1、b1=b2=b3=b。,2023/5/8,411拉深过程分析,如果从网格中取一个小单元体来看，在拉深前扇形A1在拉深后变成了矩形A2，若不计其板厚的微变，则小单元的面积不变，即A1A2。这和一块扇形毛坯被拉着通过一个楔形槽（如图4.5 b所示）的变化过程类似，在直径方向被拉长的同时，切向则被压缩了。,在实际的拉深过程中，当然并不存在楔形槽，毛坯上的扇形小单元体也不是单独存在的，而是处在相互联系、紧密结合在一起的毛坯整体内。由于拉深的直接作用，使小单元体在径向被拉长，材料之间的互相挤压使小单元体在切向被压缩。,2023/5/8,411拉深过程分析,2023/5/8,由上述分析可知，在拉深过程中，
2、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Dd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。在转移过程中，凸缘部分材料由于拉深力的作用，在径向产生拉应力1，又由于凸缘部分材料之间相互的挤压作用，在切向产生压应力3。在1与3的共同作用下，凸缘部分材料发生塑性变形，其“多余三角形材料”将沿着径向被挤出，并不断地被拉入凹模洞口内，成为圆筒形的开口空心件。,411拉深过程分析,2023/5/8,412 拉深件与拉深模的分类,1拉深件分类 在冲压生产中，拉深的种类很多。各种拉深件按变形力学特点可以分为以下四种基本类型（表4.1）
3、：,1）圆筒形零件 指直壁旋转体的轴对称拉深件,2023/5/8,412 拉深件与拉深模的分类,（2）曲面形零件 指曲面旋转体的轴对称拉深件,2023/5/8,412 拉深件与拉深模的分类,（3）盒形零件 指直壁旋转体的非轴对称拉深件,2023/5/8,412 拉深件与拉深模的分类,（4）非旋转体曲面形状零件,2023/5/8,412 拉深件与拉深模的分类,虽然这些零件的冲压过程都叫做拉深，但是由于其几何形状的特点不同，在拉深过程中，它们的变形区位置、变形性质、毛坯各部位的应力状态和分布规律等都有相当大的差别。所以在确定拉深的工艺参数、工序数目与工艺顺序方面都不一样。,2023/5/8,2拉深
4、工艺分类 拉深工艺可分为不变薄拉深和变薄拉深两种。后者在拉深后的零件壁部厚度与毛坯厚度相比较，有明显变薄。生产中主要应用不变薄拉深。,412 拉深件与拉深模的分类,2023/5/8,3拉深模具的分类 根据拉深工作情况及使用设备的不同，拉深模的结构也不同。（1）拉深工艺可以在普通的单动压力机上进行（拉深较浅的工件），也可以在专用的双动、三动拉深压力机或液压机上进行。（2）根据拉深件的大小和使用的冲压设备不同，拉深模可分为大型覆盖件拉深模和中小型件拉深模。,412 拉深件与拉深模的分类,2023/5/8,（3）在单动压力机上工作的拉深模，按拉深工序又可分为首次拉深模和再次拉深模。（4）按有无压边装
5、置可分为有压边装置拉深模和无压边装置拉深模。（5）一般板料的拉深要经过数道拉深工序才能完成，一副拉深模一般只能完成一道拉深工序，所以拉深模多为单工序模。较复杂拉深件可采用落料拉深复合模等。,412 拉深件与拉深模的分类,2023/5/8,412 拉深件与拉深模的分类,2023/5/8,412 拉深件与拉深模的分类,2023/5/8,42拉深件的主要质量问题及控制,在拉深过程中可能出现的拉深件质量问题较多，但主要的是起皱和拉裂。,2023/5/8,421 起皱,在拉深过程中，毛坯凸缘在切向压应力作用下，产生塑性失稳而拱起的现象称为起皱，见图4.6。毛坏凸缘起皱严重，甚至可能使坯料不能通过凸模和凹
