l16-第6.5-6节-圆筒件拉深变形的力学分析.ppt

1、,6.5 圆筒件拉深变形的力学分析,6.5.2 拉深变形过程和变形特点,本讲主要内容,6.5.1 拉深制品及其应用范围,6.5.3 拉深变形过程的应力应变状态,6.5.5 拉深力计算,6.5.6 拉深时的起皱与开裂,6.5.4 凸缘变形区的应力应变分析计算,6.5 圆筒件拉深变形的力学分析,6.5.1 拉深制品及其应用范围,拉深利用模具将平板坯料变形成薄壁空心零件的冲压工艺，广泛应用于机械、汽车、航空航天、电器、轻工、仪表等多各加工行业。,定义：,产品举例：,消声器多次拉深、冲孔翻边复合工艺生产过程：,6.5.1 拉深制品及其应用范围,非圆形件拉深生产过程：,6.5.1 拉深制品及其应用范围,

2、6.5.2 拉深变形过程和变形特点,圆筒件拉深将圆形平板坯料变形成空心圆筒型零件的过程 其实质是将环形凸缘部分金属通过周向受压、径向受拉变形逐渐收缩转化为筒壁的过程，其主要塑性变形区在凸缘部分。,6.5.2 拉深变形过程和变形特点,拉深过程中，根据位置和受力状态不同，可分为五个区域：,6.5.3、拉深变形过程的应力应变状态,特点： t 起皱,1凸缘部分：主要塑性变形区,拉深过程中，根据位置和受力状态不同，可分为五个区域：,6.5.3、拉深变形过程的应力应变状态,2凹模圆角部分,过渡区：凸缘筒壁,特点： 塑性变形量：大小 t ,拉深过程中，根据位置和受力状态不同，可分为五个区域：,6.5.3、拉

3、深变形过程的应力应变状态,3筒壁部分,传力区：筒壁,特点： 转递拉深力 t 变化不大（常忽略）,拉深过程中，根据位置和受力状态不同，可分为五个区域：,6.5.3、拉深变形过程的应力应变状态,4底部圆角部分,过渡区：筒壁底部,特点： 危险区易开裂 t 变薄严重,拉深过程中，根据位置和受力状态不同，可分为五个区域：,6.5.3、拉深变形过程的应力应变状态,5筒底部分,传力区：底部,特点： 凸模底部与坯料的摩擦较大 t （常忽略）,拉深过程中，根据位置和受力状态不同，可分为五个区域： 凸缘部分：主要塑性变形区, 起皱, t ； 凹模圆角部分：过渡区， t ； 筒壁部分：传力区，t ； 凸模圆角部分：

4、过渡区，拉裂，t ； 筒底部分：传力区，t ；,6.5.3、拉深变形过程的应力应变状态,带压边拉深过程，不同位置的应力应变状态,6.5.3、拉深变形过程的应力应变状态,6.5.4 凸缘变形区的应力应变分析计算,拉深过程中，因 t r 、 ，凸缘变形可简化为主应力异号的平面应力状态，且忽略摩擦力的作用。,1、应力分析,1)、平衡微分方程,2)、塑性条件,3)、联立求解,2、应变分析,r 为拉应力、r 为拉应变， 为压应力、为压应变， t 0 、 t 随 r 不同而变化。,1)、厚度应变t,当 = r 时，1 = r 、3 = - ，t =(1 + 3 )/2=0， 为平面应变问题，t =0。,由

5、上式推得：,相关讨论： 当r = Rt 时，|r | = -| |， t =0、 = -r ，为纯剪切变形，板厚不变； 当r Rt 时，| | | r |，t 0、 0，为压缩类变形， 板厚增加； 当r 0，为伸长类变形，板厚变薄； 拉深当r0/R0 0.61(m0.61)时，凸缘内同时存在压缩类变形区和伸长类变形区；随着变形过程，R 减小，伸长类变形区缩小直到（r0/R =0.61）消失；故拉深凸缘变形基本上是压缩类变形。当r 过大时， r 将增大(r S )，将产生胀形，板料变薄。,2)、周向应变 、径向应变r和平均真实应变,取t 0 ，根据体积不变条件。,3、采用指数硬化曲线的变形区平均

6、真实应力：,拉深力的几个部分： 凸缘变形区的变形阻力； 压边力产生的摩擦力； 坯料沿凹模圆角弯曲和反弯曲的阻力； 凹模圆角的摩擦阻力。,6.5.5 拉深力计算,起皱和开裂是板料拉深变形两个主要的质量缺陷。 1、起皱 周向应力 为压应力，超过临界值时产生起皱。 起皱影响因素： （拉深系数），坯料相对厚度t /R0 ； 起皱时间：与 r max 相似，在R=(0.80.9)R0时； 防止措施：加压边圈（压紧，减小 ，r + =S),6.5.6 拉深时的起皱与开裂,2、开裂 主要位于凸模圆角附近。 开裂原因：双向拉应力，厚度没有增厚只变薄，当r b时，产生缩颈，至开裂; 防止措施：材料硬化，压边力，

7、拉深系数。,6.6 挤压变形的力学分析,挤压工艺是一种少无切削塑性加工工艺，主要属于伸长类变形，分为正挤压、反挤压、复合挤压。,6.6.1 挤压变形特点,摩擦作用使金属流动速度存在大的差别，凹模出口处的金属畸变严重； 坯料各部分的变形程度不均匀，凹模出口部位为剧烈的塑性变形区； 由于摩擦的影响，存在金属“死区”； 拉压变形和剪切变形同时存在，外表面的剪切变形最大，中间最小； 因变形不均匀，产生附加应力，过大时，会产生裂纹。,根据应力应变的差别，可分为A、B两个变形区， A区为直接受力压缩区， B区为间接受压区； A、B两区均产生伸长类变形。 A区|z | 最大，r (0)为第一主应变； B区|

8、r | 最大，z (0)为第一主应变； A、B两区存在轴向应力差，轴向流动速度不同， A区金属拉着B区金属流动，可能产生缩孔。,6.6.2 挤压变形的应力应变状态,挤压变形时，可变形体简化为三个区进行分析，即圆柱形出口部分已变形区I、中间锥形变形区和直筒部分待变形区；常摩擦条件，摩擦系数分别为1、 2、 3，流动应力分别为S1、 S2、 S3。,1、出口部分已变形区的单位变形力,6.6.3 挤压变形力的计算,化简得,2、锥形变形区的单位变形力,几何关系,轴向平衡,径向平衡, 挤压比,3、直筒部分待变形区的单位变形力,根据摩擦条件和初始间隙不同，待变形区的变形力计算可分为三种情况。,a、坯料短, 3小,不产生塑性变形,适合于摩擦条件(3 0.5S3 )的毛坯最大高度Hmax 。,b、 HmaxH