沖壓模具設(shè)計(jì)04課件

拉深概述拉深變形過(guò)程分析直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計(jì)拉深工藝設(shè)計(jì)拉深模具設(shè)計(jì)其他拉深方法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)2.典型的拉深件(如圖)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.拉深工藝分類變形力學(xué)特點(diǎn)：直壁圓筒形、旋轉(zhuǎn)曲面形狀、盒型件、非旋轉(zhuǎn)體曲面拉深件高度：淺拉深（深度小于直徑3/4）、深拉深變形特點(diǎn)：直壁類和曲面類直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之拉深變形過(guò)程直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之變形

拉伸過(guò)程網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)，為什么拉深前扇形小單元變?yōu)槔詈蟮木匦文兀窟@是由于坯料在模具的作用下金屬內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，對(duì)一個(gè)小單元來(lái)說(shuō)(圖(c))，徑向受拉應(yīng)力作用，切線方向受壓應(yīng)力作用，因而徑向產(chǎn)生拉伸變形，切向產(chǎn)生壓縮變形，徑向尺寸增大，切向尺寸減小，結(jié)果形狀由扇形變?yōu)榫匦巍Ｖ北趫A筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之應(yīng)力應(yīng)變?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中，拉深工藝出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的形式主要是凸緣變形區(qū)的起皺和傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺顯然是由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；傳力區(qū)的拉裂是由于拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之應(yīng)力應(yīng)變直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之應(yīng)力應(yīng)變凸緣的圓角部分(圖(a)、(b)、(d))

這是位于凹模圓角部分的材料，切向受壓應(yīng)力而壓縮，徑向受拉應(yīng)力而伸長(zhǎng)，厚度方向受到凹模圓角的壓力和彎曲作用直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之應(yīng)力應(yīng)變筒壁部分(圖(a)、(b)、(e))

這是拉深時(shí)形成的側(cè)壁部分，是已經(jīng)結(jié)束了塑性變形階段的已變形區(qū)。這個(gè)區(qū)受單向拉深過(guò)程的應(yīng)力作用，變形是拉伸變形。直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之應(yīng)力應(yīng)變底部圓角部分(圖(a)、(b)、(f))

這是與凸模圓角接觸的部分，它從拉深開(kāi)始一直承受徑向拉應(yīng)力和切向拉應(yīng)力的作用，并且受到凸模圓角的壓力和彎曲作用，因而這部分材料變薄最嚴(yán)重，尤其是與側(cè)壁相切的部位最容易出現(xiàn)拉裂，是拉深的“危險(xiǎn)斷面”。直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之拉裂與起皺拉深過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題：凸緣區(qū)起皺：由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；傳力區(qū)拉裂：由于拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之起皺影響因素起皺的影響因素及防止措施影響起皺的因素：

凸緣部分材料的相對(duì)厚度：

相對(duì)厚度越小，拉深變形區(qū)抗失穩(wěn)能力越差，容易起皺

切向壓應(yīng)力的大小/拉深系數(shù)：拉深時(shí)切向應(yīng)力的值決定于變形程度，變形程度越大，需要轉(zhuǎn)移的剩余材料越多，加工硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重，就越容易起皺。材料的力學(xué)性能：板料的屈強(qiáng)比小，則屈服極限小，變形區(qū)內(nèi)的切向壓應(yīng)力也相對(duì)減小，因此板料不容易起皺。

直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之起皺影響因素起皺的影響因素及防止措施影響起皺的因素：

凸凹模的間隙：

凸凹模間隙越大，容易起皺（抗失穩(wěn)能力越差）

凹模工作部分幾何形狀（錐型凹模不易起皺）凹模圓角半徑過(guò)大，壓邊面積小，就越容易起皺。直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之拉裂拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的！可根據(jù)板材的成形性能，采用適當(dāng)?shù)睦畋群蛪哼吜?，增加凸模的表面粗糙度，改善凸緣部分變形材料的?rùn)滑條件，合理設(shè)計(jì)模具工作部分的形狀，選用拉深性能好的材料。直壁圓筒件拉深變形過(guò)程及特點(diǎn)之硬化拉深是一個(gè)塑性變形過(guò)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(shí)變形困難。審圖拉深工藝性分析拉深工藝方案制定毛坯尺寸計(jì)算拉深次數(shù)確定沖壓力及壓力中心計(jì)算凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沖壓設(shè)備選擇沖壓模裝配圖繪制非標(biāo)零件圖繪制拉深模設(shè)計(jì)步驟拉深件工藝性要求-外形尺寸要求拉深件形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、對(duì)稱，盡可能一次拉深成形；盡量避免半敞開(kāi)及非對(duì)稱的空心件，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)成對(duì)稱（組合）的拉深，然后剖開(kāi)；拉深件工藝性要求-外形尺寸要求在設(shè)計(jì)拉深件時(shí)，應(yīng)注明必須保證的外形或內(nèi)形尺寸，不能同時(shí)標(biāo)注內(nèi)外形尺寸；帶臺(tái)階的拉深件，其高度方向的尺寸標(biāo)注一般應(yīng)以底部為基準(zhǔn)。拉深件工藝性要求-外形尺寸要求拉深件口部尺寸公差應(yīng)適當(dāng)；一般拉深件允許壁厚變化范圍0.6t1.2t,若允許存在壁厚不均現(xiàn)象，應(yīng)注明；需多次拉深成形的工件，應(yīng)允許其內(nèi)、外壁及凸緣表面上存在壓痕。拉深件工藝性要求-圓角半徑底部圓角半徑rpg1）rpg≥t，一般?。簉pg≥（35）t2）rpg＜t，增加整形工序，每整形一次，rpg可減小1/2。拉深件工藝性要求-圓角半徑矩形拉深件壁間圓角半徑rpyrpy≥3t以及rpy≥H/5拉深件工藝性要求-形狀孔位應(yīng)與主要結(jié)構(gòu)面（凸緣面）在同一平面，或孔壁垂直該平面，便于沖孔與修邊在同一道工序中完成。拉深件工藝性要求-形狀拉深件側(cè)壁上的沖孔與底邊或凸緣邊的距離拉深件工藝性要求-形狀拉深件凸緣上的孔距拉深件底部孔距直壁筒形件拉深工藝計(jì)算與模具設(shè)計(jì)拉深次數(shù)確定毛坯尺寸計(jì)算拉深力和壓邊力確定拉深凸凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拉深件成形模具總體設(shè)計(jì)拉深系數(shù)

