模具設(shè)計(jì)與制造第5章課件

第5章

拉深工藝及拉深模設(shè)計(jì)5.1拉深工藝與拉深件的工藝性5.2圓筒形拉深件的工藝計(jì)算5.3拉深模典型結(jié)構(gòu)5.4拉深模主要工作零件設(shè)計(jì)5.5拉深模設(shè)計(jì)實(shí)例模具設(shè)計(jì)與制造5.1拉深工藝與拉深件的工藝性模具設(shè)計(jì)與制造

5.1.1拉深工藝

拉深是利用模具將平板毛坯制成開口空心零件的一種沖壓工藝方法。拉深工藝生產(chǎn)效率高，材料消耗少，零件具有較高的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)其精度也較高，是沖壓加工的主要工序之一。根據(jù)拉深件的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及拉深變形過程的變形力學(xué)特點(diǎn)，拉深件可以分為直壁旋轉(zhuǎn)體拉深件、曲面旋轉(zhuǎn)體拉深件、盒形件和非旋轉(zhuǎn)體曲面形狀拉深件等四種基本類型。圖5-2所示為圓筒形拉深件的拉深過程。原始直徑為D、厚度為t的圓形平板毛坯，在凸模的作用下，毛坯在凹模端面和壓邊圈之間變形，并被拉入凸模與凹模之間的間隙，當(dāng)毛坯全部進(jìn)入凸、凹模間的間隙后，即形成內(nèi)徑為d、高度為H的開口空心筒形件。

5.1.2拉深變形過程

零件上高度為H的部分是由毛坯上D-d間的環(huán)形部分變形產(chǎn)生的，該部分的金屬材料因塑性流動(dòng)發(fā)生了轉(zhuǎn)移。圖5-3說明了毛坯在拉深過程中材料轉(zhuǎn)移的情況。如果將圖中陰影三角形部分去除，再將剩余部分沿直徑為d的圓周折彎并圍起，可以得到一個(gè)直徑為d、高度為（D-d）/2的筒形件。這說明拉深后工件高度增加的Δh部分是由被去除的陰影三角形部分的材料發(fā)生塑性流動(dòng)而來。

（1）筒底部分的網(wǎng)格基本上保持不變；（2）筒壁部分的網(wǎng)格發(fā)生了明顯的變化，由扇形網(wǎng)格A1變成了矩形網(wǎng)格A2；（3）原來間距相等的同心圓變成筒壁上不等間距的水平圓周線，且越往上間距越大，即a1＞a2＞a3＞…＞a5；（4）原來分度相等的輻射線變成筒壁上間距相等且相互平行的垂直線，即b1=b2=b3=…=b5。其中，扇形網(wǎng)格之所以變成了矩形網(wǎng)格，是因?yàn)樵诶顣r(shí)，扇形網(wǎng)格受到切向壓應(yīng)力σ3和徑向拉應(yīng)力σ1的共同作用，這就相當(dāng)于扇形網(wǎng)格被拉著通過一個(gè)楔形槽，在直徑方向被拉長，在切向被壓縮，如圖5-5所示。綜上所述，在拉深變形過程中，位于凸模下面的部分成為筒形件的底部，為不變形區(qū)；毛坯的凸緣部分（毛坯外徑與凸模之間的環(huán)形部分）在切向壓應(yīng)力σ3和徑向拉應(yīng)力σ1的作用下，產(chǎn)生塑性變形，變成筒形件的直壁部分，是主要變形區(qū)。拉深過程的實(shí)質(zhì)就是將毛坯凸緣部分的材料逐漸轉(zhuǎn)移到筒壁部分的過程。5.1.3拉深件的起皺與拉裂

起皺：拉深時(shí)，如果凸緣變形區(qū)部分承受的切向壓應(yīng)力σ3過大，凸緣部分的材料便會(huì)失去穩(wěn)定，在凸緣的四周沿切向產(chǎn)生波浪形的連續(xù)彎曲的現(xiàn)象。

