塑性成形工艺拉深工艺与模具设计学习教案

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1、塑性塑性(sxng)成形工艺拉深工艺与模具设成形工艺拉深工艺与模具设计计第一页，共84页。 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心工件，或将已制成的开口空心件加工成其它形状的空心件的一种冲压加工方法。拉深也叫拉延。 用拉深工艺可以制得筒形、阶梯型、球形、锥形、抛物线型等旋转体零件，也可制成盒形等非旋转体零件，若将拉深与其它成形工艺（如胀形、翻边等），则可加工出形状非常复杂的零件，如汽车车门等。因此，拉深的应用非常广泛，是冷冲压的基本(jbn)工序之一。第1页/共84页第二页，共84页。拉深变形(bin xng)过程一第2页/共84页第三页，共84页。第3页/共84页第四页，共

2、84页。变形(bin xng)过程 处于凸模底下的材料在拉深过程中变化很小，变形主要集中在处于平面上的（Dd）部分，该处金属在切向压应力和径向拉应力的共同作用(zuyng)下，沿切向被压缩，且愈到口部压缩的愈多；径向伸长，且愈到口部伸长的愈多。该部分是拉深的主要变形区。第4页/共84页第五页，共84页。变形(bin xng)特点二、拉深过程中变形毛坯(mop)各部分的应力和应变状态1.变形区凸缘(t yun)部分2.过渡区圆角部分3.传力区筒壁部分4.小变形区圆筒底部第5页/共84页第六页，共84页。三、拉深过程的力学(l xu)分析（一）凸缘变形(bin xng)区的应力分析 1.拉深中某时

3、刻凸缘变形(bin xng)区的应力分布第6页/共84页第七页，共84页。第7页/共84页第八页，共84页。2.拉深过程(guchng)中和的变化规律 了解它们的变化规律，对防止拉深时起皱和破裂(pli)很有必要。第8页/共84页第九页，共84页。（二）筒壁传力区的受力分析(fnx)第9页/共84页第十页，共84页。四、拉深成形缺陷(quxin)及防止措施（一）起皱影响因素凸缘部分材料的相对厚度切向压应力(yngl)的大小材料的力学性能凹模工作部分的几何形状第10页/共84页第十一页，共84页。平端面凹模拉深时，毛坯首次(shu c)拉深不起皱的条件：锥面凹模拉深时，毛坯(mop)首次拉深不起

4、皱的条件：第11页/共84页第十二页，共84页。拉深起皱的规律(gul)： 由最大切向压应力和凸缘的相对厚度的变化(binhu)有关，其变化(binhu)规律与最大拉应力的变化(binhu)规律相似。第12页/共84页第十三页，共84页。（二）拉裂第13页/共84页第十四页，共84页。（二）拉裂防止(fngzh)拉裂的措施：1.根据板材成形性能，采用(ciyng)适当的拉深比和压边力；2.增加凸模表面粗糙度；3.改善凸缘部分的润滑条件；4.合理设计模具工作部分形状；5.选用拉深性能好的材料。第14页/共84页第十五页，共84页。（三）硬化(ynghu)1.拉深时，材料(cilio)的硬化规律；

5、2.材料(cilio)硬化对多次拉深的影响；3.消除硬化的措施；第15页/共84页第十六页，共84页。一、拉深件毛坯尺寸(ch cun)的确定1.体积不变原理(yunl)；2.相似原理(yunl)。毛坯修边余量的确定第16页/共84页第十七页，共84页。二、拉深系数及其影响(yngxing)因素拉深系数(xsh)的概念和意义（一）第17页/共84页第十八页，共84页。第18页/共84页第十九页，共84页。（二）影响极限(jxin)拉深系数的因素1.材料方面的影响：屈强比、伸长率、厚向异性系数、硬化指数、材料的相对(xingdu)厚度和材料表面的状况；2.模具方面：模具间隙、圆角半径、模具表面光

