Dd)(Dd)的圆环部分在径向拉应力和切向压的圆环部分在径向拉应力和切向压应力的作用下径向伸长，切向缩短，扇形格子就变成了矩形格子，三角形多应力的作用下径向伸长，切向缩短，扇形格子就变成了矩形格子，三角形多余金属流到工件口部，使高度度增加。余金属流到工件口部，使高度度增加。 a)a)单元网格的受力单元网格的受力 b)b)网格的挤压模

7、型网格的挤压模型拉深网格的挤压变形拉深网格的挤压变形 这一受力过程如同一扇形毛坯被拉着通过一个楔形槽这一受力过程如同一扇形毛坯被拉着通过一个楔形槽( (图图b)b)的变化是类似的，在直径方向被拉长的同时，切向则被压缩。的变化是类似的，在直径方向被拉长的同时，切向则被压缩。在实际的拉深过程中，当然并没有楔形槽，毛坯上的扇形小单在实际的拉深过程中，当然并没有楔形槽，毛坯上的扇形小单元体也不是单独存在的，而是处在相互联系、紧密结合在一起元体也不是单独存在的，而是处在相互联系、紧密结合在一起的毛坯整体。在凸模力的作用下，变形材料间的相互拉伸作用的毛坯整体。在凸模力的作用下，变形材料间的相互拉伸作用而产

8、生了径向拉应力而产生了径向拉应力 ，而切线方向材料间的相互挤压而产，而切线方向材料间的相互挤压而产生了切向压应力生了切向压应力 。 因此，拉深变形过程可以归结如下：因此，拉深变形过程可以归结如下：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。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，并不断被拉入凹模内形成筒形拉深件。凹模内形成筒形拉深件。1 1）拉深变形过程拉深变形过程（图（图4-24-2） 在拉

9、深力的作用下，凹模口以外毛坯的环形部分逐在拉深力的作用下，凹模口以外毛坯的环形部分逐渐被拉入凹模，最终形成一个带底的圆筒形件工件。渐被拉入凹模，最终形成一个带底的圆筒形件工件。 拉深类型：拉深类型： 无压边拉深无压边拉深 有压边拉深有压边拉深2 2）变形特点变形特点（图（图4-34-3） 变形区主要集中在变形区主要集中在凸缘区凸缘区： 径向受拉径向受拉 切向受压切向受压2 2、圆筒件拉深的力学分析、圆筒件拉深的力学分析（图（图4-54-5）o法兰区（凸缘区）：法兰区（凸缘区）： 法兰区（凸缘区）可看成一个圆环形薄板，法兰区（凸缘区）可看成一个圆环形薄板， 内孔沿径向受均匀的拉伸力作用。内孔沿径

10、向受均匀的拉伸力作用。o凹模圆角区：凹模圆角区： 板料在凹模圆角区变形复杂接近拉弯，切向有压缩变形。板料在凹模圆角区变形复杂接近拉弯，切向有压缩变形。o筒壁区：筒壁区： 是法兰区（凸缘）材料拉入凹模内形成的已变形区，是法兰区（凸缘）材料拉入凹模内形成的已变形区，也是传力区。将凸模的拉深力传递到凸缘。还可视为受也是传力区。将凸模的拉深力传递到凸缘。还可视为受单向拉应力状态。单向拉应力状态。o凸模圆角区：凸模圆角区： 板料沿径向受强烈的拉伸作用。板料沿径向受强烈的拉伸作用。o筒底区：筒底区： 沿径向受均匀的拉伸力作用。沿径向受均匀的拉伸力作用。 假设假设 、 为毛坯的径向应力与应变；为毛坯的径向应