拉深時(shí)凸緣區(qū)是否起皺與該處所受的切向壓應(yīng)力σ3的大小以及毛坯的相對(duì)厚度t/D有關(guān)。切向壓應(yīng)力σ3值越大越容易失穩(wěn)起皺，由于σ3在凸緣的外邊緣最大，起皺首先在凸緣最外緣出現(xiàn)。此外，毛坯相對(duì)厚度越小，凸緣寬度越大，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小，材料也越容易起皺。起皺是拉深時(shí)的主要質(zhì)量問題之一，生產(chǎn)中常用的防止起皺的措施就是采用壓邊圈。加壓邊圈后，材料被限制在壓邊圈和凹模平面間的間隙內(nèi)流動(dòng)，穩(wěn)定性增加，因而不容易發(fā)生起皺。拉裂：當(dāng)作用在直壁上的拉應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)時(shí)，危險(xiǎn)斷面處就會(huì)產(chǎn)生塑性變形而變薄，當(dāng)拉應(yīng)力超過強(qiáng)度極限時(shí)，拉深件就會(huì)在此斷面破裂，這種現(xiàn)象稱為拉裂。拉裂也是拉深時(shí)的主要質(zhì)量問題之一，與材料的力學(xué)性能、變形程度、模具圓角半徑和潤滑條件等因素有關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采取選用硬化指數(shù)大、屈強(qiáng)比小的材料，適當(dāng)增加拉深凸、凹模的圓角半徑，增加拉深次數(shù)以及改善潤滑條件等措施來防止拉裂的產(chǎn)生

5.1.4拉深件的工藝性

拉深件的工藝性指拉深件在拉深工序中生產(chǎn)的難易程度。工藝性的好壞，不僅直接影響到該零件能否用拉深的方法生產(chǎn)出來，而且影響到工件的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)周期等；產(chǎn)品工藝性好，不僅能滿足產(chǎn)品的使用技術(shù)要求，同時(shí)也能夠用最簡單、最經(jīng)濟(jì)和最快捷的方法生產(chǎn)出來。包括：1．對(duì)拉深件形狀的要求2．對(duì)拉深件尺寸的要求3．對(duì)拉深件尺寸精度的要求1．對(duì)拉深件形狀的要求（1）拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單對(duì)稱。深度不大的圓筒形拉深件在圓周方向上變形均勻，易于拉深，工藝性最好。其他形狀的拉深件，應(yīng)盡量避免輪廓的急劇變化。（2）對(duì)于半敞開的或非對(duì)稱的拉深件，應(yīng)合并成對(duì)稱形狀，待拉深后再將其剖切成兩個(gè)或多個(gè)零件。（3）拉深件的口部允許稍有回彈，但應(yīng)保證整形或剖切后能達(dá)到斷面及高度的尺寸要求。（4）對(duì)于外形復(fù)雜的拉深件，需要多次拉深時(shí)，應(yīng)考慮工序間毛坯定位的工藝基準(zhǔn)。2．對(duì)拉深件尺寸的要求（1）盡量減少工件的高度。（2）凸緣的外輪廓應(yīng)與拉深部分的輪廓形狀相似。（3）拉深件的圓角半徑應(yīng)合適。對(duì)于筒形件的圓角半徑，底部與壁部的圓角半徑應(yīng)滿足rd≥t（rd相當(dāng)于凸模半徑)；凸緣與壁部的圓角半徑應(yīng)滿足R≥2t，否則應(yīng)增加整形工序，對(duì)于盒形件角部分的圓角半徑，應(yīng)滿足r≥3t。（4）拉深件的尺寸標(biāo)注應(yīng)合理。直徑尺寸應(yīng)明確標(biāo)注必須保證的是內(nèi)形尺寸還是外形尺寸，不能同時(shí)標(biāo)注。高度方向的尺寸標(biāo)注一般以底部為基準(zhǔn)；若以口部為基準(zhǔn)，則尺寸難以保證，3．對(duì)拉深件尺寸精度的要求拉深件的制造精度包括直徑方向的精度和高度方向的精度。在一般情況下，拉深件的精度不應(yīng)該超過表5-1～表5-3中所列出來的數(shù)值。材料厚度拉深件直徑的基本尺寸d材料厚度拉深件直徑的基本尺寸d附圖≤50＞50～100＞100～300≤50＞50～100＞100～3000.5±0.12——2.0±0.40±0.50±0.700.6±0.15±0.20—2.5±0.45±0.60±0.800.8±0.20±0.25±0.303.0±0.50±0.70±0.901.0±0.25±0.30±0.404.0±0.60±0.80±1.001.2±0.30±0.35±0.505.0±0.70±0.90±1.101.5±0.35±0.40±0.606.0±0.80±1.00±1.20注：拉深件外形要求取正偏差，內(nèi)形要求取負(fù)偏差。表5-1拉深件直徑的極限偏差材料厚度拉深件高度的基本尺寸H附圖≤18＞18～30＞30～50＞50～80＞80～120≤1±0.5±0.6±0.7±0.9±1.1＞1～2±0.6±0.7±0.8±1.0±1.3＞2～3±0.7±0.8±0.9±1.1±1.5＞3～4±0.8±0.9±1.0±1.2±1.8＞4～5——±1.2±1.5±2.0＞5～6———±1.8±2.2注：本表為不切邊情況所達(dá)到的數(shù)值。表5-1拉深件直徑的極限偏差材料厚度拉深件高度的基本尺寸H附圖≤18＞18～30＞30～50＞50～80＞80～120≤1±0.3±0.4±0.5±0.6±0.7＞1～2±0.4±0.5±0.6±0.7±0.8＞2～3±0.5±0.6±0.7±0.8±0.9＞3～4±0.6±0.7±0.8±0.9±1.0＞4～5——±0.9±1.0±1.1＞5～6———±1.1±1.2注：本表為未經(jīng)整形所達(dá)到的數(shù)值。表5-3帶凸緣拉深件高度的極限偏差5.2圓筒形拉深件的工藝計(jì)算模具設(shè)計(jì)與制造在拉深過程中，由于板料各向異性，凸、凹模之間間隙不均勻，板料厚度的波動(dòng)，摩擦阻力的差異以及坯料定位誤差等因素的影響，使拉深件口部或凸緣周邊不整齊。為此，必須增加制件的高度或凸緣的直徑，待拉深后通過切邊除去，該增加的部分即為修邊余量。5.2.1修邊余量的確定因此，毛坯尺寸的計(jì)算必須將加上修邊余量后的制件尺寸作為計(jì)算的依據(jù)工件高度h工件的相對(duì)高度h/d附圖＞0.5～0.8＞0.8～1.6＞1.6～2.5＞2.5～4≤101.01.21.52＞10～201.21.622.5＞20～5022.53.34＞50～10033.856＞100～150456.58＞150～20056.3810＞200～25067.5911＞25078.51012表5-4無凸緣圓筒形件的修邊余量Δh

