同濟(jì)大學(xué)沖壓工藝與鈑金 第四章 拉深

1、第四章第四章 拉拉 深深 4.1 圓筒件拉深的變形過程 4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)第四章第四章 拉拉 深深1. 拉深的基本概念 拉深是利用拉深模具將沖裁好的平板毛坯壓制成各種開口的空心件，或?qū)⒁阎瞥傻拈_口空心件加工成其他形狀空心件的一種沖壓加工方法。(如圖)2. 典型的拉深件(如圖)3. 拉深模具的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。拉拉深深模模結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖-模柄 -上模座 -凸模固定板 -彈簧 -壓邊圈 -定位板 -凹模 -下模座 -卸料螺釘 10-凸模 4.1 圓筒件拉深的變形過程一、拉深變形過程圓筒形件是最典型

2、的拉深件。（一）拉深變形過程及特點(diǎn)（如圖） 在毛坯上畫作出距離為a的等距離的同心圓與相同弧度b輻射線組成的網(wǎng)格(如圖) ，然后將帶有網(wǎng)格的毛坯進(jìn)行拉深。1、金屬的流動(dòng)過程 在拉深過程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸緣毛坯的徑向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力1 ，切向產(chǎn)生壓縮應(yīng)力 3 。在它們的共同作用下，凸緣變形區(qū)材料發(fā)生了塑性變形，并不斷被拉入凹模內(nèi)形成筒形拉深件。拉深變形過程拉深變形過程 在拉深后我們發(fā)現(xiàn)如圖：工件底部的網(wǎng)格變化很小，而側(cè)壁上的網(wǎng)格變化很大，以前的等距同心圓，變成了與工件底部平行的不等距的水平線，并且愈是靠近工件口部，水平線之間的距離愈大，同時(shí)以前夾角相等的半徑線在拉深后在側(cè)壁上變成了間距相

3、等的垂線，如圖所示，以前的扇形毛坯網(wǎng)格變成了拉深后的矩形網(wǎng)格。4.1 圓筒件拉深的變形過程一、拉深變形過程（續(xù)）（一）拉深變形過程及特點(diǎn)（續(xù)）（如圖）1、金屬的流動(dòng)過程 （續(xù)）材料轉(zhuǎn)移：高度、厚度發(fā)生變化。4.1 圓筒件拉深的變形過程一、拉深變形過程（續(xù)）圓筒形件是最典型的拉深件。（一）拉深變形過程及特點(diǎn)（續(xù)）2、變形現(xiàn)象平板圓形坯料的凸緣彎曲繞過凹模圓角，然后拉直形成豎直筒壁。 變形區(qū)凸緣；已變形區(qū)筒壁；不變形區(qū)底部。底部和筒壁為傳力區(qū)。 （一）拉深變形過程及特點(diǎn)（續(xù)）4.1 圓筒件拉深的變形過程一、拉深變形過程（續(xù)）3、拉深變形過程外力凸緣產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力：徑向拉應(yīng)力1；切向壓應(yīng)力3凸緣塑性變形

4、：徑向伸長(zhǎng)，切向壓縮，形成筒壁直徑為d高度為H的圓筒形件（H（D-d）/2）拉深單元變形動(dòng)畫4.1 圓筒件拉深的變形過程二、拉深過程中坯料內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)拉深過程中某一瞬間坯料所處的狀態(tài)1、凸緣部分主要變形區(qū)；若無(wú)壓邊圈，毛坯最外緣受壓極易失穩(wěn)，出現(xiàn)起皺。應(yīng)力分布圖2、凹模圓角部分過渡區(qū)3、筒壁部分傳力區(qū)4、凸模圓角部分過渡區(qū)；加工硬化弱，屈服強(qiáng)度低；變薄嚴(yán)重；易拉裂或變薄超差。5、筒底部分小變形區(qū)坯料各區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變是很不均勻的。拉深成形后制件壁厚和硬度分布4.1 圓筒件拉深的變形過程二、拉深過程中坯料內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)（續(xù)）拉深中主要的破壞形式是起皺和拉裂。拉拉深深過過程程的的應(yīng)應(yīng)力力與