6、模间隙而被拉断。轻微起皱的毛坯凸缘虽可通过间隙，但会在筒壁上留下皱痕，影响零件的表面质量。,2023/5/8,起皱主要是由于毛坯凸缘的切向压应力3，超过了板料的屈服强度S。所引起的。最大切向压应力3 max，产生在毛坯凸缘外缘处，所以起皱首先从外缘处开始。凸缘起皱与压杆失稳类似，它不仅与3有关，而且与毛坯凸缘相对厚度t（Rtr0）有关。在这两个因素中，外缘处的3 max能增加起皱的趋势，相对厚度t（Rtr0）有抵抗失稳起皱的能力。,421 起皱,2023/5/8,421 起皱,拉深时因3 max不断增加，使失稳的趋势上升。但是，随着凸缘外径R0的不断减小，以及凸缘厚度t的增大，使得凸缘的相对厚
7、度t（Rtr0）增大，从而提高了毛坯的抗失稳能力。这两个因素相互作用的结果，使凸缘失稳起皱最严重的瞬间为Rt=（0.7 0.9）R0时，此时，3 max增加到相当大的值，虽然；t（Rtr0）也增大，但3 max比后者增加快，所以起皱最严重。当Rt（0.7 0.9）R0时，3 max增势趋缓，而t（Rtr0）却不断增大，反而使起皱的趋势减弱。拉深时起皱的防止措施将在介绍模具结构时介绍。,2023/5/8,422拉裂,2023/5/8,423 影响拉深件质量的主要因素,从上面的理论分析可知，决定圆筒件是否拉断的主要因素是毛坯凸缘处的阻力和筒壁的承载能力。影响凸缘阻力的条件有：（1）压边力的影响;（
8、2）相对圆角半径的影响;（3）润滑的影响;（4）凸模和凹模间隙（变薄率）的影响;（5）表面粗糙度的影响.,2023/5/8,（1）压边力的影响,在一般拉深成型中，当压边力增大时凸缘处的摩檫阻力也增加，从而使拉深系数增大。压边力的作用本来是为了防止毛坯凸缘起皱，所以只要在保证凸缘不起皱的前提下，施加最小的压边力就可以了。当过大的压边力所引起的筒壁的附加拉力超过了材料的强度极限时，就会出现拉断。,423 影响拉深件质量的主要因素,2023/5/8,（2）相对圆角半径的影响,试验表明，当凹模相对圆角半径小rd/t 2时，其对极限拉深系数的影响则急剧下降。同样，当凸模相对圆角半径rd/t 5时，对拉深
9、件的极限拉深系数影响较大。而当rd/t=5 20时，其值对极限拉深系数的影响不大。也即凹模相对圆角半径或凸模相对圆角半径较大时，拉深件不易拉断。,423 影响拉深件质量的主要因素,2023/5/8,423 影响拉深件质量的主要因素,（3）润滑的影响,在拉深过程中，润滑的作用很大。在圆筒形件拉深时，毛坯凸缘部分和凸模上的润滑效果是相反的。对凸缘来说，润滑可以使毛坯凸缘处材料的流动阻力降低。但是，对凸模圆角部分若进行润滑，就会使筒壁和凸模间由摩擦力传递变形力的能力降低，造成凸模圆角处的材料因变形集中，被拉伸而变薄，最终导致破裂。,2023/5/8,423 影响拉深件质量的主要因素,（4）凸模和凹模
10、间隙（变薄率）的影响,对圆筒形件拉深来说，采用比毛坯厚度小10%的模具间隙是比较合理的。这是因为：在凸模圆角部分有破裂危险的地方，因为间隙小，随着变薄率的增大，使包在凸模头部的材料提前成形，同时，摩擦约束力增大，减弱了破裂的趋势；在变薄部分，凸模和材料间有较大的摩擦力，可增大材料向拉深方向流动的趋势，如果这个摩擦力比材料和凹模之间的摩擦阻力大，那么，这两个力之间的差值就可以承当一部分凸缘处的拉深阻力，也就能减轻凸模圆角部分的受力，起到防止破裂的作用。但是，如果变薄率超过10%，则由于材料厚度减薄过多，又因变形阻力也加大，反而使拉深件更容易破裂。,2023/5/8,423 影响拉深件质量的主要因
11、素,（5）表面粗糙度的影响,表面粗糙度的影响主要指两个方面：模具表面（凹模和压边圈端面）和毛坯表面。模具表面粗糙度越高，极限拉深系数越大；反之，模具表面的粗糙度低，并予以适当润滑，则可以使极限拉深系数大大下降。实际上，毛坯表面粗糙度及是否进行适当润滑，对防止拉深件破裂的作用与模具表面的粗糙度影响相似。另外，在一般拉深速度范围内，变形速度对材料的影响不大。可以认为拉深速度对拉深的影响，主要是由于拉深速度对润滑的影响。当拉深速度增加后，使润滑剂的摩擦系数减小，于是凸缘和凹模圆角部分的拉深阻力减小，从而提高了拉深性能，可以防止拉断。,2023/5/8,43 拉深系数和影响拉深系数的因素,2023/5
