冷冲压工艺与模具设计经典课件第4章-.ppt

1、 拉深是基本基本冲压工序之一。本章在分析拉深变形过程及拉深件质量影响因素的基础上，介绍拉深工艺计算、工艺方案制定和拉深模设计。涉及拉深变形过程分析、拉深件质量分析、拉深系数及最小拉深系数影响因素、圆筒形件的工艺计算、其它形状零件的拉深变形特点、拉深工艺性分析与工艺方案确定、拉深模典型结构、拉深模工作零件设计、变薄拉深以及冲挤切口、辅助工序等。本章内容：本章内容：本章重点本章重点1 拉深变形规律及拉深件质量影响因素；2 拉深工艺计算方法；3 拉深工艺性分析与工艺方案制定；4 拉深模典型结构与结构设计；5 拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。难点难点1拉深变形规律及拉深件质量影响因素；2拉深工艺计算

2、；3其他形状零件的拉深变形特点；4拉深模典型结构与拉深模工作零件设计。不变薄拉深：不变薄拉深：把毛坯拉压成空心体，或者把空心体拉压成外形更小而板厚没有明显变化的空心体的冲压工序。变薄拉深变薄拉深是指凸、凹模之间间隙小于空心毛坯壁厚，把空心毛坯加工成侧壁厚度小于毛坯壁厚的薄壁制件的冲压工序。它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件。拉深不变薄拉深不变薄拉深变薄拉深变薄拉深拉深模拉深模：拉深模特点特点：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。拉深工序所使用的模具。拉深使用设备：拉深使用设备：单双三动压

3、力机或液压机拉深件示例拉深件示例 拉深件示例拉深件示例 不变薄拉深变薄拉深(1)变形现象平板圆形坯料的凸缘弯曲绕过凹模圆角，然后拉直形成竖直筒壁。变形区凸缘；已变形区筒壁；不变形区底部。底部和筒壁为传力区。工艺网格实验工艺网格实验材料转移：高度、厚度发生变化。1.凸缘部分2.凹模圆角部分 3.筒壁部分 4.凸模圆角部分5.筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的。圆筒件拉深时凸缘圆筒件拉深时凸缘变形区应力分布图变形区应力分布图 拉深过程中的质量问题质量问题：主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱凸缘区起皱：传力区拉裂传力区拉裂：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；由于拉应

4、力超过抗拉强度引起板料断裂。主要决定于主要决定于：一方面是切向压应力3的大小，越大越容易失稳起皱；另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越小。最易起皱的位置最易起皱的位置：凸缘边缘区域起皱最强烈的时刻起皱最强烈的时刻：在Rt=（0.70.9）R0时防止防止起皱：压边主要取决于主要取决于：一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险断面”产生破裂。防止防止拉裂：一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面通过正确制定拉深工

5、艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。(1）拉深时采用压边圈的条件见表4-1。(2）根据毛坯相对厚度和拉深系数确定是否采用压边圈。拉深件工艺性指拉深件在拉深工序中生产的难易程度。（1）对拉深件的外形尺寸的要求;（2）对拉深件形状要求:（3）拉深件的圆角半径;（4）尺寸公差等级及表面质量的要求(表4-2，4-3，4-4）。拉深件工艺性内容拉深件工艺性内容：体积不变原则体积不变原则:若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。相似原则相似原则:切边工序：拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。形状复杂的拉深件：需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。拉深件的模具设计顺

6、序：先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。拉深件口部不整齐，需留切边余量。但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。拉深件毛坯尺寸确定的原则：1.等重量法：已有拉深件样品时，使用等重量法来求毛坯直径会非常方便。2.等体积法：适用于变薄拉深件。3.等面积法：不变薄拉深工序用来计算毛坯尺寸的依据。毛坯尺寸的计算必须将加上了修边余量后的制件尺寸作为计算的依据。修边余量：修边余量：拉深件口部或凸缘周边不整齐;特别是经过多次拉深后的制件，口部或凸缘不整齐的现象更为显著;因此必须增加制件的高度或凸缘的直径，拉深后修齐增加的部分即为修边余量。表4-5为无凸缘圆筒件的修边余量；表4-6为带凸缘圆筒件的修边余量