p202指用于表示拉深變形程度的工藝指數(shù)。其值為拉深后制件直徑與拉深前毛坯直徑之比值m=d/D，若需經(jīng)過(guò)多次拉深方能成形，則：首次拉深m1=d1/D以后各次拉深

m2=d2/d1

m3=d3/d2……mn=dn/dn-1m總=d/D=m1?m2?m3?…?mn

m——拉深系數(shù)；d——拉深后制件直徑；D——拉深前毛坯直徑；m1、m2、m3、…、mn——各次的拉深系數(shù)；d1、d2、d3、…、dn-1、dn——各次拉深制件的直徑；m總——需多次拉深成形制件的總拉深系數(shù)。注意：拉深系數(shù)愈小，表示拉深變形程度愈大。極限拉深系數(shù)：指當(dāng)拉深系數(shù)減小至使拉深件起皺、斷裂或嚴(yán)重變薄超差時(shí)的臨界拉深系數(shù)。拉深系數(shù)1.拉深次數(shù)當(dāng)md=d/D>m極限時(shí)，可以一次拉深，否則需多次拉深。1）推算法：根據(jù)極限拉深系數(shù)和毛坯直徑，從第一道拉深工序開(kāi)始逐步向后推算各工序的直徑，一直算到得出的直徑小于或等于工件直徑，即可確定所需的拉深次數(shù)。d1=[m1]Dd2=[m2]d1。。。。。。dn=[mn]dn-1式中，d1、d2…dn-1、dn—第1、2、…（n-1）、n道工序的直徑；[m1]、[m2]…[mn]—第1、2、…n道工序的極限拉深系數(shù)；D—毛坯直徑。圓筒形拉深件拉深次數(shù)計(jì)算2）根據(jù)工件的相對(duì)高度h/d和毛坯的相對(duì)厚度t/D，查表確定拉深次數(shù)n。表示為08、10號(hào)鋼及15Mn等材料，并且?guī)哼吶?。圓筒形拉深件拉深次數(shù)計(jì)算拉深力的計(jì)算（1）采用壓邊圈首次拉深以后各次拉深（2）不采用壓邊圈首次拉深以后各次拉深圓筒形拉深件拉深力及壓料力計(jì)算壓邊力的計(jì)算Q＝Ap式中，Ａ——壓料圈下坯料的投影面積；ｐ——單位面積壓料力。圓筒形件首次拉深圓筒形件以后各次拉深圓筒形拉深件拉深力及壓料力計(jì)算

