前沿拓展：圓筒整形模具小多少

拉深概述

之 1 拉深變形過程的分析

差 2 直臂旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計

3 非直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深成形的特點(diǎn)

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口的空心件，或?qū)⒁阎瞥傻拈_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)相對較簡單，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 拉深變形過程的分析

4.1.1板料拉深變形過程及其特點(diǎn) (如圖4.1.1)

在毛坯上畫作出距離為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)力一 ，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拉深過程中變形毛坯各部分的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)

拉深過程中某一瞬時毛坯變形和應(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) → 過渡區(qū)

3.筒壁部分 → 傳力區(qū)

4.凸模圓角部分 → 過渡區(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 拉深變形過程的力學(xué)分析的

1.凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析

（1）拉深中某時刻變形區(qū)應(yīng)力分布

根據(jù)微元體的受力平衡可得

（2）材料流過凹模圓角半徑產(chǎn)生彎曲變形的阻力 可根據(jù)彎曲時內(nèi)力和外力所作功相等的條件按下式計算：

（3）材料流過凹模圓角后又被拉直成筒壁的反向彎曲力仍按式上式進(jìn)行計算:

拉深初期凸模圓角處的彎曲應(yīng)力也按上式計算，即：

（4）材料流過凹模圓角時的摩擦阻力

通過凸模圓角處危險斷面?zhèn)鬟f的徑向拉應(yīng)力即為：

有上式把影響拉深力的因素，如拉深變形程度，材料性能，零件尺寸，凸、凹模圓角半徑，壓邊力，潤滑條件等都反映了出來，有利于研究改良拉深工藝。

4.1.4 拉深成形的障礙及防止措施一

1.起皺(如圖4.1.8)，影響起皺的因素：

(1)凸緣部分材料的相對厚度

凸緣部分的相對料厚，即為 :

(4)凹模工作部分的幾何形狀

平端面凹模拉深時，毛坯拉深不起皺的條件是 :

用錐形凹模拉深時，材料不起皺的條件是：

如果不能滿足上述式子的要求，就要起皺。在這種情況下，必須采取措施防止起皺發(fā)生。簡單的方法(也是實際生產(chǎn)中常用的方法)是采用壓邊圈 。

2.拉裂

拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的(如圖4.1.9)

防止拉裂:

可根據(jù)板材的成形性能，采用適當(dāng)?shù)睦畋群蛪哼吜Γ黾油鼓５谋砻娲植诙?，改良凸緣部分變形材料的潤滑條件，合理設(shè)計模具工作部分的形狀，選用拉深性能好的材料。

3.硬化

拉深是一個塑性變形過程，材料變形后必然發(fā)生加工硬化，使其硬度和強(qiáng)度增加，塑性下降。

加工硬化的好處是使工件的強(qiáng)度和剛度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料進(jìn)一步拉深時變形困難。

4.2 直臂旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計

4.2.1 拉深毛坯尺寸的確定

拉深毛坯尺寸的確定原則：

　 體積不變原理（拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面積 ）、相似性原理。

毛坯的計算方法：等重量、等體積、分析圖解法、作圖法。

（1）確定修邊余量

由于材料的各向?qū)砸约袄顣r金屬流動條件的差異，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切邊，因此計算毛坯尺寸時應(yīng)在工件高度方向上(無凸緣件)或凸緣上增加修邊余量 。

（2）計算工件表面積

圓筒直壁部分的表面積為 :

4.2.2無凸緣圓筒形件的拉深工藝計算

1.拉深系數(shù)

拉深系數(shù)是表示拉深后圓筒形件的直徑與拉深前毛坯（或半成品）的直徑之比。（如圖4.2.2）

工件的直徑與毛坯直徑之比稱為總拉深系數(shù)，即工件所需要的拉深系數(shù)

圖 4.2.2 拉深工序示意圖

拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深程度或拉深比，其值為：

拉深系數(shù)表示了拉深前后毛坯直徑的變化量，反映了毛坯外邊緣在拉深時切向壓縮變形的大小，因此可用它作為衡量拉深變形程度的指標(biāo)。拉深時毛坯外邊緣的切向壓縮變形量為：