12、/8,431 拉深系数的概念和意义,拉深件高度与其直径的比值不同，所采用的拉深次数就不一样。高度与直径比值大的零件，需要采用多次拉深才能完成零件的成形。通常，筒形件拉深的变形程度用拉深系数度来表示，故拉深系数是拉深工艺的基本参数。拉深系数指：每次拉深后，圆筒形零件的直径与拉深前毛坯直径（或前道工件）的直径之比，用m表示。即：第1次拉深系数；m 1=d 1D0（4 1）第2次拉深系数：m 2=d 2d1（4 2）第n次拉深系数：m n=d nd n一1（4 3）式中，D0为毛坯直径（mm）；d1、d2、d n一1、dn为各次拉深工序后工件的直径（mm），当板厚t 1mm时，取工件的中线尺寸。,2
13、023/5/8,432 影响拉深系数的因素,影响拉深系数的因素很多，其中主要有：板料的内部组织和机械性能、毛坯的相对厚度tD0、模具工作部分的圆角半径及间隙、拉深模的结构、拉深速度和润滑状况等。（1）材料机械性能的影响；（2）材料相对厚度的影响；（3）拉深次数的影响；（4）拉深方式的影响；（5）模具工作部分圆角半径及间隙的影响。,2023/5/8,（1）材料机械性能的影响,塑性好的材料，其塑性指标中延伸率和断面收缩率大，该材料的拉深系数可取得小些。材料的屈强比s/b小，拉深时凸缘变形区的塑性好，变形抗力低，而且材料的抗拉强度高，不易被拉破，则拉深系数也可以取小值。一般认为，当s/b 0.65、
14、28 时，材料的拉深性能好，拉深系数可取得较小。,432 影响拉深系数的因素,2023/5/8,432 影响拉深系数的因素,（2）材料相对厚度的影响,这是一个比较重要的影响因素，相对厚度tD0大，拉深时材料的抗失稳起皱能力强，拉深系数可以取小些，反之，拉深系数应取大些。,（3）拉深次数的影响,需要多次拉深成形的零件，因材料在拉深变形过程出现加工硬化现象，故首次拉深系数应最小，以后逐次增大。但是，前道拉深后经过热处理退火，后道的拉深系数同样可以取较小值。,2023/5/8,432 影响拉深系数的因素,（4）拉深方式的影响,这里指的是拉深时是否使用压边圈。因使用压边圈拉深不易起皱，故拉深系数可以取
15、小些；反之，拉深系数应取大些。需要注意的是，压边圈产生的压边力过大，会增加拉深阻力；压边力过小在拉深时会起皱，这样使拉入凹模的阻力剧增，甚至拉裂。所以在确定压边力时，应在保证凸缘不起皱的前提下，将压边力取为最小值。,2023/5/8,432 影响拉深系数的因素,（5）模具工作部分圆角半径及间隙的影响,凸模的圆角半径过小时，在毛坯的圆筒部分与底部的过渡区的弯曲变形加大，使危险断面的强度进一步削弱，拉深系数只能取得大些；凹模的圆角半径过小时，毛坯沿凹模圆角滑动的阻力增加，使毛坯侧壁内的拉应力增大，容易被拉破，这时拉深系数不能取得过小。凸模和凹模的间隙过大，拉入间隙的毛坯易起皱；间隙过小，毛坯进入间
16、隙的阻力增大，筒壁内的拉应力变大，容易拉破。只有取合理间隙，才能使拉深系数取得小些。另外，毛坯与凹模处的润滑条件好，拉深系数也可取得小些。,2023/5/8,432 影响拉深系数的因素,由此可见，凡是能增加毛坯筒壁内拉应力及减小危险断面强度的因素均使拉深系数增大；反之，可以降低筒壁内拉应力、改善筒壁受力条件、提高危险断面强度的措施，都可以降低极限拉深系数。,2023/5/8,433 极限拉深系数的确定,极限拉深系数的大小与被拉深毛坏的材料性质有密切的关系。可以通过实验的方法来测得某一材料的极限拉深系数，适用于低碳钢圆筒形件的极限拉深系数见表4.2。,2023/5/8,433 极限拉深系数的确定
17、,2023/5/8,433 极限拉深系数的确定,表4.2、表4.3中的m1、m2、m3、m4和m5，分别为低碳钢圆筒件在有压边圈与无压边圈时的第一道至第五道拉深工序的极限拉深系数。对于其他材料的极限拉深系数也可通过实验的方法测得。对于其他型式模具的拉深，应对表中的极限拉深系数进行修正。如当毛坯的相对厚度较大时，拉深时不易起皱，因而采用不带压边圈的锥形凹模拉深，此时极限拉深系数m1值可以大幅下降，甚至可低于0.4。,2023/5/8,知道了材料的极限拉深系数后，就可以根据圆筒形零什的尺寸和毛坯的尺寸，从第一道拉深工序开始向后推算以后拉深的工序数及其各工序毛坯的尺寸。但是，这些推算都按极限拉深系数
