拉深模设计

拉深模设计 1. 材料：08钢 料厚：2mm 2. 材料：10钢 料厚：1.5mm 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 心工序件制成空心零件的加工方法，它是冲压生产中应用最广泛的工序之一。拉 深可加工旋转体零件、盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件如图1所示。它广泛用于汽车、拖拉机、仪表、电子、航空和航天等各种工业部门和日常生活用品的 生产中。 图1 拉深件示意图 a）轴对称旋转体拉深件 b）盒形件 c）不对称拉深件 拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。不变薄拉深成形后的零件，其各部分 的厚度与拉深前坯料厚度相比，基本不变；而变薄拉深成形后的零件，其壁厚与 原坯料厚度相比则有明显的变薄。在实际生产中，应用较多的是不变薄拉深。 拉深成形所用的冲模叫拉深模。拉深模结构一般比较简单，它与冲裁模相比， 凸模与凹模的工作部分均有较大的圆角，表面质量要求高，凸模与凹模的间隙一 般略大于坯料厚度。 拉深模有许多分类方法。根据使用的压力机类型不同，可分为单动压力机上 用的拉深模和双动压力机上用的拉深模；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、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。图2为一副有压边圈的首次拉深模，平板坯料放人定位板6内，当上模下行时，首先由压边圈5和凹模7将坯料压住，随后凸模10将坯料逐渐拉人凹模孔内进行拉深成形。成形完后， 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。在这副模具中，压边圈既起压边作用，又 起卸料作用。 图2 有压边圈的首次拉深模 1-模柄 2-上模座 3-凸模固定板 4-弹簧 5-压边圈 6-定位板 7-凹模 8-下模座 9-卸料螺钉 10-凸模 1 图3为平板圆形坯料变为筒形件的变性过程示意图。拉深凸模和凹模与冲 裁不同，他们都有一定的圆角而不是锋利的刃口，其间隙一般大于板料厚度。 为了说明拉深变形过程，在平板坯料上沿直径方向画出一个局部的扇形区 域oab。当凸模下压时，将坯料拉入凹模，扇形oab变成以下三部分： 凸缘部分a’b’cd，变形后逐渐转化为筒壁，凸缘部分减少，筒壁部分逐渐增 加，材料完成变形后由变形区转化为传力区。 筒壁部分cdef，在拉深过程中逐步所占比例逐步增加，其是传力区。 筒底部分oef，筒底部分基本不发生变形，在拉深过程中是传力区。 2. 图3 拉深变形过程 为了进一步说明拉深时金属变形过程，可进行如下实验：在圆形坯料上画许 多间距都等于a的同心圆和分度相等的辐射线如图4所示，由这些同心圆和辐射线组成网格。拉深后，在圆筒形件底部的网格基本保持原来的形状，而在圆筒形件的筒 壁部分的网格则发生了很大的变化：原来的同心圆变为筒壁上的水平圆周线，而且 其间距a也增大了，越靠筒的上部增大越多，即 a,a,a,？,a 123 另外，原来分度相等的辐射线变成了筒壁上的垂直平行线，其间距则完全 相等，即 b,b,b,？,b 1234 网格变化说明，拉深时坯料的外部环形部分是主要变形区，而与凸模底部接触的部 分是不变形区。 图4 拉深变形特点 A如果拿网格中的一个小单元体来看，在拉深前是扇形（图4a），其面积是1 A而在拉深后则变成矩形（图4b），其面积是。由于在拉深后，材料厚度变化2 很小，故可认为拉深前后小单元体的面积不变，即A,A 12 为什么原来是扇形的小单元体，在拉深后却变成矩形了呢？这是由于坯料在 模具的作用下，金属内部产生了内应力，对于一个小单元来说（图4c），径向受拉力,, 作用，切线方向受压应力作用，因而径向产生拉伸变形，切向产生压缩变31 形，径向尺寸增加，切向尺寸减小，结果形状由扇形变成了矩形。当凸缘部分的材 料变为筒壁时，外缘尺寸由初始的,D,d逐渐缩短变为；而径向尺寸由初始的(D,d)/2H,(D,d)/2逐步伸长变为高度，。 H 综上所述，拉伸变形过程可概括如下：在拉伸过程中，由于外力的作用，坯 料凸缘区内部的各个小单元体之间产生了相互作用的内应力，径向为拉应力,；1 切向为压应力。在,,和的共同作用下，凸缘部分金属材料产生塑性变形，径31 向伸长，切向压缩，且不断被拉入凹模中变为筒壁，最后得到直径为d高度为H的筒形件。 在实际生产中可发现拉深件各部分的厚度是不一致的（见图5）。一般是：底部略为变薄，但基本上等于原坯料的厚度；壁部上段增厚，越到上缘增厚越大； 壁部下段变薄，越靠下部变薄愈 多；在壁部向底部转角稍上处， 则出现严重变薄，甚至断裂。另 外，沿高度方向，拉深件各部分 的硬度也不一样，越到上缘硬度 越高。这说明在拉深过程中的不 同时刻，坯料内各部分由于所 处的位置不同，它们的应力应图5 拉深件沿高度方向的硬度和壁厚的变化 变状态是不一样的。为了更加深刻地认识拉深过程，了解拉深过程中所发生的各 种现象，有必要探讨拉深过程中材料各部分的应力应变状态。 设在拉深过程中的某一时刻坯料已处于如图6a)所示的状态。 根据应力应变状态的不同，可将拉深坯料划分为五个区域，即： 图6 圆筒件拉深时各区的应力应变状态 1.凸缘的平面部分（图6c） 这是小单元体由扇形变为矩形的区域，即拉深 变形的主要区域。拉深过程主要在这区域内完成。