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(1)凸缘变形区内,径向拉应力σ1的分布不平均(如图4—37),圆角部分最大年夜,直边部分最小。
即使在角部,平均拉应力σ1m也远小于响应圆筒形件的拉应力。
是以,就危险断面处的载荷来说,盒形件拉深要小得多。
所以,对于雷同材料,盒形件拉深的最大年夜成形相对高度要大年夜于雷同半径的圆筒形零件。
切向压应力σ3的分布也不平均,圆角最大年夜,直边最小。
是以拉深变形时材料的稳定性较好,凸缘不易起皱。
(2)因为直边和圆角变形区内材料的受力情况不合,直边处材料向凹模流动的阻力要远小于圆角处。
并且直边处材料的径向伸长变形小,而圆角处材料的径向伸长变形大年夜,从而使变形区内两处材料的位移量亦不合。
(3)直边部分和圆角部分互相影响的程度,随盒形件外形不合而异。
当其相对圆角半径r/B越小,也就是直边部分所占的比例大年夜,则直边部分对圆角部分的影响越明显。
当r/B=0时,盒形件实际上已成为圆形件,上述变形差别也就不再存在了。
当相对高度H/B越大年夜,在雷同的r下,圆角部分的拉深变形大年夜,转移到直边部分的材料越多,则直边部分也必定会多变形,所以圆角部分的影响也就越大年夜。
跟着零件的r/B和H/B的不合,则盒形件毛坯的计算和工序计算的办法也就不合。
盒形零件拉深毛坯的外形与尺寸肯定
盒形件毛坯肯定的原则是:
包管毛坯的面积应等于加上修边余量后的零件外面积。
别的,因为盒形件拉深时周边的变形不平均,且圆角部分材料在变形中要转移到直边的特点,应按面积相等的原则,把毛坯外形和尺寸进行修改,使毛坯轮廓成滑腻的曲线,在拉深今后尽可能包管零件口部高度的一致性。
毛坯的外形和尺寸应根据零件的相对圆角半径r/B和相对高度H/B的值来进行设计,因这两个参数决定了圆角部分材料向直边部分转移的水平和直边高度的增长量。
1.低盒形件毛坯尺寸与外形切实其实定(H≤0.3B,B为盒形件的短边长度)
所谓低盒形件是指可以一次拉深成形或固然要两次拉深,但第二次拉深工序仅用来整形以减小壁部转角及底部圆角的盒形件。
对于r/B小的低盒形件,其变形时只有少量材料转移到直边相邻部位。
拉深时直边部分可认为是简单曲折变形,按曲折展开;
圆角部分只拉深变形,按圆筒形拉深展开;
再用滑腻曲线进行修改即得毛坯,该类零件常用图4.4.3所示的作图法。
计算步调如下:
图4.3.3低矩形盒毛坯作图法
(1)按曲折计算直边部分展开长度l0
l0=H+0.57rp
(4.4.1)
式中,H=H0+△H(不修边时,不加△H),修边余量见表4.4.1。
(2)将圆角部分算作直径为d=2r,高度为H的圆筒形件展开,其半径为:
(4.4.2)
当r=rp时,有
(4.4.2)
(3)经由过程作图用滑腻曲线连接直边和圆角部分,即得毛坯的外形和尺寸。
具体作图步调如下:
以ab线段中点c向圆弧R作切线,再以R为半径作圆弧与直边及切线相切,相切后毛坯弥补的面积+f与切除的面积-f近似相等。
此办法,在模具设计合理时,拉深件高度尺寸精度请求不高,不需进行修边即可知足零件请求时可不加切边余量△h。
表4.4.1矩形盒切边余量△H(mm)
(2)多次拉深高盒形件毛坯外形和尺寸切实其实定
该类零件的变形特点是在多次拉深过程中,直边与圆角部分的变形互相渗入渗出,其圆角部分将有大年夜量材料转移到直边部分。
毛坯尺寸仍根据工件外面积与毛坯外面积相等的原则计算。
当零件为正方盒形且高度比较大年夜,须要多道工序拉深时,图4.4.4,可采取圆形毛坯,其直径为:
(4.4.3)
