金属容器结构设计

金属容器结构设计课件第1页，共113页，2023年，2月20日，星期四第一章金属包装容器结构设计概述基本要求:掌握一般金属包装容器的结构

教学内容：

一、金属包装容器的类型

二、金属包装容器的材料选择

三、金属包装容器典型制造工艺过程重点：金属包装容器相关术语的了解学时分配:2学时第2页，共113页，2023年，2月20日，星期四

第一节金属包装容器的类型

1．金属箱与金属盒第3页，共113页，2023年，2月20日，星期四第4页，共113页，2023年，2月20日，星期四2．金属罐①三片罐由罐底、罐身和罐盖三个部分构成②二片罐由带底的罐身和盖两个部分构成第5页，共113页，2023年，2月20日，星期四二片罐和三片罐在形状上又有圆柱形、矩形、扁圆形椭圆形和梯形之分。根据封盖和开启的形式区分又有顶开罐、卷开罐、杠杆开启罐、易开罐、喷雾罐等。第6页，共113页，2023年，2月20日，星期四第7页，共113页，2023年，2月20日，星期四

3．金属桶主要有以下几种结构形式。（1）开口桶。设有可装拆桶盖的钢桶。桶顶盖由封闭箍、夹扣或其它装置固定在桶身上。根据开口方式又分为两种形式：全开口桶和开口缩颈桶。（2）闭口桶。闭口桶桶身与桶顶经卷边封口组合成一体，桶顶有桶口件，由封闭器密封封口。按封闭器直径大小可分为两种形式：小开口桶（封闭器直径小于70mm）和中开口桶（封闭器直径大于70mm），。（3）钢提桶。钢提桶系为方便搬运，在桶身上设有提手的钢桶，一般钢提桶的容量较小，有开口和闭口两种。此外还有桶顶部异型桶和桶身异形桶等结构形式。第8页，共113页，2023年，2月20日，星期四开口桶

a．全开口桶；b．开口缩颈桶闭口桶

a．小开口桶；b．中开口桶第9页，共113页，2023年，2月20日，星期四钢提桶第10页，共113页，2023年，2月20日，星期四

4．金属软管金属软管是用韧性金属材料制成的圆柱形包装容器。一端折合压封或焊封，另一端形成管肩和管嘴，使用时挤压管壁则内装物自管口嘴流出，适合于药膏、牙膏、化妆品等日用品的包装。金属软管第11页，共113页，2023年，2月20日，星期四第二节金属包装容器的材料选择1．金属箱和金属盒材料选用金属箱的制造必须保持箱体具有一定的刚度，故在材料选用上一般选择刚性较大的金属材料，如低碳薄钢板、无锡薄钢板等。金属盒材料的选用应与加工工艺成型结合考虑，对焊接盒可选用镀锡薄钢板（马口铁）、无锡薄钢板；拉制盒可选用镀锡薄钢板、铝合金板。第12页，共113页，2023年，2月20日，星期四第13页，共113页，2023年，2月20日，星期四第14页，共113页，2023年，2月20日，星期四第15页，共113页，2023年，2月20日，星期四第16页，共113页，2023年，2月20日，星期四第17页，共113页，2023年，2月20日，星期四

2．金属罐的材料选用对金属罐应根据罐的结构、加工工艺特性来选择金属材料，具体参考表1。表1金属罐结构、加工工艺与材料结构工艺材料三片罐压接镀锡薄钢板、无锡薄钢板粘接镀锡薄钢板、铝合金板、镀铬薄钢板电阻焊接镀锡薄钢板、无锡薄钢板、低碳薄钢板二片罐浅拉深镀锡薄钢板、无锡薄钢板、铝镁合金板深拉深镀锡薄钢板、无锡薄钢板、铝锰合金板变薄拉深镀锡薄钢板、铝锰合金板第18页，共113页，2023年，2月20日，星期四

3．金属桶的材料选用根据桶的性能和制造工艺要求，所选金属材料应有良好的可塑性、可焊性。一般选用优质碳素结构钢或低碳薄钢板或镀锌薄钢板或镀锡钢板等。4．金属软管的材料选用金属软管的材料可选用高纯度铝或铝箔、锡或铅锡合金。此外，还应选用在金属包装容器制造中用到的焊料、密封填料、涂料等辅助材料。第19页，共113页，2023年，2月20日，星期四第三节金属包装容器典型制

造工艺过程1．金属罐典型制造工艺过程（1）三片罐。三片罐有圆柱形罐和异形罐两大类，其成型加工工艺基本相同。根据罐身制造工艺方法的不同，有压接罐、粘接罐和焊接罐3种。这3种罐的区别在于罐身侧缝的加工方法不同；而罐底、罐盖，以及罐底和罐盖与罐身结合的加工方法相同。①压接罐。压接罐的罐身是沿用老式的切角、端折、压平工艺制造，主要用于密封要求不严的食品罐。以圆形罐为例，其典型制造工艺过程见图，但现在使用较少。第20页，共113页，2023年，2月20日，星期四第21页，共113页，2023年，2月20日，星期四

