拉伸工藝模具設(shè)計(jì)教材

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(kāi)口的空心件，或?qū)⒁阎瞥傻拈_(kāi)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(duì)較簡(jiǎn)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(guò)程的分析4.1.1板料拉深變形過(guò)程及其特點(diǎn)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(guò)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，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(shí)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(guò)程中變形毛坯各部分的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)拉深過(guò)程中某一瞬時(shí)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(guò)渡區(qū)3.筒壁部分

傳力區(qū)4.凸模圓角部分

過(guò)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拉深成形形的障礙礙及防止止措施1.起皺(如圖4.1.8)，影響起起皺的因因素：(1)凸緣部分分材料的的相對(duì)厚厚度凸緣部分分的相對(duì)對(duì)料厚，，即為:(2)切向壓應(yīng)應(yīng)力的大大小拉深時(shí)的的值決定定于變形形程度，，變形程程度越大大，需要要轉(zhuǎn)移的的剩余材材料越多多，加工工硬化現(xiàn)現(xiàn)象越嚴(yán)嚴(yán)重，則則越大大，就就越容易易起皺。。(3)材料的力力學(xué)性能能板料的屈屈強(qiáng)比小小，，則屈服服極限小小，變形形區(qū)內(nèi)的的切向壓壓應(yīng)力也也相對(duì)減減小，因因此板料料不容易易起皺。。(4)凹模工作作部分的的幾何形形狀平端面凹凹模拉深深時(shí)，毛毛坯首次次拉深不不起皺的的條件是是:用錐形凹凹模首次次拉深時(shí)時(shí)，材料料不起皺皺的條件件是：如果不能能滿足上上述式子子的要求求，就要要起皺。。在這種種情況下下，必須須采取措措施防止止起皺發(fā)發(fā)生。最簡(jiǎn)單的的方法(也是實(shí)際際生產(chǎn)中中最常用用的方法法)是采用壓壓邊圈。2.拉裂拉深后得得到工件件的厚度度沿底部部向口部部方向是是不同的的(如圖4.1.9)防止拉裂裂:可根據(jù)板板材的成成形性能能，采用用適當(dāng)?shù)牡睦畋缺群蛪哼呥吜Γ鲈黾油鼓Ｄ５谋砻婷娲植诙榷?，改善善凸緣部部分變形形材料的的?rùn)滑條條件，合合理設(shè)計(jì)計(jì)模具工工作部分分的形狀狀，選用用拉深性性能好的的材料。。3.硬化拉深是一一個(gè)塑性性變形過(guò)過(guò)程，材材料變形形后必然然發(fā)生加加工硬化化，使其其硬度和和強(qiáng)度增增加，塑塑性下降降。加工硬化化的好處處是使工工件的強(qiáng)強(qiáng)度和剛剛度高于于毛坯材材料，但但塑性降降低又使使材料進(jìn)進(jìn)一步拉拉深時(shí)變變形困難難。4.2直壁旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體零件件拉深工工藝的設(shè)設(shè)計(jì)4.2.1拉深毛坯坯尺寸的的確定拉深毛坯坯尺寸的的確定原原則：體積不變變?cè)恚ǎɡ钋懊鞅砻婷娣e等于于拉深后后零件的的表面積積）、相似似性原理理。毛坯的計(jì)計(jì)算方法法：等重重量、等等體積、、分析圖圖解法、、作圖法法。（1）確定修修邊余量量由于材料料的各向向?qū)砸砸约袄钌顣r(shí)金屬屬流動(dòng)條條件的差差異，拉拉深后工工件口部部不平，，通常拉拉深后需需切邊，，因此計(jì)計(jì)算毛坯坯尺寸時(shí)時(shí)應(yīng)在工工件高度度方向上上(無(wú)凸緣件件)或凸緣上上增加修修邊余量量。。（2）計(jì)算工工件表面面積圓筒直壁壁部分的的表面積積為:4.2.2無(wú)凸緣圓圓筒形件件的拉深深工藝計(jì)計(jì)算1.拉深系數(shù)數(shù)拉深系數(shù)數(shù)是表示示拉深后后圓筒形形件的直直徑與拉拉深前毛毛坯（或或半成品品）的直直徑之比比。