公式中的符号见图4.4.4。
当r=rp时:
(4.4.4)
对高度和圆角半径都比较大年夜的长方形盒形件,如图4.4.5所示。
将尺寸看作由两个宽度为B的半方形盒和中心为(A-B)的直边部分连接而成,如许,毛坯的外形就是由两个半圆弧和中心两平行边所构成的长圆形,长圆形毛坯的圆弧半径为:
图4.4.4方盒件毛坯的外形与尺寸 图4.4.5高盒形件的毛坯外形与尺寸
Rb=D/2
式中D是宽为B的方形件的毛坯直径,按式(4.4.3)计算。
Rb的圆心距短边的距离为B/2。
则长圆形毛坯的长度为:
(4.4.5)
长圆形毛坯的宽度为:
(4.4.6)
然后用R=K/2过毛坯长度两端作弧,既与Rb弧相切,又与两长边的展开直线相切,则毛坯的外形即为一长圆形
盒形件多次拉深的工艺计算
1.盒形件初次拉深的成形极限
在盒形件的初次拉深时,圆角部分侧壁内的拉应力大年夜于直边部分。
是以,盒形件初次拉深的极限变形程度受到圆角部分侧壁传力区强度的限制,这一点和圆筒形件拉深的情况是十分类似的。
然则,因为直边部分对圆角部分拉深变形的减轻感化和带动感化,都可以使圆角部分危险断面的拉应力有不合程度的降低。
是以,盒形件初次拉深可能成形的极限高度大年夜于圆筒形零件。
盒形件的相对圆角半径r/B越小(图4.4.1),直边部分对圆角部分的影响越强,极限变形程度的进步越明显;
反之,r/B越大年夜,直边部分对圆角部分的影响越小,并且当r/B=0.5时,盒形件变成圆筒形件,其极限变形程度也必定等于圆筒形件。
盒形件初次拉深的极限变形程度,可以用盒形件的相对高度H/r来表示。
由平板毛坯一次拉深可能冲压成的盒形件的最大年夜相对高度决定于盒形件的尺寸r/B、t/B和板材的机能,其值可查表4.4.2。
当盒形件的相对厚度较小t/B<0.01,并且A/B≈1时,取表中较小的数值;
当盒形件的相对厚度较大年夜,即t/B>0.015,并且A/B≥2时,取表中较大年夜的数值。
表4.42中数据实用于拉深用软钢板。
表4.4.2盒形件初次拉深的最大年夜相对高度
若盒形件的相对高度H/r不跨越表4.4.2中所列的极限值,则盒形件可以用一道拉深工序冲压成功,不然必须采取多道工序拉深的办法进行加工。
2.方形盒拉深工序外形和尺寸肯定(图4.4.6)
采取直径为D0的圆形毛坯,中心工序都拉深成圆筒形的半成品,在最后一道工序才拉深成方形盒的外形和尺寸。
因为最后一道工序从圆形拉深为方形,材料的变形程度大年夜而不平均,特别是在方形圆角处,必定受到该处材料成形极限的限制。
计算时,应采取从n-1道工序,即倒数第二次拉深开端,肯定拉深半成品件的工序直径。
Dn-1=1.41B-0.82r+2δ (4.4.7)
式中:
Dn-1—n-1道拉深工序所得圆筒形件半成品的直径(mm);
B—方形盒的表里面宽度(mm);
r—方形盒角部的内圆角半径(mm);
δ—方形盒角部壁间距离(mm)。
该值直接影响毛坯变形区拉深变形程度是否平均的最重要参数。
一般取δ=(0.2~0.25)r。
图4.4.6方形盒多工序拉深的半成品外形和尺寸
因为其它各道工序为圆筒形,所以可参照圆筒形零件的工艺计算办法,来肯定其它各道工序尺寸。
计算时由内向外反向计算,即
Dn-2=Dn-1/mn-1
以此类推,直到算出的直径D≥D0为止。
式中,拉深系数mn-1由表4.2.4肯定。
3.长方形盒拉深工序外形和尺寸切实其实定
长方形盒的拉深办法与正方形盒类似,中心过渡工序可拉深成卵形或长圆形,在最后一次拉深工序中被拉深成所请求的外形和尺寸,如图4.4.7所示。
其计算与作图同样由n-1道(倒数第二次拉深)工序开端,由内向外计算。
