拉伸工藝和拉深模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)教材

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(kāi)口的空心件，或?qū)⒁阎瞥傻拈_(kāi)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4.0.1)2.典型的拉深件(如圖4.0.2)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。

4.1拉深變形過(guò)程的分析4.1.1板料拉深變形過(guò)程及其特點(diǎn)在毛坯上畫(huà)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4.1.2)，然后將帶有網(wǎng)格的毛坯進(jìn)行拉深。在拉深過(guò)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，切向產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。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。

在拉深后我們發(fā)現(xiàn)如圖4.1.2：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)壁上變成了間距相等的垂線，如圖4.1.3所示，以前的扇形毛坯網(wǎng)格變成了拉深后的矩形網(wǎng)格。

4.1.2拉深過(guò)程中變形毛坯各部分的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)拉深過(guò)程中某一瞬時(shí)毛坯變形和應(yīng)力情況(如圖4.1.5)1.平面凸緣部分主要變形區(qū)2.凹模圓角區(qū)過(guò)渡區(qū)3.筒壁部分

傳力區(qū)4.凸模圓角部分

過(guò)渡區(qū)5.圓筒底部分

小變形區(qū)圖4.1.5拉深中毛坯的應(yīng)力應(yīng)變情況

4.1.3拉深成形的障障礙及防止措措施1.起皺(如圖4.1.8)，影響起皺皺的因素：(1)凸緣部部分材料的相相對(duì)厚度凸緣部分的相相對(duì)料厚，即即為:(2)切向壓壓應(yīng)力的大小小拉深時(shí)的的值值決定于變形形程度，變形形程度越大，，需要轉(zhuǎn)移的的剩余材料越越多，加工硬硬化現(xiàn)象越嚴(yán)嚴(yán)重，則越大大，就越容易易起皺。(3)材料的的力學(xué)性能板料的屈強(qiáng)比比小小，則屈屈服極限小，，變形區(qū)內(nèi)的的切向壓應(yīng)力力也相對(duì)減小小，因此板料料不容易起皺皺。(4)凹模工工作部分的幾幾何形狀平端面凹模拉拉深時(shí)，毛坯坯首次拉深不不起皺的條件件是:用錐形凹模首首次拉深時(shí)，，材料不起皺皺的條件是：：如果不能滿足足上述式子的的要求，就要要起皺。在這這種情況下，，必須采取措措施防止起皺皺發(fā)生。最簡(jiǎn)單的方法法(也是實(shí)際際生產(chǎn)中最常常用的方法)是采用壓邊邊圈。2.拉裂拉深后得到工工件的厚度沿沿底部向口部部方向是不同同的(如圖4.1.9)防止拉裂:可根據(jù)板材的的成形性能，，采用適當(dāng)?shù)牡睦畋群蛪簤哼吜Γ黾蛹油鼓５谋砻婷娲植诙?，改改善凸緣部分分變形材料的的?rùn)滑條件，，合理設(shè)計(jì)模模具工作部分分的形狀，選選用拉深性能能好的材料。。3.硬化拉深是一個(gè)塑塑性變形過(guò)程程，材料變形形后必然發(fā)生生加工硬化，，使其硬度和和強(qiáng)度增加，，塑性下降。。加工硬化的好好處是使工件件的強(qiáng)度和剛剛度高于毛坯坯材料，但塑塑性降低又使使材料進(jìn)一步步拉深時(shí)變形形困難。4.2直壁壁旋轉(zhuǎn)體零件件拉深工藝的的設(shè)計(jì)4.2.1拉拉深毛坯尺尺寸的確定拉深毛坯尺寸寸的確定原則則：體積不變?cè)砝恚ɡ钋懊鞅肀砻娣e等于拉拉深后零件的的表面積）、相似性原原理。毛坯的計(jì)算方方法：等重量量、等體積、、分析圖解法法、作圖法。。（1）確定修修邊余量由于材料的各各向?qū)砸约凹袄顣r(shí)金屬屬流動(dòng)條件的的差異，拉深深后工件口部部不平，通常常拉深后需切切邊，因此計(jì)計(jì)算毛坯尺寸寸時(shí)應(yīng)在工件件高度方向上上(無(wú)凸緣件件)或凸緣上上增加修邊余余量。。（2）計(jì)算工工件表面積圓筒直壁部分分的表面積為為:4.2.2無(wú)無(wú)凸緣圓筒形形件的拉深工工藝計(jì)算1.拉深系數(shù)數(shù)拉深系數(shù)是表表示拉深后圓圓筒形件的直直徑與拉深前前毛坯（或半半成品）的直直徑之比。