由此可知，拉深系數(shù)是一個小于1的數(shù)值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直徑變化愈小，即變形程度小。其值愈小則毛坯的直徑變化愈大，即變形程度大。

2.影響拉深系數(shù)的因素

拉深材料：機(jī)械性能、料厚、表面質(zhì)量。

拉深模具：間隙、凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、凹模形狀(如圖4.2.3）凹模表面質(zhì)量。

拉深條件：壓邊圈、次數(shù)、潤滑、工件形狀。

圖4.2.3 錐形凹模

3.拉深系數(shù)的值與拉深次數(shù)

查表確定。

4.后續(xù)拉深的特點(diǎn)

壓力行程曲線（如圖4.2.4）。

1-拉升；2-二次拉深

圖 4.2.4 拉深與二次拉深的拉深力

4.2.3無凸緣圓筒形拉深件的拉深次數(shù)和工序件尺寸的計算

試確定如下圖所示零件(材料08鋼，材料厚度 =2mm)的拉

深次數(shù)和各拉深工序尺寸。

3.確定拉深次數(shù)

⑴ 判斷能否一次拉出

對于圖示的零件，由毛坯的相對厚度：

（2）計算拉深次數(shù)

例如:

可知該零件要拉深四次才行 。

半成品尺寸確定

（1）半成品直徑

拉深次數(shù)確定后，再根據(jù)計算直徑差 應(yīng)等于 的原則對

各次拉深系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使實際采用的拉深系數(shù)大于推算拉

深次數(shù)時所用的極限拉深系數(shù)。

零件實際需拉深系數(shù)應(yīng)調(diào)整為：

調(diào)整好拉深系數(shù)后，重新計算各次拉深的圓筒直徑即得

半成品直徑。零件的各次半成品尺寸為 ：

4.2.4 有凸緣圓筒件拉深方法及工藝計算

有凸緣筒形件的拉深變形原理與一般圓筒形件是相同的，但由于帶有凸緣(如圖4.2.7)，其拉深方法及計算方法與一般圓筒形件有一定的差別。

1.有凸緣筒形件的拉深特點(diǎn)

有凸緣筒形件的拉深系數(shù)

該式說明，拉深系數(shù)決定三個因素：相對凸緣直徑、相對高度、相對轉(zhuǎn)角半徑 ，影響程度為遞減。

2.寬凸緣圓筒件拉深工藝計算要點(diǎn)

（1）毛坯尺寸計算

毛坯尺寸的計算仍按等面積原理進(jìn)行，參考無圓凸圓筒形零件毛坯的計算方法計算。

（2）判別能否一次拉成

這只需比較工件實際所需的總拉深系數(shù)和 與凸緣件第一次拉深的極限拉深系數(shù)和極限拉深相對高度即可

（3）半成品尺寸計算

寬凸緣件的拉深次數(shù)仍可用推算法求出。

根據(jù)表中的拉深系數(shù)值進(jìn)行計算，即第n次拉深后的直徑為：

各次拉深后的筒部高度可按下式計算：U

4.2.5 階梯圓筒形件的拉深

1.拉深次數(shù)的確定(如圖4.2.11)

判斷能否一次拉深

2.拉深方法的確定

（1）若任意兩個相鄰階梯的直徑比都大于或等于相應(yīng)的圓筒形件的極限拉深系數(shù)，則先從大的階梯拉起 (如圖4.2.12a)。

（2）相鄰兩階梯直徑 dn/dn-1 之比小于相應(yīng)的圓筒形件的極限拉深系數(shù)，則按帶凸緣圓筒形件的拉深進(jìn)行,即由小階梯拉深到大階梯(如圖4.2.12b) 。

（3）若小階梯直徑

過小，即

過小，

又不大時，小階梯可用脹形法得到。

（4）若階梯形件較淺，且每個階梯的高度又不大，但相鄰階梯直徑相差又較大而不能一次拉出時，可先拉成圓形或帶有大圓角的筒形，后通過整形得到所需零件，(如圖4.2.13)。

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