7、。1将拉深件划分为若干个简单的几何体；2分别求出各简单几何体的表面积；3把各简单几何体面积相加即为零件总面积；4根据表面积相等原则，求出坯料直径。按图得：故iAAAAD32124iAD423221)2(48)2(24)(rdArrdrArHdA222256.072.148)2(2)(4)2(rdrdHdrrdrrHdrdD整理后可得坯料直径为:久里金法则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，等于该母线的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 LRAx2LRDLRDxx8242因拉深前后面积相等，故坯料直径D：适用于直线与圆弧相连接的形状

8、 适用于曲线连接的形状 拉深系数拉深系数m 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。1.1.拉深系数拉深系数表示方法表示方法第一次拉深系数：第二次拉深系数：第n次拉深系数：Ddm11122ddm 1nnnddm拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率变化率。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。极限拉深系数极限拉深系数mnnnnnnnmmmmmddddddddDdDdm132112123121 从工艺的角度来看，m越小越有利于减少工序数。（1）材料的组织

9、与力学性能（2）板料的相对厚度（3）拉深工作条件Dt/Dt/模具的几何参数 摩擦润滑压料圈的压料力（4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等m 表4-8所示为无凸缘圆筒件采用压边圈时的拉深系数，表4-9为无凸缘圆筒件不采用压边圈时的拉深系数，表4-10为其他金属材料的拉深系数（该表所列 mn为以后 各次拉深系数的平均值）。为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于大于极限拉深系数m的值。m时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。其拉深次数的确定有以下几种方法：（）查表（表4-11）法（）推算方法（3）计算方法当总m 确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数，适当放大适当放大，

10、并加以调整调整，其原则是：(）保证12Dd(）使12 最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：11221 根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等表面积相等的原则，可得到各工序件高度计算公式，表4-13。计算前应先定出各工序件的底部圆角半径（见4-15及4-16）。例例4-34-3求图4-25所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料为08钢，板料厚度1。解：因=1，按板厚中径尺寸计算。根据零件尺寸，其相对高度为查表4-5得修边余量mmh6坯料直径为2256.072.1)(4rdrhHddD代已知条件入上式得78 4.3205.672dh1.1.修边余量修边余量2.2.毛坯直径毛坯直径坯料相

11、对厚度为%2%03.2%1002.982Dt3.3.确定是否使用压边圈：确定是否使用压边圈：按表4-1应采用压料圈。4 4确定拉深次数确定拉深次数 :先判断能否一次拉出。零件总的拉深系数m总：m总=d/D=20/78=0.256查表4-8得m1=0.500.53，mn=0.77(四次拉深时)由于m总=0.256m1=0.500.53，因此不能一次拉出。（1）采用查表法确定拉深次数：由t/D100=1.28，h/D=3.7查表4-11得拉深次数n=4由m总=0.256，t/D100=1.28查表4-12得拉深次数n=4（2）采用计算法确定拉深次数：由公式4-14得n=1+lg20-lg(0.51

12、78)/lg0.77=3.66取拉深次数n=45 5确定各次拉深直径确定各次拉深直径查表4-8取各次拉深极限拉深系数(小值)为m1=0.50、m2=0.75、m3=0.78、m4=0.80,则各半成品直径为：d1=0.5 7 8=3 9 m m；d2=0.7 5 3 9=2 9.3 m m；d3=0.7829.3=22.8mm；d4=0.8022.8=18.3mm。d4=18.3mmFmax+F压 2.压力机压力与冲压变形力曲线 1压力机压力曲线;2拉深力曲 线;3落料力曲线 对于不变薄拉深的拉深功按下式计算：W=F平均h10-3=CFmaxh10-3 拉深功率P（KW）按下式计算：P=（Wn

