第4章拉深工艺与拉深模

1、第第4 4章章 拉深工艺与拉深模拉深工艺与拉深模 4.1 拉深工艺及拉深件的工艺性 4.2 拉深变形的过程分析4.3 拉深工艺计算4.4 拉深模设计 4.5 拉深模典型结构 0绪论拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件尺寸冲压工艺， 如右图4-1所示。通过拉深可获得筒形、阶梯形、球形、抛物线等轴对称空心件，也可获得矩形、方形或其他不规则形状的空心件。按毛坯形状分，拉深工艺可分为第一次拉深(以平板作毛坯)和以后的各次拉深(以空心件作毛坯)；按壁厚变化可分为一般拉深(工件壁厚不变)和变薄拉深(工件壁厚变薄)。变薄拉深用于制造薄壁厚底、变壁厚、大高度的筒形件。本章主要介绍般拉深。4.1.1 拉

2、深工艺概述4.1 拉深工艺及拉深件的工艺性 图 4-1圆筒件拉深1-凸模；2-压边圈；3-凹模； 4-坯料；5-拉深件0绪论4.1.2 拉深件的工艺性1.拉深件的形状拉深件的结构形状应简单、对称，尽量避免急剧的外形变化。 2.拉深件的高度拉深件的高度h对拉深成形的次数和成形质量均有重要的影响，常见零件一次成形的拉伸高度为：无凸缘筒形件 h(0.50.7)d (d为拉深件壁厚中径)；带凸缘筒形件 dtd1.5时，h(0.40.6)d (dt为拉深件凸缘直径)。 拉深件凸缘与筒壁间的圆角半径应取rd2t，为便于拉深 顺利进行，通常取rd(48)t图 当rd2t时，需增加整形工序。拉深件底与筒壁间的

3、圆角 半径应取rp2t，为便于拉深顺利进行，通常取rp(35)t；当零件要求rpt时，需增加整形工序。3.拉深件的圆角半径4，拉深件的尺寸精度拉深件的径向尺寸精度一般不高于IT11级，如高于IT11，则需增加校形工序。0绪论一、冲压概念4.2 4.2 拉深变形的过程分析拉深变形的过程分析 4.2.1 4.2.1 拉深的变形过程拉深的变形过程 拉深的变形过程可用图4-2来描述。 拉深开始时凸模周围的板料竖直，图4-2b； 继续拉深则“2”变成侧壁，筒高增加而毛坯外径继续缩小(图4-2c)； 直到最后“3”也变成侧壁时拉深即告完成(图4-2d)。由此可见平板上等宽度的圆环，在变成筒形时则变成了筒形

4、的侧壁，且越向外的环变成的侧壁的高度越高，使筒形件的总高度大于这三个圆环高度的总和。其原因是凸模以外的金属在形成筒形时直径收缩，把多余”的三角形金属(图4-3中的剖面线部分)挤去，使其径向流动，从而增加了筒形高度。如果把图中多余的金属剪去，则该圆片正好围成一个高度为h=(Dd)2的筒形件。0绪论一、冲压概念 （a） （b）（c） （d）图4-2 拉深过程金属的流动过程 图4-3 拉深时的“多余”三角形 0绪论一、冲压概念4.2.2 4.2.2 拉深过程中材料的应力应变状态拉深过程中材料的应力应变状态 分析拉深过程中的应力应变状态，有助于分析拉深过程中出现的工艺问题和质量问题。现以带压边圈的筒形

5、件为例(如下图4-6)，变形过程中毛坯各部位的应力应变状态：图 4.6 拉深变形中材料的应力应变状态 平面凸缘部分(主要变形区见右图4-6中I) 凹模圆角部分(过渡区见图4-6中) 筒壁部分(传力区见图4-6中III) 凸模圆角部分(过渡区见图4-6中) 筒底部分(小变形区见图4-6中V)0绪论一、冲压概念4.2.3 4.2.3 拉深过程的起皱与破裂拉深过程的起皱与破裂 起皱起皱在拉深时，由于凸缘材料存在着切向压缩应力3，当这个压应力大到一定程度时板料切向将因失稳而拱起，这种在凸缘四周产生波浪形的连续弯曲称为起皱，如右图4-7所示。 起皱与3大小有关，也与毛坯的相对厚度tD有关，而3与拉深的变