（如圖4.2.2）工件的直直徑與毛毛坯直徑徑之比稱稱為總拉拉深系數(shù)數(shù)，即工工件所需需要的拉拉深系數(shù)數(shù)圖4.2.2拉深工序序示意圖圖拉深系數(shù)數(shù)的倒數(shù)數(shù)稱為拉拉深程度度或拉深深比，其其值為：：拉深系數(shù)數(shù)表示了了拉深前前后毛坯坯直徑的的變化量量，反映映了毛坯坯外邊緣緣在拉深深時(shí)切向向壓縮變變形的大大小，因因此可用用它作為為衡量拉拉深變形形程度的的指標(biāo)。。拉深時(shí)時(shí)毛坯外外邊緣的的切向壓壓縮變形形量為：：由此可知知，拉深深系數(shù)是是一個(gè)小小于1的數(shù)值，，其值愈愈大表示示拉深前前后毛坯坯的直徑徑變化愈愈小，即即變形程程度小。。其值愈愈小則毛毛坯的直直徑變化化愈大，，即變形形程度大大。2.影響拉深深系數(shù)的的因素拉深材料料：機(jī)械械性能、、料厚、、表面質(zhì)質(zhì)量。拉深模具具：間隙隙、凸模模圓角半半徑、凹凹模圓角角半徑、、凹模形形狀(如圖圖4.2.3）凹凹模模表表面面質(zhì)質(zhì)量量。。拉深深條條件件：：壓壓邊邊圈圈、、次次數(shù)數(shù)、、潤(rùn)潤(rùn)滑滑、、工工件件形形狀狀。。3.拉深深系系數(shù)數(shù)的的值值與與拉拉深深次次數(shù)數(shù)查表表確確定定。。圖4.2.3錐形形凹凹模模4.2.3無(wú)凸凸緣緣圓圓筒筒形形拉拉深深件件的的拉拉深深次次數(shù)數(shù)和和工工序序件件尺尺寸寸的的計(jì)計(jì)算算試確確定定如如下下圖圖所所示示零零件件(材料料08鋼，，材材料料厚厚度度=2mm)的拉拉深次次數(shù)數(shù)和和各各拉拉深深工工序序尺尺寸寸。。計(jì)算算步步驟驟如如下下：：1.確定定切切邊邊余余量量根據(jù)據(jù)，查表表，，并并取?。海骸?。2.按教教材材表表的的公公式式計(jì)計(jì)算算毛毛坯坯直直徑徑3.確定定拉拉深深次次數(shù)數(shù)⑴判斷斷能能否否一一次次拉拉出出對(duì)于于圖圖示的零零件件，，由由毛毛坯坯的的相相對(duì)對(duì)厚厚度度：：從表表4.4.1中查查出出各各次次的的拉拉深深系系數(shù)數(shù)：=0.54，=0.77，=0.80，=0.82。則則該該零零件件的的總總拉拉深深系系數(shù)。。即：，，故故該該零零件件需經(jīng)經(jīng)多多次次拉拉深深才才能能夠夠達(dá)達(dá)到到所所需需尺尺寸寸。。（2）計(jì)計(jì)算算拉拉深深次次數(shù)數(shù)例如如:可知知該該零零件件要要拉拉深深四四次次才才行行。。半成成品品尺尺寸寸確確定定（1）半半成成品品直直徑徑拉深深次次數(shù)數(shù)確確定定后后，，再再根根據(jù)據(jù)計(jì)計(jì)算算直直徑徑應(yīng)應(yīng)等等于于的的原原則則對(duì)對(duì)各次次拉拉深深系系數(shù)數(shù)進(jìn)進(jìn)行行調(diào)調(diào)整整，，使實(shí)實(shí)際際采采用用的的拉拉深深系系數(shù)數(shù)大大于于推推算算拉拉深次次數(shù)數(shù)時(shí)時(shí)所所用用的的極極限限拉拉深深系系數(shù)數(shù)。。零件件實(shí)實(shí)際際需需拉拉深深系系數(shù)數(shù)應(yīng)應(yīng)調(diào)調(diào)整整為為：：調(diào)整整好好拉拉深深系系數(shù)數(shù)后后，，重重新新計(jì)計(jì)算算各各次次拉拉深深的的圓圓筒筒直直徑徑即即得得半成成品品直直徑徑。。零零件件的的各各次次半半成成品品尺尺寸寸為為：（2）半半成成品品高高度度各次次拉拉深深直直徑徑確確定定后后，，緊緊接接著著是是計(jì)計(jì)算算各各次次拉拉深深后后零零件件的高高度度：：式中中：：各次次拉拉深深的的直直徑徑(中線線值值)；各次次半半成成品品底底部部的的圓圓角角半半徑徑(中值值)；各次次半半成成品品底底部部平平板板部部分分的的直直徑徑；；各次次半半成成品品底底部部圓圓角角半半徑徑圓圓心心以以上上的的筒壁壁高高度度；；零件件的的以以上上各各項(xiàng)項(xiàng)具具體體數(shù)數(shù)值值代代人人上上述述公公式式，，即即求求出出各各次次高度度為為：：各次次半半成成品品的的總總高高度度為為：：拉深深后后得得到到的的各各次次半半成成品品(如圖圖4.2.6)圖4.2.6零件件各各次次拉拉深深的的半半成成品品尺尺寸寸4.3拉深深工工藝藝設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)4.3.1拉深深零零件件結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)工工藝藝性性分分析析拉深深零零件件的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)工工藝藝性性是是指指拉拉深深零零件件采采用用拉拉深深成成形形工工藝藝的的難難易易程程度度。。