《拉深工艺》课件.ppt

1、拉深：是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。 根据材料料厚在拉深前后的变化情况，一般把拉深分为变薄拉深和不变薄拉深,不变薄拉深,变薄拉深,第六章 拉深工艺,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,拉深模结构图,-模柄 -上模座 -凸模固定板 -弹簧 -压边圈 -定位板 -凹模 -下模座 -卸料螺钉 10-凸模,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。,不变薄旋转体零件的拉深工艺与模具,一、拉深过程分析 二、筒形件拉深的工艺计算 三、筒形件在以后各次拉

2、深时的特点及方法 四、拉深力与压边力的计算 五、拉深模工作部分结构的确定 六、拉深模的典型结构,1 、拉深变形过程 不变形区底部 已变形区筒壁 变形区凸缘,一、拉深过程分析,拉深变形过程多余三角形转移,a、圆环形部分（毛坯外径与洞口直径间金属圈）直壁部分（产生变形） b、由于多余三角形的转移，拉深后工件变“高”,2 、拉深的网格试验,拉深的网格试验,3 、拉深过程应力应变分析,拉深过程的应力与应变状态,下标1、2、3分别代表坯料径向、厚度方向、切向的应力和应变,圆筒形件拉深时凸缘变形区的应力分布,4、拉深时的主要质量问题起皱与拉裂,a、起皱,起皱的影响因素:,变形程度： d工件直径 D毛坯直径

3、 m拉深系数 越小，拉深变形越厉害起皱就越大 毛坯相对厚度： 越小，越容易起皱,防止起皱的常用措施：,1）、采用压边圈 2）、采用锥形凹模（角度）,防止起皱的常用措施：,3）、采用反拉深（阻力大，防起皱）,b、拉裂,凸缘部分由于变形量大，因此加工硬化的程度也大，屈服点高；而筒壁与圆角相接处由于几乎没有切向压缩，加工硬化较低，材料屈服点较低，是薄弱环节。,防止拉裂的常用措施： 通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度 正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力,二、筒形件拉深的工艺计算,1、旋转体拉深件毛坯尺寸的计算 2、拉深系数m： 3、拉深次数的确定 4、筒形件各次拉深的半成品尺寸计算：

4、 5、有凸缘圆筒形件的拉深工艺计算 6、其它形状零件的拉深,a、确定毛坯形状和尺寸的依据,其毛坯形状与拉深件周边形状相似，毛坯的周边也应该是光滑的曲线，而无急剧的转折 在毛坯尺寸中应包括修边量 （具体数值参照课本表、） 对于不变薄拉深，拉深前后其面积基本不变,对于旋转体毛坯形状应该是圆形，计算其毛坯直径,1、旋转体拉深件毛坯尺寸的计算,按图得：,故,整理后可得坯料直径为:,b、简单形状拉深件毛坯尺寸计算,因为 其中：A拉深件毛坯面积 所以 圆环 /4凹形环面 圆筒形 /4凸形环面 圆形 （各公式查表p.163. ）,久里金法则求其表面积： 任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母

5、线展开长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。 如右图所示，旋转体表面积为,c、复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定,因拉深前后面积相等，故坯料直径D：,2、拉深系数m：,a、拉深系数 的概念 拉深系数是指每次拉深后筒形件直径与拉深前毛坯（或半成品）直径的比值。,第一次拉深系数 第二次拉深系数 第三次拉深系数 第n次拉深系数,b、影响最小拉深系数m的因素,1）、材料机械性能 ： 材料塑性越好，而且屈服比小，允许的拉深变形越大 2）、材料的相对厚度： m 3）、压边条件： 合理压边力，减少摩擦阻力，可以减小拉深系数 压边力保证不起皱前提下取最小值,4）、凸凹模间隙：间隙大，m可以取小值 一般在设计时，

6、前面几次拉深可取较大间隙，不考虑制件精度，最后一次拉深取合理间隙，以保证尺寸及精度 5）、凸凹模圆角半径： （R凹）R凸大 m可以取小值 （R凹）R凸小 m应该加大 6）、润滑条件 润滑条件好，m可以取小值，（改善塑性流动）,3、拉深次数的确定,a、推算法： 可根据相对厚度 值，由P169表-、-中查出各次拉深的m值 然后计算出各次拉深直径，便可推算出拉深次数。 b、查表法： 根据 、 查表P171表6-9、6-10,c 、计算法,式中 d冲件直径； D坯料直径； m1第一次拉深系数； m均第一次拉深以后各次的平均拉深系数。,拉深次数,4、筒形件各次拉深的半成品尺寸计算：,半成品的直径 确定拉