11、力与应变； 、 为毛坯的厚向应力与应变；为毛坯的厚向应力与应变； 、 为毛坯的切向应力与应变。为毛坯的切向应力与应变。 tt 和和 的知数值可根据金属单元体的知数值可根据金属单元体塑性变形时的平衡方程和屈服条件来求解。塑性变形时的平衡方程和屈服条件来求解。为此从变形区任意半径处截取宽度为为此从变形区任意半径处截取宽度为 dR dR 、夹角为夹角为dd的微元体，分析其受力情况，的微元体，分析其受力情况，如图所示，建立微元体的受力的平衡方程如图所示，建立微元体的受力的平衡方程得：得：首次拉深某瞬间毛坯凸首次拉深某瞬间毛坯凸 ddtddtdtddd02sin2拉深过程法兰区拉深过程法兰区( (凸缘区

12、凸缘区) )的应力分布的应力分布 （图（图4-64-6） 设为无压边拉深，忽略厚向应力，即设为无压边拉深，忽略厚向应力，即 ， 确定凸缘区的径向应力确定凸缘区的径向应力 和切向应力和切向应力 。 求解过程：建立微分平衡方程：求解过程：建立微分平衡方程： 若不考虑加工硬化，则由屈服条件（若不考虑加工硬化，则由屈服条件（TResca)TResca)知：知：0tddtddtdtddd02sin2s)( 由前两式得：由前两式得： 当当 时，时， 。得积分常数。得积分常数 所以，得：所以，得：01lnsssddddC wR01lnlnsswwCRR 0)ln1 (lntwswsRR圆圆筒筒件件拉拉深深时

13、时的的应应力力分分布布 说明：说明：1 1）凸缘外区应力状态以压应力为主，内区以拉应力为主。）凸缘外区应力状态以压应力为主，内区以拉应力为主。 即为外区增厚，内区减薄。即为外区增厚，内区减薄。 2 2）在凹模型腔入口处，径向应力最大，即：）在凹模型腔入口处，径向应力最大，即： 3 3）凸缘上切向应力恒为负值，）凸缘上切向应力恒为负值， 说明增大说明增大 ， 可减小可减小 。 （图）（图）max|aas 特点：特点： 径向拉应力在凸缘外边缘处总是零；径向拉应力在凸缘外边缘处总是零； 切向压应力在凸缘外边缘处达最大值，切向压应力在凸缘外边缘处达最大值， 在筒壁处为最小值；在筒壁处为最小值； 外区切

14、向压应力大于径向拉应力；外区切向压应力大于径向拉应力； 只要应力分量小于屈服流动应力，只要应力分量小于屈服流动应力， 就能满足塑性变形条件。就能满足塑性变形条件。有压边圈的拉深拉深时摩擦分析 A、压边力引起的摩擦（图4-7） B、凹模圆角处的摩擦（图4-8） C、凸模圆角处的摩擦 D、弯曲引起的附加应力 E、筒壁拉应力与拉深力 F、加工硬化对最大拉深应力的影响传力区的径向拉应力为：传力区的径向拉应力为：通常，通常， ，且，且 时，筒壁传力区径向应力最大，时，筒壁传力区径向应力最大，即：即：ln242WssWdFRtedR tr压2rmaxln(1 1.6 )2wssdFRtrtrt压wR其中，

15、压边力可从设计手册中查得，也可以用经验公式计算：其中，压边力可从设计手册中查得，也可以用经验公式计算：2maxmaxmaxmax180.1(1)1/()F(1)bktFk FkDkD ddt kFdt压拉深比从传力区径向应力公式知：从传力区径向应力公式知：1 1） 2 2）压边力与）压边力与 有关：有关： maxmax,.(),.(,.)F压越大越大 用润滑剂越大越大 在能够防止起皱的情况下 用最小的压边力 / t D218k20.1(1)(1)k-10.2(1 18)bbtkdt kDDttk kkD 摩(0.2 0.3)BsBs0.05Bs当当D-d=18tD-d=18t时，压边力为零，拉