如前所述，这部分材料在径向 拉应力和切向压应力的作用下，发生塑性变形而逐渐进人凹模。在厚度方,,31 向，由于压边圈的作用，产生压应力，在一般情况下，和的绝对值比,,,,3212 大得多。厚度方向的变形决定于径向拉应力和切向压应力之间的比例关系，,,31一般材料在产生切向压缩和径向伸长的同时，厚度有所增加，越接近外缘，板料 增厚越多。如果不压料或压料力较小，这时板料厚度比较大，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，在切向压应力的作用下可能拱起而 失稳，形成起皱现象。 2. 凸缘的圆角部分（图6d） 这是位于凹模圆角部分的材料，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的压力和弯曲作用。 由于这里的切向压应力值 ,不大，而径向拉应力,最大，而且凹模圆角越小，31则弯曲变形程度越大，弯曲引起的拉应力越大，所以有可能出现破裂。该部分也 是变形区，但他是变形次于凸缘平面部分的过渡区。 3.筒壁部分（图6e） 这是拉深时形成的侧壁部分，是已经结束了塑性变 形阶段的已变形区。这个区受单向拉应力作用，变形是拉伸变形。 4.底部圆角部分（图6f） 这是与凸缘圆角接触的部分，它从拉深开始一 直承受径向拉应力和切向拉应力的作用，并且受到凸模圆角的压力和弯曲作用， 因而这部分材料变薄最严重，尤其与侧壁相切的部位，所以此处最容易出现拉裂， 是拉深的“危险断面”。 5.筒底部分（图6g） 这部分材料与凸模底面接触，在拉深开始时即被拉 入凹模，并在拉深的整个过程保持其平面形状。它受双向拉应力作用，变形是双 向拉伸变形。但这部分材料基本上不产生塑性变形或者只产生不大的塑性变形。 筒壁、底部圆角、筒底这三部分的作用是传递拉深力，把凸模的作用力传递到变 形区凸缘部分上，使之产生足以引起拉深变形的径向拉应力 ,，因而又叫传力1 区。 1. 起皱的概念：在拉深时，变形区压缩失稳 导致起皱，是指凸缘上材料产生皱折（图7）。 2. 起皱的危害：一旦失稳起皱发生，不仅拉 深力、拉深功增大，而且会使拉深件质量降低，或图7 拉深件起皱 者使拉深件过早破裂而拉深失败，有时甚至会损坏 模具和设备。 平板坯料在平面方向受压时，其厚度越薄越t/D3. 影响拉深起皱的主要因素 容易起皱，反之不容易起皱。在拉深中，更确切地说，坯料的相对厚度越小，（1）坯料的相对厚度 变形区抗失稳起皱的能力越差，也越容易起皱。 （2）拉深系数m 根据拉深系数的定义m=d/D可知，拉深系数m越小， 拉深变形程度越大，拉深变形区内金属的硬化程度也越高，所以，切向压应力 相应增大；另一方面，m越小，拉深变形区的宽度越大，相对厚度越小，其抗 失稳能力越差。由于这两方面综合作用的结果，都使得拉深系数较小时坯料的 起皱趋势加大。 有时，虽然坯料的相对厚度较小，但由于拉深系数较大，拉深时并不会 产生失稳起皱。例如，拉深高度很小的浅拉深件时，即属于这一种情况。这就 是说，在上述两个主要因素中，拉深系数显得更为重要。 4. 起皱的判断 在分析拉深件的成形工艺时，必须判断该冲件在拉深过 程中是否会发生起皱，如果不起皱，则可以采用不用压边圈的模具。否则，应 该采用带压边装置的模具。如图8所示。在生产中常用书中表5-1来判断拉深过程是否起皱和采用压边圈。 图8 有无压边圈模具结构 a)无压边圈模具 b)带压边圈模具 5. 防皱措施 通常的防皱措施是加压边圈，并施加合理的压料力。使坯料可能起皱的部分被夹在凹模平面与压边圈之间，让坯料在两平面之间顺利地通 过。 6. 压边圈的结构 （1）刚性压边圈 适用于双动压力机、液压机上拉深。也可以用于单动压力机上进行拉深。 双动压力机上的刚性压边圈如 图9所示，其工作原理是：拉深凸模固 定在压力机内滑块上，压边圈固定在 外滑块上。每次冲压行程开始时，外 滑块先带动压边圈下降，压在坯料的 凸缘面上，并停于此位置。随后，内 滑块再带动凸模下降，并进行拉深。 当拉深结束后，紧跟着内滑块的回升， 外滑块也带动压边圈回到上止点位 置。然后，置于压力机工作台下部的 顶出装置将零件从模具里顶出。 刚性压边圈的适当作用，并不 全是靠直接调整压边力来保证的，而 要通过调整压边圈与凹模平面之间 图9 双动压力机用拉深模 的间隙获得。当然，如果外滑块由液 1-凸模固定杆 2-外滑块 3-拉深凸模 4-落料压缸控制，其液体压力可以调整选 凸模兼压料板 5-落料凹模 6-拉深凹模 择，但仍应该考虑其间隙。 压边圈的结构形式可有四种，如图10所示。图10a是普通平面形。图10b是 平锥形，这种压边圈中锥角的大小应与拉深件壁部增厚规律相适应，锥角a对边 的高度一般取(0.2~0.5) t。平锥形压边圈不仅能使冲模的调整工作得到一定程度的简化，而且能提高拉深的极限变形程度。 图10c是大锥角的锥形压边圈结构，其锥角与锥形凹模的锥角相对应，一般取其锥 角 ,,30:~45:。它能降低极限拉深系数，实际上是增加了坯料的中间变形过程， 即等于增加一次中间成形锥形件的拉深工序，而这种锥形过渡使得变形区具有 更大的抗压缩失稳能力。此外，由于凸缘变形区变形的过程延长了，变形速度 减慢了，有利于塑性变形的扩展和金属的流动，不易造成拉裂。 图10d是圆弧形压边圈，它更适用于带凸缘筒形且凸缘直径较小而圆角半 径较大的情况。 图10 压边圈形状 a)平面型 b)平锥形 c)锥形 d)圆弧形 （2）弹性压边圈 弹性压边圈结构适用于单动压力机。其工作原理如图11 所示，压边圈由模具中的弹性系统托住，随 着上模（拉深凹模）的下行，弹性压边圈的 压边力急剧增大。