7、深次数后，由表查得各次拉深的极限拉深系数，适当放大，并加以调整，其原则是： 保证12 使12 最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径： 11 221 ,高度 根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得到无凸缘工序件高度计算公式。计算前应先定出各工序件的底部圆角半径。,例求图示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。 材料为10钢，板料厚度2。,解：因1，故按板厚中径尺寸计算。 （）计算坯料直径 根据零件尺寸，其相对高度为,查表得切边量,坯料直径为,代已知条件入上式得98.2,（）确定拉深次数坯料相对厚度为,按表可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。 根据/2.03，查表得各次极

8、限拉深系数10.50，20.75，30.78，40.80，。 故110.5098.249.2 2210.7549.236.9 3320.7836.928.8 4430.828.823 此时42328，所以应该用4次拉深成形。,（）各次拉深工序件尺寸的确定 经调整后的各次拉深系数为：每次拉深系数放大倍数 10.52，278，30.83，4=0.846,各次工序件直径为 各次工序件底部圆角半径取以下数值： 18，25，34 各次工序件高度为 ,（4）工序件草图,5、有凸缘圆筒形件的拉深,有凸缘圆筒形件的拉深变形程度及拉深次数,有凸缘圆筒形件的拉深系数取决于有关尺寸的三个相对比值：dt/（凸缘的相对

9、直径）、/（零件的相对高度）、/（相对圆角半径）。,根据拉深系数或零件相对高度，判断拉深次数。,窄凸缘圆筒形件的拉深,窄凸缘筒形件：,宽凸缘圆筒形件的拉深,宽凸缘筒形件：,6、 其它形状零件的拉深,变形特点：,阶梯形件的拉深与圆筒形件的拉深基本相同,也就是说每一阶梯相当于相应圆筒形件的拉深。,阶梯形件的拉深,判断能否一次拉深成形：,根据零件高度与最小直径 之比来判断。,阶梯形件多次拉深的方法:,（1）当任意两相邻阶梯直径之比（dn/dn-1）都不小于相应的圆筒形件的极限拉深系数 。,（2）若相邻两阶梯直径之比（dn/dn-1）小于相应圆筒形件的极限拉深系数 。,拉深方法如图b）,拉深方法如图a

10、）,拉深变形特点:复合类冲压成形工序,曲面形状零件的拉深,球面、锥面、抛物面形状冲件拉深成形共同特点是由拉深和胀形两种变形方式的复合。,做到既不起皱又不破裂。,盒形件是非旋转体零件，拉深变形时，圆角部分相当于圆筒形件拉深，而直边部分相当于弯曲变形。,沿周边应力应变分布不均匀。,盒形件的拉深,工艺计算复杂，准确性不高，必要时需要工艺试验。 模具间隙、圆角半径沿周边分布不均匀。,三、筒形件在以后各次拉深时的特点及方法,1、以后各次拉深的特点： 以后各次拉深的稳定性较首次拉深为好，不易起皱。 2、以后各次拉深的方法,3、反拉深与正拉深相比较的特点,a、残余应力小 b、加工硬化程度低，有利于成形 c、

11、不容易起皱 d、反拉深的拉深力比正拉深大 e、拉深系数 应小些，其中： 为毛坯 内径、 为成品内径，同时要求：,四、拉深力与压边力的计算,拉深力,采用压料圈拉深时 首次拉深,以后各次拉深,（2、3、）,不采用压料圈拉深时 首次拉深,以后各次拉深,（2、3、）,压料装置产生的压料力Fy大小应适当：,式中A压料圈下坯料的投影面积； p单位面积压料力， p值可查表,压边力,圆筒形件首次拉深,圆筒形件以后各次拉深,（2、3、）,压力机公称压力,压力机其公称压力应大于工艺总压力FZ。 工艺总压力为,注意： 当拉深工作行程较大，尤其落料拉深复合时，应使工艺力曲线位于压力机滑块的许用压力曲线之下。,浅拉深,

12、深拉深,在实际生产中，可以按下式来确定压力机的公称压力 ：,五、拉深模工作部分结构的确定,1、拉深凸模和凹模的结构 2、拉深凹模和凸模的圆角半径 3、拉深模的间隙 4、凸凹模工作部分的尺寸有制造公差（指最后一次拉深）,1、拉深凸模和凹模的结构,a）圆弧形 b)锥形 c）渐开线形,无压料一次拉深成形的凹模结构,无压料多次拉深的凸、凹模结构,有压料多次拉深的凸、凹模结构,2、拉深凹模和凸模的圆角半径,a.凹模圆角半径的确定,首次（包括只有一次）拉深凹模圆角半径可按下式计算：,或,以后各次拉深凹模圆角半径应逐渐减小，一般按下式确定：,（2、3、）,以上计算所得凹模圆角半径一般应符合rA2的要求。,b