6、形程度有关。防止起皱可以通过加压边圈来限制毛坯拱起。当然，减小拉深变形程度、加大毛坯厚度也可以降低起皱倾向。图4-7 拉深件的起皱 0绪论一、冲压概念 破裂破裂 起皱并不表示板料变形达到了极限，因为通过加压边圈等措施后变形程度仍然可以提高，随着变形程度的提高，变形力也相应地提高，当变形力大于传力区(筒形件的壁部)的承载能力时拉深件则被拉破，筒形件的破裂都发生在壁部凸模圆角切点稍上一点的位置，如下图4-8所示，如下图4-9为用1mm厚的低碳钢拉深后各部位壁厚变化情况。图4-8 拉深间的破裂 图4-9 拉深件壁厚的变化0绪论一、冲压概念4.3 4.3 拉深工艺计算拉深工艺计算4.3.1 4.3.1

7、 毛坯尺寸计算毛坯尺寸计算 修边余量的确定修边余量的确定由于板料存在着各向异性，实际生产中毛坯和凸、凹模的中心也不可能完全重合，因此拉深件口部不可能很整齐，通常都要有修边工序，以切去不整齐部分。为此，在计算毛坯尺寸时，应预先留有修边余量，筒形件和凸缘件的修边余量值可查表4-1和表4-2，表中符号参见图4-10。0绪论一、冲压概念h/mm表4-1 筒形件的修边余量 注：1.对正方形或矩形可用h/B代替相对高度，B为矩形件的短边宽度；2.对多次拉深件应有中间修边工序；3.对材料厚度小于0.5mm的薄壁多次拉深件应按表值放大30%。0绪论一、冲压概念表4-2 带凸缘件的修边余量mmd /图4-10

8、修边余量0绪论一、冲压概念 拉深件平板毛坯尺寸的确定拉深件平板毛坯尺寸的确定计算拉深件毛坯尺寸的方法很多，常用的是等面积法。对于简单几何形状的拉深件，在计算其毛坯尺寸时，一般可将制件分解为若干简单几何体，然后求其表面积之和，并算出毛坯直径为了计算方便，简单几何形状的表面积可从表4-3（p108）中查取一些规则的旋转体制件的毛坯计算公式可从表4-4（p109p110）中查取。4.3.2 4.3.2 拉伸系数拉伸系数 拉深系数及拉深变形量拉深系数及拉深变形量ndnh拉深系数是指拉深后工件直径与拉深前工件(或毛坯)直径之比。如下图4-11所示是用直径为D的毛坯经多次拉深制成直径为 高度为 的工件的工

9、艺过程。图4-11 圆筒形件多次拉深 12120011nnnnddddmmmdddd即总拉深系数为各次拉深系数的乘积。其各次的拉深系数为： 第1次拉深 m1=d1/d0 第2次拉深 m2=d2/d1 第3次拉深 m3=d3/d2 第n次拉深 mn=dn/dn-1式中 m1、m2、m3、mn第1、2、3、n次拉深系数；d1、d2、d3、dn-1、dn第1、2、3、n-1，n次拉深件直径D毛坯直径。 工件直径dn与毛坯直径之比称为总拉深系数： 拉深系数是拉深变形工艺中一个非常重要的参数，是拉深工艺计算的基础，在实际生产中采用的拉深系数是否合理是拉探工艺成败的关键。若采用的拉深系数过大，即拉深变形程

10、度小，材料塑性潜力未被充分利用，拉深次数就会增加，模具数量也就增加，成本随之提高；反之若拉深数过小，即拉深变形程度过大，拉深就可能无法进行。因此，实际生产中选用拉深系数时应在充分利用材料塑性的基础上又不使工件拉裂，这个使拉深件不拉裂的最小拉深系数称为极限拉深系数。 极限拉深系数极限拉深系数 影响极限拉深的主要因素影响极限拉深的主要因素 a) 材料的力学性能 材料的屈强比s/b小，极限拉深系数就小。b) 材料的厚向异性系数材料的越大，允许的 越小。c) 毛坯的相对厚度t/D，t/D大则毛坯的稳定性好，不易起皱，压边力可以减小甚至不需压边，从而减小了拉深力，因此允许的 值可以小些。d) 拉深模的几