这种结构产生的压边力曲 线与拉深力曲线很不协调，而用气缸或液压 缸的弹性压边系统，其压边力基本上是不变 化的，调整也较方便些，后者的拉深效果好 于前者。 采用压料筋或拉深槛，同样能有效地增 加径向拉应力和减少切向压应力的作用，也 是防皱的有效措施。 1.拉裂产生的原因与部位 图12表示圆筒件拉深后的壁厚变化。在 A、B两处可能产生缩颈，即拉深过程中坯图11 单动压力机上的弹性压边装置 1-凹模 2-凸模 3-压边圈 4-顶出杆 5-弹簧 料变薄最剧烈处。若径向拉应力大于材料的 抗拉强度 ,，便会在此处产生拉裂（图13）。圆筒件拉深时产生破裂的原因，b 可能是由于凸缘起皱，坯料不能通过凸、凹模间隙，使,增大；或者由于压边1 力过大，使,增大；或者是变形程度太大，即拉深系数小于极限值。 1 图12 圆筒拉深件的截面形状 图13 拉裂 2. 拉裂的解决措施 要防止产生拉裂，应根据板料成形性能，采用适当的拉深系数和压边力。 增加凸模表面的粗糙度，可以减小缩颈处的变薄。 筒形件拉深，在拉深件口端出现有规律的高低 不平现象叫突耳，如图14所示。一般有四个突耳， 有时是两个或六个，甚至八个突耳，产生突耳的原 因是板材的各向异性，在板厚方向性系数r低的方向，板料变厚，筒壁高度较低。在具有r高的方向，板 料厚度变化不大，故筒壁高度较高。所以板平面方图14 突耳形状 向性系数 越大，突耳现象越严重。 ,r 拉深模一般比较简单，其结构按拉深方向有正向拉深模和反向拉深模以及 两者兼有的正反向拉深模；按拉深工序可分为单工序拉深模、多工序连续拉深模 和复合拉深模，其中复合拉深模又可分为落料拉深模和落料拉深冲孔模等；按使 用压力机的不同可分为单动压力机用拉深模和双动压力机用拉深模。 图15所示为无压边圈的首次拉深模典型结构，适于坯料塑性好、相对厚 度 ，的拉深工作。由图可以看出，圆坯料由定位板5定m,0.6(t/D)，100,21 位，凸模2下行，坯料通过凹模孔成形，凸模回程时，冲件被凹模内壁的台阶 卸下。为了使坯料容易进人凹模，凹模口部应做成30?锥度或抛物线形。模具 设计时，应设法减少拉深件和凹模直壁间的摩擦，以提高拉深件的表面质量。 为此，凹模直壁高度h不能太大，在一般拉深时，h取9~13mm；精度要求高时，取6~l0mm；变薄拉深时，取3~6mm。凸模中心有气孔，以便于卸件与保证冲 件质量。 图15 无压边圈的首次拉深模 图16为带固定压边圈的首次拉深模。压边圈5用螺钉固定在凹模7上，它与1-上模座 2-凸模 3-固定板 4-出气孔 5-定位板 6-凹模 7-下模座 凹模之间的间隙是不变的，约为坯料厚度。拉深时，坯料变形区在固定压边圈 和凹模的间隙间流动，可以防止坯料的失稳起皱。固定压边圈能承受的压边力 很大，所以这种模具适于厚板拉深 。 图17为具有弹性压边圈的首次拉深模。压边圈8与弹簧1、螺钉5和限位螺栓9等零件组成弹性压边装置，坯料由定位板10定位，上模下行时，压缩弹簧1产生的压力作用在坯料上。上模继续下行，弹簧不断压缩，凸模将坯料拉人凹模11成形。对于直壁较大的拉深件，弹簧的压缩量也大，压边力也会急剧线性增加。 为了防止压边力过大引起冲件破裂，在压边圈上装有3-4个限位螺栓9，使弹簧1在压缩过程中产生的一部分压边力通过限位螺栓作用在下模上，保持作用在坯料 上的压边力仍为一定值。为了提高拉深件表面质量，应减少拉深件与凹模直壁的 摩擦，对于一般精度的拉深件，凹模直壁高度可为9~13mm。 图16 有压边圈的首次拉深模 1-上模座 2-凸模 3-凸模固定板 4-出气孔 5-压边圈 6-定位板 7-凹模 8-凹模固定板 9-下模座 图17 带弹性压边圈的首次拉深模 1-弹簧 2-通孔 3-上模座 4-凸模固定板 5-螺栓 6-凸模 7-凸模气孔 8-压边圈 9-限位螺栓 10-定位板 11-凹模 12-下模座 图18为弹性压边圈装在下模的首次拉深模。这种模具的特点是，可选用 压边力大的弹簧、橡皮或气垫压料，用以增大压边力，同时压边力是可调的， 以满足拉深件的压边要求，因而在生产中得到广泛应用。由图看出，坯料由定 位板6定位，上模下行，弹性压边圈7和凹模5压住坯料。上模继续下行，坯料 进人凹模孔成形。拉深后，上模回程至上极点时，由打料杆3通过推板4,将拉深件从凹模中推出。由图又可看出，上模下行至下极点位置（或在弹性压边圈 7和凹模5闭合）时，弹性压边圈7与下模板8之间的空隙值很小，会产生压手h1 事故。为此，从安全方面考虑，根据图示结构，其空隙值以及弹性压边圈和h1 凹模间的空隙值分别取25mm和20mm以上。 图18 弹性压边圈在下模的首次拉深模 1-模具气孔 2-上模座 3-打料杆 4-推板 5-凹模 6-定位板 7-弹性压边圈 8-下模座 图19所示为无压边圈的再次拉深模。凸、凹模分别固定在上、下模上，首 次拉深后的工序件由定位板6定位，凸模下行将工序件拉人凹模成形，拉深后凸 模回程，工序件由凹模孔台阶卸下。凹模口部形状及尺寸，如图5-56b所示。为 减少拉深件与凹模的摩擦，凹模直边高度h取9~13mm。该模具适于变形程度不 大、拉深件直径和壁厚要求均匀的再次拉深工作。 图20为带弹性压边圈的再次拉深模。凸模3和压边圈4在下模，凹模固定在 上模，首次拉深后的工序件由压边圈4外径定位。上模下行，凹模2和压边圈4 压料后向下移动，将工序件拉人凹模成形。拉深后，凸模回程，拉深件从凹模 中由推件板1推出。该类模具的压边圈在下模，可以选用大弹簧、橡皮或气垫 压边，同时，为了防止凸模下行时弹簧或橡皮不断压缩，压边力急剧增加引起 的零件破裂，模具中可设置限位装置。