6、洁度和凹模形状。3.拉深条件第19页/共84页第二十页，共84页。第20页/共84页第二十一页，共84页。（三）拉深系数(xsh)的值理想(lxing)拉深系数的值实际(shj)拉深系数的值60. 046. 01m86. 070. 0nm（四）拉深次数的确定第21页/共84页第二十二页，共84页。三、半成品尺寸(ch cun)的确定第22页/共84页第二十三页，共84页。四、以后(yhu)各次拉深的特点1.首次拉深时，材料的力学性能均匀；2.首次拉深时，凸缘变形(bin xng)区是逐渐减小的，而以后各次拉深时，其变形(bin xng)区保持不变，直到拉深终了之前；3.拉深力的不同；4.发生拉

7、深破裂的时刻不同；5.变形(bin xng)区的稳定性不同；6.以后各次拉深时，材料的状态和变形(bin xng)状态不同；第23页/共84页第二十四页，共84页。第24页/共84页第二十五页，共84页。五、有凸缘圆筒件的拉深方法(fngf)及工艺计算窄凸缘(t yun)：df / d = 1.11.4宽凸缘(t yun)： df / d 1.4（一）宽凸缘(t yun)件的拉深特点第25页/共84页第二十六页，共84页。第26页/共84页第二十七页，共84页。第27页/共84页第二十八页，共84页。drdhdDf44. 342drdhddDdmf/44. 3/412第28页/共84页第二十九

8、页，共84页。决定宽凸缘件的拉深系数的 因素：相对凸缘直径df / d ;相对拉深高度(god)h / d ;相对圆角半径r / d ;其中， df / d的影响最大，而r / d的影响最小。第29页/共84页第三十页，共84页。宽凸缘件的拉深特点：宽凸缘件的拉深变形程度不能单纯用拉深系数来表示；宽凸缘件的首次(shu c)极限拉深系数比圆筒件要小；宽凸缘件的首次(shu c)极限拉深系数与零件的相对凸缘直径df / d 有关， df / d越大，则极限拉深系数越小；宽凸缘件的首次(shu c)极限拉深系数还应考虑毛坯的相对厚度。第30页/共84页第三十一页，共84页。（二）宽凸缘(t yun

9、)筒形零件的工艺计算1. 毛坯的计算；2. 判别(pnbi)工件是否一次拉成：3. m m1，h / d = h1 / d14. 3.拉深次数的确定；5. 4.半成品尺寸的确定：dn，rn，hn第31页/共84页第三十二页，共84页。（三）宽凸缘零件(ln jin)的拉深方法第32页/共84页第三十三页，共84页。1 中型件df 200mm；3 凸缘(t yun)过大而圆角半径过小，首先以适当的圆角半径成形后按图样尺寸整形；4 凸缘(t yun)过大，利用胀形的方法成形。第33页/共84页第三十四页，共84页。六 阶梯(jit)圆筒形件的拉深（一）拉深次数(csh)第34页/共84页第三十五页

10、，共84页。（二） 拉深方法的确定若任意两个相邻阶梯的直径之比dn / dn-1 都大于或等于相应的圆筒形件的极限拉深系数(xsh)，则先从大阶梯拉起，每次拉深一个阶梯，逐一拉深到最小的阶梯，阶梯数也就是拉深次数。若某相邻两阶梯直径dn / dn-1之比小于相应的圆筒形件的极限拉深系数(xsh)，则按带凸缘圆筒形件的拉深进行，先拉小直径dn，再拉大直径dn-1 ，即由小阶梯拉深到大阶梯。第35页/共84页第三十六页，共84页。（二）拉深方法(fngf)的确定第36页/共84页第三十七页，共84页。（二） 拉深方法的确定3.若最小阶梯直径dn过小，即dn / dn-1过小， hn又不大时，最小阶

11、梯可用胀形法得到。4.若阶梯形件较浅，且每个阶梯的高度又不大，但相邻阶梯直径相差又较大(jio d)而又不能一次拉出时，可先拉成球面形状或带有大圆角的筒形，最后通过整形得到所需零件。第37页/共84页第三十八页，共84页。第38页/共84页第三十九页，共84页。一、盒形件的拉深变形(bin xng)特点直边部位(bwi)的变形圆角部位(bwi)的变形第39页/共84页第四十页，共84页。盒形件变形的特点：1)盒形件拉深的变形性质与圆筒件一样，也是径向伸长，切向缩短。沿径向愈往口部伸长的愈多，沿切向圆角部分(b fen)变形大，直边部分(b fen)变形小，圆角部分(b fen)的材料向直边流动

