拉伸工艺与拉深模具设计

《拉伸工艺与拉深模具设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拉伸工艺与拉深模具设计（65页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上拉深（又称拉延）是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一，广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中，不仅可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件，如图4.1.1所示。a) 轴对称旋转体拉深件b)盒形件c) 不对称拉深件图4.1.1 拉深件类型拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。前者拉深成形后的零件，其各部分的壁厚与拉深前的坯料相比基本不变；后者拉深成形后的零件，其壁厚与拉深前的坯料相比有明显的变薄，这种变薄是产品要求的，零件呈现是底厚、壁薄的特点。在实际生产

2、中，应用较多的是不变薄拉深。本章重点介绍不变薄拉深工艺与模具设计。拉深所使用的模具叫拉深模。拉深模结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。图4.1.2为有压边圈的首次拉深模的结构图，平板坯料放入定位板6内，当上模下行时，首先由压边圈5和凹模7将平板坯料压住，随后凸模10将坯料逐渐拉入凹模孔内形成直壁圆筒。成形后，当上模回升时，弹簧4恢复，利用压边圈5将拉深件从凸模10上卸下，为了便于成形和卸料，在凸模10上开设有通气孔。压边圈在这副模具中，既起压边作用，又起卸载作用。图4.1.2 拉深模结构图模柄 上模座 凸模固定板 弹簧压边圈定位板 凹

3、模 下模座卸料螺钉10凸模圆筒形件是最典型的拉深件。平板圆形坯料拉深成为圆筒形件的变形过程如图图4.2.1 拉深变形过程 图4.2.2拉深的网格试验 拉深过程中出现质量问题主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱是由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区的拉裂是由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。同时，拉深变形区板料有所增厚，而传力区板料有所变薄。这些现象表明，在拉深过程中，坯料内各区的应力、应变状态是不同的，因而出现的问题也不同。为了更好地解决上述问题，有必要研究拉深过程中坯料内各区的应力与应变状态。图4.2.3是拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态。根据应力与应变状态不同，

4、可将坯料划分为五个部分。图4.2.3 拉深过程的应力与应变状态 1.凸缘部分（见图4.2.3、图4.2.3、图4.2.3）这是拉深的主要变形区，材料在径向拉应力 和切向压应力 的共同作用下产生切向压缩与径向伸长变形而逐渐被拉入凹模。力学分析可证明，凸缘变形区的 和 是按对数曲线分布的，其分布情况如图4.2.4所示，在 =r处（即凹模入口处），凸缘上 的值最大， 值最小；在 = 处（即凸缘的外边缘）， 的值最大， 为零。 图4.2.4在厚度方向，由于压料圈的作用，产生压应力 ，通常 和 的绝对值比 大得多。厚度方向上材料的的变形情况取决于径向拉应力 和切向压应力 之间比例关系，一般在材料产生切向

5、压缩和径向伸长的同时，厚度有所增厚，越接近于外缘，板料增厚越多。如果不压料（ =0），或压料力较小（ 小），这时板料增厚比较大。当拉深变形程度较大，板料又比较薄时，则在坯料的凸缘部分，特别是外缘部分，在切向压应力 作用下可能失稳而拱起，产生起皱现象。 2.凹模圆角部分（见图4.2.3、图4.2.3、图4.2.3） 此部分是凸缘和筒壁的过渡区，材料变形复杂。切向受压应力而压缩，径向受拉应力而伸长，厚度方向受到凹模圆角弯曲作用产生压应力。由于该部分径向拉应力 的绝对值最大，所以 是绝对值最大的主应变，为拉应变，而 和 为压应变。 3.筒壁部分（见图4.2.3、图4.2.3、图4.2.3） 这部分是

6、凸缘部分材料经塑性变形后形成的筒壁，它将凸模的作用力传递给凸缘变形区，因此是传力区。该部分受单向拉应力作用，发生少量的纵向伸长和厚度变薄。 4.凸模圆角部分（见图4.2.3、图4.2.3、图4.2.3） 此部分是筒壁和圆筒底部的过渡区。拉深过程一直承受径向拉应力 和切向拉应力 的作用，同时厚度方向受到凸模圆角的压力和弯曲作用，形成较大的压应力 ，因此这部分材料变薄严重，尤其是与筒壁相切的部位，此处最容易出现拉裂，是拉深的“危险断面”。原因是：此处传递拉深力的截面积较小，因此产生的拉应力较大。同时，该处所需要转移的材料较少，故该处材料的变形程度很小，冷作硬化较低，材料的屈服极限也就较低。而与凸模