16、深时可不用压边圈。时，压边力为零，拉深时可不用压边圈。而而r rd d/t/t对径向应力的影响较大：对径向应力的影响较大： 当当r rd d=(8-10)t=(8-10)t时，弯曲附加应力：时，弯曲附加应力： 当当r rd d=(1-2)t=(1-2)t时，弯曲附加应力：时，弯曲附加应力： 当当r rd d接近零时，弯曲附加应力：接近零时，弯曲附加应力： 此时不能进行拉深成形，而近似冲孔。此时不能进行拉深成形，而近似冲孔。 而而r rd d过大时，板料会过早离开凹模的支撑，易起内皱。过大时，板料会过早离开凹模的支撑，易起内皱。3 3、圆筒件拉深时的变形分析、圆筒件拉深时的变形分析 1 1）凸缘

17、材料的变形分析）凸缘材料的变形分析 2 2）板材厚度方向的变形）板材厚度方向的变形 3 3）圆筒壁和筒底材料的变形）圆筒壁和筒底材料的变形 1 1）凸缘区材料的变形）凸缘区材料的变形（图）（图） 拉深过程任意瞬间，凸缘区任一点处的切向相对应变为：拉深过程任意瞬间，凸缘区任一点处的切向相对应变为： 因为，拉深时毛坯面积不变（忽略厚度变化），有：因为，拉深时毛坯面积不变（忽略厚度变化），有： 若用绝对应变表示，有：若用绝对应变表示，有：2222022202220()()1HwHwWRRRRRR 2220lnln()HWRR HHHH2)(2 由前式知，由前式知， 随着变形的进形，其值在变化，由凸缘

18、随着变形的进形，其值在变化，由凸缘 至凹模口部逐渐增大。（指绝对值）至凹模口部逐渐增大。（指绝对值） 当当 时，毛坯边缘的时，毛坯边缘的 为：为： 当当 时（圆筒半径），有：时（圆筒半径），有： ()wR001l nRwWwwRRRRRr222022201lnrwrwrRrRrRrR 凸缘区材料的变形以压缩为主，所以无论凸缘区材料的变形以压缩为主，所以无论拉裂之忧。拉裂之忧。 由于凸缘区为变形区，变形以压缩为主，由于凸缘区为变形区，变形以压缩为主，因此拉深成形为压缩类成形。因此拉深成形为压缩类成形。 2 2）板料厚度方向的变形）板料厚度方向的变形 前面推导中有厚度不变假定，但实际拉深过程中，板

19、料厚度前面推导中有厚度不变假定，但实际拉深过程中，板料厚度是有一定变化的。凸缘外边缘材料厚度增加约是有一定变化的。凸缘外边缘材料厚度增加约20-30%20-30%，而凸模圆，而凸模圆角区材料厚度减薄约角区材料厚度减薄约10%10%左右。左右。P87P87图图4-224-22 凸缘区材料厚度分布规律可分析如下。凸缘区材料厚度分布规律可分析如下。 忽略厚向应力，即假设忽略厚向应力，即假设 ，又由于体积不变及增量，又由于体积不变及增量理论所以：理论所以：tttt 0t2t 由于凸缘区应力为：由于凸缘区应力为： 所以，所以， 因为因为 恒为负值，所以恒为负值，所以 的符号取决于分子项。的符号取决于分子

20、项。 令令 ，则，则 为零的条件是：为零的条件是：(1ln)lnwswsRR 2 ln12lnwtwRR t2ln10wRt0.607wR 当当 时，时， ，即厚度增厚；，即厚度增厚； 当当 时，时， ，即厚度减薄。，即厚度减薄。 也就是说，凸缘材料的厚的度变化规律以也就是说，凸缘材料的厚的度变化规律以 为分界线，外区增厚，为分界线，外区增厚，内区减薄。内区减薄。 说明：说明：1 1） 式中式中 是变化的，因此厚度的应变分布规律是动态的；是变化的，因此厚度的应变分布规律是动态的； 2 2）厚度变化分界线）厚度变化分界线 是近似的，因为其推导中假是近似的，因为其推导中假定定 。 3 3）圆筒壁和