②粘接罐。粘接罐的罐身是用有机粘合剂粘接纵缝的制罐工艺制造。制罐时将熔融的粘剂，涂布于罐身的搭接或钩合的接缝，经加热、加压、冷却，使接缝紧密粘合。有粘合剂压合法和粘合剂层合法两种。其典型制造工艺过程见图。第22页，共113页，2023年，2月20日，星期四

③焊接罐。焊接罐是罐身纵缝采用焊接密封制造的金属罐。焊接方法有锡焊和电阻焊两种，其中锡焊存在铅污染问题，基本上被电阻焊制罐工艺所淘汰。锡焊和电阻焊制罐工艺过程见图第23页，共113页，2023年，2月20日，星期四

电阻焊(resistancewelding)是在焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的工艺方法。④罐盖（底）。无论罐身是哪种方法制造，它们的罐盖（底）的制造工艺基本一样。以圆盖为例其制造工艺过程见图。第24页，共113页，2023年，2月20日，星期四

（2）二片罐。二片罐也有圆柱形罐和异形罐两大类。根据罐身的制罐工艺方法的不同有浅拉深罐、深拉深罐和变薄拉深罐3种。第25页，共113页，2023年，2月20日，星期四第二章金属容器冲压工艺概述

基本要求:

掌握一般金属包装容器成型工艺基础教学内容：

一、冲裁工艺二、弯曲成型三、拉深原理重点与难点：成型工艺原理学时分配:4学时返回主页第26页，共113页，2023年，2月20日，星期四简述在钢桶生产中，冲压工艺占了大部分的工序，是钢桶生产的主要加工方法。冲压是利用冲模在压力机上对板料施加压力使其变形或分离，从而获得具有一定形状、尺寸的零件的一种压力加工方法。冲压主要用于加工板料零件，所以有时叫板料冲压。常温下进行的板料冲压叫冷冲压。第27页，共113页，2023年，2月20日，星期四

冲压与其它加工方法比较，具有下列优点：⑴应用范围广，可冲压金属材料，亦可冲压非金属材料；可加工小型制件，也可加工大型制件；可获得一般形状的零件，也可获得其它加工方法难以加工或无法加工的制件。⑵冲压是一种高效率的加工方法。大型冲压件的生产率可达每分种几件，高速冲压的小件可达每分钟千件。⑶冲压件不但能够满足使用要求，并且还具有重量轻、刚度好和外表光滑等特点。⑷冲压生产的材料利用率高，一般可达70-85%。⑸操作简单，便于组织生产。⑹在大批量生产的条件下，冲压件的成本较低。⑺由于冲压所用毛坯是板料或卷料，一般又是冷态加工，所以在大量生产的情况下，较易实现机械化或自动化。国此，在现代的制造业中，冲压工艺被得到广泛的应用。尤其在制桶行业中，冲压件占有相当大的比重。第28页，共113页，2023年，2月20日，星期四

板料冲压主要的缺点如下：⑴模具制造周期长，费用高。因此，在小批量生产中受到一定的限制。⑵冲压适于批量生产，且大部分是手工操作，这样如果不重视安全生产和缺乏必要的防护装置，就易发生事故。因此，提高冲压操作的机械化和自动化，减轻劳动强度，确保安全生产，是一个很重要的问题。第29页，共113页，2023年，2月20日，星期四

什么是模具？

模具是在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。模具是在冲裁、成形冲压、模锻、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。模具具有特定的轮廓或内腔形状，具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离，即进行冲裁；内腔形状可以使坯料获得相应的立体形状。（国外把模具分两类：MOLD和DIE。MOLD意思是“模子，模腔”，指塑模、铸造模一类的；DIE意思是“金属模子,印模”，指冲模、锻模一类的。分别很简单：一种是把材料加热熔融后灌入模腔，一种是用外力把材料压成所需的形状。）第30页，共113页，2023年，2月20日，星期四

冲压工序的基本分类

根据材料的变形特点及工厂现行的习惯，冲压的基本工序可分为分离与塑性变形两类。分离工序是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互分离，并获得一定的断面质量的冲压加工方法。塑料变形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑料变形（通常又分为弯曲、拉深、成形三类），以获得要求的制件形状和尺寸精度的冲压加工方法。

第31页，共113页，2023年，2月20日，星期四工序名称特点及常用范围实例切断用冲模切断板料，切断线不封闭。桶箍截断落料用冲模沿封闭线冲切板料，冲下来的部分为制件。桶盖落料冲孔用冲模封闭线冲切板料，冲下来的部分为废料。桶口冲孔切口在毛坯或半成品上，沿不封闭线冲缺口，切口部分发生弯曲。桶底透气口修边将制件边缘部分切掉。喷雾罐盖切边剖切把半成品切开成两个或几个制件。桶箍分切分离工序分类第32页，共113页，2023年，2月20日，星期四（一）冲裁过程