7、圆角部分相比，该处又不象凸模圆角处那样，存在较大的摩擦阻力。因此在拉深过程中，此处变薄便最为严重，是整个零件强度最薄弱的地方，易出现变薄超差甚至拉裂。 5.筒底部分（见图4.2.3、图4.2.3、图4.2.3） 这部分材料与凸模底面接触，直接接收凸模施加的拉深力传递到筒壁，是传力区。该处材料在拉深开始时即被拉入凹模，并在拉深的整个过程中保持其平面形状。它受到径向和切向双向拉应力作用，变形为径向和切向伸长、厚度变薄，但变形量很小。从拉深过程坯料的应力应变的分析中可见：坯料各区的应力与应变是很不均匀的。即使在凸缘变形区内也是这样，越靠近外缘，变形程度越大，板料增厚也越多。从图4.2.5所示拉深成形

8、后制件壁厚和硬度分布情况可以看出，拉深件下部壁厚略有变薄，壁部与圆角相切处变薄严重，口部最厚。由于坯料各处变形程度不同，加工硬化程度也不同，表现为拉深件各部分硬度不一样，越接近口部，硬度愈大。 凸缘变形区的“起皱”和筒壁传力区的“拉裂”是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。为此，必须了解起皱和拉裂的原因，在拉深工艺和拉深模设计等方面采取适当的措施，保证拉深工艺的顺利进行，提高拉深件的质量。 1.凸缘变形区的起皱 拉深过程中，凸缘区变形区的材料在切向压应力的作用下，可能会产生失稳起皱，如图4.2.6所示。凸缘区会不会起皱，主要决定于两个方面：一方面是切向压应力的大小，越大越容易失稳起皱；另一方面是凸

9、缘区板料本身的抵抗失 稳的能力，凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越小。这类似于材料力学中的压杆稳定问题。压杆是否稳定不仅 取决于压力而且取决于压杆的粗细。在拉深过程中 是随着拉深的进行而增加的，但凸缘变形区的相对厚度 也在增大。这说明拉深过程中失稳起皱的因素在增加而抗失稳起皱的能力也在增加。 图4.2.6 凸缘变形区的起皱图4.2.7 筒壁的拉裂 2.筒壁的拉裂 拉深时，坯料内各部分的受力关系如图4.2.7所示。筒壁所受的拉应力除了与径向拉应力 有关之外，还与由于压料力 引起的摩擦阻力、坯料在凹模圆角表面滑动所产生的摩擦阻力和弯曲变形所形成的阻力有关。筒壁会不会

10、拉裂主要取决于两个方面：一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险断面”产生破裂，如图4.2.6所示。要防止筒壁的拉裂，一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面是通过正确制定拉深工艺和设计模具，合理确定拉深变形程度、凹模圆角半径、合理改善条件润滑等，以降低筒壁传力区中的拉应力。 拉深件坯料形状和尺寸是以冲件形状和尺寸为基础，按体积不变原则和相似原则确定。体积不变原则，即对于不变薄拉深，假设变形前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸；相似原则，即利用拉

11、深前坯料的形状与冲件断面形状相似，得到坯料形状。当冲件的断面是圆形、正方形、长方形或椭圆形时，其坯料形状应与冲件的断面形状相似，但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。对于形状复杂的拉深件，利用相似原则仅能初步确定坯料形状，必须通过多次试压，反复修改，才能最终确定出坯料形状，因此，拉深件的模具设计一般是先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。由于金属板料具有板平面方向性和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不整齐，因此在多数情况下采取加大工序件高度或凸缘宽度的办法，拉深后再经过切边工序以保证零件质量。切边余量可参考表4.3.1和表4.3.2。当零件的相对高度/很小，并且高度尺寸要求不高时

12、，也可以不用切边工序。首先将拉深件划分为若干个简单的便于计算的几何体，并分别求出各简单几何体的表面积。把各简单几何体面积相加即为零件总面积，然后根据表面积相等原则，求出坯料直径。图 4.3.1 圆筒形拉深件坯料尺寸计算图 在计算中，零件尺寸均按厚度中线计算；但当板料厚度小于1时，也可以按外形或内形尺寸计算。常用旋转体零件坯料直径计算公式见表4.3.3。该类拉深零件的坯料尺寸，可用久里金法则求出其表面积，即任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。如图4.3.2所示，旋转体表面积为 A。图4.3.2 旋转体表面积计算图示 拉深系数的定义图4

13、.4.1 圆筒形件的多次拉深在制定拉深工艺时，如拉深系数取得过小，就会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。因此拉深系数减小有一个客观的界限，这个界限就称为极限拉深系数。极限拉深系数与材料性能和拉深条件有关。从工艺的角度来看，极限拉深系数越小越有利于减少工序数。影响极限拉深系数的因素 （3）拉深工作条件图4.4.2 凸凹模圆角半径对极限拉深系数的响但凸、凹模圆角半径也不宜过大，过大的圆角半径，会减少板料与凸模和凹模端面的接触面积及压料圈的压料面积，板料悬空面积增大，容易产生失稳起趋。凸、凹模之间间隙也应适当，太小，板料受到太大的挤压作用和摩擦阻力，增大拉深力；间隙太大会影响拉深件的精度，拉深件锥度