（mm）凸緣直徑dP凸緣的相對(duì)直徑dP/d附圖≤1.5＞1.5～2＞2～2.5＞2.5≤251.81.61.41.2＞25～502.52.01.81.6＞50～1003.53.02.52.2＞100～1504.33.63.02.5＞150～2005.04.23.52.7＞200～2505.54.63.82.8＞2506543表5-5帶凸緣圓筒形件的修邊余量Δd

（mm）5.2.2毛坯尺寸的計(jì)算由于拉深后工件的平均厚度與毛坯厚度差別不大，厚度的變化可以忽略不計(jì)，因此，毛坯尺寸可以按照拉深前毛坯面積與拉深后工件面積相等的原則來計(jì)算。（1）劃分幾何體為便于計(jì)算，首先將拉深件劃分為圓筒、1/4凹球帶、筒底等簡單的幾何體。常用的簡單幾何形狀的表面積計(jì)算公式可查表5-6或設(shè)計(jì)手冊(cè)。（2）計(jì)算各簡單幾何體的表面積圓筒面積

A1＝πd(H-r)1/4凹球帶面積A2＝π[2πr(d-2r)＋8r2]/4筒底面積A3＝π(d-2r

)2/4（3）計(jì)算工件總面積以上三部分面積之和等于工件的總面積，即工件總面積A=A1＋A2＋A3（4）計(jì)算毛坯尺寸設(shè)毛坯直徑為D，毛坯面積A′=πD2/4根據(jù)面積相等原則，A′=A，即πD2/4=πd(H-r)＋π[2πr(d-2r)＋8r2]/4＋π(d-2r

)2/4因此，毛坯直徑為5.2.3拉深系數(shù)和拉深次數(shù)的計(jì)算1．拉深系數(shù)拉深系數(shù)是指拉深后工件直徑與拉深前毛坯(或工件)直徑的比值，用m表示，如圖5-12所示，該圖說明了直徑為D的毛坯經(jīng)過多次拉深制成直徑為dn、高度為hn的圓筒形工件的過程，其各次拉深系數(shù)分別為：工件直徑dn與拉深前毛坯直徑D的比值稱為拉深件的總拉深系數(shù)，總拉深系數(shù)等于各次拉深系數(shù)的乘積，即拉深系數(shù)反映了拉深變形程度的大小，拉深系數(shù)越小，說明拉深變形程度越大，相反則越小。拉深系數(shù)是拉深工藝計(jì)算的重要基礎(chǔ)，根據(jù)拉深系數(shù)可以確定工件的拉深次數(shù)以及各次拉深時(shí)的半成品的工序尺寸。拉深系數(shù)毛坯相對(duì)厚度（t/d）×1002～1.5＜1.5～1.0＜1.0～0.6＜0.6～0.3＜0.3～0.15＜0.15～0.08m10.48～0.500.50～0.530.53～0.550.55～0.580.58～0.600.60～0.63m20.73～0.750.75～0.760.76～0.780.78～0.790.79～0.800.80～0.82m30.76～0.780.78～0.790.79～0.800.80～0.810.81～0.820.82～0.84m40.78～0.800.80～0.810.81～0.820.82～0.830.83～0.850.85～0.86m50.80～0.820.82～0.840.84～0.850.85～0.860.86～0.870.87～0.88注：1.凹模圓角半徑大時(shí)（rd＝（8～15）t），拉深系數(shù)取小值，凹模圓角半徑小時(shí)（rd＝（4～8）t），拉深系數(shù)取大值；