13、）/(607501.36)压力机的电机功率率P电（KW）按下式计算：P电=（KWn）/(607501.3612)拉深力拉深力-行程图行程图 内容包括:凸、凹模圆角半径，拉深模凸、凹模间隙和凸、凹模工作部分尺寸。本节以圆筒件为例进行介绍。首次（包括只有一次）拉深凹模圆角半径可按下式计算：tdDrA)(8.01tccrA211或以后各次拉深凹模圆角半径应逐渐减小逐渐减小，一般按下式确定：1)8.06.0(AiAirr（2、3、）以上计算所得凹模圆角半径一般应符合r rA A22的要求。1.1.凹模圆角半径凹模圆角半径R凹凹首次拉深可取：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

14、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），然后通过整形整形工序得到零件要求的圆角半径。11)0.17.0(ATrr2211tddriiTi1.1.无压料圈的拉深模无压料圈的拉深模其拉深间隙为：2.2.有压料圈的拉深模有压料圈的拉深模（11.1）间隙值按表4-21选取。3.3.精度要求较高的拉深件精度要求较高的拉深件:间隙取值Z=（0.90.95）t。4.4.最后一次拉深最后一次拉深：尺寸标注在外径的拉深件，以凹模为准，间隙取在凸模上；尺寸标注在内径的拉深件，以凸模为准，间隙取在凹模上。（1）工件要求外形尺寸，以

15、凹模尺寸为基准进行计算。D凹=凹075.0DD凸=0275.0凹zD（2）工件要求内形尺寸时，以凸模尺寸为基准进行计算。d凸=04.0凸dd凹=凸024.0zd（3）中间工序凸、凹模尺寸：取凸、凹模尺寸等于毛坯的过渡尺寸，若以凹模为基准则：D凹=凹0DD凸=02凸 zD根据工件的材料厚度与工件直径来选定，如表4-22所示。3 3拉深凸模排气孔尺寸：拉深凸模排气孔尺寸：凸模排气孔直径的大小可查表4-23。拉深凸模排气孔拉深凸模排气孔 不使用压边圈的拉深模的凹模结构不使用压边圈的拉深模的凹模结构不使用压边圈的多次拉深模的凹模结构不使用压边圈的多次拉深模的凹模结构1按工艺特点可以分为：简单拉深模、复

16、合拉深模、级进拉深模。2按工艺顺序可以分为：首次拉深模和以后各次拉深模。3按模具结构特点可以分为：带导柱，不带导柱、带压边圈和不带压边圈的拉深模。4按使用的压力机可以分为：单动压力机和双动压力机用拉深模。1 1.首次拉深模首次拉深模(1)无压边装置的首次简单拉深模1-定位板;2-下模座;3-凸模;4-凹模 1-拉深凸模;2-上模座;3-推杆;4-推件块;5-拉深凹模;6-定位板;7-压边圈;8-下模座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-凸模固定板;9-下模座压边装置弹性压边装置橡皮压边装置弹簧压边装置气垫式压边装置 带限位装置的压边圈刚

17、性压边装置：带刚性压边装置的拉深模弹性压边装置 双动压力机用刚性压双动压力机用刚性压边装置工作原理边装置工作原理1-曲柄;2-凸轮;3-外滑块;4-内滑块;5-凸模;6-压边圈;7-凹模1-固定板;2-拉深凸模;3-刚性压边圈;4-拉深凹模;5-下模座;6-固定螺钉（1）无压边装置的以后各次拉深 1-上模座;2-垫板;3-凸模固定板;4-凸模;5-定位板;6-凹模;7-凹模固定板;8-下模座（2）带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(1)正装落料拉深复合模(2)落料、正、反拉深模(3)后次拉深、冲孔、切边复合模切边的工作原理(4)多工序复合模1