14、和回弹较大。2）摩擦润滑 凹模和压料圈与板料接触的表面应当光滑，润滑条件要好，以减少摩擦阻力和筒壁传力区的拉应力。而凸模表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减小由于凸模与材料的相对滑动而使危险断面变薄破裂的危险。 3）压料圈的压料力 压料是为了防止坯料起皱，但压料力却增大了筒壁传力区的拉应力，压料力太大，可能导致拉裂。拉深工艺必须正确处理这两者关系，做到既不起皱又不拉裂。为此，必须正确调整压料力，即应在保证不起皱的前堤下，尽量减少压料力，提高工艺的稳定性。此外，影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等。采用反拉深、软模拉深等可以降低极限拉深系数；首次拉深极限拉深系数比后

15、次拉深极限拉深系数小；拉深速度慢，有利于拉深工作的正常进行，盒形件角部拉深系数比相应的圆筒形件的拉深系数小。极限拉深系数的确定由于影响极限拉深系数的因素很多，目前仍难采用理论计算方法准确确定极限拉深系数。在实际生产中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验方法得出的。表4.4.1和表4.4.2是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极限拉深系数。在实际生产中，并不是在所有情况下都采用极限拉深系数。为了提高工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于极限拉深系数的值。 拉深次数的确定注：.表中拉深数据适用于08钢、10钢和15Mn钢等普通拉深碳钢及黄铜62。对拉深性能较差的材料，如20钢、25钢、215钢

16、、235钢、硬铝等应比表中数值大1.52.0；而对塑性较好的材料，如05钢、08钢、10钢及软铝等应比表中数值小1.52.0。 . 表中数据适用于未经中间退火的拉深。若采用中间退火工序时，则取值应比表中数值小23。 .表中较小值适用于大的凹模圆角半径（），较大值适用于小的凹模圆角半径（）。 注：此表适用于08钢、10钢及15Mn钢等材料。其余各项同表4.4.1之注。 （）查表法 根据工件的相对高度即高度与直径之比值，从表4.4.3中查得该工件拉深次数。注：1.大的/值适用于第一道工序的大凹模圆角 （）。2.小的/值适用于第一道工序的小凹模圆角 （）。3.表中数据适用材料为08钢、10钢。 （3

17、）计算方法 拉深次数的确定也可采用计算方法进行确定，其计算公式如下： 2各次拉深工序件尺寸的确定（）工序件直径的确定确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数，适当放大，并加以调整，其原则是： 无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程如图4.4.3所示。图4.4.3 无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程 例4.4.1 求图4.4.4所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料为10钢，板料厚度2。图4.4.4 无凸缘圆筒形件以上计算所得工序件有关尺寸都是中径尺寸，换算成工序件的外径和总高度后，绘制的工序件草图如图4.4.5所示。1.压料装置与压料力为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是在模

18、具结构上采用压料装置。常用的压料装置有刚性压料装置和弹性压料装置两种（详见4.7）。是否采用压料装置主要看拉深过程中是否可能发生起皱，在实际生产中可按表4.4.4来判断拉深过程中是否起皱和采用压料装置。图4.4.5 拉深工序件草图压料装置产生的压料力大小应适当，太小，则防皱效果不好；太大，则会增大传力区危险断面上的拉应力，从而引起材料严重变薄甚至拉裂。因此，实际应用中，在保证变形区不起皱的前提下，尽量选用小的压料力。随着拉深系数的减小，所需压料力是增大的。同时，在拉深过程中，所需压料力也是变化的，一般起皱可能性最大的时刻所需压料力最大。理想的压料力是随起皱可能性变化而变化，但压料装置很难达到这

19、样的要求。 拉深力与压力机公称压力（） 拉深力 （）压力机公称压力单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力。 该类零件的拉深过程，其变形区的应力状态和变形特点与无凸缘圆筒形件是相同的。但有凸缘圆筒形件拉深时，坯料凸缘部分不是全部进入凹模口部，当拉深进行到凸缘外径等于零件凸缘直径（包括切边量）时，拉深工作就停止。因此，拉深成形过程和工艺计算与无凸缘圆筒形件的差别主要在首次拉深。 图4.5.1 有凸缘圆形件与坯料图 1.有凸缘圆筒形件的拉深变形程度注： 1.表中大值适于大的圆角半径由t/D=2%1.5%时的R=（1012）t到t/D=0.3%0.15时的R=（2025）t，小值适用于底部及凸缘小的圆

20、角半径，随着凸缘直径的增加及相对拉深深度的减小，其值也跟着减小。 2.表中数值适用于10钢，对于比10钢塑性好的材料取表中的大值；塑性差的材料，取表中小数值。 2.有凸缘圆筒形件的拉深方法 （）窄凸缘圆筒形件的拉深可以将窄凸缘圆筒形件当作无凸缘圆筒形件进行拉深，在最后两道工序中将工序件拉成具有锥形的凸缘，最后通过整形压成平面凸缘。图4.5.2为窄凸缘圆筒形件及其拉深工艺过程，材料为10钢，板厚为1。 （）宽凸缘圆筒形件的拉深方法如果根据极限拉深系数或相对高度判断，拉深件不能一次拉深成形时，则需进行多次拉深。 a) 窄凸缘拉深件b)窄凸缘件拉深过程第一次拉深 第二次拉深 第三次拉深 成品图4.5