2.表中拉深系數(shù)適用于08、10S、15S鋼與軟黃酮H62、H68。當(dāng)拉深塑性更大的金屬時(shí)（05、08Z及10Z鋼、鋁等），應(yīng)比表中數(shù)值減少（1.5～2）％，而當(dāng)拉深塑性較小的金屬時(shí)（20、25、A2、A3、酸洗鋼、硬鋁、硬黃銅等），應(yīng)比表中數(shù)值增大（1.5～2）％（符號(hào)S為深拉深鋼，Z為最深拉深鋼）。表5-7無凸緣圓筒形件采用壓邊圈時(shí)的拉深系數(shù)毛坯相對(duì)厚度（t/d）×100各次拉深系數(shù)m1m2m3m4m5m60.40.900.92————0.60.850.90————0.80.800.88————1.00.750.850.90———1.50.650.800.840.870.90—2.00.600.750.800.840.870.902.50.550.750.800.840.870.903.00.530.750.800.840.870.90＞30.500.700.750.780.820.85注：此表適用于08、10、15Mn等材料。表5-8無凸緣圓筒形件不采用壓邊圈時(shí)的拉深系數(shù)從工藝的角度來看，拉深系數(shù)越小越有利于減少工序數(shù)。但是，如果拉深系數(shù)取得過小，會(huì)使拉深件起皺、斷裂或嚴(yán)重變薄超差。我們把材料能夠拉深成形而又不被拉裂的最小拉深系數(shù)稱為極限拉深系數(shù)。通常情況下，使用壓邊圈時(shí)第一次拉深系數(shù)在0.48～0.63之間，以后各次拉深時(shí)的拉深系數(shù)一般在0.73～0.88之間，并且以后各次拉深系數(shù)均大于前一次的值，不使用壓邊圈的拉深系數(shù)要大于使用壓邊圈的拉深系數(shù)。2．拉深次數(shù)確定拉深次數(shù)首先應(yīng)判斷能否一次拉深完成。當(dāng)拉深件的總拉深系數(shù)大于第一次拉深系數(shù)，即當(dāng)m總>m1時(shí)，零件只需要一次就可以拉深成形，否則需要進(jìn)行多次拉深，具體拉深次數(shù)可通過查表法、推算法或計(jì)算法等方法確定。（1）查表法拉深次數(shù)可根據(jù)拉深件的相對(duì)高度h／d和毛坯的相對(duì)厚度（t／D）×100，由表5-9查出拉深次數(shù)。拉深次數(shù)毛坯相對(duì)厚度（t/d）×1002～1.5＜1.5～1.0＜1.0～0.6＜0.6～0.3＜0.3～0.15＜0.15～0.0810.94～0.770.84～0.650.71～0.570.62～0.50.52～0.450.46～0.3821.88～1.541.60～1.321.36～1.11.13～0.940.96～0.830.9～0.733.5～2.72.8～3.22.3～1.81.9～1.51.6～1.31.3～1.145.6～4.34.3～3.53.6～2.92.9～2.42.4～2.02.0～1.558.9～6.66.6～5.15.2～4.14.1～3.33.3～2.72.7～2.0注：1.大的h／d值適用于第一道工序的大凹模圓角半徑rd=（8～15）t），小的h／d值適用于第一道工序的小凹模圓角半徑rd=（4～8）t）；

2.表中拉深次數(shù)適用于08及10號(hào)鋼的拉深件。表5-9無凸緣圓筒形件的相對(duì)高度與拉深次數(shù)的關(guān)系（2）推算法

圓筒形件的拉深次數(shù)也可以根據(jù)毛坯相對(duì)厚度（t／D）×100值從表5-7、表5-8中查出m1，m2，m3，…，mn，從第一道工序開始依次求出半成品直徑，即d1=m1Dd2=m2d1=m1m2Dd3=m3d2=m1m2m3D……dn=mndn-1=m1m2m3…mnD式中：d1、d2、…、dn—各次半成品直徑（mm）；m1、m2、…、mn—各次拉深系數(shù)；D—毛坯直徑（mm）。一直計(jì)算到得出的直徑值dn≤d（工件直徑）為止，此時(shí)的n即為拉深次數(shù)。使用該方法不僅可以求出拉深次數(shù)，還可知道中間工序的相關(guān)尺寸。3．圓筒形件各次拉深的半成品工序尺寸