计算时可把矩形盒的两个边视为4个方形盒的边长,在包管同一角部壁间距离δ时,可采取由4段圆弧构成的卵形筒,作为最后一道工序拉深前的半成品毛坯(是n-1道拉深所得的半成品)。
其长轴与短轴处的曲率半径分别用Ra(n-1)和Rb(n-1)表示,并用下式计算:
图4.4.7高长方形盒多工序拉深的半成品外形和尺寸 图4.4.8
n-1道工序凸模外形
(1)(n-1)道拉深工序的半成品是卵形,其曲率半径用下式计算:
Ra(n-1)=0.707A-0.41r+δ (4.4.8)
Rb(n-1)=0.707B-0.41r+δ (4.4.9)
式中,圆弧Ra(n-1)和Rb(n-1)的圆心,由图4.4.7中的尺寸关系肯定,分别为A/2和B/2。
(2)(n-1)道工序卵形半成品件的长、短边与高度尺寸为
An-1=2Rb(n-1)+(A-B) (4.4.10)
Bn-1=2Ra(n-1)-(A-B) (4.4.11)
Hn-1≈0.88H (4.4.12)
H为含修边余量在内的盒形件高度。
(3)(n-2)道工序仍然是卵形半成品,其外形和尺寸切实其实定办法如下:
①计算壁间距a和b是为了控制从(n-2)道工序拉深至(n-1)道工序的变形程度:
(4.4.13)
即a=(0.18~0.33)Ra(n-1)
(4.4.14)
b=(0.18~0.33)Rb(n-1)
(4.4.15)
②由a、b找出图上的M及N点。
③选定半径Ra和Rb,使其圆弧经由过程M和N点,并且又能油滑相接(其圆心接近盒形件中间)。
④(n-2)道工序半成品高度概算为
Hn-2≈0.86Hn-1 (4.4.16)
⑤验算(n-2)道工序是否可以由平板毛坯拉深成形(即初次拉深)。
假如不克不及,应按(n-2)道工序的计算办法再肯定(n-3)道工序的有关尺寸,直到知足验算的请求。
(4)(n-1)次(倒数第二次)拉深凸模端面外形
为了有利于最后一次拉深成盒形件的金属流动,(n-1)次拉深凸模底部应具有与拉深零件类似的矩形,然后用45°
斜角向壁部过渡,如图4.4.8所示,图中尺寸
Y=B-1.11rp (4.4.17)
拉深工艺设计
4.5.1拉深零件的构造工艺性分析
拉深零件的构造工艺性是指拉深零件采取拉深成形工艺的难易程度。
优胜的工艺性应是坯料消费少、工序数量少,模具构造简单、加工轻易,产品德量稳定、废品少和操作简单便利等。
在设计拉深零件时,应根据材料拉深时的变形特点和规律,提出知足工艺性的请求:
(1)对拉深材料的请求
拉深件的材料应具有优胜塑性、低得屈强比、大年夜的板厚偏向性系数和小的板平面偏向性。
(2)对拉深零件外形和尺寸的请求
①拉深件高度尽可能小,以便能经由过程1~2次拉深工序成形。
圆筒形零件一次拉深可达到高度见表4.5.1。
盒形件当其壁部转角半径r=(0.05~0.20)B时,一次拉深高度h≤(0.3~0.8)B。
表4.5.1一次拉深的极限高度
②拉深件的外形尽可能简单、对称,以包管变形平均。
对于半敞开的非对称拉深件(如图4.5.1),可采取成双拉深后再剖切成两件。
图4.5.1组合拉深后剖切
图4.5.2凸缘面上有下凹的拉深件
③有凸缘的拉深件,最好知足d凸≥d+12t,并且外轮廓与直壁断面最好外形类似。
不然,拉深艰苦、切边余量大年夜。
在凸缘面上有下凹的拉深件(图4.5.2),如下凹的轴线与拉深偏向一致,可以拉出。
若下凹的轴线与拉深偏向垂直,则只能在最后校订时压出。
④为了使拉深顺利进行,凸缘圆角半径rd≥2t。
对于rd<0.5mm时,应增长整形工序;
底部圆角半径rp≥t,不知足时应增长整形工序,每整形一次,rp可减小1/2;