①弹性变形②塑性变形③断裂分离图3-1冲裁件断面特征区第一节冲裁工艺第33页，共113页，2023年，2月20日，星期四

第一阶段：弹性变形阶段(图a)

凸模与材料接触后，先将材料压平，继而凸模及凹模刃口压人材料中，由于弯矩M的作用，材料不仅产生弹性压缩且略有弯曲，随着凸模的继续压入，材料在刃口部分所受的应力逐渐增大，直到h1深度时，材料内应力达到弹性极限，此为材料的弹性变形阶段。第34页，共113页，2023年，2月20日，星期四

第二阶段：塑性变形阶段(图b)

凸模继续压人，压力增加，材料内的应力达到屈服点，产生塑性变形。随着塑性变形程度的增大，材料内部的拉应力和弯矩随之增大，变形区材料硬化加剧，当压入深度达到h2时，刃口附近材料的应力值达到最大值，此为塑性变形阶段。第35页，共113页，2023年，2月20日，星期四第三阶段：断裂阶段(图c)

凸模压入深度达到h3时，先后在凹、凸模刃口侧面产生裂纹，裂纹产生后沿最大切应力方向向材料内层发展，当凹、凸模刃口处的裂纹相遇重合时，材料便被切断分离。什么是塌角？塌角有两个含义，一个是指冲裁件外缘近凹模面或内缘近凸模面呈圆角的现象，另一是指冲裁件断面呈塌角现象部分的高度hg。

第36页，共113页，2023年，2月20日，星期四板料切断后，冲裁件与孔断面的形状，如图所示。图中的口塌角约为5％t，t为板料厚度。它是凸模压人材料时，刃口附近的材料被牵连拉入变形的结果：b为光亮带，约为1/3t，其表面光滑，断面质量最佳；c为剪裂带，约为62％t，表面倾斜且粗糙；d为毛刺，其高度约为(5％～l0％)t，它是在出现裂纹时形成的。

冲裁时孔壁和冲裁件切断面

第37页，共113页，2023年，2月20日，星期四

在冲裁过程中，材料受到弯矩的作用，工件产生穹弯，而不平整。由于冲裁变形的特点，在冲裁断面上具有明显的4个特征区即

a—塌角

b—光亮带

c—断裂带

d—毛刺。冲裁件的4个特征区在整个断面上所占比例的大小并非一成不变，而是随着材料的力学性能．冲裁问隙、刃口状态等条件的不同而变化的。第38页，共113页，2023年，2月20日，星期四

图2—3中的口塌角约为5％t，t为板料厚度。它是凸模压人材料时，刃口附近的材料被牵连拉入变形的结果；b为光亮带，约为1/3t，其表面光滑，断面质量最佳；c为剪裂带，约为62％t，表面倾斜且粗糙；d为毛刺，其高度约为(5％～l0％)t，它是在出现裂纹时形成的。第39页，共113页，2023年，2月20日，星期四（二）、冲裁模间隙冲裁间隙的大小对冲裁件质量、模具寿命、计中的一个重要的工艺参数。冲裁间隙系指冲裁模的凸模与凹模刃口之间的间隙，单面间隙用c表示．双面间隙隙用z表示。第40页，共113页，2023年，2月20日，星期四

（1）冲裁模间隙值的确定

理论确定法c=(t-h0

)tanβ=t(1-h0/t)tanβ

第41页，共113页，2023年，2月20日，星期四查表选取法第42页，共113页，2023年，2月20日，星期四

经验确定法软材料t＜1mm,c=(3%~4%)tt=1~3mm,c=(5%~8%)tt=3~5mm,c=(8%~10%)t

硬材料t＜1mm,c=(4%~5%)tt=1~3mm,c=(6%~8%)t=3~8mm,c=(8%~13%)第43页，共113页，2023年，2月20日，星期四

（2）冲裁模间隙对冲裁的影响1．对冲裁质量的影响冲裁时，间隙合适，可使上下裂纹与最大切应力方向重合，此时产生的冲裁断面比较平直、光洁、毛刺较小，制件的断面质量较好(b)。间隙过小或过大将导致上、下裂纹不重合。间隙过小时，上、下裂纹中间部分被第二次剪切，在断面上产生撕裂面，坪形成第二个光亮带(图a)，在端面出现挤长毛刺。间隙过大．板料所受弯曲与拉伸均变大，断面容易撕裂，使光亮带所占比例减小．产生较大塌角，粗糙的断裂带斜度增大，毛刺大而厚，难于除去。使冲裁断面质量下降(图c)。a)间隙过小

b)间隙合适

c)间隙过大1—断面带

2—光亮带3—圆角带第44页，共113页，2023年，2月20日，星期四

2．对模具寿命的影响冲裁模具的寿命是以冲出合格制品的冲裁次数来衡量的，可再分为两次刃磨间的寿命与全磨损后总的寿命。当间隙减小时，接触压力(垂直力、侧压力、摩擦力)会增大，摩擦距离增长，摩擦发热严重，导致模具磨损加剧，使模具与材料之间产生粘结现象．还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。间隙过大时．板料弯曲拉伸相对增加，使模具刃口端面上的正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形，使磨损加剧。可见间隙过小与过大都会导致模具寿命降低。因此，间隙合适或适当增大模具问隙，可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。第45页，共113页，2023年，2月20日，星期四