21、.2 窄凸缘圆筒形件的拉深第一次拉深时，其凸缘的外径应等于成品零件的尺寸（加修边量），在以后的拉深工序中仅仅使已拉深成的工序件的直筒部分参加变形，逐步地达到零件尺寸要求，第一次拉深时已经形成的凸缘外径必须保持在以后拉深工序中不再收缩。因为在以后的拉深工序中，即使凸缘部分产生很小的变形，筒壁传力区将会产生很大的拉应力，使危险断面拉裂。为此在调节工作行程时，应严格控制凸模进入凹模的深度。对于多数普通压力机来说，要严格做到这一点有一定困难，而且尺寸计算还有一定误差，再加上拉深时板料厚度有所变化，所以在工艺计算时，除了应精确计算工序件高度外，通常有意把第一次拉入凹模的坯料面积加大35（有时可增大至10

22、%），在以后各次拉深时，逐步减少这个额外多拉入凹模的面积，最后使它们转移到零件口部附近的凸缘上。用这种办法来补偿上述各种误差，以免在以后各次拉深时凸缘受力变形。宽凸缘圆筒形件多次拉深的工艺方法通常有两种：一种是中小型、料薄的零件，采用逐步缩小筒形部分直径以增加其高度的方法（图4.5.3）。用这种方法制成的零件，表面质量较差，其直壁和凸缘上保留着圆角弯曲和局部变薄的痕迹，需要在最后增加整形工序。另一种方法常用在 00mm较大零件，零件的高度在第一次拉深就基本形成。在以后各次拉深中，高度保持不变，逐步减少圆角半径和筒形部分直径而达到最终尺寸要求（图4.5.3）。用这种方法拉深的零件，表面质量较高，

23、厚度均匀，不存在上述的圆角弯曲和局部变薄的痕迹。适用于坯料的相对厚度较大，采用大圆角过渡不易起皱的情况。3.有凸缘圆筒形拉深工序件高度的计算 图4.5.3 宽凸缘筒形件的拉深方法图4.5.4 宽凸缘圆筒形件拉深工序计算流程阶梯形件(图4.5.5)的拉深与圆筒形件的拉深基本相同,也就是说每一阶梯相当于相应圆筒形件的拉深。而其主要问题是要决定该阶梯形件是一次拉成，还是需要多次才能拉成。图4.5.5 阶梯形件1.判断能否一次拉深成形判断所给阶梯形件能否一次拉深成形的方法是，先求出零件的高度与最小直径 之比，然后查表4.4.3，如果拉深次数为1，则可一次拉深成形，否则就要多次拉深成形。2.阶梯形件多次

24、拉深的方法 图4.5.6 阶梯形多次拉深方法图4.5.7 电喇叭底座的拉深1拉深变形特点曲面形状零件主要是指球面、锥面、抛物面形状冲件以及诸如汽车覆盖件一类冲件。这类零件的拉深成形，其变形区、受力情况及变形特点并不是单一的，而是属于复合类冲压成形工序。从电动喇叭罩的成形实验中,可以大致了解这类曲面零件的变形特点。图4.5.8中标明了电动喇叭罩拉深成形后的变形数值，括号内的是径向拉应变值，括号外是切向应变值，上段为压，下段为拉。从拉深成形过程及实测的结果还可以看出：零件的曲面由三部分组成，即坯料的凸缘及进入凹模中的一部分，这一变形区部分产生拉深变形；坯料的中间部分,也是产生拉深变形；坯料靠近球形

25、冲头顶部的部分，这一部分变形区产生的是胀形变形。后两部分的分界点在图4.5.10中的第4点位置。这一典型零件拉深成形的变形数值表明，曲面零件拉深成形共同特点是由拉深和胀形两种变形方式的复合。显然，不同曲面形状零件拉深成形的成形极限和成形方法的判断是不同的。材料：08 厚度 0.8mm 图4.5.8 电动喇叭罩拉深成形应变数值 曲面形状零件在开始拉深成形时,中间部分坯料几乎不与模具表面接触，处于“悬空”状态。随着拉深过程的进行，悬空材料逐渐减少，但仍比圆筒形件拉深时大得多。坯料处于这种悬空状态，抗失稳能力较差，在切向压应力作用下很容易起皱。所以起皱成为曲面零件拉深要解决的主要问题。为此，常常采用