（如圖4.2.2）工件的直徑與與毛坯直徑之之比稱為總拉拉深系數(shù)，即即工件所需要要的拉深系數(shù)數(shù)圖4.2.2拉深工序示意意圖拉深系數(shù)的倒倒數(shù)稱為拉深深程度或拉深深比，其值為為：拉深系數(shù)表示示了拉深前后后毛坯直徑的的變化量，反反映了毛坯外外邊緣在拉深深時(shí)切向壓縮縮變形的大小小，因此可用用它作為衡量量拉深變形程程度的指標(biāo)。。拉深時(shí)毛坯坯外邊緣的切切向壓縮變形形量為：由此可知，拉拉深系數(shù)是一一個(gè)小于1的的數(shù)值，其值值愈大表示拉拉深前后毛坯坯的直徑變化化愈小，即變變形程度小。。其值愈小則則毛坯的直徑徑變化愈大，，即變形程度度大。2.影響拉深深系數(shù)的因素素拉深材料：機(jī)機(jī)械性能、料料厚、表面質(zhì)質(zhì)量。拉深模具：間間隙、凸模圓圓角半徑、凹凹模圓角半徑徑、凹模形狀狀(如圖4.2.3）凹模表面質(zhì)質(zhì)量。拉深條件：壓壓邊圈、次數(shù)數(shù)、潤(rùn)滑、工工件形狀。3.拉深系數(shù)的值值與拉深次數(shù)數(shù)查表確定。圖4.2.3錐錐形凹模4.2.3無(wú)凸緣圓筒形形拉深件的拉拉深次數(shù)和工工序件尺寸的的計(jì)算試確定如下圖圖所示零件(材料08鋼，材料厚度度=2mm)的拉深次數(shù)和各拉拉深工序尺寸寸。計(jì)算步驟如下下：1.確定切邊余量量根據(jù)，查表，并取：：。。2.按教材表的公公式計(jì)算毛坯坯直徑3.確定拉深次數(shù)數(shù)⑴判斷能否一次次拉出對(duì)于圖示的零件，由毛毛坯的相對(duì)厚厚度：從表4.4.1中查出各次的的拉深系數(shù)：=0.54，=0.77，=0.80，=0.82。則該零件的的總拉深系數(shù)。。即：，，故該零零件需經(jīng)多次拉深深才能夠達(dá)到到所需尺寸。。（2）計(jì)算拉拉深次數(shù)例如:可知該零件要要拉深四次才才行。半成品尺寸確確定（1）半成品品直徑拉深次數(shù)確定定后，再根據(jù)據(jù)計(jì)算直徑應(yīng)應(yīng)等于的的原則則對(duì)各次拉深系數(shù)數(shù)進(jìn)行調(diào)整，，使實(shí)際采用的的拉深系數(shù)大大于推算拉深次數(shù)時(shí)所用用的極限拉深深系數(shù)。零件實(shí)際需拉拉深系數(shù)應(yīng)調(diào)調(diào)整為：調(diào)整好拉深系系數(shù)后，重新新計(jì)算各次拉拉深的圓筒直直徑即得半成品直徑。。零件的各次次半成品尺寸寸為：（2）半成品品高度各次拉深直徑徑確定后，緊緊接著是計(jì)算算各次拉深后后零件的高度：式中：各次拉深的直直徑(中線值值)；各次半成品底底部的圓角半半徑(中值)；各次半成品底底部平板部分分的直徑；各次半成品底底部圓角半徑徑圓心以上的的筒壁高度；零件的以上各各項(xiàng)具體數(shù)值值代人上述公公式，即求出出各次高度為：各次半成品的的總高度為：：拉深后得到的的各次半成品品(如圖4.2.6)圖4.2.6零件件各次拉深的的半成品尺寸寸4.3拉深工藝設(shè)計(jì)計(jì)4.3.1拉拉深零件結(jié)結(jié)構(gòu)工藝性分分析拉深零件的結(jié)結(jié)構(gòu)工藝性是是指拉深零件件采用拉深成成形工藝的難難易程度。良良好的工藝性性應(yīng)是坯料消消耗少、工序序數(shù)目少，模模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單、加工容易易，產(chǎn)品質(zhì)量量穩(wěn)定、廢品品少和操作簡(jiǎn)簡(jiǎn)單方便等。。在設(shè)計(jì)拉深零零件時(shí)，應(yīng)根根據(jù)材料拉深深時(shí)的變形特特點(diǎn)和規(guī)律，，提出滿足工工藝性的要求求。4.3.2拉拉深工藝的的輔助工序1.潤(rùn)滑在凹模圓角、、平面、壓邊邊圈表面及與與這些部位相相接觸的毛坯坯表面，應(yīng)每每隔一定周期期均勻抹涂一一層潤(rùn)滑油，，并保持潤(rùn)滑滑部位干凈.2.熱處理在多道拉深時(shí)時(shí)，為了恢復(fù)復(fù)冷加工后材材料的塑性，，應(yīng)在工序中中間安排退火火，以軟化金金屬組織。拉拉深工序后還還要安排去應(yīng)應(yīng)力退火。一一般拉深工序序間常采用低低溫退火。。各種材料不不需熱處理可可以拉深的次次數(shù)。3.酸洗退火后工件表表面必然有氧氧化皮和其他他污物，在繼繼續(xù)加工時(shí)會(huì)會(huì)增加模具的的磨損，因此此必需要酸洗洗，否則使拉拉深不能正常常進(jìn)行。4.4拉深成形模具具設(shè)計(jì)4.4.1拉拉深模具具的分類及典典型結(jié)構(gòu)按拉深模使用用的設(shè)備可分分為：①單動(dòng)壓力機(jī)②雙動(dòng)壓力機(jī)③三動(dòng)壓力機(jī)按工序組合分分為①單工序拉深模模②級(jí)進(jìn)式拉深模模③復(fù)合模圖4.6.2無(wú)壓邊裝置的的簡(jiǎn)單拉深模模