这种模具结构合理，使用方便，在冲压 生产中广泛应用。 图21为无压边圈的简单反向再次拉深模。首次拉深后的工序件，由凹模 图19 无压边圈的再次拉深模 1-上模座 2-垫板 3-凸模固定板 4-凸模 5-凸模气孔 6-定位板 7-凹模 8-凹模座 9-下模座 图20 带弹性压边圈的再次拉深模 1-推件板 2-拉深凹模 3-拉深凸模 4-压边圈 5-顶杆 6-弹簧 3外径定位，凸模1下行，将工序件反向拉人凹模。拉深后凸模上升，由凹模内 孔台阶卸件。为减少拉深件和凹模直壁摩擦，提高冲件的表面质量，凹模直壁 高度h取9~13mm。 图21 反向拉深模 1-凸模 2-凸模气孔 3-凹模 由图21可以看出，反向拉深时材料进人凹模的阻力很大，所以一般情况 下，反向拉深模不需要压边装置。但是，有时为了便于卸件、工序件定位和防 止拉深时的冲件偏移，在反向拉深时也有带压边圈的，如图22和图23所示 。 图22 压边圈在上模的反向拉深 图24为落料和首次拉深复合模的典型结构，适于圆形、矩形或正方形冲件 的拉深。冲压时，上模下行，凸凹模3与落料凹模7冲出坯料外形，上模继续下 行，拉深凸模8将坯料拉人凸凹模3成形。上模回程后，由顶件块（压边圈）2或推件块5将拉深件顶出或推出。该模具结构比较合理，也容易制造和调整， 生产上用的很广。 图23 压边圈在下模的反向拉深模 图24 落料与首次拉深复合模 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 4.5 1. 用于拉深成形的材料，要求具有高的塑性、低的屈强比（）、大,/,0.2b 的板厚方向性系数、小的板平面方向性。 屈强比值越小，一次拉深允许的极限变形程度越大，拉深的性能,/,0.2b 越好。例如：低碳钢的屈强比,/,,0.57，其一次拉深的最小拉深系数为0.2b m=0.48~0.50；65Mn的屈强比,/,,0.63，其一次拉深的最小拉深系数为0.2b m=0.68~0.7。所以有关材料 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，作为拉深用的钢板，其屈强比不大于0.66。 板厚方向性系数r反映了材料的各向异性性能。当r>1时，材料宽度方向上的变形比厚度方向容易，拉深过程中材料不易变薄和拉裂。材料的板厚方向性 系数r值越大，其拉深性能越好。 2. （1）拉深件形状应尽可能简单、对称、避免急剧转角或凸台。拉深高度 应尽可能小，以减少拉深次数，提高冲件质量。拉深件的形状应尽量对称，轴 对称拉深件的圆周方向上的变形是均匀的，模具加工也容易，其工艺性最好， 其他形状的拉深件，应尽量避免急剧的轮廓变化。 （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：a,R，0.5t（或r，0.5t），如图25所示。 d （5）拉深件的底与壁、凸缘与壁、矩形件四角的圆角半径应满足： r,t，R,2t，r,3t。否则，应增加整形工序，一次整形的，圆角半径可取：d r,(0.1~0.3)t，R,(0.1~0.3)t。见图25. d 图25 拉深件的圆角半径 3. 一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT 13级以下，不宜高于IT11级。拉深件的径向尺寸精度以及筒形拉深件和带凸缘筒形拉深件所能达到的高度方 向尺寸精度，见教材相关表格。如果精度要求高，可采取整形来达到要求。 根据拉深工艺性分析的结论，结合生产批量与生产实际条件，合理制定 拉深件的冲压工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 任务一为图26所示拉深件，材料08钢，材料厚度2mm，其工艺性分析内容如下： （1）材料分析 08钢为优质碳素结构钢，属于深拉深级别钢，具有良好的拉深成形性能。 （2）结构分析 零件为一无凸缘筒形件，结构简单，底部圆角半径为R3，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的结构工艺性。 （3）精度分析 零件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可达到零件的精度要求 。 图26 任务一工件图 图27 任务二工件图 在零件工艺性分析的基础上制定其工艺路线如下：零件的生产包括落料、 拉深（需计算确定拉深次数）、切边等工序，为了提高生产效率，可以考虑工 序的复合，经比较决定采用落料与第一次拉深复合，经多次拉深成形后，由机 械加工方法切边保证零件高度的生产工艺。 任务二为图27所示拉深件，材料10钢，材料厚度1.5mm，其工艺性分析 内容如下： （1）材料分析 10钢为优质碳素结构钢，属于深拉深级别钢，具有良好的拉深成形性能。 （2） 结构分析 零件为一形状较复杂的有凸缘筒形件，且凸缘形状为异形。若拉深坯料直接 制备成凸缘的形状，则拉深成形时坯料受力不均匀，零件形状与精度势必得不到 保证，因此，拉深时坯料形状应为圆形，拉深结束后由切边工序保证凸缘外形。 零件凸缘上有3个孔，为了保证孔的精度，其加工也放在拉深结束后冲裁。对于 零件上的底孔则选择在冲压成形结束后钻孔加工，因为拉深件成型后具有一定的 高度，采用冲孔的方法凸模的长度较长，不利于保证模具寿命。此外，零件底部 圆角半径与口部圆角半径均为R5，满足拉深件底部圆角半径大于一倍料厚、口部圆角半径大于两倍料厚的要求。 （3） 精度分析 零件上只有高度和拉深件直径两个尺寸标注公差，经查表其精度等级都在 IT14级以下，所以普通拉深即可达到零件的精度要求。 在零件工艺性分析的基础上制定其工艺路线如下：零件的生产包括落料、拉 深（需计算确定拉深次数）、切边、冲孔等工序，为了提高生产效率，可以考虑 工序的复合，本例中采用落料拉深——再次拉深——末次拉深——切边冲孔—— 钻底孔的加工工艺路线。 1. 1 拉深件坯料尺寸一般是以拉深件尺寸为基础，按体积不变原则和相似原 则进行计算。体积不变原则，即对于不变薄拉深，利用拉深前坯料面积与拉深 件面积相等的关系求得；相似原则，即利用拉深前坯料的形状与拉深件断面形 状相似求得。当拉深件的断面是圆形、正方形、长方形或椭圆形时，其坯料形 状应与拉深件的断面形状相似，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。 2 在不变薄拉深中，虽然在拉深过程中坯料 的厚度发生一些变化，但在工艺设计时，可以不 计坯料的厚度变化，概略地按拉深前后坯料的面 积相等的原则进行坯料尺寸的计算。旋转体拉深 件采用圆形坯料，其直径可按面积相等的原则计 算。计算坯料尺寸时，先将拉深件划分为若干便 于计算的简单几何体，分别求出其面积后相加， 得拉深件总面积艺A，则坯料直径为 4D,A ,, 例图28所示的薄壁圆筒件，可划分为三部 分，各部分的面积分别为 A,,d(H,r) 1 ,2A,[2,r(d,2r)，8r] 2图28 圆筒件坯料尺寸计算 4 ,2A,(d,2r) 34 4D,AA,A，A，A带入，得坯料直径为 ,,123, 22 D,(d,2r)，,2r(d,2r)，8r，4d(H,r) 当板料厚度大于lmm时，应按板料厚度中线尺寸计算。 由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后工件的边缘 不整齐，甚至出现突耳，需在拉深后进行修边。因此，计算坯料直径时需要增 加修边余量，圆筒件和有凸缘圆筒形件的修边余量可由书中表查出。当拉深次 h数多或板平面方向性较大时，取表中较大值。当工件的值很小时，也可不进d行修边。 根据坯料尺寸的计算方法，对于常用的简单拉深件，可选用书中表所列 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 直接求得其坯料尺寸D。 形状复杂的旋转体拉深件坯料直径的计算法则是：任何形状的母线AB绕 轴线yy旋转，所得到的旋转体面积等于母线长度L与其重心绕轴线旋转所得周长 的乘积（是该段母线重心至轴线的距离），即 2,XX 旋转体面积 A,2,XL 2,D坯料面积 A, 04 由于A,AD,8LX,8(lx，lx，？，lx),8lx,故坯料直径 ,01122nn 对于母线为直线和圆弧连接的旋转体拉深件，可将其母线分成简单的（直 线和圆弧）线段l、l、l？l1、2、3？n，计算出各线段的长度，再计算出各线123n段的重心至轴线的距离x、x、x？x，然后带入上式计算坯料尺寸D。 123n 根据无凸缘筒形拉深件坯料尺寸的计算方法得 1）确定零件修边余量 h80,1零件的相对高度,,2.63,h,6mm，经查得修边余量，所以，修d30 正后拉深件的总高应为79+6=85mm。 2）确定坯料尺寸 D 由无凸缘筒形拉深件坯料尺寸计算公式得 22D,d,4dh,1.72dr,0.56r 22 ,30，4，30，85,1.72，30，4,0.56，4mm ,105mm 零件材料厚度为1.5mm，所以所有计算以中径为准。 1）确定零件修边余量 d88，2，14F,,2.06，可查得修边余量，,R,3mmd56.5 所以，修正后拉深件凸缘的直径应为。 116，2，3,122mm 零件的凸缘相对直径2）确定坯料尺寸 D 查得有凸缘筒形件坯料计算公式为 2D,d，4dh,3.44rdF 2 ,122，4，56.5，45,3.44，5.75，56.5mm ,154.7mm,155mm 1）概念 拉深系数m是每次拉深后筒形件的直径与拉深前坯料（或工序件）直径的 比值，如图29所示。 图29 多次拉深时筒形件直径的变化 第一次拉深系数 d1m, 1D d以后各次拉深系数 2 m,2d1 „ d n, mndn,1 总拉深系数md表示从坯料直径拉深至的总变形程度，即 D总n dddddn3n22m,,？,mmm？m 123nDdddd123n1, 所以总拉深系数为各次拉深系数的乘积。从拉深系数的表达式可以看出， 拉深系数m的值是永远小于1的。拉深系数可用来表示拉深过程中的变形程度， 拉深系数值越小，说明拉深前后直径差越大，亦即该次工序的变形程度越大。 在制定拉深工艺时，如拉深系数m取得过小，就会使拉深件起皱、拉裂或严重变薄超差。因此拉深系数m的减小有一个客观的界限，这个界限就称为极限拉 深系数 m[m]或，有时简称为拉深系数m。 min 当前在生产中采用的一些材料的极限拉深系数见书中表。 2）拉深系数的影响因素 a.材料的力学性能 屈强比越小，对拉深越有利。因为小，,/,,0.2b0.2材料容易变形，凸缘变形区的变形抗力减小；而大，则提高了危险断面处,b 的强度，减小拉裂的危险。因此，屈强比小的材料，其极限拉深系数值小一些。 材料伸长率值小的材料，因容易拉断，故极限拉深系数值要大一些。一般认, 为，屈强比，而伸长率的材料具有较好的拉深性能。 ,/,,0.65,,28%0.2b b. 材料的相对厚度 相对厚度越大，越对拉深有利。因为大，t/Dt/D抵抗凸缘处失稳起皱的能力提高，这样压边力可以减小甚至不需要，这就相应 地减小甚至完全去掉了压边圈对坯料的摩擦阻力，从而使拉深变形的阻力相应 地减小。 