21、筒底材料的变形：凸缘区材料经过圆角区拉入凹模型腔时，）圆筒壁和筒底材料的变形：凸缘区材料经过圆角区拉入凹模型腔时，在凹模圆角处，材料除受径向拉伸外，同时产生塑性弯曲，使板厚减小。进在凹模圆角处，材料除受径向拉伸外，同时产生塑性弯曲，使板厚减小。进一步从凹模圆角区拉向筒壁时，又要被校直，即经受反向弯曲。一步从凹模圆角区拉向筒壁时，又要被校直，即经受反向弯曲。 0.607wR0t 0.607wR0t 0.607wRwR0.607wR0t 圆筒侧壁受轴向拉伸。筒壁区材料原为凸缘区材料，圆筒侧壁受轴向拉伸。筒壁区材料原为凸缘区材料，经过拉深变形后，产生显著的应变硬化效应。在正常拉深条经过拉深变形后，产

22、生显著的应变硬化效应。在正常拉深条件下，筒壁仅仅传递凸模的作用力，变形甚微。件下，筒壁仅仅传递凸模的作用力，变形甚微。 位于平底凸模端部的筒底区材料受平面拉伸，又由位于平底凸模端部的筒底区材料受平面拉伸，又由于凸模圆角处外摩擦的制约作用，这部分材料受力不大，因于凸模圆角处外摩擦的制约作用，这部分材料受力不大，因而变形也不大。筒底区材料在拉深过程中保持基本稳定状态。而变形也不大。筒底区材料在拉深过程中保持基本稳定状态。4 4、影响圆筒件拉深过程的因素、影响圆筒件拉深过程的因素 1 1）板料的机械性能）板料的机械性能 材料机械性能指标中，影响极限拉深系数的主要指标是材料机械性能指标中，影响极限拉深

23、系数的主要指标是材料的屈强比（材料的屈强比（s s/ /b b) )、硬化指数、硬化指数 n n 与厚向异性指数与厚向异性指数 r r 等。等。 材料的屈强比（材料的屈强比（s s/ /b b) )愈小、硬化指数愈小、硬化指数 n n愈大，筒壁传力愈大，筒壁传力区最大拉应力的相对值愈小，另一方面，材料愈不易出现拉伸区最大拉应力的相对值愈小，另一方面，材料愈不易出现拉伸细颈，因而危险断面的严重变薄和拉断现象也可相应推迟。所细颈，因而危险断面的严重变薄和拉断现象也可相应推迟。所以屈强比（以屈强比（s s/ /b b) )愈小、硬化指数愈小、硬化指数 n n愈大的材料，其极限拉深愈大的材料，其极限拉

24、深系数的值也愈小。系数的值也愈小。 材料的厚向异性指数材料的厚向异性指数 r r 对极限拉深系数的影响更为显著。对极限拉深系数的影响更为显著。厚度方向变形愈困难的材料，危险断面也愈不易变薄、拉断，厚度方向变形愈困难的材料，危险断面也愈不易变薄、拉断，因而极限拉深系数可以减小。因而极限拉深系数可以减小。2 2） 板料相对厚度（板料相对厚度（t/D)t/D) 板料的相对厚度愈大，拉深时抵抗失稳起皱的能力愈大。因板料的相对厚度愈大，拉深时抵抗失稳起皱的能力愈大。因而可以减小压边力，减少摩擦损耗，有利于极限拉深系数的降低。而可以减小压边力，减少摩擦损耗，有利于极限拉深系数的降低。3 3） 凸模圆角半径

25、凸模圆角半径 凸模圆角半径的大小虽然对于筒壁传力区的最大拉应力影凸模圆角半径的大小虽然对于筒壁传力区的最大拉应力影响不大，但是却影响危险断面的强度。凸模圆角半径太小，使响不大，但是却影响危险断面的强度。凸模圆角半径太小，使板料绕凸模弯曲的拉应力增加，降低危险断面的强度。而凸模板料绕凸模弯曲的拉应力增加，降低危险断面的强度。而凸模圆角半径太大，又会减少传递拉深力的承载面积，同时还会减圆角半径太大，又会减少传递拉深力的承载面积，同时还会减少凸模端面与板料的接触面积，增加板料的悬空部分，易于产少凸模端面与板料的接触面积，增加板料的悬空部分，易于产生内皱现象。一般将凸模圆角半径选为（生内皱现象。一般将