5、與應(yīng)應(yīng)變變狀狀態(tài)態(tài)下標(biāo)1、2、3分別代表坯料徑向、厚度方向、切向的應(yīng)力和應(yīng)變 圓筒形件拉深時(shí)凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分布拉深件的壁厚和硬度的變化拉深件的壁厚和硬度的變化4.1 圓筒件拉深的變形過程三、拉深變形過程的力學(xué)分析 1、凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析 02sin23111tddRtRdtddRRd平衡方程： （1）拉深中某時(shí)刻變形區(qū)應(yīng)力分布2/2sin33dd0)(311dRRd4.1 圓筒件拉深的變形過程三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)） 1、凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析（續(xù)） 平衡方程： （1）拉深中某時(shí)刻變形區(qū)應(yīng)力分布（續(xù)）屈服條件： ss1 . 131 由上述兩式，并考慮邊界條件(當(dāng)R=Rt時(shí)，1=0)，

6、經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)就可以求出徑向拉應(yīng)力，和切向壓應(yīng)力的大小為：4.1 圓筒件拉深的變形過程三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)） 1、凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析（續(xù)） （1）拉深中某時(shí)刻變形區(qū)應(yīng)力分布（續(xù)）RRst1ln1 . 1RRst3ln11 . 1在變形區(qū)的內(nèi)邊緣（即R=r處）徑向拉應(yīng)力最大，其值為：rRstmax1ln1 . 14.1 圓筒件拉深的變形過程三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)） 1、凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析（續(xù)） （1）拉深中某時(shí)刻變形區(qū)應(yīng)力分布（續(xù)）在變形區(qū)外邊緣處切向壓應(yīng)力最大，其值為：smax31 . 1 凸緣外邊向內(nèi)邊1由低到高變化，|3|則由高到低變化，在凸緣中間必有一交點(diǎn)存在（如圖所示

7、），在此點(diǎn)處有1=|3|，所以：RRRRssttln11 . 1ln1 . 121lntRR 1、凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析（續(xù)） （1）拉深中某時(shí)刻變形區(qū)應(yīng)力分布（續(xù)）t61. 0RR 得： 交點(diǎn)在R=0.61Rt處。用R所作出的圓將凸緣變形區(qū)分成兩部分，由此圓向凹模腔口方向的部分1|3|，拉應(yīng)變1為絕對(duì)值最大的主變形，材料厚度減??；由此圓向外到外緣的部分1|3|，壓應(yīng)變3為絕對(duì)值最大的主變形，材料厚度增加。4.1 圓筒件拉深的變形過程三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)） 1、凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析（續(xù)） 在變形區(qū)的內(nèi)邊緣（即R=r處）徑向拉應(yīng)力最大，其值為：rRstmax1ln1 . 14.1 圓筒件

8、拉深的變形過程（2）最大徑向拉應(yīng)力1max的變化規(guī)律：加工硬化stR變形區(qū)三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)）三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)） 1、凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析（續(xù)） 4.1 圓筒件拉深的變形過程（3）最大切向壓應(yīng)力3max的變化規(guī)律：在變形區(qū)外邊緣處壓應(yīng)力最大，其值為：smax31 . 1：硬化，s4.1 圓筒件拉深的變形過程三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)）2、筒壁傳力區(qū)的受力分析（1）凸緣材料的變形抗力1max（2）壓邊力產(chǎn)生的摩擦力，摩擦力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力：)(2tdFQM（3）材料流過凹模圓角半徑產(chǎn)生彎曲變形的阻力 可根據(jù)彎曲時(shí)內(nèi)力和外力所作功相等的條件按下式計(jì)算：4.1 圓筒件拉深

9、的變形過程三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)）trtdbW22、筒壁傳力區(qū)的受力分析（續(xù)）（4）材料流過凹模圓角后又被拉直成筒壁的反向彎曲力仍按式上式進(jìn)行計(jì)算:4.1 圓筒件拉深的變形過程2、筒壁傳力區(qū)的受力分析（續(xù)）三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)）trtwdbW2拉深初期凸模圓角處的彎曲應(yīng)力也按上式計(jì)算，即：trtpw2bW（5）材料流過凹模圓角時(shí)的摩擦阻力4.1 圓筒件拉深的變形過程2、筒壁傳力區(qū)的受力分析（續(xù)）三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)） wwMmax12e通過凸模圓角處危險(xiǎn)斷面?zhèn)鬟f的徑向拉應(yīng)力即為：12 wwMmax1ep12222ln1 . 1QtetrttrtdtFrRpbdbsp