盒形拉深零件壁间圆角半径r≥3t,尽可能使r≥h/5。
(3)对拉深零件精度的请求
①因为拉深件各部位的料厚有较大年夜变更,所以对零件图上的尺寸应明白标注是外壁尺寸照样内壁尺寸,不克不及同时标注表里尺寸。
②因为拉深件有回弹,所以零件横截面的尺寸公差,一般都在IT12级以下。
假如零件公差请求高于IT12级时,应增长整形工序来进步尺寸精度。
③多次拉深的零件对外外面或凸缘的外面,许可有拉深过程中所产生的印痕和口部的回弹变形,但必须包管精度在公差之内。
拉深工艺力的计算
1.压边力的计算
施加压边力是为了防止毛坯在拉深变形过程中的起皱,压边力的大年夜小对拉深工作的影响很大年夜(如图4.5.3所示)。
假如FQ太大年夜,会增长危险断面处的拉应力而导致决裂或严重变簿,FQ太小时防皱后果不好。
从理论上,压边力FQ的大年夜小最好按图4.5.4所示规律变更,即拉深过程中,当毛坯外径减小至Rt=0.85R0时,是起皱最严重的时刻,这时压边力FQ应最大年夜,随之FQ逐渐减小。
但在实际上是很难做到。
图4.5.3压边力对拉深工作的影响
图4.5.4初次拉深压边力Q的理论曲线
临盆中,压边力FQ都有一个调节范围,它切实其实定是建立在实践经验基本上,其大年夜小可按下式计算,即表4.5.2。
表4.5.2计算压边力的公式
式中q为单位压边力MPa见表4.5.3;
A为压边面积。
表4.5.3单位压边力q/MPa
临盆中也可根据第一次的拉深力F1,计算压边力:
FQ=0.25F1(N)(4.5.1)
今朝在临盆实际中常用的压边装配有以下两大年夜类:
(1)弹性压边装配这种装配多用于通俗冲床。
平日有三种:
橡皮压边装配(图4.5.5a);
弹簧压边装配(图4.5.5b);
气垫式压边装配(图4.5.5c)。
这三种压边装配压边力的变更曲线如图4.5.7d所示。
别的氮气弹簧技巧也逐渐在模具中应用。
跟着拉深深度的增长,须要压边的凸缘部分赓续削减,故须要的压边力也就逐渐减小。
从图4.5.7d可以看出橡皮及弹簧压边装配的压边力正好与须要的相反,随拉深深度的增长而增长。
是以橡皮及弹簧构造平日只用于浅拉深。
图4.5.5弹性压边装配
气垫式压边装配的压边后果较好,但它构造复杂,制造、应用及维修都比较艰苦。
弹簧与橡皮压边装配虽出缺点,但构造简单,对单动的中小型压力机采取橡皮或弹簧装配照样很便利的。
根据临盆经验,只要精确地选择弹簧规格及橡皮的商标和尺寸,就能尽量削减它们的晦气方面,充分发挥它们的感化。
当拉深行程较大年夜时,应选择总紧缩最大年夜、压边力随紧缩量迟缓增长的弹簧。
橡皮应选用软橡皮(冲裁卸料是用硬橡皮)。
橡皮的压边力随紧缩量增长很快,是以橡皮的总厚度应选大年夜些,以包管相对紧缩量不致过大年夜。
建议所拔取的橡皮总厚度不小于拉深行程的5倍。
在拉深宽凸缘件时,为了克服弹簧和橡皮的缺点,可采取图4.5.6所示的限位装配(定位销、柱销或螺栓),使压边圈和凹模间始终保持必定的距离。
a)第一次拉深;
b)后续拉深
图4.5.6有限位的压边装配
(2)刚性压边装配这种装配的特点是压边力不随行程变更,拉深后果较好,且模具构造简单。
这种构造用于双动压力机,凸模装在压力机的内滑块上,压边装配装在外滑块上。
2.拉深力的计算
前面已在拉深变形过程的力学分析中对拉深力进行了分析,圆筒形零件拉深时拉深力理论上是由变形区的变形抗力、摩擦力和曲折变形力等构成。
但它应用很不便利,临盆中常用经验公式计算拉深力。
圆筒形拉深件采取带压边圈的拉深时可用下式计算拉深力:
第一次拉深
(4.5.2)
第二次拉深
(4.5.3)