26、凸模圆角半径选为（4-64-6）t t比较合理。比较合理。4 4） 凹模圆角半径凹模圆角半径 凹模圆角半径太小，使板料在拉深过程中的弯曲抗力增凹模圆角半径太小，使板料在拉深过程中的弯曲抗力增加，从而增加了筒壁传力区的最大拉应力，不利于极限拉深系加，从而增加了筒壁传力区的最大拉应力，不利于极限拉深系数的降低。但是凹模圆角半径太大，又会减少有效压边面积，数的降低。但是凹模圆角半径太大，又会减少有效压边面积，易于使板料失稳起皱。一般凹模圆角半径取（易于使板料失稳起皱。一般凹模圆角半径取（6-86-8）t t比较合理。比较合理。5 5） 凸、凹模间隙凸、凹模间隙 板料在拉深过程中有增厚现象。间隙的大小

27、，应当有利于板料在拉深过程中有增厚现象。间隙的大小，应当有利于板料的塑性流动，不致使板料受到太大的挤压作用与摩擦阻板料的塑性流动，不致使板料受到太大的挤压作用与摩擦阻力，以避免拉深力的增加。但是间隙太大又会影响拉深的准确力，以避免拉深力的增加。但是间隙太大又会影响拉深的准确度。一般间隙取（度。一般间隙取（1.25-1.301.25-1.30）t t比较合理。比较合理。6 6） 压边力压边力 为了减少拉深时筒壁传力区的最大拉应力，应在保证凸缘为了减少拉深时筒壁传力区的最大拉应力，应在保证凸缘不起皱的前提下，将压边力取为最小。不起皱的前提下，将压边力取为最小。 7 7） 摩擦与润滑条件摩擦与润滑条

28、件 从减少板料在拉深过程中的摩擦损耗，减少筒壁传力区的从减少板料在拉深过程中的摩擦损耗，减少筒壁传力区的负担来看，凹模与压边圈的工作表面应比较光滑，粗糙度一般负担来看，凹模与压边圈的工作表面应比较光滑，粗糙度一般取为取为R Ra a0.8，甚至，甚至0.2，且必须采用润滑剂。从增加危，且必须采用润滑剂。从增加危险断面的强度，减少危险断面的负担来看，在不影响拉深件表险断面的强度，减少危险断面的负担来看，在不影响拉深件表面质量的条件下，凸模工作表面可以作得比较粗糙（如面质量的条件下，凸模工作表面可以作得比较粗糙（如R Ra a3.23.2），而且拉深时不应在凸模

29、与板料的接触表面涂抹润滑剂。），而且拉深时不应在凸模与板料的接触表面涂抹润滑剂。5 5、圆筒件拉深过程中出现的问题及其防止措施圆筒件拉深过程中出现的问题及其防止措施 起皱起皱和和破裂破裂是拉深成形的两类不同性质的问题，对拉深件是拉深成形的两类不同性质的问题，对拉深件质量有严重的影响。据统计，由于起皱和破裂而造成的废品约质量有严重的影响。据统计，由于起皱和破裂而造成的废品约占拉深废品总数的占拉深废品总数的80%-90%80%-90%。所以，对起皱和破裂现象进行分析。所以，对起皱和破裂现象进行分析与研究对于提高工艺技术水平、减少试验、节约材料和工时费与研究对于提高工艺技术水平、减少试验、节约材料和

30、工时费用等有意义。用等有意义。1 1）起皱及其防止措施）起皱及其防止措施 拉深过程中，毛坯凸缘区在切向压应力作用下，可能产拉深过程中，毛坯凸缘区在切向压应力作用下，可能产生塑性失稳而起皱，甚至使坯料不能通过凸、凹模间隙而被生塑性失稳而起皱，甚至使坯料不能通过凸、凹模间隙而被拉断。轻微起皱的拉断。轻微起皱的 毛坯虽可通过间隙，但会在筒壁上留下皱毛坯虽可通过间隙，但会在筒壁上留下皱痕，影响零件的表面质量。痕，影响零件的表面质量。 起皱：凸缘区板料出现波纹状皱折起皱：凸缘区板料出现波纹状皱折（图（图4-114-11） 拉深过程中，变形区材料的应力状态外区以压缩为主，外拉深过程中，变形区材料的应力状态