11、何参数 主要是凸、凹模的圆角半径。凹模圆角半径小，将使弯曲应力增大，拉深系数变大；凸模圆角半径大小对拉深系数影响不大，但凸模圆角半径过小则该处材料变薄严重，降低了传力区的承载能力，拉深系数会变大。mme) 润滑 良好的润滑条件可以减小摩擦系数，减小拉深力，从而可以减小拉深系数：但凸模与工件之间的摩擦力有利于提高传力区的承载能力，因此凸模与工件之间不必进行润滑。由于影响拉深系数的因素很多，所以各次拉深的极限拉深系数都是在一定拉深条件下用试验方法求得的(见下表4-5、表4-6)表4-5筒形件带压边圈的极限拉深系数0绪论表4-6筒形件不带压边圈的极限拉深系数4.3.3 4.3.3 拉深次数拉深次数拉

12、伸次数：使拉深件的直径与毛坯直径之比(总拉深系数)大于表4-5、表4-6中的m1，而拉伸的总次数。即 第n次拉深后工件直径： Dmmmmdmdnnnn3211100)/(Dt另外 拉深次数也可根据拉深件相对高度和毛坯相对厚度 查表4-7得到。表4-7筒形件相对高度h/d与拉深次数的关系4.3.4 4.3.4 各次拉深后半成品尺寸的计算各次拉深后半成品尺寸的计算 Dmd11122dmd 1nnndmd半成品直径尺寸的计算第一次 第二次 第n次 半成品高度尺寸的计算 拉深后工件高度可按求毛坯尺寸的公式演变求得，其计算公式为： )32. 0(43. 0)(25. 02pnnnpnnnnrddrddD

13、h 4.3.5 4.3.5 拉深力的计算拉深力的计算111ktdFb2ktdFbnn1k2kndd 、1mm生产中常用经验公式计算拉深力，对于圆筒形件，采用压边装置时拉深力可以用下列公式计算第一次拉深 以后各次拉深 式中： 系数，查表4-8：各次拉深后工件直径 ，1122kk、 、 、表4-8修正系数4.3.6 4.3.6 拉深功的计算拉深功的计算 一般可按下式作概略计算：浅拉深时 F(0.70.8)F0深拉深时 F(0.50.6)F04.4 4.4 拉深模设计拉深模设计4.4.1 4.4.1 压边力及压边装置压边力及压边装置 压边装置的作用及应用 压边装置的作用就是在凸缘变形区施加轴向力，以

14、防止在拉深过程中起皱。至于是否需要采用压边圈，是一个相当复杂的问题，载实际生产中可按表4-9的条件决定。表4-9 采用或不采用压边圈的条件 压边力的计算qAQA2mmqMPa压边力的大小可采用以下公式计算：式中 在压边圈上毛坯的投影面积 ， 单位压边力 ，见表4-10表4-10单位压边力生产中常用的压边装置有两大类，即弹性压边装置和刚性压边装置。弹性压边装置 该类压边装置多用于普通冲床，如图4-12所示。通常有三种形式：橡胶压边装置(图4-14a)、弹簧压边装置(图4-14b)、气垫压边装置(图4-14c) （d） （c） （b）图4-14弹簧压边装置1-弹簧；2-橡胶；3-凹模；4-压边圈；

15、5-下模板；6-凸模；7-压力机；8-汽缸 压边装置设计压边装置缺点：压边装置缺点：橡胶及弹簧结构通常只用于浅拉深；气垫压边力随行程变化极小，可认为是不变的，压边效果好，但气垫结构复杂，制造、维修不易，且使用压缩空气，许多工厂不具备此条件，故限制了其应用。 为了克服弹簧和橡胶压边的缺点，可采用图4-15的限位装置(定位销、柱销或螺栓)，使压边圈和凹模间始终保持一定的距离 ，这样在某种程度上限制了压边力的增大。S。 固定式 固定式 调节式（a）第一次拉深 （b）第二次拉图4-15 有限位的压边装置刚性压边装置刚性压边装置的特点是压边力不随行程变化，拉深效果较好，且模具结构简单。这种结构用于双动压

16、力机，凸模装在压力机的内滑块上，压边装置装在外滑块上，参见图4-16。 图4-16 双动压力机上使用的首次拉深模1-凸模；2-上模座；3-压边圈；4-凹模；5-下模座；6-顶件块4.4.2 4.4.2 拉深凸、凹模的圆角半径拉深凸、凹模的圆角半径 凸、凹模的圆角半径对拉深成形影响很大，确定模具的圆角半径尺寸时，应综合考虑各方面的因素。首次拉深凹模的圆角半径可按下式计算：tddrd018 . 0式中 1dr 首次拉深凹模的圆角半径（）；d0毛坯直径（）；d第一次拉深后半成品直径（）；t毛坯材料厚度（）。idr1idr首次拉深凹模圆角半径也可按表4-11选取。以后各次拉深的凹模圆角半径逐渐减小，一