圓筒形件各次拉深的半成品工序尺寸主要包括各次拉深得到的半成品直徑、圓角半徑和高度，如圖5-13所示。（1）半成品直徑由于根據(jù)表查出的拉深系數(shù)往往要小于實(shí)際拉深系數(shù)，因此拉深次數(shù)確定以后，由表查得各次拉深的拉深系數(shù)，應(yīng)適當(dāng)放大，保證最后一次拉深直徑dn=d（零件直徑）。按照調(diào)整以后的拉深系數(shù)計(jì)算各次拉深的半成品直徑：d1=m1Dd2=m2d1……dn=mndn-1調(diào)整拉深系數(shù)時(shí)，后一次拉深系數(shù)要大于前一次拉深系數(shù)，即m1＜m2＜m3＜…＜mn，且都大于相應(yīng)各次的極限拉深系數(shù)。（2）半成品圓角半徑除了最后一次拉深時(shí)底部圓角半徑等于工件底部的圓角半徑外，中間各次半成品的圓角半徑等于相應(yīng)的拉深凸模圓角半徑。（3）半成品高度各工序半成品的直徑和圓角半徑確定以后，可以根據(jù)公式5.3計(jì)算出各工序拉深高度。式中：hn—第n次拉深后工件的高度（mm）；D—毛坯直徑（mm）；dn—第n次拉深后工件的直徑（mm）；rn—第n次拉深時(shí)半成品底部的圓角半徑（mm）。5.2.4拉深工藝力的計(jì)算拉深工藝力包括拉深力和壓邊力，是壓力機(jī)噸位選擇的重要依據(jù)。1．壓邊力為了防止拉深過程中毛坯邊緣或凸緣部分起皺，可以使用壓邊圈。材料是否起皺主要取決于毛坯的相對(duì)厚度（t/D）×100，或以后各次拉深半成品的相對(duì)厚度（t／dn-1）×100。拉深方式第一次以后各次（t/D）×100m1（t／dn-1）×100mn采用壓邊圈＜1.5＜0.6＜1＜0.8可用可不用1.5～20.61～1.50.8不用壓邊圈＞2＞0.6＞1.5＞0.8表5-10采用或不采用壓邊圈的條件在拉深過程中壓邊力起防止起皺的作用，如果壓邊力過小，就不能起到壓邊防皺的作用，然而壓邊力過大，則會(huì)增加危險(xiǎn)斷面處的拉應(yīng)力，使工件容易拉裂。在保證毛坯的凸緣變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選用較小的壓邊力。拉深時(shí)壓邊力的大小可采用以下公式計(jì)算：式中：F壓——壓邊力（N）；A——壓邊圈內(nèi)毛坯的投影面積（mm2）；q——單位壓邊力（MPa），見表5-11；D——平板毛坯直徑（mm）；d1、d2、…、dn——各次拉深工序直徑（mm）；rd1、rd2、…、rdn——各次拉深凹模的圓角半徑（mm）。2．拉深力在實(shí)際生產(chǎn)中常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算拉深力，對(duì)于圓筒形拉深件，采用壓邊裝置時(shí)拉深力可用下式計(jì)算：第一次拉深F拉1=πd1tσbk1

以后各次拉深F拉n=πdntσbk2

式中：F拉1

、F拉n——各次拉深力（N）；d1、dn——各次拉深后工件直徑（mm）；t——板料厚度（mm）；σb——材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）k1、k2——修正系數(shù)，見表5-12；3．壓力機(jī)公稱壓力的確定對(duì)于單動(dòng)壓力機(jī)來說，拉深力和壓邊力是同時(shí)產(chǎn)生的，因此壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于拉深力和壓邊力之和，即F公＞F拉＋F壓選用雙動(dòng)壓力機(jī)時(shí)，壓力機(jī)內(nèi)滑塊（拉深滑塊）的公稱壓力應(yīng)大于拉深力；壓力機(jī)外滑塊（壓邊滑塊）的公稱壓力應(yīng)大于壓邊力。壓力機(jī)的公稱壓力是指滑塊下降到接近下止點(diǎn)位置時(shí)的壓力，但是拉深力是隨拉深行程變化的。因此當(dāng)拉深行程較大，特別是采用落料拉深復(fù)合模時(shí)，不能簡單地將落料力與拉深力簡單疊加去選擇壓力機(jī)噸位，而是要根據(jù)壓力機(jī)壓力曲線與沖壓變形力曲線之間的關(guān)系來選擇淺拉深時(shí)F∑≤(0.7～0.8)F公