1-定位位板；2-下下模座；3-凸模；4---凹模圖4.6.3有壓邊裝置倒倒裝拉深模圖4.6.4有壓邊裝置順順裝拉深模圖4.6.5雙動(dòng)壓力機(jī)工工作原理4.4.2拉深模工作零零件的結(jié)構(gòu)和和尺寸拉深模工作部部分的尺寸指指的是凹模圓圓角半徑，，凸凸模圓角半徑徑，，凸、凹模模的間隙c，凸模直徑，，凹模直徑等等，(如圖4.6.10)。1.凹模圓角角半徑(1)拉深力力的大小凹模圓角半徑徑小時(shí)材料流過(guò)過(guò)凹模時(shí)產(chǎn)生生較大的彎曲曲變形，結(jié)果果需承受較大大的彎曲變形形阻力，此時(shí)時(shí)凹模圓角對(duì)對(duì)板料施加的的厚向壓力加加大，引起摩摩擦力增加。。(2)拉深件件的質(zhì)量當(dāng)過(guò)過(guò)小時(shí)，坯料料在滑過(guò)凹模模圓角時(shí)容易易被刮傷，結(jié)結(jié)果使工件的的表面質(zhì)量受受損。而當(dāng)太太大時(shí)，拉深深初期毛坯沒(méi)沒(méi)有與模具表表面接觸的寬寬度加大，由由于這部分材材料不受壓邊邊力的作用，，因而容易起起皺。圖4.6.10拉拉深模工作作部分的尺寸寸(3)拉深模的的壽命小時(shí)，材料對(duì)對(duì)凹模的壓力力增加，摩擦擦力增大，磨磨損加劇，使使模具的壽命命降低。所以以的的值既不能能太大也不能能太小。通?？砂唇?jīng)驗(yàn)驗(yàn)公式計(jì)算：：2.凸模圓角角半徑凸模圓角半徑徑對(duì)拉深工序序的影響沒(méi)有有凹模圓角半半徑大，但其其值也必須合合適。3.凸模模和凹模模的間隙隙拉深模間間隙是指指單面間間隙。間間隙的大大小對(duì)拉拉深力、、拉深件件的質(zhì)量量、拉深深模的壽壽命都有有影響。。確定時(shí)要要考慮壓壓邊狀況況、拉深深次數(shù)和和工件精精度等。。其原則則是：既要考慮慮板料本本身的公公差，又又要考慮慮板料的的增厚現(xiàn)現(xiàn)象，間間隙一般般都比毛毛坯厚度度略大一一些。采采用壓邊邊拉深時(shí)時(shí)其值可可按下式式計(jì)算：：也可直接接查教材材表4.7。不用壓邊邊圈拉深深時(shí)，考考慮到起起皺的可可能性取取間隙值值為:4.凸模模、凹模模的尺寸寸及公差差若以凹模模為基準(zhǔn)準(zhǔn)時(shí)，凹凹模尺寸寸為：凸模尺寸寸為：當(dāng)工件的的外形尺尺寸及公公差有要要求時(shí)(如圖4.6.12a)所示，，以凹模模為基準(zhǔn)準(zhǔn)。先確確定凹模模尺寸，，因凹模模尺寸在在拉深中中隨磨損損的增加加而逐漸漸變大，，故凹模模尺寸開(kāi)開(kāi)始時(shí)應(yīng)應(yīng)取小些些。其值值為：凸模尺寸寸為：當(dāng)工件的的內(nèi)形尺尺寸及公公差有要