10、4.1 圓筒件拉深的變形過程2、筒壁傳力區(qū)的受力分析（續(xù)）三、拉深變形過程的力學(xué)分析（續(xù)） 由于上式把影響拉深力的因素，如拉深變形程度，材料性能，零件尺寸，凸、凹模圓角半徑，壓邊力，潤(rùn)滑條件等都反映了出來(lái)，有利于研究改善拉深工藝。拉深力可由下式求出：sinptdF4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)） 板料的拉深成形性能可用極限拉深比（LDR）D/d1（毛坯直徑/圓筒直徑）來(lái)表示。極限拉深比的大小主要取決于平均應(yīng)變比R。塑性應(yīng)變比：?jiǎn)蜗蚶煸?/p>

11、樣的寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變的比值，記作：00lnlnttbbRtb90450241RRRR平均應(yīng)變比4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）假設(shè)：1）所有能量消耗于法蘭區(qū)的變形。最初分析時(shí)，忽略毛坯通過凹模口部的摩擦、彎曲和反彎曲所消耗的功。但在最后計(jì)算效率時(shí)，則不能忽略。2）材料無(wú)加工硬化（n=0）。n值對(duì)極限拉深比的影響很小。3）法蘭區(qū)為平面應(yīng)變，即z = 0（厚度不變）。4）材料性質(zhì)為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，即平面各向同性和厚向異性。對(duì)于實(shí)際金屬板料，隨角度變化的R值，常用平均應(yīng)變比代替。5）利用hill各向異性屈服準(zhǔn)則。rr4.1 圓筒件拉深

12、的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）法蘭區(qū)變形：假設(shè)dz= 0，總的表面積不變，故在任一環(huán)形單元（初始位置至中心的距離為0）以內(nèi)的面積為常數(shù)，即022212012dhrdhr或：)354(1dhrd4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）法蘭環(huán)形單元的周向應(yīng)變與半徑成比例，故：dd因：0zd故：）（36421dhrdddr凸模位移增量。凸模半徑；式中，dhr14.1 圓筒件拉深的變形過

13、程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）變形功：2122dhrdtddtdWrrr。設(shè)為為屈服函數(shù)，為常數(shù)，fr。，得、，根據(jù)全量理論，rfrzzd2004.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）在每次凸模的單位位移增量中，對(duì)該單元所作的總功為：374ln221111rrtrdtrdhdWfrrf具有最大值，故，它在拉深開始時(shí)，應(yīng)等于拉深力0RrdhdWF384ln2ln211101maxdDtrrRtrFff4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程

14、的影響（續(xù)），故其軸向應(yīng)力為：筒壁傳遞力為maxF394ln211maxdDtrFfr 因假定n=0，故當(dāng)筒壁屈服時(shí)，便會(huì)形成頸縮。因此，當(dāng)筒壁應(yīng)力達(dá)到流動(dòng)應(yīng)力s，便是拉深極限。因而有：404ln211maxdDtrFfs4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）或：414ln)ln(1fsdDLDR 因圓壁筒圓周方向緊貼凸模面而不會(huì)起皺，故s為平面應(yīng)變（ 0）的流動(dòng)應(yīng)力。這樣，極限拉深比系由兩種平面應(yīng)變的流動(dòng)應(yīng)力之比所決定，即：424fs 對(duì)于各向同性材料，=1（f = s），得出LDR=e=2.72。實(shí)際上，極限拉深系數(shù)為2.12

15、.2。因?yàn)檫€要考慮凹?？诓康哪Σ痢澢头聪驈澢?，故可用變形效率來(lái)反映摩擦和彎曲功。每次凸模的單位位移增量的總功為dW/dh，將式（441）右邊乘以，即得：4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）424lnLDR值與潤(rùn)滑、壓邊力、板厚和凹模角半徑有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于各向同性材料，LDR為2.12.1，故=0.740.79。4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)） Whitely利用Hill各向異性理論，將與容易測(cè)量的應(yīng)變比（R）值聯(lián)系起來(lái)。在法蘭區(qū)dz=0，按平面應(yīng)變問題