26、压边装置、加大凸缘尺寸、带压料筋的拉深模（图4.5.9）、反拉深（图4.5.10）等措施防止起皱。但需要注意的是，这些措施虽然减小了起皱的可能性，却增大了凸模顶部接触的中心部位坯料的径向拉应力，使之容易变薄而破裂。在实际生产中必须处理好两者关系，做到既不起皱又不破裂。 图4.5.9 带压料筋的拉深模图图4.5.10 反拉深模 2球面冲件的拉深 所以,在这种情况下拉深系数不能作为工艺设计的根据。由于球面形状零件拉深时的主要成形障碍是坯料起皱，所以坯料的相对厚度（t/D100）成为决定拉深难易和选定拉深方法的主要依据。在实际生产中，半球面件(图4.5.11a)的拉深方法主要有以下三种:t/D100

27、3时，不用压边即可拉成。不过应注意的是：尽管坯料的相对厚度大，仍然易起小皱，因此必须采用带校正作用的凹模，以便对冲件起校正作用。拉深这种冲件最好采用摩擦压力机。t/D100=0.53时 ，需采用带压边圈的拉深模。 t/D1000.5时，则采用具有拉深筋的凹模或反拉深。当球面形状冲件带有高度为（0.10.2）d的直边（图4.5.11b）或带有每边宽度为（0.10.15）d的凸缘时（图4.5.11c），虽然拉深系数有一定降低，但对冲件的拉深却有相当的好处。当对不带直边和不带凸缘的半球形冲件的表面质量和尺寸精度要求较高时，都要留加工余料以形成凸缘，在冲件拉深后切除。图4.5.11 各种球形件3抛物面

28、零件的拉深（1）浅抛物面冲件（h/d0.50.6）。其拉深的难度有所提高。为了使坯料中间部分紧密贴模而又不起皱，必须加大径向拉应力。但这一措施往往受到坯料顶部承载能力的限制，所以在这种情况下应该采用多工序逐渐成形的办法，特别是当零件深度大而顶部的圆角半径又小时，更应如此。多工序逐渐成形的主要要点是采用正拉深或反拉深的方法，在逐渐地增加深度的同时减小顶部的圆角半径。为了保证冲件的尺寸精度和表面质量，在最后一道工序里应保证一定的胀形成分。应使最后一道工序所用的中间毛坯的表面积稍小于成品冲件的表面积。4. 锥面零件的拉深锥面零件的拉深成形机理与球面形状零件一样，具有拉深、胀形两种机理。由于锥形冲件各

29、部分的尺寸比例关系（图4.5.12）不同，其冲压难易程度和应采用的成形方法也有很大差别。锥形件拉深成形极限表现为起皱与破裂，起皱出现在中间悬空部分靠凹模圆角处，破裂是在胀形部分的冲头转角处。 图4.5.12 锥形件示意图4.5.13 盒形件拉深时的金属流动锥面零件拉深成形方法主要依据下列参数进行判断:1. 形件拉深变形特点盒形件是非旋转体零件，与旋转体零件的拉深相比，其拉深变形要复杂些。盒形件的几何形状是由四个圆角部分和四条直边组成，拉深变形时，圆角部分相当于圆筒形件拉深，而直边部分相当于弯曲变形。但是，由于直边部分和圆角部分是联在一块的整体，因而在变形过程中相互受到牵制，圆角部分的变形与圆筒

30、形件拉深不完全一样，直边变形也有别于简单弯曲。若在盒形件毛坯上画上方格网，其纵向间距为a，横向间距为b，且a=b。拉深后方格网的形状和尺寸发生变化（图4.5.13）：横向间距缩小，而且愈靠近角部缩小愈多，即bb1b2b3；纵向间距增大，而且愈向上，间距增大愈多，即a1a2a3a 。 这说明，直边部分不是单纯的弯曲，因为圆角部分的材料要向直边部分流动，故使直边部分还受挤压。同样，圆角部分也不完全与圆筒形零件的拉深相同，由于直边部分的存在，圆角部分的材料可以向直边部分流动，这就减轻圆角部分材料的变形程度（与相同圆角半径的圆筒形冲件比）。从拉深力观点看，由于直边部分和圆角部分的内在联系，直边部分除承

31、受弯曲应力外，还承受挤压应力；而圆角部分则由于变形程度减小（与相应圆筒形件比），则需要克服的变形抗力也就减小。可以认为:由于直边部分分担了圆角部分的拉深变形抗力，而使圆角部分所承担的拉深力较相应圆筒形件的拉深力为小。其应力分布如图4.5.14所示。由以上分析可知，盒形件拉深的特点如下：图4.5.14 盒形件拉深时的应力分布2.盒形件工序计算 一般情况下，拉深件的尺寸精度应在T13级以下，不宜高于IT11级。拉深件壁厚公差要求一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律。据统计，不变薄拉深，壁的最大增厚量约为（0.20.3）；最大变薄量约为（0.100.18）（为板料厚度）。 1拉深件形状应尽量简单、对称，

32、尽可能一次拉深成形。2需多次拉深的零件，在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。3在保证装配要求的前提下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度。 4拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足：+0.5（或+0.5），如图4.6.1所示。5拉深件的底与壁、凸缘与壁、矩形件四角的圆角半径（图4.6.1）应满足：，2，3。否则，应增加整形工序。 6拉深件的尺寸标注，应注明保证外形尺寸，还是内形尺寸，不能同时标注内外形尺寸。带台阶的拉深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为基准，若以上部为基准，高度尺寸不易保证，如图4.6.2a、b所示。4.6.1 拉深件结构工艺性图4.6.