31、外区以压缩为主，外区的切向压应力的绝对值会随变形程度的增加而增加。区的切向压应力的绝对值会随变形程度的增加而增加。 对一定厚度的板料，当切向应力超过某个临界值时，便会对一定厚度的板料，当切向应力超过某个临界值时，便会出现类似压杆失稳的现象，凸缘区材料失稳形成波浪状的皱出现类似压杆失稳的现象，凸缘区材料失稳形成波浪状的皱褶。因此，起皱的原因是压缩失稳，而起皱的条件和皱褶的大褶。因此，起皱的原因是压缩失稳，而起皱的条件和皱褶的大小则主要取决于：小则主要取决于： 1 1）变形程度）变形程度用来拉深系数用来拉深系数m m表示；表示； 2 2）板料抗压失稳刚度）板料抗压失稳刚度用用t/Dt/D0 0表示

32、。表示。 m m愈小，变形程度愈大，切向压应力愈大，愈易起皱；愈小，变形程度愈大，切向压应力愈大，愈易起皱； t/D t/D0 0愈小，抗失稳能力愈差，愈易起皱。愈小，抗失稳能力愈差，愈易起皱。 当皱褶轻微时，仍可能勉强从凸、凹模间隙通过，但会当皱褶轻微时，仍可能勉强从凸、凹模间隙通过，但会在零件侧壁上留下起皱的痕迹，因此可以说起皱是非破坏性在零件侧壁上留下起皱的痕迹，因此可以说起皱是非破坏性的缺陷。的缺陷。 若皱褶严重时，则材料不能从凸、凹模间隙通过，强行若皱褶严重时，则材料不能从凸、凹模间隙通过，强行拉深就会导致拉裂。拉深就会导致拉裂。皱褶出现部位不同分为：皱褶出现部位不同分为： 外皱外皱

33、凸缘区起皱凸缘区起皱 内皱内皱凸、凹模之间悬空部分材料凸、凹模之间悬空部分材料起皱主要是凸缘区切向应力超过板料临界压应力所引起的。起皱主要是凸缘区切向应力超过板料临界压应力所引起的。 切向应力最大值产生在凸缘区的外缘处，起皱首先在此处切向应力最大值产生在凸缘区的外缘处，起皱首先在此处开始。开始。 毛坯不产生起皱的条件：毛坯不产生起皱的条件： 1 1）对平端凹模）对平端凹模 2 2）对锥形凹模）对锥形凹模0(0.09 0.17)(1)tmD00.03(1)tmD 凸缘失稳起皱最严重瞬间为：凸缘失稳起皱最严重瞬间为： 防止方法：防止方法：1 1）采用压边装置）采用压边装置 刚性压边圈刚性压边圈 弹

34、性压边圈（教材弹性压边圈（教材P85-86P85-86图）图） 2 2）多次拉深时，可用反拉深防止起皱）多次拉深时，可用反拉深防止起皱 3 3）采用拉深筋或拉深槛防皱）采用拉深筋或拉深槛防皱(0.8 0.9)wDD2 2）拉破）拉破 拉深时板料厚度的变化拉深时板料厚度的变化（图（图4-104-10） （图（图4-134-13） 破裂原因：破裂原因：A A、凸缘起皱，坯料不能通过凸、凹模间隙，、凸缘起皱，坯料不能通过凸、凹模间隙， 使径向拉应力增大；使径向拉应力增大； B B、压边力过大，使径向拉应力增大；、压边力过大，使径向拉应力增大； C C、变形程度太大，、变形程度太大，m m小于极限拉深