深拉深時(shí)F∑≤(0.5～0.6)F公

式中：F∑——拉深力和壓邊力的總和，在落料拉深復(fù)合沖壓時(shí)，還包括沖裁力（N）；F公——壓力機(jī)的公稱壓力（N）。4．拉深功與功率計(jì)算拉深力并不是常數(shù)，而是隨凸模的工作行程改變的，由于拉深工作行程長，消耗功率較多，因此對(duì)于拉深變形還需要校驗(yàn)壓力機(jī)的電機(jī)功率，如果所選壓力機(jī)的電機(jī)功率小于計(jì)算值，則應(yīng)另選功率較大的壓力機(jī)。拉深功按下式計(jì)算：第一次拉深W1＝λ1F1maxh1×10-3

以后各次拉深Wn＝λ2Fnmaxhn×10-3

式中：W1、Wn——第一次和以后各次拉深（N·m）λ1、λ2——平均變形力與最大變形力的比值，見表5-14；F1max、Fnmax——第一次和以后各次最大拉深力（N）；h1、h2——第一次和以后各次拉深深度（mm）。拉深所需壓力機(jī)的電機(jī)功率可按下式計(jì)算：式中：W——拉深功（N·m）；ξ——不均衡系數(shù)，ξ=1.2～1.4；n——壓力機(jī)每分鐘行程次數(shù)；η1——壓力機(jī)效率，η1=0.6～0.8；η2——電動(dòng)機(jī)效率，η1=0.9～0.95。5.3拉深模典型結(jié)構(gòu)模具設(shè)計(jì)與制造拉深模按工藝順序可以分為首次拉深模和以后各次拉深模；按工序組合可以分為單工序拉深模、復(fù)合拉深模和級(jí)進(jìn)拉深模；按模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為帶壓邊裝置和不帶壓邊裝置的拉深模；按使用的沖壓設(shè)備又可以分為單動(dòng)壓力機(jī)、雙動(dòng)壓力機(jī)和三動(dòng)壓力機(jī)用拉深模。拉深模設(shè)計(jì)具有拉深工藝計(jì)算復(fù)雜、模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的特點(diǎn)，根據(jù)工作情況以及使用壓力機(jī)的不同，拉深模的結(jié)構(gòu)也不同，下面將介紹幾副典型結(jié)構(gòu)的拉深模。1．無壓邊裝置的首次拉深模5.3.1首次拉深模結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于拉深材料塑性好、相對(duì)厚度較大以及拉深高度較小的零件。2．帶壓邊裝置的首次拉深模3．落料拉深復(fù)合模由凸凹模16和落料凹模4完成落料，由凸凹模和拉深凸模18完成拉深。拉深凸模的高度應(yīng)比落料凹模低，以保證模具工作時(shí)先落料再拉深。該類模具生產(chǎn)效率高，操作簡便，同時(shí)由于工件坯料落下后可在模具中準(zhǔn)確定位，工件質(zhì)量容易保證5.3.2以后各次拉深模1．無壓邊裝置的以后各次拉深模2．帶壓邊裝置的以后各次拉深模5.4拉深模主要工作零件設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)與制造5.4.1拉深凸模和凹模的結(jié)構(gòu)1．無壓邊裝置的凸模和凹模結(jié)構(gòu)

2．帶壓邊裝置的凸模和凹模結(jié)構(gòu)1．拉深凹模的圓角半徑拉深時(shí)，材料在經(jīng)過凹模圓角時(shí)不僅因發(fā)生彎曲變形需要克服彎曲阻力，還要克服因相對(duì)流動(dòng)引起的摩擦阻力，所以凹模圓角半徑的大小，對(duì)拉深過程有很大的影響。圓筒形拉深件首次拉深時(shí)凹模圓角半徑：5.4.2拉深凸模和凹模的圓角半徑拉深方式毛坯相對(duì)厚度（t／D）×100≤2～1.0＜1～0.3＜0.3～0.1無凸緣（4～6）t（6～8）t（8～12）t有凸緣（6～12）t（10～15）t（15～20）t注：有色金屬取小值，鋼件取大值。以后各次拉深時(shí)，凹模的圓角半徑應(yīng)逐漸減小，可按下式確定：Rdn

＝(0.6～0.8)Rdn-1根據(jù)工藝要求，凹模圓角半徑不應(yīng)小于材料厚度的兩倍。如果零件凸緣處圓角半徑太小，則應(yīng)該在最后一次拉深以后增加一道整形工序，使之達(dá)到零件的技術(shù)要求。