式中
为材料的抗拉强度;
为系数,查阅有关的冲压设计材料。
当拉深行程较大年夜,特别是采取落料、拉深复合工序的模具构造时,不克不及简单地将落料力与拉深力迭加来选择压力机,(因为压力机的公称压力是指在接近下逝世点时的压力机压力)。
是以,应当留意压力机的压力曲线。
不然很可能因为过早地出现最大年夜冲压力而使压力机超载破坏(图4.5.7)。
一般可按下式作概略计算:
当拉深行程较大年夜,特别是采取落料、拉深复合模时,不克不及简单地将落料力与拉深力迭加来选择压力机,(因为压力机的公称压力是指在接近下逝世点时的压力机压力)。
不然很可能因为过早地出现最大年夜冲压力而使压力机超载破坏(图4.5.9)。
浅拉深时:
深拉深时:
式中 ΣF为拉深力和压边力的总和,在用复合冲压时,还包含其它力;
F0 为压力机的公称压力。
1.压力机的压力曲线2.拉深力3.落料力
图4.5.9拉深力与压力机的压力曲线
4.5.3拉深成形过程中的帮助工序
拉深工艺中的帮助工序较多,可分为:
①拉深工序前的帮助工序,如毛坯的软化退火、清洗、喷漆、润滑等;
②拉深工序间的帮助工序,如半成品的软化退火、清洗、修边和润滑等;
③拉深后的帮助工序,如切边、清除应力退火、清洗、去毛刺、外面处理、考验等。
现将重要的帮助工序简介如下:
1.润滑
润滑在拉深工艺中,主如果改良变形毛坯与模具相对活动时的摩擦阻力,同时也有必定的冷却感化。
润滑的目标是降低拉深力、进步拉深毛坯的变形程度,进步产品的外面质量和延长模具寿等。
拉深中,必须根据不合的请求选择润滑剂的配方和选择精确的润滑办法。
如润滑剂(油),一般只能涂抹在凹模的工作面及压边圈外面。
也可以涂抹在拉深毛坯与凹模接触的平面上,而在凸模外面或与凸模接触的毛坯外面切忌涂润滑剂(油)等。
常用的润滑剂见有关冲压设计材料。
还须留意,当拉深应力较大年夜且接近材料的强度极限时,应采取含量不少于20%的粉状填料的润滑剂,以防止润滑液在拉深中被高压挤掉落而掉去润滑后果。
也可以采取磷酸盐外面处理后再涂润滑剂。
2.热处理
拉深工艺中的热处理是指落料毛坯的软化处理、拉深工序间半成品的退火及拉深后零件的清除应力的热处理。
毛坯材料的软化处理是为了降低硬度,进步塑性,进步拉深变形程度,使拉深系数m减小,进步板料的冲压成形机能。
拉深工序间半成品的热处理退火,是为了清除拉深变形的加工硬化,恢复加工后材料的塑性,以包管后续拉深工序的顺利实现。
对某些金属材料(如不锈钢、高温合金及黄铜等)拉深成形的零件,拉深后在规准时光内的热处理,目标是清除变形后的残存应力,防止零件在存放(或工作)中的变形和蚀裂等现象。
中心工序的热处理办法重要有两种:
低温退火和高温退火(拜见有关材料的热处理规范参看有关手册)。
拉深工序间的热处理,一般是应用在高硬化金属(如不锈钢、高温合金、杜拉等),是在拉深一、二次工序后,必须进行中心退火工序,不然后续拉深无法进行。
不进行中心退火工序能持续完成拉深次数的材料,可拜见表45.4。
表4.5.4不需热处理能拉深的次数
3.酸洗
酸洗用于拉深前对热处理后的平板毛坯和中心退火工序后的半成品及拉深后的零件进行清洗的工序,目标在于清除拉深零件外面的氧化皮、残留润滑剂及污物等。
一般在对零件酸洗前,应先用苏取水去油,酸洗后还须要进行细心的外面洗涤,以便将残留于零件外面上的酸洗掉落。
其办法是,先在流动的冷水中清洗,然后放在60~80℃的弱碱液中中和,最后用热水洗涤再干燥。
有关酸洗溶液配方见冲压设计材料。
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