c. 润滑 润滑条件良好对拉深有利，可以减小拉深系数。 d. 模具的几何参数 凸、凹模的圆角半径和凸、凹模间的间隙值对拉深 系数有影响。因此决定拉深系数和决定模具几何参数要结合起来考虑。这个问 题将在以后介绍凸、凹模工作部分设计时再详细讨论。 在实际生产中，并不是在所有的情况下都采用极限拉深系数。因为过小的 接近极限值的拉深系数能引起坯料在凸模圆角部位的过分变薄，而且在以后的拉 深工序中，这部分变薄严重的缺陷会转移到成品零件的侧壁上去，降低零件的 质量。所以当对零件质量有较高的要求时，必须采用大于极限值的拉深系数。 2 1）推算法 根据已知条件，由书中表查得各次拉深的［m〕，然后依次计算出各次拉深 工序件的直径，即 d,dd,[m]Dd,[m]dd,[m]d，，，直到。即当计算所得直径nnnn,111221 小于或等于工件直径d时，计算的次数即为拉深次数。 如：已知无凸缘筒形拉深件的35mm，高度66mm，材料厚度0.8mm，试求该拉深件的拉深次数。 经计算生产该拉深件的坯料尺寸约为100mm，则零件的相对厚度 [m],0.55[m],0.78t/D，100,0.8,由书中极限拉伸系数表查得：，，12 [m],0.8，则根据推算法可得 3 d,[m]D,0.55，100,55mm， 11 d,[m]d,0.78，55,42.9mm 221 d,[m]d,0.8，42.9,34.32mm,35mm 332 所以，共需拉深3次。 2)查表法 在生产实际中也可采用查表法，即根据工件的相对高度h/d和坯 ，直接由书中表5-6查得拉深次数。 t/D 仍以上例为例，计算零件的相对高度，查表得零件所h/d,66/35,1.89需拉深系数为3次。 料的相对厚度 1）工序件直径 从前面的介绍中已知，各次工序件直径可根据各次的拉 深系数算出，即d,mdd,mD,d,md，„d,md。此时计算所332nnn,111221 得的最后一次拉深直径d必须等于零件直径，如果计算所得的d小于零件dnn直径，应调整各次拉深系数，使d,d，所以上式中的m、m、m？m是dn123n 在查表所得[m]、[m]、[m]？[m]的基础上调整后的实际拉深系数，调整时依照123n 的原则为：实际拉深系数大于查表所得的极限拉深系数并且后继拉深系数应逐 次增大。 2）工序件的拉深高度 在设计和制造拉深模具及选用合适的压力机时， 还必须知道各次工序的拉深高度，因此，在工艺计算中尚应包括高度计算一项。 在计算某工序拉深高度之前，应确定它的底部的圆角半径（即拉深凸模 的圆角半径）。拉深凸模的圆角半径，通常根据拉深凹模的圆角半径来确定。 首次拉深凹模圆角半径 r，可参照公式计算确定，以后r,0.8(D,d)td1d11各次拉深时凹模圆角半径rr,(0.6~0.8)r。拉深凸模的圆角半径，除最后pdndn,1 一次应取与零件底部圆角半径相等外，中间各次取值可依据公式r,(0.7~1)rpd计算确定。 根据拉深后工序件面积与坯料面积相等的原则，多次拉深后工序件的高度 可按下面公式进行计算 2rD1h,0.25，(,d)，0.43，(d，0.32r)1111dd11 2rD2h,，,d，，d，r0.25()0.43(0.32)2222 dd22 ？ 2rDn h,0.25，(,d)，0.43，(d，0.32r)nnnnddnn 已计算坯料尺寸为105mm，则 1）判断是否采用压边圈 t2零件的相对厚度，100,，100,1.9，经查压边圈为可用可不用的范D105 ]=0.5，[ m]=0.75，[ m]=0.78，123 [ m]=0.8。所以，每次拉深后筒形件的直径分别为 4围，为了保证零件质量，减少拉深次数，决定采用压边圈。 2）确定拉深次数 d,[m]D,0.5，105mm,52.5mm11查得零件的各次极限拉深系数分别为[ m d,[m]d,0.75，52.5mm,39.38mm221 d,[m]d,0.78，39.38mm,30.72mm 332 d,[m]d,0.8，30.72mm,24.58mm,30mm 443 由上计算可知共需4次拉深。 3）确定各工序件直径 调整各次拉深系数分别为 m,0.82m,0.53，m,0.78，，则调整后每312次拉深所得筒形件的直径为 d,mD,0.53，105mm,55.65mm 11 d,md,0.78，55.65mm,43.41mm 221 d,md,0.82，43.41mm,35.60mm332 d30第四次拉深时的实际拉深系数m,,,0.84，其大于第三次实际4d35.603拉深系数m[m]和第四次极限拉深系数，所以调整合理。第四次拉深后筒形件34的直径为,30mm。 4）确定各工序件高度 根据拉深件圆角半径计算公式，取各次拉深筒形件圆角半径分别为 r,8mmr,6.5mmr,5mmr,4mm，，，，所以每次拉深后筒形件的高度1234为 2rD1h,0.25，(,d)，0.43，(d，0.32r)1111dd11 21058 ,0.25，(,55.65)mm，0.43，，(55.65，0.32，8)mm55.6555.65,39.22mm 2rD2h,0.25，(,d)，0.43，(d，0.32r)2222dd22 21056.5 ,0.25，(,43.41)mm，0.43，，(43.41，0.32，6.5)mm43.4143.41,55.57mm 2rD3h,0.25，(,d)，0.43，(d，0.32r)3333dd33 21055 ,0.25，(,35.60)mm，0.43，，(35.60，0.32，5)mm35.6035.60,70.77mm 第四次拉深后筒形件高度应等于零件要求尺寸，即h,85mm。 