毛坯展開圖2．拉深凸模的圓角半徑凸模圓角半徑太小，在拉深變形的過程當(dāng)中，危險(xiǎn)斷面所受拉力增大，容易產(chǎn)生局部變薄或拉裂。在多工序拉深時(shí)，后續(xù)工序壓邊圈的圓角半徑等于前道工序的凸模圓角半徑，當(dāng)凸模圓角半徑過小時(shí)，后續(xù)拉深工序中毛坯跟壓邊圈的滑動(dòng)阻力也會(huì)增加，對(duì)拉深不利。但凸模圓角半徑太大，則會(huì)使凸模圓角處在拉深初始階段不與模具接觸的毛坯寬度增加，容易產(chǎn)生底部變薄和內(nèi)皺。首次拉深時(shí)，選用凸模圓角半徑Rp等于或略小于凹模圓角半徑Rd，可按下式確定：Rp＝(0.7～1.0)Rd中間各次拉深時(shí)，可取各次拉深中直徑減少量的一半，即式中Rpn-1——本次拉深凸模圓角半徑（mm）；dn-1——本次拉深毛坯直徑（mm）；

dn——下次拉深毛坯直徑（mm）。

最后一次拉深時(shí)，凸模圓角半徑應(yīng)等于零件的內(nèi)圓角半徑，但必須滿足Rp≥(2～3)t，否則要增加整形工序。

3．凸模和凹模的間隙拉深模間隙是指單邊間隙，其值等于凹模尺寸與凸模尺寸差值的一半，即Z＝(Dd－Dp)／2。間隙過小會(huì)增加摩擦力，使得拉深件容易破裂，并且容易擦傷表面以及降低模具壽命；間隙過大，又容易使拉深件起皺，且影響工件的精度。（1）不用壓邊圈時(shí)，考慮到起皺的可能性，其間隙取值為Z＝(1～1.1)tmax式中Z——單邊間隙值（mm），末次拉深時(shí)或精密拉深件取小值，中間拉深取大值；

tmax——材料厚度的上偏差（mm）。（2）使用壓邊圈時(shí)，間隙值按表5-14選取。（3）對(duì)于精度要求較高的拉深件，為了減小拉深后的回彈，降低零件表面的粗糙度，常采用負(fù)間隙拉深，其間隙取值為Z＝(0.9～0.95)t

總拉深次數(shù)拉深工序單邊間隙Z總拉深次數(shù)拉深工序單邊間隙Z1一次拉深（1～1.1）t4第一、二次拉深1.2t2第一次拉深1.1t第三次拉深1.1t第二次拉深（1～1.05）t第四次拉深（1～1.05）t3第一次拉深1.2t5第一、二、三次拉深1.2t第二次拉深1.1t第四次拉深1.1t第三次拉深（1～1.05）t第五次拉深（1～1.05）t注：1．t—材料厚度，取材料厚度允許偏差的中間值；

2．拉深精密零件時(shí)，最末一次拉深間隙取Z=t。4．凸模和凹模工作部分尺寸及公差（1）凸模和凹模工作部分尺寸計(jì)算

除最后一道工序拉深模凸、凹模工作部分尺寸及公差應(yīng)根據(jù)工件的要求來確定以外，首次及中間工序沒有必要嚴(yán)格要求，此時(shí)模具尺寸可以直接取工序尺寸。確定凸、凹模工作部分尺寸時(shí)，還應(yīng)考慮模具的磨損和拉深件的彈復(fù)。在最后一道工序計(jì)算凸、凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)按拉深件尺寸標(biāo)注的方式不同進(jìn)行計(jì)算。如圖5-24(a)所示，工件要求外形尺寸時(shí)，以凹模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，凸、凹模尺寸為Dd＝(D－0.75Δ)0＋δdDp＝(D－0.75－2Z)

0－δp如圖5-24(b)所示，工件要求內(nèi)形尺寸時(shí)，以凸模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，凸、凹模尺寸為dp＝(d＋0.4Δ)

0－δpdd＝(d＋0.4Δ＋2Z)0＋δd

對(duì)于多次拉深，中間工序凸、凹模尺寸等于毛坯的工序尺寸，若以凹模尺寸為基準(zhǔn)，則凸、凹模尺寸為Dd＝D0＋δdDp＝(D－2Z)