33、2 带台阶拉深件的尺寸标注用于拉深的材料一般要求具有较好的塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。 拉深模结构相对较简单。根据拉深模使用的压力机类型不同，拉深模可分为单动压力机用拉深模和双动压力机用拉深模；根据拉深顺序可分为首次拉深模和以后各次拉深模；根据工序组合可分为单工序拉深模、复合工序拉深模和连续工序拉深模；根据压料情况可分为有压边装置和无压边装置拉深模。1.无压边装置的简单拉深模 这种模具结构简单，上模往往是整体的，如图4.7.1所示。当凸模3直径过小时，则还应加上模座，以增加上模部分与压力机滑块的接触面积，下模部分有定位板1、下模座2与凹模4。为使工件在拉深后不致于紧

34、贴在凸模上难以取下，在拉深凸模3上应有直径声3mm以上的小通气孔。拉深后，冲压件靠凹模下部的脱料颈刮下。这种模具适用于拉深材料厚度较大(t2mm)及深度较小的零件。2.有压边装置的拉深模如图4.1.2所示为压边圈装在上模部分的正装拉深模。由于弹性元件装在上模，因此凸模要比较长，适宜于拉深深度不大的工件。 图4.7.2所示为压边圈装在下模部分的倒装拉深模。由于弹性元件装在下模座下压力机工作台面的孔中，因此空间较大，允许弹性元件有较大的压缩行程，可以拉深深度较大一些的拉深件。这副模具采用了锥形压边圈6。在拉深时，锥形压边圈先将毛坯压成锥形，使毛坯的外径已经产生一定量的收缩，然后再将其拉成筒形件。采

35、用这种结构，有利于拉深变形，可以降低极限拉深系数。目前在生产实际中常用的压边装置有两大类：(1)弹性压边装置 这种装置多用于普通的单动压力机上。通常有如下三种：橡皮压边装置(图4.7.3a)；弹簧压边装置(图4.7.3b)；气垫式压边装置(图4.7.3c)。这三种压边装置压边力的变化曲线如图4.7.4所示。随着拉深深度的增加，凸缘变形区的材料不断减少，需要的压边力也逐渐减少。而橡皮与弹簧压边装置所产生的压边力恰与此相反，随拉深深度增加而始终增加，尤以橡皮压边装置更为严重。这种工作情况使拉深力增加，从而导致零件拉裂，因此橡皮及弹簧结构通常只适用于浅拉深。气垫式压边装置的压边效果比较好，但其结构、

36、制造、使用与维修都比较复杂一些。在普通单动的中、小型压力机上，由于橡皮、弹簧使用十分方便，还是被广泛使用。这就要正确选择弹簧规格及橡皮的牌号与尺寸，尽量减少其不利方面。如弹簧，则应选用总压缩量大、压边力随压缩量缓慢增加的弹簧；而橡皮则应选用较软橡皮。为使其相对压缩量不致过大，应选取橡皮的总厚度不小于拉深行程的五倍。 1-定位板2-下模板3-拉深凸模4-拉深凹模 图4.7.1无压边装置的首次拉深模 1上模座 2推杆 3推件板 4锥形凹模 5限位柱6锥形压边圈 7拉深凸模 8固定板 9下模座图4.7.2 带锥形压边圈的倒装拉深模 a) 橡皮b) 弹簧c) 气垫图4.7.3弹簧压边装置 图4.7.4

37、 弹性压板装置的压边力曲线对于拉深板料较薄或带有宽凸缘的零件，为了防止压边圈将毛坯压得过紧，可以采用带限位装置的压边圈，如图4.7.5所示，拉深过程中压边圈和凹模之间始终保持一定的距离s。当拉深钢件时， ；拉深铝合金件时， ；拉深带凸缘工件时， mm。图4.7.5 带限位装置在压边圈 (2)刚性压边装置 这种装置用于双动压力机上，其动作原理如图4.7.6所示。曲轴1旋转时，首先通过凸轮2带动外滑块3使压边圈6将毛坯压在凹模7上，随后由内滑块4带动凸模5对毛坯进行拉深。在拉深过程中，外滑块保持不动。刚性压边圈的压边作用，并不是靠直接调整压边力来保证的。考虑到毛坯凸缘变形区在拉深过程中板厚有增大现