35、系数，也小于极限拉深系数，也 会产生破裂。会产生破裂。 拉深破裂一般发生在最大拉深力出现之前的拉拉深破裂一般发生在最大拉深力出现之前的拉深成形初始阶段。深成形初始阶段。 产生破裂的条件：产生破裂的条件： 是危险断面上是危险断面上 实际有效的抗实际有效的抗拉强度。拉强度。 maxk1.155kb 防止破裂产生的方法：防止破裂产生的方法： 采用适当的拉深系数或拉深比；采用适当的拉深系数或拉深比； 选用合适的压边力；选用合适的压边力； 增加凸模表面粗糙度，减小危险断面的变薄；增加凸模表面粗糙度，减小危险断面的变薄； 取屈强比小、取屈强比小、n n、r r值大的材料，也可防拉裂的产生。值大的材料，也可

36、防拉裂的产生。3 3）凸耳的出现）凸耳的出现 由于板料各向异性的存在，拉深后的圆筒件端部出现由于板料各向异性的存在，拉深后的圆筒件端部出现凸耳。凸耳。 凸耳一般有四个，有时是两个或六个，甚至八个。凸耳一般有四个，有时是两个或六个，甚至八个。 凸耳的方位与板平面异性的正负有关。凸耳的方位与板平面异性的正负有关。 当当 ，凸耳在，凸耳在0 00 0或或90900 0处出现；处出现； 当当 ，凸耳在，凸耳在45450 0或或1351350 0处出现。处出现。0R0R残余应力引起纵向开裂4 4、2 2 圆筒件拉深工艺计算及其模具设计圆筒件拉深工艺计算及其模具设计 主要内容：计算毛坯直径，决定拉深次数，

37、确定各次拉主要内容：计算毛坯直径，决定拉深次数，确定各次拉 深工序件尺寸。深工序件尺寸。o拉深比：拉深比： o拉深系数：拉深系数： m m表示拉深变形程度的大小。表示拉深变形程度的大小。 其中：其中：d d表示圆筒形件中径，表示圆筒形件中径，D D表示毛坯直径。表示毛坯直径。 确定确定D D之后，其之后，其d/Dd/D越小，则表示变形程度越大。越小，则表示变形程度越大。 dDKDdm 拉深件毛坯形状的确定和尺寸计算是否正确，不仅直拉深件毛坯形状的确定和尺寸计算是否正确，不仅直接影响生产过程，而且对冲压件生产有很大的经济意义，接影响生产过程，而且对冲压件生产有很大的经济意义，因为在冲压零件的总成

38、本中，材料费用一般占到因为在冲压零件的总成本中，材料费用一般占到60 %60 %以上。以上。 由于拉深材料厚度有公差，板料具有各向异性；模具由于拉深材料厚度有公差，板料具有各向异性；模具间隙和摩擦阻力的不一致以及毛坯的定位不准确等原因，间隙和摩擦阻力的不一致以及毛坯的定位不准确等原因，拉深后零件的口部将出现凸耳拉深后零件的口部将出现凸耳( (口部不平口部不平) )。为了得到口部。为了得到口部平齐，高度一致的拉深件，需要拉深后增加切边工序，将平齐，高度一致的拉深件，需要拉深后增加切边工序，将不平齐的部分切去。所以在计算毛坯之前，应先在拉深件不平齐的部分切去。所以在计算毛坯之前，应先在拉深件上增加

39、切边余量。上增加切边余量。无凸缘零件切边余量无凸缘零件切边余量hh 有凸缘零件切边余量有凸缘零件切边余量RR 1、确定毛坏尺寸原则确定毛坏尺寸原则 表面积相等原则表面积相等原则 截面形状相似原则截面形状相似原则 毛坯尺寸应包括修边余量毛坯尺寸应包括修边余量A A、简单旋转体拉深件的毛坯尺寸、简单旋转体拉深件的毛坯尺寸 （图（图4-194-19） 毛坯尺寸毛坯尺寸D D计算公式：计算公式：B B、复杂形状回转体拉深件毛坯尺寸计算复杂形状回转体拉深件毛坯尺寸计算 其中：其中：AA回转体面积；回转体面积； l l 回转体母线长度；回转体母线长度； x x母线重心至回转轴线之间的距离。母线重心至回转轴