18、来计算的话，在实际生产中会发生这样的情况：毛坯在凸模圆角处产过分变薄，而且在以后的拉深工序中这部分变薄严重的缺陷会转移至成品零件的筒壁上去，对拉深零件的质量产生影响。由此可见，对于有较高要求的零件，在计算工序数和各工序尺寸时，不能仅取极限拉深系数作为计算依据，而要取大于极限拉深系数的拉深系数来进行计算，防止筒壁变薄，影响拉深件的质量。,433 极限拉深系数的确定,2023/5/8,433 极限拉深系数的确定,2023/5/8,44 旋转体拉深件毛坯尺寸计算,确定毛坯尺寸的原则,1计算法,2解析法,2023/5/8,441 确定毛坯尺寸的原则,旋转体拉深件按其形状的复杂程度不同，可以分为简单形状
19、和复杂形状，分别采用不同的方法计算毛坯尺寸。计算法和图算法主要用于确定简单形状的旋转体拉深件的毛坯尺寸，解析法主要用于确定复杂形状旋转体拉深件的毛坯尺寸。旋转体拉深件毛坯尺寸的计算原则：1表面积相等原则；2截面形状相似原则；3毛坯尺寸应包括修边余量。,2023/5/8,1表面积相等原则,平板毛坯被拉成圆筒形工件后，板料厚度发生变化，上部变厚，下部变薄。为了计算简便，假设板厚的平均值为原来板料厚度。按体积不变条件，则有毛坯的表面积等于拉深件的表面积。,441 确定毛坯尺寸的原则,2截面形状相似原则,毛坏的形状一般与工件截面形状相似。如工件的断面是圆形的、椭圆形的，则拉深前毛坯的形状基本上也是圆形
20、的或椭圆形的，并且毛坯周边必须制成光滑曲线，无急剧转折。,2023/5/8,441 确定毛坯尺寸的原则,3毛坯尺寸应包括修边余量,为了获得规则的工件，拉深后需要进行修边，毛坯尺寸应包括修边余量，即在计算拉深件毛坯尺寸前，将修边部位增加一定的修边余量。另外，计算毛坯尺寸时通常以工件最后一次拉深后的尺寸为计算基础，当板料厚度t 1 mm时，按工件中线尺寸计算。,2023/5/8,442 旋转体拉深件毛坯尺寸确定的方法,确定毛坯尺寸的常用方法主要有：计算法、解析法和图算法。1计算法 毛坏在拉深过程中虽然厚度发生了变化，但拉深件的平均厚度勺原毛坯厚度差别不大，根据金属塑性变形体积不变条件，可以按毛坯面
21、积等于拉深件面积的原则来确定毛坯的尺寸。,2023/5/8,442 旋转体拉深件毛坯尺寸确定的方法,2解析法 形状复杂的旋转体拉深件可以根据久里金法则求毛坯尺寸，即：任何形状的母线绕轴线旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其形心绕该轴线旋转所得周长的乘积。,2023/5/8,45 拉深模具的结构与特点,2023/5/8,451 首次拉深模,1无压边装置的简单拉深模如图4.11所示，模具没有压边装置，因此适用于拉深变形程度不大，相对厚度（t/D）较大的零件。,2023/5/8,拉深凸模4直接用螺钉紧固在模柄上。拉深凹模2采用硬质合金压套在凹模套圈6内，然后用锥孔压块1紧固在通用的下模座
22、内。毛坯在定位板5上定位。模具没有专门的卸料装置，靠工件口部拉深后弹性恢复张开，在凸模上行时被凹模下底面刮落。为使工件在拉深后不至于紧贴在凸模上难以取下，在拉深凸模4上开有通气孔。为了便于在装模时保证间隙均匀，该模具还附有一个备用的校模定位圈3（图中以双点划线表示）。工作时，应将校模定位圈拿开。,451 首次拉深模,2023/5/8,451 首次拉深模,2有压边装置的拉深模,如图4.12所示为压边圈装在上模部分的正装拉深模。由于弹性元件装在上模，因此凸模要比较长，适宜于拉深深度不大的工件。,2023/5/8,451 首次拉深模,压边圈装在下模部分的倒装拉深模。由于弹性元件装在下模座下压力机工作