3．对冲裁力的影响

一般认为。增大间隙可以降低冲裁力，而小间隙则使冲裁力增大。当间隙合理时，上下裂纹重合，最大剪切力较小。而小间隙时，材料所受力矩和拉应力减小，压应力增大，材料不易产生撕裂．上下裂纹不重合又产生二次剪切，使冲裁力、冲裁功有所增大；增大间隙时材料所受力矩与拉应力增大，材料易于剪裂分离，故最大冲裁力有所减小，如对冲裁件质量要求不高，为降低冲裁力、减少模具磨损，倾向于取偏大的冲裁间隙。第46页，共113页，2023年，2月20日，星期四（三）精密冲裁1．精冲的主要特点1)在冲裁过程中，由于有齿圈压板强力压边，顶件板和冲裁凸模的共同作用，并在间隙很小而凹模刃口带圆角的情况下，从而使坯料的变形区处于强烈三向压应力状态，提高了材料的塑性，抑制了剪切过程中裂纹的产生，使得冲裁件的断面质量和尺寸精度都有所提高。精冲的变形过程见下图，根据精冲工艺要求，精冲设备应是能够提供三种加压压力(冲裁力、齿圈压力、顶出器反压力)的、导向精度要求高的专用精冲压力机。根据我国情况，也可将普通压力机改装用于精冲。第47页，共113页，2023年，2月20日，星期四l—模具开启、送料

2一模具闭合，V形压边圈和反压板压紧材料3一工件在完全压紧的状态下冲裁

4—滑块行程结束，工件及废料分别进入凹模及凸模5一模具开启，压力释放

6—卸料、顶料

7—顶出工件，开始进料

8—吹出工件及废料

9—准备下一个工件的冲裁第48页，共113页，2023年，2月20日，星期四（四）、冲裁力及其降低方法（1）冲裁力的计算（2）降低冲裁力的方法（五）、精密冲裁（1）精冲法（2）半精冲（六）、整修（1）外缘整修（2）内孔整修图3-4带齿圈压板的精密冲裁第49页，共113页，2023年，2月20日，星期四常见的弯曲零件第二节弯曲成型第50页，共113页，2023年，2月20日，星期四（a）模具压弯；（b）折弯；（c）拉弯；（d）滚弯；（e）辊压第51页，共113页，2023年，2月20日，星期四弯曲变形过程（一）、弯曲变形过程在压力机上采用压弯模具对板料进行压弯是弯曲工艺中运用最多的方法。弯曲变形的过程一般经历弹性弯曲变形、弹-塑性弯曲变形、塑性弯曲变形三个阶段。现以常见的V形件弯曲为例，如图所示。板料从平面弯曲成一定角度和形状，其变形过程是围绕着弯曲圆角区域展开的，弯曲圆角区域为主要变形区。第52页，共113页，2023年，2月20日，星期四

弯曲开始时，模具的凸、凹模分别与板料在A、B处相接触。设凸模在A处施加的弯曲力为2F（见图a）。这时在B处（凹模与板料的接触支点则产生反作用力并与弯曲力构成弯曲力矩M=F·（L1/2）使板料产生弯曲。在弯曲的开始阶段，弯曲圆角半径r很大，弯曲力矩很小,仅引起材料的弹性弯曲变形。第53页，共113页，2023年，2月20日，星期四

弯曲变形程度可以用相对弯曲半径

r/t表示，t为板料的厚度。r/t越小，表明弯曲变形程度越大。一般认为当相对弯曲半径r/t>200时，弯曲区材料即开始进入弹-塑性弯曲阶段，毛坯变形区内（弯曲半径发生变化的部分）料厚的内外表面首先开始出现塑性变形，随后塑性变形向毛坯内部扩展。在弹-塑性弯曲变形过程中，促使材料变形的弯曲力矩逐渐增大，弯曲力臂L继续减小，弯曲力则不断加大。

凸模继续下行，当相对弯曲半径r/t<200时，变形由弹-塑性弯曲逐渐过渡到塑性变形。这时弯曲圆角变形区内弹性变形部分所占比例已经很小，可以忽略不计，视板料截面都已进入塑性变形状态。最终，B点以上部分在与凸模的V形斜面接触后被反向弯曲，再与凹模斜面逐渐靠紧，直至板料与凸、凹模完全贴紧。第54页，共113页，2023年，2月20日，星期四

若弯曲终了时，凸模与板料、凹模三者贴合后凸模不再下压，称为自由弯曲。若凸模再下压，对板料再增加一定的压力，则称为校正弯曲,这时弯曲力将急剧上升。校正弯曲与自由弯曲的凸模下止点位置是不同的，校正弯曲使弯曲件在下止点受到刚性镦压，减小了工件的回弹第55页，共113页，2023年，2月20日，星期四回弹现象当弯曲结束外力去除后，塑性变形留存下来，而弹性变形则完全消失，弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短，内侧因弹性恢复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象。这种现象称为弯曲回弹（简称回弹）。第56页，共113页，2023年，2月20日，星期四回弹现象影响因素一、材料的力学性能