12、。即盒形件的变形是不均匀的。2)变形的不均匀导致应力分布不均匀。在圆角部的中点 最大，向两边逐渐减小，到直边的中点 最小。故盒形件拉深时要产生破坏，首先就发生在圆角处。又因圆角部材料在拉深时容许向直边流动所以盒形件与相应的圆筒件比较，危险断面处受力小，拉深时可采用小的拉深系数，也不容易起皱。第40页/共84页第四十一页，共84页。第41页/共84页第四十二页，共84页。3) 盒形件拉深时，由于直边部分和圆角部分实际上是联系在一起的整体，因此两部分的变形相互影响。影响的结果是：直边部分除了产生弯曲变形外，还产生了径向伸长，切向压缩的拉深变形。影响的程度，随盒形件形状不同而不同，也就是说随相对圆角

13、半径rB和相对高度(xingdu god)H B的不同而不同。rB愈小，圆角部分的材料向直边部分流的愈多，直边部分对圆角部分的影响愈大，使得圆角部分的变形与相应的圆筒件的差别就大。当rB=0.5时，件成为圆筒件，盒形件的变形就与圆筒件一样了。第42页/共84页第四十三页，共84页。 当相对高度肜B大时，圆角部分对直边部分的影响就大，直边部分的变形与简单弯曲的差别就大。因此盒形件毛坯的形状和尺寸(ch cun)必然与rB和HB的值有关。不同的rB和HB ，盒形件毛坯计算方法和工序计算方法也就不同。第43页/共84页第四十四页，共84页。（一）低盒形件（H=0.3B）毛坯(mop)的计算二、盒形件

14、毛坯的形状(xngzhun)与尺寸的确定第44页/共84页第四十五页，共84页。第45页/共84页第四十六页，共84页。（二）高盒形件（H=0.5B）毛坯(mop)的计算第46页/共84页第四十七页，共84页。高盒形件（H=（0.708）B）毛坯(mop)的计算 对高度和圆角半径都比较大的盒形件（H=（0.708）B），拉深时圆角部分有大量材料向直边流动，直边部分拉深变形也大，这时毛坯形状可做成长园形或椭圆形。将尺寸为AB盒形件，看作由两个(lin )宽度为B的半方形盒和中间为A-B的直边部分连接而成，这样，毛坯的形状就是由两个(lin )半圆弧和中间两平行边所组成的长圆形，长园形毛坯的圆弧半

15、径为： Rb=D/2第47页/共84页第四十八页，共84页。第48页/共84页第四十九页，共84页。长圆形毛坯(mop)的长度为： L=2Rb+(A-B)=D+(A-B)长圆形毛坯(mop)的宽度为：若KL，则毛坯(mop)做为圆形，半径为R0.5K第49页/共84页第五十页，共84页。三、盒形件的拉深变形(bin xng)程度当r=rp时，与圆角部相应(xingyng)圆筒体毛坯直径为：第50页/共84页第五十一页，共84页。四、盒形件多工序拉深方法(fngf)及工件尺寸的确定1、高方形盒件多次拉深第51页/共84页第五十二页，共84页。2、高矩形(jxng)盒件多次拉深第52页/共84页第

16、五十三页，共84页。第53页/共84页第五十四页，共84页。一、拉深零件的结构(jigu)工艺分析 工艺性好，是指既能满足产品的使用(shyng)要求，又能够用最简单、最经济和最快的方法生产出来。1、对拉深零件的外形尺寸要求1) 对于圆筒件一次拉成的相对高度：表4112) 对于盒形件：r=(0.050.2)B，H=0.4第54页/共84页第五十五页，共84页。2、对拉深零件(ln jin)的形状要求1）应明确标出是内形尺寸(ch cun)还是外形尺寸(ch cun)；2）尽量避免采用(ciyng)非常复杂的和非对称的拉深件；3）复杂零件的多次拉深时，要考虑中间工序的毛坯定位问题；4）凸缘下面有