18、-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1-落料拉深凸凹模;2-反拉深凸模;3-拉深凸凹模;4-卸料板;5-导料板;6-压边圈;7-落料凹模1-压边圈;2-凹模固定板;3-冲孔凹模;4-推件板;5-冲孔凸模固定板;6-垫板;7-冲孔凸模;8-拉深凸模;9-限位螺钉;10-螺母;11-垫柱;12-拉深、切边凹模;13-切边凸模;14-固定板1-小压边橡皮;2-小件拉深冲孔凸模;3-上顶料器;4-落料拉深凸凹模;5-大件拉深切料凸模;6-卸料板;7-落料凹模;8-下顶料器 本节在掌握圆筒形件拉深成形的基础之上，分析其他形状零件的拉深，从中掌握方法

19、。4.8.1 4.8.1 带凸缘筒形件的拉深带凸缘筒形件的拉深 变形特点：变形特点：该类零件的拉深过程，其变形区的应力状态和变形特点与无凸缘圆筒形件是相同的。但坯料凸缘部分不是全部拉入凹模。1.1.带凸缘圆筒形件的拉深变形带凸缘圆筒形件的拉深变形程度及拉深次数程度及拉深次数 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/(凸缘的相对直径)、1/(零件的相对高度)、r1/(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：4.11.1/ddt宽凸缘筒形件：4.1/ddt（1）选定修边余量（查表4-6）。（2）预算毛坯直径D。（3）计算t

20、/D（%）和dt/d1，判断能否一次拉出。（4）选取m、1m2、m3mn并预算：d1、d2、dn，通过计算即可知道拉深的次数。（5）调整各工序的拉深系数。（6）重新计算各工序的拉深直径。（7）确定各工序零件的圆角半径。（8）根据上面计算宽凸缘筒形件工序尺寸所述方法，重新计算毛坯直径。（9）计算第一次拉深高度，并校核第一次拉深的相对高度，检查是否安全。（10）计算以后各次拉深高度。(11)画出工序图。宽凸缘筒形件 工序图 变形特点：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。1.1.判断能否一次判断能否一次拉深成形拉深成形使用经验公式：查表4-11

21、近似进行判断。判断示例：可以一次拉出。（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)）浅阶梯形零件的拉深成形方法（1）浅锥形零件；(2)中等深度锥形件；（3）深锥形零件（4）锥形件拉深次数确定：n=a/Z锥形零件 由大圆弧过渡拉深成锥形件 锥形件反拉深成形锥形件反拉深成形深锥形零件多次拉深深锥形零件多次拉深 求单面角部间隙求单面角部间隙 拉深系数为常数，不能作为工艺设计的根据。抛物面形零件 汽车灯外罩拉深 盒形件是非旋转体零件，拉深变形拉深变

22、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。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。盒形件分：低盒形件;高盒形件。1-推件板;2-垫板;3-推件板;4-凸凹模;5-落料凹模;6-拉深凸模;7-垫板;8-压边圈;9-顶杆;10-固定挡料销;11-导料销1-滑块;2-夹头连接座;3-内夹头;4-外夹头;5-螺母;6-压板;7-模座;8、10-凹模;9、11-垫圈;12-弹簧;13-刮料模;14-凸模;15-工件两道凹模结构的变薄拉深两道凹模结构的变薄拉深1毛坯计算 2工艺计算（1）工艺断面缩减率F（2）变薄系数（3）计算拉深次数（4）各次变薄拉深工序的毛坯壁厚（5）各道变薄拉深工序的直径（6）各道工序的高度变薄拉深件工序尺寸变薄拉深件工序尺寸 4 4.1010.1 1 退火退火 常用退火工艺如表4-32所示。4.10.2 4.10.2 酸洗酸洗 除去拉深件经过退火后在其表面所残存的污物和表面的氧化皮，以提高制件表面光洁度。4.10.3 4.10.3 润滑润滑 常用的有色金属材料及不锈钢拉深时使用的润滑剂示例见表4-33。拉深过程中的摩擦情况拉深过程中的摩擦情况