材料的屈服点σS愈高，弹性模量E愈小，弯曲变形的回弹也愈大。因为材料的屈服点σS愈高，材料在一定的变形程度下，其变形区断面内的应力也愈大，因而引起更大的弹性变形，所以回弹值也大。而弹性模量E愈大，则抵抗弹性变形的能力愈强，所以回弹值愈小。二．相对弯曲半径r/t

相对弯曲半径r/t愈小，则回弹值愈小。因为相对弯曲半径r/t愈小，变形程度愈大，变形区总的切向变形程度增大，塑性变形在总变形中占的比例增大，而相应弹性变形的比例则减少，从而回弹值减少。反之，相对弯曲半径r/t愈大，则回弹值愈大。这就是曲率半径很大的工件不易弯曲成形的原因。三．弯曲中心角α

弯曲中心角α愈大，表示变形区的长度愈大，回弹累积值愈大，故回弹角愈大，但对曲率半径的回弹没有影响。第57页，共113页，2023年，2月20日，星期四

四．模具间隙

弯曲模具的间隙愈大，回弹也愈大。所以板料厚度允差愈大，回弹值愈不稳定。五．弯曲件形状

U形件的回弹由于两边互受牵制而小于V形件。形状复杂的弯曲件一次弯成时，由于各部分相互牵制以及弯曲件表面与模具表面之间的摩擦影响，改变了弯曲件各部分的应力状态（一般可以增大弯曲变形区的拉应力），使回弹困难，因而回弹角减小。六．弯曲方式

弯曲力的大小不同使得回弹值亦有所不同。校正弯曲时，校正力愈大，回弹愈小，因为校正弯曲时校正力比自由弯曲时的弯曲力大得多，使变形区的应力应变状态与自由弯曲时有所不同。极大的校正弯曲力迫使变形区内侧产生了切向拉应变，与外侧切向应变相同，因此内外侧纤维都被拉长。

卸载后，变形区内外侧都因弹性恢复而缩短，内侧回弹方向与外侧相反，内外两侧的回弹趋势相互抵消，产生了减小回弹的效果。例如V形件校正弯曲时，相对弯曲半径r/t<0.2～0.3，则角度回弹量Δα可能为零或负值。第58页，共113页，2023年，2月20日，星期四弯曲变形过程的特点弯曲变形的断面变化第59页，共113页，2023年，2月20日，星期四（五）、弯曲件的工艺性（1）弯曲件的弯曲半径（2）弯曲件的形状（3）弯曲件孔边距离（4）弯曲件直边高度（5）设计工艺、槽弯曲件孔边距离第60页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深是利用模具将平板毛坯或半成品毛坯拉深成开口空心件的一种冷冲压工艺。拉深工艺可制成的制品形状有：圆筒形、阶梯形、球形、锥形、矩形及其它各种不规则的开口空心零件。拉深工艺与其它冲压工艺结合，可制造形状复杂的零件，如落料工艺与拉深工艺组合在一起的落料拉深复合模。

日常生活中常见的拉深制品有：旋转体零件：如搪瓷脸盆，铝锅;方形零件：如饭盒，汽车油箱;复杂零件：如汽车覆盖件。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。第三节拉深原理第61页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深不变薄拉深变薄拉深第62页，共113页，2023年，2月20日，星期四第63页，共113页，2023年，2月20日，星期四一、拉深的变形过程用座标网格试验法分析

拉深时压边圈先把中板毛坯压紧，凸模下行，强迫位于压边圈下的材料（凸缘部分）产生塑性变形而流入凸凹模间隙形成圆筒侧壁。

观察拉深后的网格发现：底部网格基本保持不变，筒壁部分发生较大变化。

1．原间格相等的同心圆成了长度相等，间距增大的圆周线，越接近筒口，间距增大。

2．原分度相等的辐射线变成垂直的平行线，而且间距相等。

3．凸缘材料发生径向伸长变形和切向压缩变形。

第64页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深变形过程第65页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深的网格试验第66页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深模结构图１-模柄２-上模座３-凸模固定板４-弹簧５-压边圈６-定位板７-凹模８-下模座９-卸料螺钉10-凸模第67页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深件类型a）轴对称旋转体拉深件b)盒形件c)不对称拉深件第68页，共113页，2023年，2月20日，星期四凸缘变形区的起皱