17、成形的拉深件的成形。第55页/共84页第五十六页，共84页。3、对拉深件的圆角半径(bnjng)的要求1）圆角半径(bnjng)应满足：rp =t， rd =2t， r =3t，2）尺寸(ch cun)公差应在IT11级以下。第56页/共84页第五十七页，共84页。二、拉深工艺(gngy)力的计算1. 压边装置(zhungzh)及压边力1) 压边力第57页/共84页第五十八页，共84页。第58页/共84页第五十九页，共84页。压边力的大小(dxio)QAp第59页/共84页第六十页，共84页。2）压边装置(zhungzh)（1）弹性(tnxng)压边装置第60页/共84页第六十一页，共84页。

18、宽凸缘(t yun)拉深第61页/共84页第六十二页，共84页。刚性(n xn)压边圈（2）第62页/共84页第六十三页，共84页。2. 拉深力的计算(j sun)首次(shu c)拉深力后续(hux)拉深力第63页/共84页第六十四页，共84页。3. 拉深功的计算(j sun)第64页/共84页第六十五页，共84页。浅拉深时深拉深时首次(shu c)拉深功后续(hux)拉深功电机(dinj)功率第65页/共84页第六十六页，共84页。三、拉深工艺(gngy)的辅助工序1. 润滑(rnhu)2. 退火(tu hu)3. 酸洗第66页/共84页第六十七页，共84页。一、拉深模具的分类及典型(di

19、nxng)结构拉深模首次拉深模、后续拉深模单动 / 双动 / 三动压力机用拉深模单工序拉深模、复合模和级进式拉深模无压边圈装置拉深模、有压边圈装置拉深模第67页/共84页第六十八页，共84页。（一）首次(shu c)拉深模无压边装置弹性压边装置第68页/共84页第六十九页，共84页。落料拉深模第69页/共84页第七十页，共84页。双动压力机上使用(shyng)的拉深模后续拉深模（二）第70页/共84页第七十一页，共84页。二、拉深模工作部分的结构(jigu)和尺寸（一）凹模圆角半径(bnjng)rdrd对拉深工艺的影响(yngxing)拉深力；拉深件的质量；拉深模的寿命。第71页/共84页第七

20、十二页，共84页。（二）凸模圆角半径(bnjng)rp凸模圆角半径(bnjng)rp对拉深工艺的影响第72页/共84页第七十三页，共84页。第73页/共84页第七十四页，共84页。第74页/共84页第七十五页，共84页。第75页/共84页第七十六页，共84页。第76页/共84页第七十七页，共84页。（三）凸模和凹模的间隙(jin x)C间隙(jin x)C 对拉深力、拉深件、模具寿命的影响。采用压边圈cttCmax无用压边圈tC1 . 11第77页/共84页第七十八页，共84页。（四）凸模和凹模的尺寸(ch cun)及公差 工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差决定。因此，首次及中间(

21、zhngjin)各次的模具尺寸公差和拉深半成品尺寸公差都没有必要做严格的限制，取毛坯公称尺寸即可。若以凹模为基准时，则其的尺寸 为：凸模的尺寸(ch cun)为： 凸、凹模的制造公差根据工件公差确定，工件公差为IT13级以上者，模具的制造精度为IT6IT8，工件公差为IT14级以下者，模具的制造精度可按IT10。第78页/共84页第七十九页，共84页。以凹模为准：以凸模为准：末次拉深凹模尺寸(ch cun)第79页/共84页第八十页，共84页。（五）凸模和凹模的结构(jigu)形式 拉深凸模与凹模的结构形式取决于工件的形状、尺寸及拉深方法、拉深次数等工艺要求，不同的结构形式对拉深的变形(bin xng)情况和变形(bin xng)程度的大小及产品的质量均有不同的影响。第80页/共84页第八十一页，共84页。 当毛坯的相对厚度较大，不易起皱，不需要(xyo)用压边圈时，应采用锥形凹模。 当毛坯的相对厚度较小，必须采用压边圈进行多次拉深时，应采用如图示的模具结构。a.d=100mmt=0.51mm4030t=1.02.0mm5040第81页/共84页第八十二页，共84页。第82页/共84页第八十三页，共84页。第83页/共84页第八十四页，共84页。