0－δp式中Dd、dd——凹模的基本尺寸（mm）；Dp、dp——凸模的基本尺寸（mm）；D——拉深件外形的基本尺寸（mm）；d——拉深件內(nèi)形的基本尺寸（mm）；Δ——工件尺寸公差（mm）；δd、δp——凹模和凸模的制造公差（mm），見表5-15；Z——凸、凹模單邊間隙（mm）。（2）凸、凹模制造公差圓筒形件拉深模凸、凹模制造公差根據(jù)工件的材料厚度與工件直徑來選定，見表材料厚度工件直徑的基本尺寸≤10＞10～50＞50～200＞200～500δdδpδdδpδdδpδdδp0.250.0150.0100.020.0100.030.0150.030.0150.350.0200.0100.030.0200.040.0200.040.0250.500.0300.0150.040.0300.050.0300.050.0350.800.0400.0250.060.0350.060.0400.060.0401.000.0450.0300.070.0400.080.0500.080.0601.200.0550.0400.080.0500.090.0600.100.0701.500.0650.0500.090.0600.100.0700.120.0802.000.0800.0550.110.0700.120.0800.140.0902.500.0950.0600.130.0850.150.1000.170.1203.50一一0.150.1000.180.1200.200.140注：1．表中數(shù)據(jù)適用于未精壓的薄鋼板；2．如用精壓鋼板則凸、凹模的制造公差取表中數(shù)據(jù)的20％～25％；3．如用有色金屬則凸、凹模的制造公差取表中數(shù)據(jù)的50％。表5-15圓筒形件拉深模凸模和凹模制造公差mm3．拉深凸模排氣孔尺寸為防止工件與凸模之間形成真空，造成卸料困難，通常在凸模上開有排氣孔，如圖所示。凸模排氣孔直徑的大小可按表5-16選取。凸模直徑≤50＞50～100＞100～200＞200排氣孔直徑56.589.5拉深凸模排氣孔直徑mm5.5拉深模設(shè)計(jì)實(shí)例模具設(shè)計(jì)與制造無凸緣圓筒形拉深件，材料為08F鋼，厚度為1mm，小批量生產(chǎn)，試完成該零件的模具設(shè)計(jì)。1．工藝性分析該零件為一無凸緣圓筒形拉深件，要求內(nèi)形尺寸，厚度為1mm，厚度變化無特殊要求；零件形狀簡單、對(duì)稱，底部圓角半徑為3mm，滿足拉深工藝對(duì)形狀和尺寸的要求，適合拉深成形；零件材料為08F鋼，塑性較好，易于拉深成形；零件所有尺寸均未標(biāo)注公差，均可按IT14級(jí)公差處理，因此，該零件的沖壓工藝性良好。2．工藝方案確定計(jì)算過程中，所有尺寸均按中線尺寸代入，即d=73mm，h=,96.5mm，r=3.5mm。（1）計(jì)算修邊余量工件的相對(duì)高度為h/d=96.5/73=1.32，查表5-4得Δh=3.8mm。因此H=h+Δh=96.5+3.8=100.3mm。（2）毛坯直徑（3）確定是否需要壓邊圈毛坯相對(duì)厚度（t/D）×100=（1/184.9）=0.541，查表5-11可知需要采用壓邊圈。（4）拉深次數(shù)確定零件的總拉深系數(shù)為：m總=d/D=73/184.9=0.395；根據(jù)毛坯相對(duì)厚度0.541，查表5-7得m1=0.55～0.58。由于m總＜

m1，因此不能一次完成拉深。由毛坯相對(duì)厚度為0.541，工件的相對(duì)高對(duì)為1.32，查表5-9得拉深次數(shù)n=3。（5）確定工藝方案該零件需要一次落料、三次拉深和一次切邊等五個(gè)工序才能完成，因此生產(chǎn)零件的模具工藝方案可以有以下幾種：方案一：單工序模，即落料?！钅！钅！钅！羞吥＃环桨付菏状温淞侠顝?fù)合模，以后單工序模，即首次落料拉深復(fù)合?！钅！钅！羞吥?；方案三：級(jí)進(jìn)拉深模。方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但是首次拉深時(shí)毛坯定位比較困難，加工工序較多，操作不便，適用于小批量生產(chǎn)；方案二首次拉深時(shí)毛坯定位準(zhǔn)確，但以后各次工序依然較多；方案三采用級(jí)進(jìn)拉深，生產(chǎn)效率高，操作簡便，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，適合大批量生產(chǎn)。綜上所述，考慮到產(chǎn)品生產(chǎn)批量較小，因此從上述方案中優(yōu)選方案二。3．工藝計(jì)算（1）半成品直徑查表5-7，首先按極限拉深系數(shù)最小值取值，取m1=0.55，m2=0.78，m3=0.80，則各次半成品直徑為：d1=m1×D=0.55×184.9=101.7mmd2=m2×d1=0.78×101.7=79.3mmd3=m3×d2=0.80×79.3=63.4mm因?yàn)閐3＜73mm，所以三次拉深可以完成零件拉深成形，但要對(duì)各次拉深系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，適當(dāng)增大拉深系數(shù)值，以保證最終滿足零件尺寸要求。參考表5-7，取m1=0.59，m2=0.80，m3=0.84，則各次半成品直徑調(diào)整為d1=m1×D=0.59×184.9=109.1mmd2=m2×d1=0.80×109.1=87.3mmd3=m3×