第69页，共113页，2023年，2月20日，星期四筒壁的拉裂第70页，共113页，2023年，2月20日，星期四

拉深时各部分应力及应变的变化

第71页，共113页，2023年，2月20日，星期四

A区：在凸模压力下，承受径向和切向相等（σ1=σ2）的拉应力，厚度几乎不变，受力最均匀，变形最小；

B区：受单向拉应力，纵向伸长，厚度略减薄，因为材料已被拉入筒形；

C区：逐渐被拉入凹模，由扇形该为矩形，

径向由于凸模作用，材料受拉应力—径向拉伸，

切向由于扇—矩，材料受压应力—切向压缩，

厚度方向，由于压边圈，受到压应力（由于小于切向压应力）—厚度略增加（起皱）

D区：除受径向拉应力和切向应力外，在厚度方向还受凹模圆角的压力，并且有弯曲变形，应力应变情况汇报非常复杂，厚度增加；

E区：受径向和切向拉应力，在厚度方面受凸模的压力，且材料受弯曲变形、变薄最严重，也是最危险，设计时主要精力放在此。

第72页，共113页，2023年，2月20日，星期四

二、各种拉深现象

由于拉深时各部分的应力（受力情况）和变形情况不一样，使拉深工艺出现了一些特有的现象：

1．起皱：

A.拉深时凸缘部分的切向压应力大到超出材料的抗失稳能力，凸缘部分材料会失稳而发生隆起现象，这种现象称起皱。起皱首先在切向压应力最大的外边缘发生,起皱严重时会引起拉度。

B.起皱是拉深工艺产生废品的主要原因之一,正常的拉深工艺中是不允许的.常采用压力圈的压力压住凸缘部分材料来防止起皱.记住一个概念：变厚部分易起皱，变薄部分容易开裂不用压边圈来拉深，容易起皱；一次拉深得太厉害，在E部容易拉裂，这也是拉深工艺最经常遇到的难题。

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C.起皱的影响因素:

a）相对厚度:t/D

其中t----毛坯厚度,D----毛坯直径

判断是否起皱的条件:D-d<=2Zt,d——工件直径.

b)拉深变形程度的大小

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2.变形的不均匀：

拉深时材料各部分厚度都发生变化，而且变化是不均匀的。凸缘外边缘材料厚度变化最大，拉深件成形后，拉深件的坯口材料最厚,往里逐渐减薄，而材料底部由于磨擦作用(拉深凸模与底部材料间)阻止材料的伸长变形而使底部材料变薄较小，而底部圆角部分材料拉深中始终受凸模圆角的顶力及弯曲作用，在整个拉深中一直受到拉应力作用，造成此处变薄最大。

所以拉深中厚度变薄主要集中于底部圆角部分及圆筒侧壁部分，我们把这一变薄最严重的部位称作危险断面。

拉深过程中,圆筒侧壁起到传递凸模拉力给凸缘的作用，当传力区的径向拉应力超出材料极限，便出现拉破现象。第75页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深件的壁厚和硬度的变化第76页，共113页，2023年，2月20日，星期四

3.材料硬化不均匀

拉深后材料发生塑性变形，引起材料的冷作硬化。

由于各部分变形程度不一样，冷作硬化的程度亦不一样，其中口部最大，往下硬化程度降低，拉近底部时，由于切向压缩变形较小，冷作硬化最小，材料的屈服极限和强度都较低，此处最易产生拉裂现象。

第77页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深系数m是以拉深后的直径d与拉深前的坯料D（工序件dn）直径之比表示。一、拉深系数与极限拉深系数1.拉深系数的定义第一次拉深系数：第一次拉深系数：第n次拉深系数：第78页，共113页，2023年，2月20日，星期四拉深系数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［m］在危险断面不被拉破的条件下所能采用的最小拉深系数。从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。

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三、圆筒形件拉深系数

1．拉深系数的概念。

拉深系数是指拉深后工件直径d与拉深前毛坯直径D之比。

M=d/D

A．（M<1）拉深系数M反映了拉深时材料变形程度的大小，M越小，表明变形程度越大。

B．拉深系数M是拉深工艺中的一个重要参数，是拉深工艺计算和模具设计的重要依据。

C．实际生产中，为减少拉深次数，M一般取最小值。

D．当M小到一定值时，凸缘外边缘便会出现起皱现象，但可用增加压力圈的压边力防止起皱的出现。

E．当M小到一定值时，出现拉破现象，拉破一般出现在拉深力快出现峰值时，即拉深的初始阶段。

F．极限拉深系数，在危险断面不被拉破的条件下所能采用的最小拉深系数。第80页，共113页，2023年，2月20日，星期四

2．影响拉深系数的因素：

A．材料的机械性能。材料的塑性好，屈强比

σs/σb小的材料，m可小些，因σs小，说明材料易变形，σb大，说明危险断面承载能力高，不易拉断。

B．毛坯的相对厚度t/D

C．拉深方式：有压力圈时，拉深系数M可小些。

D．模具结构：拉深模的凸，凹模圆角的大小，及凸，凹模之间的间隙大小，对拉深系数影响很大。

E．磨擦与润滑条件：要求凹模、压力圈与毛坯接触面应光滑，要求润滑，但凸模与毛坯接触面要粗糙些好，不要润滑，以增加磨擦力，减少拉裂的可能性。第81页，共113页，2023年，2月20日，星期四

