冲压工艺与模具设计 教学课件 作者 贾崇田 李名望 1_ 第4章.ppt

第4章　拉深工艺与模具设计 　　拉深（又称拉延）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。它是冲压基本工序之一。 　　用拉深方法不仅可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形、盒形和其他不规则形状的薄壁零件，还能和其他冲压成形工艺配合，制造形状极为复杂的零件，如图4.1所示。 　　用拉深方法来制造薄壁空心件生产效率高，而且精度也较高，材料消耗少，零件的强度与刚度也高。因此广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中。 4.1 拉深过程分析 　 4.1.1 拉深变形过程 　　为了说明拉深过程中金属的变形，可进行网格试验。在圆形毛坯上画出许多等间距为?的同心圆和等分中心角度的辐射线（如图4.3（a）所示）。 　　在拉深后观察由这些同心圆与辐射线所组成的扇形网格，可以发现：在筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，而筒壁部分的网格则发生了很大的变化，由扇形网格变成为矩形网格。 　　原来的直径不同的同心圆均变为筒壁上直径相同的水平圆周线，不仅圆周周长缩短，而且其间距?也增大了，愈靠近筒的口部间距增大愈多，即：　　　　　 　　　　　?1?2?3…?。 　　由上述分析可知，在拉深过程中，毛坯的中心部分成为筒形件的底部，基本不变形，是不变形区。毛坯的凸缘部分（即凹模口外的环形部分）是主要变形区。拉深过程实质上就是将毛坯的凸缘部分材料逐渐转移到筒壁部分的过程。 　 4.1.2 拉深过程中毛坯凸缘部分的应力分布规律 　　拉深过程是一个较复杂的塑性变形过程。在拉深过程中的不同时刻，在毛坯的不同部位，它们的应力应变状态是不一样的，但只有凸缘部位的应力状态才满足屈服条件，所以凸缘部位是塑性变形区，底部和壁部为非变形区。 　　壁部只是将凸模作用在底部的力传至凸缘，使之变形，故壁部也称为传力区。 　 4.1.3 拉深件质量分析——起皱与拉裂 　4.1.3.1 凸缘起皱 　　拉深过程中，凸缘区的主要变形是切向压缩。 　　当切向压应力?3较大而板料又较薄时，凸缘部分材料便会失去稳定性，而在凸缘的整个周围产生波浪形的连续弯曲（如图4.6所示），这就是拉深时的起皱现象。 　　由于在凸缘的外边缘?3最大，所以起皱也首先在最外缘出现。起皱是拉深时的主要质量问题之一。 　4.1.3.2 筒壁拉裂 　　拉深时，筒壁所受的拉应力?p除了与凸缘塑性变形所需的径向拉应力 有关外，还与由于压料力引起的摩擦阻力、坯料在凹模圆角表面滑动所产生的摩擦阻力以及材料进入凹模时由直变弯和由弯变直所引起的应力有关。 　　其中 约占筒壁所受的总拉应力?p的65%～75%。因此，?p一般按下式计算： ?p= （4.7） 式中，?—拉深效率，其值为0.65～0.75。 4.2 筒形件拉深的工艺计算 　 4.2.1 毛坯尺寸的计算 　4.2.1.1 毛坯尺寸的计算原则 　　拉深件坯料的形状和尺寸是以冲件形状和尺寸为基础，按体积不变原则和相似原则确定。 　　① 根据体积不变原则，对于不变薄拉深，假设变形前后料厚不变，于是，面积也不变，即拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等。 　　② 为了使毛坯形状符合金属在塑性变形时的流动规律，应注意相似原则，即拉深前坯料的形状应与冲件断面形状大体相似，但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。 　　对于形状复杂的拉深件，利用相似原则仅能初步确定坯料形状，必须通过多次试压，反复修改，才能最终确定出坯料形状。因此，拉深件的模具设计一般是先设计拉深模，待坯料形状尺寸确定后再设计毛坯的落料模。 　　③ 由于金属板料具有板平面方向性和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不整齐，因此在多数情况下采取加大工序件高度或凸缘宽度的办法，拉深后再经过切边工序以保证零件质量。 　　圆筒形件和带凸缘件的修边余量可参考表4.2和表4.3。当零件的相对高度H/d很小，并且高度尺寸要求不高时，也可以不用切边工序。 　4.2.1.2 简单形状的旋转体拉深件毛坯直径计算 　　首先将拉深件划分为若干个简单的便于计算的几何体，并分别求出各简单几何体的表面积。把各简单几何体面积相加即为拉深件总面积，然后根据表面积相等原则，求出坯料直径。 （4.10）