17、般可按下式确定：（0.60.7） （i2，3，n） 表4-11 首次拉深凹模圆角半径1pr2211tddriipi1idid首次拉深凸模圆角半径按下式确定：为各工序件的外径。以后各次拉深凸模圆角半径为： 1pr（0.71.0）式中（i=3，4，n）1id4.4.3 4.4.3 拉深凸、凹模间隙拉深凸、凹模间隙 拉深模的间隙，是指凸、凹模之间横向尺寸的差值。它直接影响拉深件的质量、拉深力的大小以及模具的寿命。确定间隙大小的一般原则是，既要考虑板厚公差的影响，又要考虑拉深件口部增厚现象。因此，间隙值一般要比毛坯厚度略大一些。不使用压边圈拉深时：2Zmaxt（11.1） 使用压边圈时，模具的间隙可按

18、表4-12选取。一般圆筒形零件最后一道拉深工序的间隙，尺寸标注在外径上，应当以凹模为基准，间隙取在凸模上，即减小凸模尺寸取得间隙。尺寸标注在内径上的圆筒形拉深件，应以凸模为基准，增大凹模尺寸，得到凸模和凹模之间的配合间隙表表4-12 4-12 有压边圈拉深时模具的间隙值有压边圈拉深时模具的间隙值4.4.44.4.4拉深凸、凹模工作部分尺寸的确定拉深凸、凹模工作部分尺寸的确定确定凸模和凹模工作部分的尺寸时，应考虑模具的磨损和拉深件的回弹，其尺寸公差只在最后一道工序考虑。尺寸标注如图4-17所示。（a） （b） 图4 17 凸凹模尺寸确定 dTdDD0max75. 00max75. 0pTpZDD

19、0min4 . 0pTpdddTdZdd0min4 . 0当尺寸标注在外形时，如图（a）当尺寸标注在内形时，如图（b） 4.5 4.5 拉深模典型结构拉深模典型结构4.5.1 4.5.1 无压边圈拉深模无压边圈拉深模图4-18所示为一种不带压边圈的拉深模。其结构简单，上模一般采用整体式结构。凹模洞口可设计为圆角，也可设计为圆锥形（锥面通常为30）或椭圆形等，以利于材料变形。为防止起皱，凹模直壁高度不宜过高，一般为913。通常适用于拉深系数较大的拉深件。如果是小型拉深件，则在上模座12上增设模柄，以增加上模与滑块的接触面积。该模具拉深后，制件自动从凹模孔落下。 图4-18 无压边圈拉深模 1-8

20、、10-螺钉；2-模柄；3-凸模；4-销钉；5-凹模底座；6-刮件环；7-定位板；9-拉簧 11-下模座；12-上模座 4.5.2 4.5.2 带压边圈正装拉深模带压边圈正装拉深模 图4-19所示为压边圈装在上模部分的拉深模（正装拉深模）。由于弹性元件装在上模，因此凸模较长，适宜于深度不大的拉深件。图4-19 有压边装置的正装拉深模1-压边圈螺钉；2-凹模；3-压边圈； 4-定位板； 5-凹模4.5.3 4.5.3 带压边圈倒装拉深模带压边圈倒装拉深模图4-20所示为压边圈装在下模部分的拉深模（倒装拉深模）。由于弹性元件装在下模座下面的压力机工作台面的孔中，因此空间较大，允许弹性元件有较大的压

21、缩行程，适宜于深度较大的拉深件。这种结构的模具，对调整压边力十分方便。此模具采用了锥形压边圈6，在拉深时，锥形压边圈先将毛坯压成锥形，使毛坯的内径和外径预先产生一定的变形，然后再将其拉深成圆筒形制件。采用这种结构，可以减小极限拉深系数，有利于拉深成形。图4-20 有压边装置的反装拉深模 1-上模板；2-推杆；3-推件板；4-凹模 ；5-限位柱；6-压边圈；7-凸模；8-固定板；9-下模座 4.5.4 4.5.4 后续拉深模后续拉深模图4-21所示为装有活动成形压边圈的后续拉深模。由于压边圈可以灵活调整，所以能够根据前道工序拉深所得的半成品，调整压边圈压牢半成品后，继续拉深，最终将工件拉深成所需要的形状。图4-21 装有活动成形压边圈的后续拉深模4.5.5 4.5.5 双动拉深模双动拉深模（1