3．拉深系数的确定：

由于影响材料拉深系数的因素很多，理论计算与实际相差太大，各种材料的拉深系数都是由实验方法获得的。

第82页，共113页，2023年，2月20日，星期四四、其它冲压工艺胀形、翻边、缩口、校形第83页，共113页，2023年，2月20日，星期四1、平板的胀形在平板毛坯上进行胀形加工的通俗名称很多，例如压窝、压加强筋、凸起、起伏成形等，但它们的变形力学特点是相同的，同属于胀形。1．胀形的变形特点图所示为在平板毛坯的局部压窝坑的胀形模，在结构上可与首次拉深模完全相同，但变形特点却完全不同，当毛坯直径超过工件直径的3倍以上时，成形时凹模口部以外的凸缘区材料已无法流入凹模内，即拉深变形已不可能，塑性变形只局限于凹模口部以内的部分材料范围之内，这就是胀形。胀形变形是依靠变形区部分板料厚度变簿、表面积增大来实现的。胀形时变形区内的材料不可能向变形区外转移，通常变形区外的材料也不向变形区内补充。第84页，共113页，2023年，2月20日，星期四

胀形时变形区的应力状态为双向受拉应力，即径向应力和切向应力均为拉应力，而板厚方向应力可视为零。变形区的应变状态为双向受拉伸、一向受压缩，即径向应变和切向应变均为拉应变，而板厚方向应变为压应变。径向和切向的伸长变形引起板厚的变薄，因此胀形属于伸长类变形。第85页，共113页，2023年，2月20日，星期四2、翻边

内缘翻边（圆孔翻边）（1）圆孔翻边的变形特点如图所示，在平板毛坯上制出直径为的底孔，随着凸模的下压，孔径将被逐渐扩大。变形区为的环形部分，靠近凹模口的板料贴紧区后就不再变形了，而进入凸模圆角区的板料被反复折弯，最后转为直壁时。当全部转为直壁时，翻边也就结束了。翻孔的破坏形式就是底孔边缘拉裂。为了防止出现裂纹，需限制翻孔的变形程度。第86页，共113页，2023年，2月20日，星期四

空心毛坯的胀形空心毛坯的胀形：是将空心工序件或管状毛坯沿径向往外扩张的冲压工序，如壶嘴、皮带轮、波纹管、各种接头等。第87页，共113页，2023年，2月20日，星期四

图所示为双动压力机用的整体凸模胀形模。工序件为直母线锥形筒，由板料弯曲成形并焊接制成。为了防止胀形时工件下滑，造成工件大端缺料，胀形前先由压力机外滑块带动锥面压边圈2进行扩口压边，将工件大端的一段压紧到凹模3上口的锥面上，工件要相应留出工艺余量。然后压力机内滑块带动凸模1下行完成胀形。由于工件的曲母线比较平缓，成形后凸模能顺利从工件大端抽出，因此凸模可以采取整体式的结构。采用整体式凸模对空心毛坯进行胀形加工的机会并不多，在多数情况下，凸模必须采取纵向分体式结构，胀形后才能顺利与胀形体分离。整体凸模胀形模示意图1．凸模2．锥面压边圈3．凹模第88页，共113页，2023年，2月20日，星期四

软模胀形软模胀形：是以气体、液体、橡胶及石蜡等作为传力介质，代替金属凸模进行胀形。软模胀形的优点：板料的变形比较均匀，容易保证工件的几何形状和尺寸精度要求，而且对于不对称的形状复杂的空心件也很容易实现胀形加工。因此软模胀形的应用比较广泛，并具有广阔的发展前途。第89页，共113页，2023年，2月20日，星期四

采用图下所示的聚氨酯橡胶胀形模，模具结构将十分简单。该模具以浇注型聚氨酯橡胶棒2为凸模，其直径可比工序件内径小一点，以便能顺利放入工序件内。工序件在下凹模3与顶柱4之间的间隙处进行定位，并对工件不成形段起内、外支撑作用。当上凹模1下行时，在其压力作用下聚氨酯橡胶棒将产生变形，完成胀形加工。1．上凹模2．凸模3．下凹模4．顶柱第90页，共113页，2023年，2月20日，星期四第91页，共113页，2023年，2月20日，星期四3、缩口缩口：是将预先拉深好的圆筒或管件坯料，通过缩口模具将其口部缩小的成形工序。缩口工序的变形如图所示，变形区的金属受到切向压应力σ1和轴向压应力σ3的作用，在轴向ε3和厚度方向ε2产生伸长变形，切向ε1产生压缩变形。在缩口变形过程中，材料主要受切向压应力作用，使直径减少，壁厚和高度增加。由于切向压应力的作用，在缩口时坏料易失稳起皱，同时非变形区的筒壁由于承受全部缩口压力，也易失稳产生变形，所以防止失稳是缩口工艺的主要问题。缩口的极限变形程度主要受失稳条件的限制。第92页，共113页，2023年，2月20日，星期四缩口的应力变形状态示意图