4 拉深工序件图如下图所示。 由以上计算可知，该例需拉深4次成形，所以其最终的加工工艺路线为：落料与首次拉深复合模——第二次拉深——第三次拉深——第四次拉深—— 机加切边。 3. 有凸缘筒形件结构及常见标注方法见图 30。 1 之间的凸缘件称为窄凸d/d,1.1~1.4F对 缘件。这类冲件因凸缘很小，可以当作一般圆 筒形件进行拉深，只在倒数第二次工序时才拉 图30 凸缘件及坯料 出凸缘或拉成具有锥形的凸缘，而最后通过矫正 工序压成水平凸缘，其过程如图31所示。若h/d<1时，则第一次即可拉成口部具有锥形凸缘的圆筒形，最后凸缘再经校正即可。 图31 窄凸缘筒形件的拉深 2 1 对 d/d,1.4的凸缘件称为宽凸缘件。宽凸缘件的第一次拉深与拉深圆筒形F 件相似，只是在拉深过程中不把坯料边缘全部拉人凹模，而在凹模面上形成凸缘而已。 r其总拉深系数决定如下：当冲件底部圆角半径与凸缘处圆角半径R相等，即r=R 时，则 1d ,,mDdhr2F()，4,3.44ddd 由上式可以看出，有凸缘筒形件的拉深系数取决于下列有关尺寸的三组 对比值： dF——凸缘的相对直径； d h ——零件的相对高度； d r ——相对圆角半径。 d 其中以影响最大，影响次之，最小。由此可见，有凸缘筒d/dh/dr/dF 形件的拉深系数不仅与筒形件的直径有关，还与筒形件凸缘的大小有关。从书 中凸缘件的首次拉深系数表中可以看出，当坯料相对直径一定时，凸缘相对直 径越大，拉深系数越小。 另外，对于一定的凸缘件来讲，总的拉深系数m一定时，则与之d/dh/dF 间的关系也一定，因此也常用来表示凸缘件的变形程度，其关系见书中表。 h/d 2 a. 判定能否一次拉成 假若零件的总拉深系数m大于书中表查出的第一次拉深系数极限值，或零件的相对高度h/d小于书中表查得的首次拉深最大相对高度数值，则该零件可一次拉成。反之，则需多次拉深。 b. 多次拉深的原则 按查出的第一次极限拉深系数或首次拉深最大相对 高度拉成凸缘直径等于零件所需要尺寸d（含修边余量）的中间过渡形状，F 以后各次拉深均保持凸缘件直径不变，只按无凸缘筒形件多次拉深的方法dF 逐步减小筒形部分直径，直到拉成零件为止。 在拉深宽凸缘件中要特别注意的是：在形成凸缘直径dF之后，在以后的拉深中，凸缘直径dF不再变化，因为凸缘尺寸的微小变化（减小）都会引起很大的 变形力，而使底部危险断裂。这就要求正确计算拉深高度和严格控制凸模进人 凹模的深度。各次拉深高度计算如下。 第一次拉深高度为 0.250.142222h,(D,d)，0.43(r，R)，(r,R) F11111dd11 以后各次的拉深高度为 0.250.142222h,(D,d)，0.43(r，R)，(r,R) nFnnnnddnn 除了精确计算拉深件高度和严格控制凸模 进人凹模的深度以外，为了保证以后各次拉深 时凸缘不再收缩变形，通常使第一次拉成的筒 形部分金属表面积比实际需要的多3%~5%，这部分多余的金属逐步分配到以后各次工序中 去，最后这部分金属逐渐使筒口附近凸缘加厚， 但这不会影响零件质量。 3 a．通过减小筒部直径来增加高度 对于 图32 有凸缘筒形件的拉深方法 中小型零件(<200mm)，通常靠减小筒形部分直径、增加高度来达到，这时dF 圆角半径r及R在整个变形过程中基本上保持不变（图32a）。 b．通过减小圆角半径来减小直径 对于大件(>200mm)，通常采用改dF变圆角半径r及R，逐渐缩小筒形部分的直径来达到，零件高度基本上一开始即 已形成，而在整个过程中基本保持不变（图32b）。 用第二种方法制成的拉深件表面光滑平整，而且厚度均匀，不存在中间拉深 工序中圆角部分的弯曲与局部变薄的痕迹。但是，这种方法只能用于坯料相对厚 度较大的时候。因为这时，在第一次拉深成大圆角的曲面形状时不致起皱。当坯 料相对厚度较小，而且第一次拉深成曲面形状具有起皱危险时，则应采用第一种 方法。用这种方法制成的冲件，表面质量较差，容易在直壁部分和凸缘上残留 有中间工序中形成的圆角部分弯曲和厚度的局部变化的痕迹，所以最后要加一 次需力较大的整形工序。当零件的底部圆角半径较小，或者当对凸缘有平面度 要求时，上述两种方法都需要一次最终的整形工序。 3 零件材料厚度为1.5mm，所以所有计算以中径为准。 1）确定零件修边余量 零件的凸缘相对直径 d88，2，14F,,2.06，可查得修边余量，,R,3mmd56.5 所以，修正后拉深件凸缘的直径应为116，2，3,122mm。 2）确定坯料尺寸 D 查得有凸缘筒形件坯料计算公式为 2D,d，4dh,3.44rdF 2 ,122，4，56.5，45,3.44，5.75，56.5mm ,154.7mm,155mm 其中零件凸缘部分的表面积等于 ,FddR22凸,[,(，2)]F4 ,222 ,[122,(56.5，2，5.75)]mm42,8054mm 零件除去凸缘部分的表面积为 ,FDF2凸,,4 ,222 ,，152mm,8054mm42,10806mm t，凸缘相对直径等于2.06，经查其第一，100,0.97D 56.53）判定能否一次拉成 次拉深极限拉深系数[m]=0.42，计算零件的总拉深系数小于m,,0.361总155零件的坯料相对厚度[m]，所以需要多次拉深。 