23、台面的孔中，因此空间较大，允许弹性元件有较大的压缩行程，可以拉深深度较大一些的拉深件.,2023/5/8,451 首次拉深模,这副模具采用了锥形压边圈6。在拉深时，锥形压边圈先将毛坯压成锥形，使毛坯的外径已经产生一定量的收缩，然后再将其拉成筒形件。采用这种结构，有利于拉深变形，所以可以降低极限拉深系数m。,2023/5/8,452 以后各次拉深模,在以后各次拉深中，因毛坯已不是平板形状，而是已经拉深过的半成品，所以毛坯在模具上的定位方法要与此相适应。图4.14所示为无压边装置的以后各次拉深模，仅用于直径缩小量不大的拉深。,2023/5/8,图4.15所示为有压边装置的以后各次拉深模，这是一般最
24、常见的结构形式。拉深前，毛坯套在压边圈4上，所以压边圈的形状必须与上一次拉出的半成品相适应。拉深后，压边圈将冲压件从凸模3上托出，推件板1将冲压件从凹模中推出。,452 以后各次拉深模,2023/5/8,453 落料拉深复合模,图4.16为一副典型的落料拉深复合模，为正装复合模结构。上模部分装有凸凹模3（落料凸模、拉深凹模），下模部分装有落料凹模7与拉深凸模8。从图中可以看出，拉深凸模8低于落料凹模7，所以在冲压时能保证先落料再拉深，件2为弹性压边圈，压边装置安装在下模座上。,2023/5/8,图4.16 落料拉深复合模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,453
25、 落料拉深复合模,2023/5/8,453 落料拉深复合模,图4.17所示为落料、正反拉深模。由于在一副模具中进行正、反拉深，因此一次能拉出高度较大的工件，提高了生产率。件1为落料拉深凸凹模（落料凸摸、第一次拉深凹模），件2为两次拉深（反拉深）凸模，件3为拉深凸凹模（第一次拉深凸模、反拉深凹模），件7为落料凹模。第一次拉深时，有压边圈6的弹性压边作用，反拉深时无压边作用。上模采用刚性推件，下模直接用弹簧顶件，由刚性卸料板4完成卸料，模具结构十分紧凑。,2023/5/8,图4.17 落料、正、反拉深模 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,453 落料
26、拉深复合模,2023/5/8,453 落料拉深复合模,图4.18为一副再次拉深、冲孔、切边复合模。为了有利于本次拉深变形，减小本次拉深时的弯曲阻力，在本次拉深前的毛坯底部角上已拉出有45度的斜角。本次拉深模的压边圈与毛坯的内形完全吻合。模具在开启状态时，压边圈l与拉深凸模8处在同一水平位置。冲压时，将毛坯套在压边圈上，随着上模的下行，先进行再次拉深，为了防止压边圈将毛坯压得过紧，该模具采用了带限位螺栓9的结构，使压边圈与拉深凹模之间保持一定距离，压边力不致随着行程的加大而加大。到行程快终了时，其上部对冲压件底部完成压凹与冲孔，而其下部也同时完成了切边。用这种方法对拉深后的筒形件进行切边，其工作
27、原理如图4.19所示。,2023/5/8,在拉深凸模下面固定有带锋利刃口的切边凸模，而拉深凹模则同时起切边凹模的作用。拉深间隙与切边时的冲裁间隙的尺寸关系如图所示。图a为带锥形口的拉深凹模，图b为带圆角的拉深凹模。由于切边凹模没有锋利的刃口，所以，切下的废料拖有较大的毛刺，也有将这种切边方法称为挤边。用这种方法对筒形件切边由于其结构简单，使用方便，并可采用复合模的结构与拉深同时进行，所以使用十分广泛。对筒形件进行切边还可以采用垂直于筒形件轴线方向的水平切边，但其模具结构较为复杂。,453 落料拉深复合模,2023/5/8,453 落料拉深复合模,2023/5/8,453 落料拉深复合模,2023/5/8,思考题,1）拉深变形具有哪些特点？用拉深方法可以制成哪些类型的零件？2）拉深件的主要质量问题有哪些？如何控制？3）何谓圆筒形件的拉深系数？影响拉深系数的因素主要有哪些？4）拉深件的坯料尺寸计算遵循哪些原则？5）带凸缘圆筒形件的拉深系数越大，是否说明其变形程度也越大？为什么？6）以后各次拉深模与首次拉深模主要有哪些不同？,