13、.凸模圆角半径的确定,首次拉深可取：,中间各拉深工序凸模圆角半径可按下式确定：,（3、4、）,最后一次拉深凸模圆角半径rTn即等于零件圆角半径。 但零件圆角半径如果小于拉深工艺性要求时， 则凸模圆角半径应按工艺性的要求确定（即rT）， 然后通过整形工序得到零件要求的圆角半径。,a.无压料圈的拉深模,其拉深间隙为：,b.有压料圈的拉深模,其拉深间隙为：查表6-15,c.盒形件拉深模的间隙,当尺寸精度要求高时：,/2（0.90.95）；,当精度要求不高时：,/2（1.11.3）。,末道拉深取较小值。,3、拉深模的间隙,对于最后一道工序的拉深模,当零件尺寸标注在内形时，以凸模为基准，工作部分尺寸为：

14、,对于多次拉深，中间各工序的凸、凹模尺寸可按下式计算：,当零件尺寸标注在外形时，以凹模为基准，工作部分尺寸为：,4、凸凹模工作部分的尺寸有制造公差,5、 拉深件的工艺性,一般：,拉深件的公差等级,拉深件壁厚公差要求一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律。,拉深件的尺寸精度应在T13级以下，不宜高于IT11级。,据统计，不变薄拉深，,壁的最大增厚量约为（0.20.3）；,最大变薄量约为（0.100.18）,（为板料厚度）,用于拉深的材料一般要求具有较好的塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。,拉深件的材料,1拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉深成形。 2需多次拉深的零件，在保证

15、必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。 3在保证装配要求的前提下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度。 4拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足：+0.5（或 + 0.5） 5拉深件的底与壁、凸缘与壁、矩形件四角的圆角半径应满足以下式子，否则，应增加整形工序。 6拉深件不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为基准。,拉深件的结构工艺性,，2，3。,六、拉深模的典型结构,1-定位板 2-下模板 3-拉深凸模 4-拉深凹模,无压边装置的首次拉深模,带压边装置拉深模,模柄 上模座 凸模固定板 弹簧 压边圈 定位板 凹模 下模座 卸料螺钉

16、10凸模,带锥形压边圈的倒装拉深模,1上模座 2推杆 3推件板 4锥形凹模 5限位柱 6锥形压边圈 7拉深凸模 8固定板 9下模座,弹簧压边装置 a) 橡皮b) 弹簧c) 气垫,带限位装置在压边圈,双动压力机用拉深模刚性压边装置动作原理,1-固定板 2-拉深凸模 3-刚性压边圈 4-拉深凹模 5-下模板 6-螺钉,带刚性压边装置拉深模,无压边装置的以后各次拉深模,有压边装置的以后各次拉深模,1-推件板 2-拉深凹模 3-拉深凸模 4-压边圈 5-顶杆 6-弹簧,1-顶杆 2-压边圈 3-凸凹模 4-推杆 5-推件板 6-卸料板 7-落料凹模 8-拉深凸模,落料拉深复合模,落料、正、反拉深模,1

17、-凸凹模 2-反拉深凸模 3-拉深凸凹模 4-卸料板 5一导料板 6-压边圈 7-落料凹模,再次拉深、冲孔、切边复合模,1-压边圈 2-凹模固定板 3-冲孔凹模 4-推件板 5-凸模固定板 6-垫板 7-冲孔凸模 8-拉深凸模 9-限位螺栓 10-螺母 11-垫柱 12-拉深切边凹模 13-切边凸模 14-固定块,筒形件的切边原理,零件名称：盖 生产批量：大批量 材料：镀锌铁皮 材料厚度：1mm,拉深模设计与制造实例,1冲压件工艺性分析,冲压工序：落料、拉深； 材料：为镀锌铁皮，具有良好的拉深性能，适合拉深； 结构：简单对称； 精度：全部为自由公差，工件厚度变化也没有作要求，只是该工件作为另一

18、零件的盖，口部尺寸69可稍作小些。而工件总高度尺寸14mm可在拉深后采用修边达要求 。,2冲压工艺方案的确定,方案一：先落料，后拉深。采用单工序模生产。 方案二：落料-拉深复合冲压。采用复合模生产。 方案三：拉深级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但成本高而生产效率低； 方案二生产效率较高，尽管模具结构较复杂，但因零件简单对称，模具制造并不困难； 方案三生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便，加之工件尺寸偏大。 结论：采用方案二为佳。,3主要设计计算,（1） 毛坯尺寸计算,根据表面积相等原则，用解析法求该零件的毛坯直径D,（2）排样及相关计算,采用有废料直排的排样方式。,（3）成形次数的确定,阶梯形件拉深。h/dmin=15.2/40=0.38，据t/D=1/90.5=1.1，查表发现h/dmin小