第93页，共113页，2023年，2月20日，星期四缩口变形程度用缩口系数m表示，其表达式为：式中，d----缩口后直径；D----缩口前直径。极限缩口系数mmin的大小主要与材料性质、料厚、模具形式和坯料表面质量有关。材料的塑性好，屈强比大，允许的缩口变形程度大（mmin小）。坯料越厚，抗失稳起皱能力越强，有利于缩口成形。采用内支承（模芯）模具结构，口部不易起皱。合理的模具半锥角度、较低的表面粗糙度值和较好的润滑条件，可以降低缩口力，对缩口成形有利。第94页，共113页，2023年，2月20日，星期四4、整形

整形：指对弯曲和拉深后的立体零件进行形状和尺寸修整的校形，目的是提高形状和尺寸精度。整形模和前一道工序成形模相似，只是模具工作部分的精度更高，表面粗糙度更低，圆角半径和间隙较小。第95页，共113页，2023年，2月20日，星期四

（1）弯曲件的整形压校：如图所示，变形特点与弯曲时相似，整形效果一般。压校V形件时应注意选择弯曲件在模具中的位置，尽量使两侧的水平分力平衡，并使校平单位压力分布均匀。压校U形件时，若只整形圆角须用两道工序分别压两个圆角。有尺寸精度要求时要取较小的模具间隙，以形成挤压状态，提高尺寸精度。第96页，共113页，2023年，2月20日，星期四

（2）镦校：如下图所示，镦校前半成品的长度略大于零件长度，以保证校形时材料处于三向应力状态。镦校后在材料厚度方向上压应力分布较均匀，回弹减小，从而能获得较高的尺寸精度。但带孔的零件和宽度不等的弯曲件不宜用镦校整形。弯曲件的镦校示意图a．Z形件b．U形件c．V形件第97页，共113页，2023年，2月20日，星期四6、旋压

（1）普通旋压成形工作原理如图所示。芯模2装夹在旋压机的主轴上，将平板毛坯1或工件贴靠芯模，用尾座顶尖4使顶块3压紧，随主轴旋转。操作擀棒（或滚轮）5迫使毛坯材料由点到线、由线到面逐渐贴紧芯模，从而加工出形状和尺寸都符合要求的零件。旋压成形所用设备和模具都很简单。加工范围广，各种形状的旋转体拉深、翻边、缩口、胀形皆能加工。但旋压工艺常用手工操作，要求操作技术高，劳动强度大，质量不稳定，生产率低，所以多用于小、中批量生产。旋压成形示意图1．毛坯 2．芯模 3．顶块4．顶尖 5．擀棒（或滚轮）第98页，共113页，2023年，2月20日，星期四第99页，共113页，2023年，2月20日，星期四

（2）强力旋压强力旋压是使毛坯厚度在旋压过程中强制变薄的成形工艺，因此又称为变薄旋压。用强力旋压的加工方法，可以加工形状复杂、尺寸较大的旋转体零件；表面粗糙度Ra值可达1.25μm，尺寸公差等级可达IT8左右，比普通旋压和冲压加工方法要高。旋压时，尾顶尖7使顶板6将毛坯压紧在芯模3的顶端，芯模被旋压机三爪卡盘1夹紧，芯模、毛坯和顶板随同旋压机主轴一起旋转。旋轮4通过机械或液压机构沿靠模板按与芯模的母线平行的轨迹移动，旋轮与芯模之间保持着变薄规律所规定的间隙，此间隙小于毛坯的厚度。旋轮施加高达2500～3500Mpa的压力，使毛坯贴合芯模，并被碾薄而逐渐成形的工件2。强力旋压示意图1．卡盘 2．工件 3．芯模 4．旋轮5．毛坯 6．顶板 7．尾顶尖第100页，共113页，2023年，2月20日，星期四第101页，共113页，2023年，2月20日，星期四焊接技术1.钎焊用熔点低于母材的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到适当的温度，使焊件仍处于固态而钎料熔化后靠湿润及毛细管作用填充进接头间隙并与母材相互扩散实现连接的一种方法。按钎料熔点，钎焊分为软钎焊和硬钎焊两类。第102页，共113页，2023年，2月20日，星期四

一类是硬钎料，熔点在450℃以上，常用的钎料有铜基、银基、铝基、镍基等合金。钎剂常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。硬钎焊的加热源有焊炬火焰、电阻电热、感应加热、盐浴加热及炉内加热等。钎接接头强度较高，适于钎焊受力较大或工作温度较高的工件，如硬质合金刀具、自行车车架等，通常把这类钎焊称为硬钎焊；另一类是软钎料，熔点在450℃以下，应用最广泛的软钎料是锡基合金，多数软钎料适合的焊接温度为200-400℃，钎剂为松香、松香酒精溶液、氯化锌溶液，加热方法常用烙铁加热。钎接接头强度较低，适于钎接受力不大或工作温度较低的工件，如容器、仪表元件等，通常把这类钎焊称为软钎焊。

第103页，共113页，2023年，2月20日，星期四钎焊分类：

烙铁钎焊用于细小简单或