16、得z=(x+y)/2，代入hill各向異性屈服準(zhǔn)則，得：22221XRRyxyzzx44421120RRXzyxf4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)） 在筒壁區(qū)，y=0，z=0，故得：xyRR1代入屈服準(zhǔn)則，得：454121)00(RRXzyxw，將（444）、（445）代入（442），得：46421R4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）1、板料性能對(duì)圓筒件拉深過程的影響（續(xù)）于是式（443）可寫成：47421)ln(RLDR 上式是假定板料具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性和單一的應(yīng)變比，實(shí)際上R隨板料的方向而變，一般采

17、用平均應(yīng)變比R，故式（447）又可寫成：47421)ln(RLDR4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）2、凸、凹模圓角半徑和摩擦對(duì)圓筒件拉深的影響 當(dāng)毛坯流過凹模口部時(shí)，消耗于彎曲-反彎曲的功，隨著板厚對(duì)凹模圓角半徑的比值增大而增大，從而使拉深力增大和LDR降低。但是，若凹模圓角半徑過大，將在毛坯自由表面區(qū)起皺。 凸模圓角半徑也很重要。破裂往往發(fā)生在筒壁與筒底連接的過渡區(qū)，此處加工硬化最小，是筒的薄弱部分。當(dāng)凸模圓角半徑較大時(shí)，破裂將上移到已有加工硬化的區(qū)域。模具和潤(rùn)滑對(duì)圓筒拉深也有重要作用。4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）2、凸、凹模圓

18、角半徑和摩擦對(duì)圓筒件拉深的影響(續(xù)) 法蘭部分的潤(rùn)滑是有益的，它減少摩擦功。 凸模與筒壁間的摩擦可增大拉深能力。若摩擦系數(shù)低，筒底容易變薄，破裂將下移到凸模圓角處，圖4-14。 最理想的是將壓邊力調(diào)整到剛好能阻止法蘭起皺。壓邊力增大，法蘭區(qū)摩擦力增大。Swift指出，壓邊力應(yīng)為流動(dòng)應(yīng)力的0.5%1%。最佳壓邊力隨毛坯厚徑比t/D增大而減小。當(dāng)t/D大于0.025，不需壓邊。對(duì)于薄板，壓邊力增大，使摩擦力增大，LDR降低。 摩擦的影響具有兩重性：4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）2、凸、凹模圓角半徑和摩擦對(duì)圓筒件拉深的影響(續(xù))圖4-14 凸模摩擦對(duì)拉深斷裂位置的影響

19、4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）3、差溫拉深法 拉深時(shí)板坯的法蘭部位變形抗力最大。為減少這個(gè)部位的抗力加大變形程度和提高變形效率在生產(chǎn)中可采用差溫拉深法。差溫拉深的原理是在坯料變形區(qū)即板坯法蘭部位加熱降低拉深變形抗力在傳力區(qū)即筒壁下部和底部保持常溫以保持抗拉強(qiáng)度防止拉斷。用這種方法可以減少拉深次數(shù)但需要耐高溫的模具在鋼板拉深中應(yīng)用尚少。 4.1 圓筒件拉深的變形過程四、影響圓筒件拉深過程的因素（續(xù)）4、其它方法 此外還可用橡膠液體或氣體代替剛體的凸模或凹模對(duì)金屬進(jìn)行拉深成形即軟模拉深其特點(diǎn)是可以提高拉深變形程度和節(jié)省模具費(fèi)用。4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件

20、拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施 拉深過程中，毛坯法蘭在切向壓應(yīng)力作用下，可能產(chǎn)生塑性失穩(wěn)而起皺，甚至使坯料不能通過凸、凹模間隙而被拉斷。輕微起皺的毛坯雖然可通過間隙，但會(huì)在筒壁上留下皺痕，影響零件的表面質(zhì)量。 起皺主要是由于法蘭的切向壓應(yīng)力超過了板料臨界壓應(yīng)力所引起。最大切向壓應(yīng)力max產(chǎn)生在毛坯法蘭外緣處，起皺首先在此處開始。4.1 圓筒件拉深的變形過程凸凸緣緣變變形形區(qū)區(qū)的的起起皺皺 4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施1、起皺及其防止措施（續(xù)）4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺

21、及其防止措施（續(xù)） 法蘭起皺與壓桿失穩(wěn)有些類似。相關(guān)因素：料厚。凸模直徑；法蘭外徑；法蘭相對(duì)厚度tdDdDtpwpw4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)） 拉深時(shí)因max不斷增大，使失穩(wěn)起皺的趨勢(shì)上升。 但隨著Dw不斷減小和 t 增大，使比值t / (Dw - dp)增大，從而提高了毛坯的抗失穩(wěn)能力。 法蘭失穩(wěn)起皺最嚴(yán)重的瞬間為 Dw = (0.80.9) D時(shí)，式中D毛坯外徑。4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)） 常見的防皺措施是采用壓邊圈，把法蘭壓緊在凹模表面上

22、。是否采用壓邊圈的條件（平面凹模）（m：拉深系數(shù)）拉深方法第一次拉深以后各次拉深t/D x 100m1t/dn-1 x 100mn用壓邊圈 1.5 0.6 1 2.0 0.6 1.5 0.84.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)） 壓邊力F壓的大小對(duì)拉深力有很大影響。F壓太大會(huì)增加危險(xiǎn)斷面的拉應(yīng)力，導(dǎo)致拉裂或嚴(yán)重邊薄，太小則防皺效果不好。在理論上F壓的大小最好按圖4-15所示的規(guī)律變化，即隨起皺的趨勢(shì)變化，其變化規(guī)律與最大拉深力的變化一致，當(dāng)毛坯外徑減至Rw = 0.85 R0時(shí)起皺最嚴(yán)重，壓邊力F壓亦應(yīng)最大，但實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)。變壓

23、邊力：Variable Blank Holder Force(VBHF)圖4-15 第一道拉深時(shí)壓邊力F壓的理論變化曲線4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)）4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)）表4-3 單位壓邊力p材料名稱單位壓邊力p/MPa材料名稱單位壓邊力p/MPa鋁0.81.2鍍錫鋼板2.53.0紫銅、硬鋁（已退火）1.21.8高合金鋼不銹鋼3.04.5黃銅1.52.0軟鋼t 0.5mm2.02.54.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及

24、其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)） 在生產(chǎn)中單位壓邊力p可按表4-3選取?？偟膲哼吜?F壓 = A * p，式中，A開始拉深時(shí)不考慮凹模圓角時(shí)的壓邊圈面積。 圓筒件第一次拉深時(shí)，504225. 02121prdDFd壓 以后各次拉深時(shí)，514225. 02211prddFdnn壓件的直徑。第一次和以后各次拉深式中，ndd 14.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)） 最小單位壓邊力p也可用福開、吉田經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：52490822220200MParrRtrrRRpddbs凹模圓角半徑。板厚；拉深圓筒半徑；毛坯半徑；抗拉強(qiáng)度；屈

25、服極限；式中，dbsrtrR204.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)）圖4-16 剛性壓邊裝置 壓邊裝置有剛性和彈性兩種。 剛性壓邊裝置是在雙動(dòng)壓力機(jī)上利用外滑塊壓邊，圖4-16所示。壓邊圈4裝在外滑塊2上。沖壓開始時(shí)，外滑塊帶動(dòng)壓邊圈下降壓在毛坯上。接著內(nèi)滑塊帶動(dòng)凸模進(jìn)行拉深。4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)）圖4-18 有壓邊裝置順裝拉深模 彈性壓邊裝置(圖4-18)用于單動(dòng)壓床。壓邊力系由氣墊、彈簧或橡皮產(chǎn)生；壓邊力與壓機(jī)形程的關(guān)系如圖4-19所示。氣墊壓邊