壓力機(jī)力的計(jì)算工藝總壓力為：Fz=F+Q淺拉深Fg（1.6~1.8）Fz深拉深Fg（1.8~2.0）Fz圓筒形拉深件拉深力及壓料力計(jì)算圓筒形拉深件坯料尺寸確定P200-201簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定：計(jì)算原則：按等面積（即拉深前后材料面積不變）原則進(jìn)行計(jì)算，再加上修邊余量。圓筒形拉深件坯料尺寸確定數(shù)學(xué)計(jì)算法：1）將制件分成若干簡(jiǎn)單幾何形狀（包括修邊余量），以其中間層進(jìn)行計(jì)算；注：厚度小于1mm的拉深件，可根據(jù)工件外壁尺寸計(jì)算2）疊加各段中間層面積，求出制件中間層面積；3）根據(jù)“等面積原則”求出毛坯直徑。式中S——毛坯面積（包括修邊余量）；f——簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)體拉深件各部分面積；D——毛坯直徑。圓筒形拉深件坯料尺寸確定帶凸緣制件無(wú)凸緣制件圓筒形拉深件坯料尺寸確定圓筒形拉深件坯料尺寸確定圓筒形拉深件坯料尺寸確定圓筒形拉深模工作部分尺寸計(jì)算1.凹模圓角半徑（1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定凹模圓角半徑首次（包括只有一次）拉深凹模圓角半徑：式中：rd1—首次拉深凹模圓角半徑；D—坯料直徑；d—凹模內(nèi)徑；t—材料厚度。圓筒形拉深模工作部分尺寸計(jì)算以后各次拉深凹模圓角半徑逐漸減小要求：不宜采用過(guò)小的凹模圓角半徑，一般應(yīng)rd≥2t（2）根據(jù)工件材料和厚度確定凹模圓角半徑一般對(duì)于鋼的拉深件，rd=10t，對(duì)于有色金屬（鋁、黃銅、純銅）的拉深，rd=5t。注：1．第一次拉深和較薄的材料，取表中的最大極限值；2．以后各次拉深和較厚的材料，取表中的最小極限值。圓筒形拉深模工作部分尺寸計(jì)算圓筒形拉深模工作部分尺寸計(jì)算2.凸模圓角半徑首次拉深凸模圓角半徑：rp1=（0.61.0）rd1中間各次拉深凸模圓角半徑：rpi-1=0.5（di-1-di-2t）最后一次拉深凸模圓角半徑：

rpn=r，且rpn>(23)t(t<6mm)若工件底部圓角半徑小于拉深工藝性要求時(shí)，則應(yīng)按工藝性要求確定，在最后一次拉深后整形。3.有壓邊圈的拉深模的單邊間隙C一般精度拉深：Ｋ－間隙系數(shù)圓筒形拉深模工作部分尺寸計(jì)算對(duì)精度要求高的零件，為減小拉深后的回彈，常采用負(fù)間隙拉深，單邊間隙值為：ｃ=(0.90.95)tＣ=(0.90.95)t=0.285圓筒形拉深模工作部分尺寸計(jì)算4.凸、凹模工件部分尺寸及公差工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差決定。首次及中間各次拉深的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差沒(méi)有必要作嚴(yán)格限制，這時(shí)模具的尺寸只要取等于毛坯的過(guò)渡尺寸即可。圓筒形拉深模工作部分尺寸計(jì)算5.末次拉深的凸、凹模尺寸（1）當(dāng)零件標(biāo)注外形尺寸時(shí)：（2）當(dāng)零件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí)：圓筒形拉深模工作部分尺寸計(jì)算式中：Dd、dd—凹?；境叽纾籇p、dp—凸?；境叽?；Dmax—拉深件外徑的最大極限尺寸；dmin—拉深件內(nèi)徑的最小極限尺寸；Δ—制件公差；δd、δp—凹模和凸模制造公差；Z—拉深模間隙。拉深?？傮w設(shè)計(jì)與裝配-壓邊裝置1.彈性壓邊裝置（多用于普通的單動(dòng)壓力機(jī)）：由于壓邊力逐漸增大，只適用于淺拉深。１）橡皮壓邊裝置２）彈簧壓邊裝置３）氣墊式壓邊裝置2.剛性壓邊裝置帶剛性壓邊裝置的拉深模（用于雙動(dòng)壓力機(jī)）：剛性壓邊，壓邊力不隨行程變化，拉深效果較好，且模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。1-固定板2-拉深凸模3-剛性壓邊圈4-拉深凹模5-下模板6-螺釘拉深?？傮w設(shè)計(jì)與裝配-壓邊裝置3.壓邊圈的形式（1）平面壓邊圈適用于一般拉深模（2）弧形壓邊圈適用于，且小凸緣和較大圓角半徑拉深?？傮w設(shè)計(jì)與裝配-壓邊裝置圓筒形拉深件凸凹模結(jié)構(gòu)及尺寸計(jì)算按拉深模使用的設(shè)備可分為：①單動(dòng)壓力機(jī)②雙動(dòng)壓力機(jī)③三動(dòng)壓力機(jī)按工序組合分為：①單工序拉深模②級(jí)進(jìn)式拉深模③復(fù)合模圓筒形拉深模結(jié)構(gòu)1.首次拉深

（1）無(wú)壓邊裝置的首次拉深(如圖1，圖2)。1、8、10-螺釘；2-模柄；3-凸模；5-凹模；6-刮料環(huán)；7-定位板；9-拉簧；11-下模座1-定位板；2-下模座；3-凸模；4---凹模圓筒形拉深模結(jié)構(gòu)1.首次拉深（2）具有彈性裝置壓邊的首次正裝拉深模(如圖)。１－模柄２－上模座３－凸模固定板４－彈簧５－壓邊圈６－定位板７－凹模８－下模座９－卸料螺釘10－凸模圓筒形拉深模結(jié)構(gòu)1.首次拉深（2）具有彈性裝置壓邊的首次倒裝拉深模(如圖)。1－上模座2－推桿3－推件板4－錐形凹模5－限位柱6－錐形壓邊圈7－拉深凸模8－固定板9－下模座圓筒形拉深模結(jié)構(gòu)（3）雙動(dòng)壓力機(jī)上使用的首次拉深模