良良好好的的工工藝藝性性應(yīng)應(yīng)是是坯坯料料消消耗耗少少、、工工序序數(shù)數(shù)目目少少，，模模具具結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單、、加加工工容容易易，，產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量穩(wěn)穩(wěn)定定、、廢廢品品少少和和操操作作簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單方方便便等等。。在設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)拉拉深深零零件件時(shí)時(shí)，，應(yīng)應(yīng)根根據(jù)據(jù)材材料料拉拉深深時(shí)時(shí)的的變變形形特特點(diǎn)點(diǎn)和和規(guī)規(guī)律律，，提提出出滿滿足足工工藝藝性性的的要要求求。。4.3.2拉深深工工藝藝的的輔輔助助工工序序1.潤(rùn)滑滑在凹凹模模圓圓角角、、平平面面、、壓壓邊邊圈圈表表面面及及與與這這些些部部位位相相接接觸觸的的毛毛坯坯表表面面，，應(yīng)應(yīng)每每隔隔一一定定周周期期均均勻勻抹抹涂涂一一層層潤(rùn)潤(rùn)滑滑油油，，并并保保持持潤(rùn)潤(rùn)滑滑部部位位干干凈凈.2.熱處處理理在多多道道拉拉深深時(shí)時(shí)，，為為了了恢恢復(fù)復(fù)冷冷加加工工后后材材料料的的塑塑性性，，應(yīng)應(yīng)在在工工序序中中間間安安排排退退火火，，以以軟軟化化金金屬屬組組織織。。拉拉深深工工序序后后還還要要安安排排去去應(yīng)應(yīng)力力退退火火。。一一般般拉拉深深工工序序間間常常采采用用低低溫溫退退火火。。各各種種材材料料不不需需熱熱處處理理可可以以拉拉深深的的次次數(shù)數(shù)。。3.酸洗洗退火火后后工工件件表表面面必必然然有有氧氧化化皮皮和和其其他他污污物物，，在在繼繼續(xù)續(xù)加加工工時(shí)時(shí)會(huì)會(huì)增增加加模模具具的的磨磨損損，，因因此此必必需需要要酸酸洗洗，，否否則則使使拉拉深深不不能能正正常常進(jìn)進(jìn)行行。。4.4拉深深成成形形模模具具設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)4.4.1拉深深模模具具的的分分類類及及典典型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)按拉拉深深模模使使用用的的設(shè)設(shè)備備可可分分為為：：①單動(dòng)動(dòng)壓壓力力機(jī)機(jī)②雙動(dòng)動(dòng)壓壓力力機(jī)機(jī)③三動(dòng)動(dòng)壓壓力力機(jī)機(jī)按工工序序組組合合分分為為①單工工序序拉拉深深模模②級(jí)進(jìn)進(jìn)式式拉拉深深模模③復(fù)合合模模圖4.6.2無(wú)壓壓邊邊裝裝置置的的簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單拉拉深深模模1-定位位板板；；2-下模模座座；；3-凸模模；；4---凹模模圖4.6.3有壓壓邊邊裝裝置置倒倒裝裝拉拉深深模模圖4.6.4有壓壓邊邊裝裝置置順順裝裝拉拉深深模模圖4.6.5雙動(dòng)壓力力機(jī)工作作原理4.4.2拉深模工工作零件件的結(jié)構(gòu)構(gòu)和尺寸寸拉深模工工作部分分的尺寸寸指的是是凹模圓圓角半徑徑，，凸模圓圓角半徑徑，，凸、凹凹模的間間隙c，凸模直直徑，凹凹模直徑徑等，(如圖4.6.10)。1.凹模圓角角半徑(1)拉深力的的大小凹模圓角角半徑小時(shí)材料料流過(guò)凹凹模時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生較大大的彎曲曲變形，，結(jié)果需需承受較較大的彎彎曲變形形阻力，，此時(shí)凹凹模圓角角對(duì)板料料施加的的厚向壓壓力加大大，引起起摩擦力力增加。。(2)拉深件的的質(zhì)量當(dāng)過(guò)過(guò)小小時(shí)，坯坯料在滑滑過(guò)凹模模圓角時(shí)時(shí)容易被被刮傷，，結(jié)果使使工件的的表面質(zhì)質(zhì)量受損損。而當(dāng)當(dāng)太太大時(shí)，，拉深初初期毛坯坯沒(méi)有與與模具表表面接觸觸的寬度度加大，，由于這這部分材材料不受受壓邊力力的作用用，因而而容易起起皺。圖4.6.10拉深模工工作部分分的尺寸寸(3)拉深模的的壽命小時(shí)，材材料對(duì)凹凹模的壓壓力增加加，摩擦擦力增大大，磨損損加劇，，使模具具的壽命命降低。。所以的的值值既不能能太大也也不能太太小。通常可按按經(jīng)驗(yàn)公公式計(jì)算算：2.凸模圓角角半徑凸模圓角角半徑對(duì)對(duì)拉深工工序的影影響沒(méi)有有凹模圓圓角半徑徑大，但但其值也也必須合合適。3.凸模和凹凹模的間間隙拉