26、力不隨凸模行程變化，壓邊效果較好。彈簧和橡皮的壓邊力隨形程增大而上升，對(duì)拉深不利，只適合拉深高度不大的零件。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，特別是裝上限制壓邊力的限位器后（圖4-20），還是比較實(shí)用的。圖4-19 壓邊力與壓機(jī)形程的關(guān)系4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)）4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)）圖4-20 帶限位裝置的壓邊圈4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）1、起皺及其防止措施（續(xù)） 多道工序拉深時(shí)，也可用反拉深防止起

27、皺。由前道拉深得到直徑為d1的半成品，套在筒狀凹模1上進(jìn)行反拉深，使毛坯內(nèi)表面變成外表面。由于反拉深時(shí)毛坯與凹模的包角為180，板料沿凹模流動(dòng)的摩擦阻力和變形抗力顯著增大，從而使徑向拉應(yīng)力增大，切向壓應(yīng)力的作用相應(yīng)減小，能有效地防止起皺。故反拉深的拉深系數(shù)可比正拉深降低1015，拉深力則增大1020。 采用拉深筋或拉深檻，同樣能有效地增加徑向拉應(yīng)力和減小切向壓應(yīng)力的作用，也是防皺的有效措施。筒筒壁壁的的拉拉裂裂4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）2、拉裂4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）2、拉裂（續(xù)）圓筒件拉深時(shí)

28、產(chǎn)生破裂的原因：由于法蘭起皺，坯料不能通過凸、凹模間隙，使增大；由于壓邊力過大，使增大；變形程度太大，即拉深比D/d1大于極限值。防止拉裂的方法：應(yīng)根據(jù)板料成形性能，采用適當(dāng)?shù)睦畋群蛪哼吜Γ辉黾影寄１砻娴拇植诙?，可以減小頸縮處的邊薄；材料的s/b比值小、n值和R值大，較難產(chǎn)生拉裂。4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）3、凸耳的出現(xiàn) 拉深后的圓筒端部出現(xiàn)凸耳，圖4-23。一般有四個(gè)凸耳，有時(shí)有兩個(gè)或六個(gè)、甚至八個(gè)凸耳。產(chǎn)生凸耳的原因是毛坯的各向異性，它隨角度的變化與R值的變化是一致的，如圖4-24示。在低R值的角度方向，板料變厚，筒壁高度較低。在具有高R

29、值的方向，板料厚度變化不大，故筒壁高度較高。凸耳的高度和位置與參數(shù)R的關(guān)系如圖4-25。圖4-234.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）3、凸耳的出現(xiàn)（續(xù)）圖4-24 圖4-254.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）3、凸耳的出現(xiàn)（續(xù)）4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）3、凸耳的出現(xiàn)（續(xù)）2/245900RRRR當(dāng)R0，耳子在0和90處出現(xiàn)；當(dāng)R0，耳子在45出現(xiàn)。耳子需用修邊去除掉，增加工序，故不希望它產(chǎn)生。當(dāng)R過大，高R值對(duì)LDR的有利影響便消失了。4.1 圓筒件拉深的變形

30、過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）4、殘余應(yīng)力 拉深后的圓筒中留有大量殘余應(yīng)力。 外表面為拉應(yīng)力，內(nèi)表面為壓應(yīng)力。這是由于彎曲-反彎曲所引起?？拷鼒A筒口部最大，因?yàn)閺澢l(fā)生在拉深后期，此處只有少量的拉伸。 這種殘余應(yīng)力在筒壁產(chǎn)生彎曲力矩，它由筒壁端部附近的周向拉伸所平衡。這種周向拉應(yīng)力的存在，會(huì)使筒壁由于應(yīng)力腐蝕而開裂，如圖4-26示。 若使板料變薄，整個(gè)斷面產(chǎn)生屈服，便可大大減少殘余應(yīng)力4.1 圓筒件拉深的變形過程五、圓筒件拉深過程中出現(xiàn)的問題及其防止措施（續(xù)）4、殘余應(yīng)力（續(xù)）圖4-26體積不變?cè)瓌t:若拉深前后料厚不變，拉深前坯料表面積與拉深后沖件表面積近似相等，得到坯料