40、线之间的距离。2Alx22(d-2r)2 (2 ) 84 ()Dr drrd H r12niiiAl x毛坯尺寸的确定毛坯尺寸的确定 2 2、 圆筒形件拉深系数与拉深次数圆筒形件拉深系数与拉深次数 总拉深系数：总拉深系数：m=d/Dm=d/D d d圆筒件中径；圆筒件中径； D D括修边余量的毛坯直径。括修边余量的毛坯直径。 如如 mmmm1 1， m m1 1为首次拉深系数，可一次拉深成形。为首次拉深系数，可一次拉深成形。 如如 m mm m1 1，则需多次拉深。，则需多次拉深。 多次拉深时，有：多次拉深时，有： m m1 1 m m2 2 m m3 3 m mn n m m 则：则： n

41、n 为拉深次数。为拉深次数。 选择选择 n n 时要慎重：时要慎重： m m 过大，则过大，则 n n 增大，成本增加；增大，成本增加； m m 过小，则过小，则 n n 减少，但可能产生拉裂、减少，但可能产生拉裂、起皱、变薄等。起皱、变薄等。 当当 n n 确定后，再对确定后，再对 m mn n 进行调整，调整原则：进行调整，调整原则： 1 1）d=md=m1 1 m m2 2 m m3 3 m mn n D D 2) 2) 保证保证 m m1 1mm1min 1min ， m m2 2 m m2min 2min ， ， m mn n m mnminnmin 3) 3) 保证保证 m m1

42、1 m m2 2 m m3 3 m 2d+th2d+t时才能，否则要钻孔。时才能，否则要钻孔。7 7、对尺寸公差等级及表面质量的要求、对尺寸公差等级及表面质量的要求a a）拉深件断面尺寸的公差等级一般在）拉深件断面尺寸的公差等级一般在IT11IT11以下，如果公以下，如果公差等级要求高，可采用整形来达到尺寸要求；差等级要求高，可采用整形来达到尺寸要求； b b）多次拉深的零件外壁上或凸缘表面上应允许存在痕）多次拉深的零件外壁上或凸缘表面上应允许存在痕 迹。迹。二、拉深中的辅助工序二、拉深中的辅助工序 1 1）拉深前的辅助工序）拉深前的辅助工序材料软化处理、清洗、润滑等材料软化处理、清洗、润滑等

43、 2 2）拉深间的辅助工序）拉深间的辅助工序软化热处理、涂漆、润滑等软化热处理、涂漆、润滑等 3 3）拉深后的辅助工序）拉深后的辅助工序消除应力退火、清洗、消除应力退火、清洗、打毛刺、表面处理、检验等。打毛刺、表面处理、检验等。 1 1、润滑、润滑 目的：减少有害摩擦；目的：减少有害摩擦； 提高凸、凹模寿命；提高凸、凹模寿命； 减少在危险断面处的变薄；减少在危险断面处的变薄； 提高冲压零件的表面质量。提高冲压零件的表面质量。2 2、热处理、热处理 在拉深过程中，和其他冷塑性变形一样，所有金属（除铝和锡）在拉深过程中，和其他冷塑性变形一样，所有金属（除铝和锡）都产生冷作硬化，使金属变形抗力和强度增加，而塑性降低。都产生冷作硬化，使金属变形抗力和强度增加，而塑性降低。 如果正确制定工艺过程，则拉深普通硬化金属时可以不进如果正确制定工艺过程，则拉深普通硬化金属时可以不进行中间退火（工序间退火），对于加硬化明显的金属，在行中间退火（工序间退火），对于加硬化明显的金属，在1 12 2次拉深工序后须进行退火。次拉深工序后须进行退火。退火方法：退火方法：1 1）高温退火）高温退火 把金属加