38、象，所以调整模具时，压边圈与凹模间的间隙c应略大于板厚t。用刚性压边，压边力不随行程变化，拉深效果较好，且模具结构简单。图4.7.7所示即为带刚性压边装置的拉深模。 图4.7.6 双动压力机用拉深模刚性压边装置动作原理 1-固定板 2-拉深凸模 3-刚性压边圈 4-拉深凹模 5-下模板6-螺钉图4.7.7带刚性压边装置拉深模在以后各次拉深中，因毛坯已不是平板形状，而是已经成形的半成品，所以应充分考虑毛坯在模具上的定位。 图4.7.8所示为无压边装置的以后各次拉深模，仅用于直径变化量不大的拉深。图4.7.9所示为有压边装置的以后各次拉深摸，这是一般最常见的结构形式。拉深前，毛坯套在压边圈4上，压

39、边圈的形状必须与上一次拉出的半成品相适应。拉深后，压边圈将冲压件从凸模3上托出，推件板1将冲压件从凹模中推出。 图4.7.8 无压边装置的以后各次拉深模 1-推件板 2-拉深凹模 3-拉深凸模 4-压边圈 5-顶杆 6-弹簧图4.7.9 有压边装置的以后各次拉深模图4.7.10所示为一副典型的正装落料拉深复合模。上模部分装有凸凹模3(落料凸模、拉深凹模)，下模部分装有落料凹模7与拉深凸模8。为保证冲压时先落料再拉深，拉深凸模8低于落料凹模7一个料厚以上。件2为弹性压边圈，弹顶器安装在下模座下。1-顶杆 2-压边圈 3-凸凹模 4-推杆 5-推件板 6-卸料板 7-落料凹模 8-拉深凸模图4.7

40、.10 落料拉深复合模 图4.7.11所示为落料、正、反拉深模。由于在一副模具中进行正、反拉深，因此一次能拉出高度较大的工件，提高了生产率。件1为凸凹模(落料凸模、第一次拉深凹模)，件2为第二次拉深（反拉深）凸模，件3为拉深凸凹模(第一次拉深凸模、反拉深凹模)，件7为落料凹模。第一次拉深时，有压边圈6的弹性压边作用，反拉深时无压边作用。上模采用刚性推件，下模直接用弹簧顶件，由固定卸料板4完成卸料，模具结构十分紧凑。1-凸凹模 2-反拉深凸模 3-拉深凸凹模 4-卸料板 5一导料板 6-压边圈 7-落料凹模图4.7.11 落料、正、反拉深模图4.7.12所示为一副后次拉深、冲孔、切边复合模。为了

41、有利于本次拉深变形，减小本次拉深时的弯曲阻力，在本次拉深前的毛坯底部角上已拉出有45的斜角。本次拉深模的压边圈与毛坯的内形完全吻合。模具在开启状态时，压边圈1与拉深凸模8在同一水平位置。冲压前，将毛坯套在压边圈上，随着上模的下行，先进行再次拉深，为了防止压边圈将毛坯压得过紧，该模具采用了带限位螺栓的结构，使压边圈与拉深凹模之间保持一定距离。到行程快终了时，其上部对冲压件底部完成压凹与冲孔，而其下部也同时完成了切边。切边的工作原理如图4.7.13所示。在拉深凸模下面固定有带锋利刃口的切边凸模，而拉深凹模则同时起切边凹模的作用。拉深间隙与切边时的冲裁间隙的尺寸关系如图所示。图4.7.13a为带锥形

42、口的拉深凹模，图4.7.13b为带圆角的拉深凹模。由于切边凹模没有锋利的刃口，所以切下的废料拖有较大的毛刺，断面质量较差，也有将这种切边方法称为挤边。用这种方法对筒形件切边，由于其结构简单，使用方便，并可采用复合模的结构与拉深同时进行，所以使用十分广泛。对筒形件进行切边还可以采用垂直于筒形件轴线方向的水平切边，但其模具结构较为复杂。1-压边圈 2-凹模固定板3-冲孔凹模4-推件板5-凸模固定板6-垫板 7-冲孔凸模 8-拉深凸模 9-限位螺栓10-螺母 11-垫柱 12-拉深切边凹模 13-切边凸模 14-固定块图4.7.12再次拉深、冲孔、切边复合模为了便于制造与修磨，拉深凸模、切边凸模、冲

43、孔凸模和拉深、切边凹模均采用镶拼结构。图4.7.13 筒形件的切边原理1. 凹模圆角半径的确定 首次（包括只有一次）拉深凹模圆角半径可按下式计算： 2. 凸模圆角半径的确定 首次拉深可取： 拉深模的凸、凹模之间间隙对拉深力、零件质量、模具寿命等都有影响。间隙小，拉深力大、模具磨损大，过小的间隙会使零件严重变薄甚至拉裂；但间隙小，冲件回弹小，精度高。间隙过大，坯料容易起皱，冲件锥度大，精度差。因此，生产中应根据板料厚度及公差、拉深过程板料的增厚情况、拉深次数、零件的形状及精度要求等，正确确定拉深模间隙。 1. 无压料圈的拉深模 其间隙为 注： 1.厚度，取材料偏差的中间值（）；2.当拉深精密工件