31、尺寸。 4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)一、拉深零件的毛坯尺寸相似原則:切邊工序： 拉深前坯料的形狀與沖件斷面形狀相似。形狀復(fù)雜的拉深件：需多次試壓，反復(fù)修改，才能最終確定坯料形狀。拉深件的模具設(shè)計(jì)順序：先設(shè)計(jì)拉深模，坯料形狀尺寸確定后再設(shè)計(jì)沖裁模。 拉深件口部不整齊，需留切邊余量。 但坯料的周邊必須是光滑的曲線連接。 4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)一、拉深零件的毛坯尺寸（續(xù)） 旋轉(zhuǎn)體零件系采用圓形毛坯，其直徑按面積相等的原則（不考慮板料的厚度變化）。5344AD1、將拉深件劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的幾何體；2、分別求出各簡(jiǎn)單幾何體的表面積；3、把各簡(jiǎn)單幾何體面積相加即為零件總面積A ；

32、4、根據(jù)表面積相等原則，求出坯料直徑。4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)一、拉深零件的毛坯尺寸（續(xù)）23221)2(48)2(24)(rdArrdrArHdAiAAAAD32124整理后可得坯料直徑為: 5448)2(2)(4)2(22rrdrrHdrdD4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)一、拉深零件的毛坯尺寸（續(xù)） 由于板料的各向異性和模具間隙不均等因素的影響，拉深后零件的邊緣不整齊，甚至出現(xiàn)耳子，需在拉深后進(jìn)行修邊。圓筒件拉深的修邊余量h零件高度/mm修邊余量h/mm零件高度/mm修邊余量h/mm10501410020031050100262003005124.2 圓筒件拉深工藝計(jì)

33、算及其模具設(shè)計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的決定1、拉深系數(shù)的定義拉深系數(shù)拉深系數(shù)m 是以拉深后的直徑d與拉深前的坯料D（工序件dn）直徑之比表示。121112211.nnnnnnddmddmddmDdm 工件的直徑與毛坯直徑之比稱為總拉深系數(shù)，即工件所需要的拉深系數(shù)，等于各次拉深系數(shù)的乘積，即：4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的決定（續(xù)）1、拉深系數(shù)的定義（續(xù)）nnnnnnnmmmmmddddddddDdDdm132112123121 拉深系數(shù)m表示拉深前后坯料（工序件）直徑的變化率變化率。m愈小，說明拉深變形程度愈大，相反，變形程度愈小。 4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)

34、計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的決定（續(xù)）拉深工序示意圖1、拉深系數(shù)的定義（續(xù)）拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深程度或拉深比，其值為：4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的決定（續(xù)）n1nnn1ddmk1、拉深系數(shù)的定義（續(xù)）4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的決定（續(xù)） 拉深系數(shù)表示了拉深前后毛坯直徑的變化量，反映了毛坯外邊緣在拉深時(shí)切向壓縮變形的大小，因此可用它作為衡量拉深變形程度的指標(biāo)。拉深時(shí)毛坯外邊緣的切向壓縮變形量為：mmmmddtdtdtdmDdDtdtDt11111;11.nn;1n1n2121212111即： 由此可知，拉深系數(shù)是一個(gè)小于1的數(shù)值，其值愈大

35、表示拉深前后毛坯的直徑變化愈小，即變形程度小。其值愈小則毛坯的直徑變化愈大，即變形程度大。如果m取得過小，會(huì)使拉深件起皺、斷裂或嚴(yán)重變薄超差。1、拉深系數(shù)的定義（續(xù)）4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的決定（續(xù)）極限拉深系數(shù)m 從工藝的角度來(lái)看，m越小越有利于減少工序數(shù)。、影響極限拉深系數(shù)的因素4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的決定（續(xù)）（1）拉深材料：機(jī)械性能、料厚、表面質(zhì)量。（2）板料的相對(duì)厚度t/D mDt/（3）拉深模具：間隙、凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、凹模形狀(如圖）凹模表面質(zhì)量。（4）拉深條件：壓邊圈、次數(shù)、潤(rùn)滑、工件形狀。、影響極限拉深系數(shù)的因素（續(xù)）4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的決定（續(xù)）錐形凹模4.2 圓筒件拉深工藝計(jì)算及其模具設(shè)計(jì)二、拉深系數(shù)和次數(shù)的