44、时，对最末一次拉深间隙取/2。3. 盒形件拉深模的间隙 根据零件精度确定，当尺寸精度要求高时，/2（0.91.05）；当精度要求不高时，/2（1.11.3）。末道拉深取较小值。最后一道拉深模间隙，直边和圆角部分是不同的，圆角部分的间隙比直边部分大0.1。圆角部分的间隙确定方法见图4.8.1。 a)尺寸标注在内形 b)尺寸标注在外形图4.8.1 盒形件拉深模角部间隙确定方法 1.不用压料的拉深模凸、凹模结构 图4.8.2为不用压料的一次拉深成形时所用的凹模结构形式。锥形凹模和等切面曲线形状凹模对抗失稳起皱有利。a）圆弧形 b)锥形 c）渐开线形 d）等切面形图4.8.2 无压料一次拉深成形的凹模

45、结构 图4.8.3为无压料多次拉深的凸、凹模结构，其中尺寸510，25。图4.8.3 无压料多次拉深的凸、凹模结构设计拉深凸、凹模结构时，必须十分注意前后两道工序的凸、凹模形状和尺寸的正确关系，做到前道工序所得工序件形状和尺寸有利于后一道工序的成形和定位，而后一道工序的压料圈的形状与前道工序所得工序件相吻合，拉深凹模的锥角 要与前道工序凸模的斜角一致，尽量避免坯料转角部在成形过程中不必要的反复弯曲。对于最后一道拉深工序，为了保证成品零件底部平整，应按图4.8.5所示的确定凸模圆角半径。对于盒形件，-1次拉深所得工序件形状对最后一次拉深成形影响很大。因此，-1次拉深凸模的形状应该设计成底部具有与

46、拉深件底部相似的矩形（或方形），然后用45斜角向壁部过渡（图4.8.5），这样有利于最后拉深时金属的变形。图中斜度开始的尺寸为 图4.8.4 有压料多次拉深的凸、凹模结构 图4.8.5 最后拉深工序凸模底部的设计对于最后一道工序的拉深模，其凸、凹模工作部分尺寸及公差应按零件的要求来确定。图4.8.6 拉深凸、凹模尺寸的确定注： 凸模的制造公差在必要时可提高至68级（180079） 若零件公差在13级以下，则制造公差可以采用10级。 拉深坯料或工序件的热处理、酸洗和润滑等辅助工序，是为了保证拉深工艺过程的顺利进行，提高拉深零件的尺寸精度和表面质量，提高模具的使用寿命。拉深过程中必要的辅助工序是拉

47、深乃至其它冲压工艺过程不可缺少的工序。由于材料与模具接触面上总是有摩擦力存在，冲压过程中产生的摩擦对于板料成形不总是有害的，也有有益的一面。例如圆筒形零件在拉深时（图4.9.1），压料圈和凹模与板料间的摩擦力1、凹模圆角与板料的摩擦力2、凹模侧壁与板料间的摩擦力3等将增大筒壁传力区的拉应力，并且会刮伤模具和零件的表面，因而对拉深成形不利，应尽量减小；而凸模侧壁和圆角与板料之间的摩擦力和5会阻止板料在危险断面处的变薄，因而对拉深成形是有益的，不应减小。在拉深成形中，需要摩擦力小的部位，除模具表面粗糙度应该小外，还必须润滑，以降低摩擦系数，减小拉应力，提高极限变形程度；而摩擦力对拉深成形是有益的部

48、位，可不润滑，模具表面粗糙度不宜很小。常用润滑见表4.9.1.图4.9.1 拉深中的摩擦力不需要进行中间热处理能完成的拉深次数见表4.9.2。表4.9.2所列不需要热处理所能完成的拉深次数不是绝对的，如果在工艺和模具方面采取有效措施，可以减少甚至不需要中间热处理工序。例如增大各次拉深系数而增加拉深次数，让危险断面沿侧壁逐次上移，可以使拉裂的矛盾得到缓和，就有可能在较大总变形程度情况下不进行中间热处理。为消除加工硬化而进行的热处理方法，对于一般金属材料是退火，对于奥氏体不锈钢、耐热钢则是淬火。 若需要中间热处理或最后消除应力的热处理，应尽量及时进行，以免长期存放造成冲件变形或开裂，尤其是不锈钢、耐热钢、黄铜更要注意这一点。酸洗是为了去除热处理工序件的表面氧化皮及其它污物而采取的工艺措施。酸洗的方法一般是将冲件置于加热的稀酸液中浸蚀，接着在冷水中漂洗，后在弱碱溶液中将残留于冲件上的酸中和，最后在热水中洗涤并经烘干即可。关于酸洗溶液的配方和工艺可查阅相关设计手册。退火、酸洗是延长生产周期和增加生产成本、产生环境污染的工序，应尽可能加以避免。 专心-专注-专业