1 4）预定首次拉深工序件尺寸 为了在拉深过程中不使凸缘部分再变形，取第一次拉入凹模的材料比零件相 应部分表面积多5%，故坯料直径应修正为 DFF（）,,，1.054/凸 （）,,8054，1.05，10806，4/mm ,157mm dF初选,1.1，由参考文献查得首次拉深极限拉深系数[m]=0.55，取1d m=0.55，则首次拉深筒形件直径为 1 d,mD,0.55，157mm,86.35mm 11 取首次拉深凸、凹模圆角半径 r,r,0.8(D,d)t,0.8（152,85.12），1.5mm,8mmA1T11 则第一次拉深高度为 0.2522Fh,(D,d)，0.43(R，r)111d1 220.25 ,(157,122)mm，0.43(8.75，8.75)mm86.35 ,35.80mm 5）验算m是否合理 1 h35.801第一次拉深的相对高度,,0.415，可查得当凸缘相对直径d86.351 t1.5d122F,,1.41，100,，100,0.96，坯料相对厚度时，第一次拉深允许d86.35D1571 h的相对高度为1,0.45~0.53,0.415，所以预定的m是合理的。 1d1 6）计算以后各次拉深的工序件直径 查得以后各次拉深极限拉深系数分别为[ m]=0.76，[ m]=0.79，则拉深后筒23 形件直径分别为 d,[m]d,0.76，86.35,65.63mm 221 d,[m]d,0.79，65.63,51.84mm,56mm332 所以零件共需进行3次拉深。调整各次拉深系数，取第二次实际拉深系数 ，则拉深后直径应为 m,0.792 d,md,0.79，86.35mm,68.21mm221 56.5计算第三次拉深的实际拉深系数m,,0.83，其数值大于第三次拉深368.21极限系数和第二次拉深实际拉深系数，所以，以上调整合理。 [m]m327）计算以后各次拉深的工序件高度 取第二次拉深凸、凹模圆角半径为r,R,0.8R,0.8，8,6.5mm，设A2T2A1第二次拉深时多拉入2.5%的材料（其余2.5%的材料返回到凸缘上），则坯料直径应修正为 DFF（）,,，1.0254/凸 （）,,8054，1.025，10806，4/mm ,156mm 拉深后零件的高度为 0.2522Fh,(D,d)，0.43(R，r)222d2 220.25 ,(156,122)mm，0.43(7.25，7.25)mm68.21 ,40.88mm 第三次拉深后工序件尺寸应为零件要求尺寸。拉深工序件图见33。 图33 拉深工序件图 由以上计算可知，该零件需拉深3次成形，所以其最总确定的加工工艺路 线应为：落料与首次拉深复合——第2次拉深——第三次拉深——切边冲孔复 合模——机加底孔——检验。 4. 1 生产中常用以下 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 公式计算 第一次拉深力 F,,dt,K11b1 第二次拉深力 F,,dt,K22b2 式中 ——分别为第1次、第2次拉深后冲件的直径； d、d12 ——系数，查表得； K、K12 对于截面为矩形、椭圆形等拉深件，拉深力为 F,KLt,b 式中 L——横截面周边长度 K——修正系数，可取0.5~0.8。 2 为了解决拉深中的起皱问题，当前在生产实际中的主要方法是采用压边圈。 压边圈只是防止拉深起皱的一种模具结构或形式。关键应该控制压边力的大小， 压边力应该是在保证坯料凸缘部分不致于会起皱的最小压力。如果压边力过大， 则使变形区坯料与凹模、压边圈之间的摩擦力剧增，可能导致工件的过早拉裂； 如果压边力太小，则起不到防皱的作用或作用很小，仍然不可能实现成功的拉深。 由于压边力数值在操作时不便控制，而且变形区坯料压缩失稳时，只有当 皱纹波超过一定高度时才会产生皱折。因此，假如能控制好不致产生皱折的压边 间隙（压边圈与凹模平面间的间隙），则实际上更有利于防止拉深起皱。 实验研究得到的刚性压边圈最佳压边间隙C见表5-9。 弹性压边装置用于单动压力机。压边力系由气垫、弹簧或橡皮产生。压 边力与压力机行程的关系如图34所示。气垫压边力不随凸模行程变化，压边效 果较好。弹簧和橡皮的压边力随行程增大而上升，对拉深不利，只适合拉高度 不大的零件。但其结构简单，制造容易，特别是装上限制压边力的限位器后还 是比较实用的，如图35所示。 图34 压边力与压力机行程的关系 图35 带限位装置的压边圈 弹性压边装置压边力的计算公式为 F,ApY 式中 A——压边面积； P——单位压边力，可查表。 3 对于单动压力机 F,F，F Y拉 对于双动压力机 F,F，F,F 12Y拉 式中 ——压力机的公称压力； F ——内滑块公称压力； F1 F——外滑块公称压力； 2 F——拉深力； 拉 F——压边力。 Y 落料——拉深复合模及复合工序有一定的 优越性，生产效率高。但要保证落料——拉深复 合工序的顺利实现有一个力的校核问题：不能简 单她将落料力与拉深力叠加以后去选择压力机， 因为压力机的公称压力是指滑块接近下极点附近 的压力，而不是整个行程中的压力。所以，应该 图36 冲压力与压力机压力曲线 注意压力机的压力曲线，否则，很可能出现压力1-压力机压力曲线 2-落料力 机超载现象。如图36所示的情况，虽然落料力加曲线 3-拉伸力曲线 拉深力之和小于压力机公称压力，但落料时已超载了，这是不允许的。 4 模具为落料拉深复合模，动作顺序是先落料后拉深，现分别计算落料力 F、落 拉深力FF和压边力。 压拉 FKLt,,落 ,1.3，3.14，105，2，320N ,274310.4N,274.3kN ,,F,dtK1b1拉 ,3.14，55.65，2，400，0.8N ,111834.24N,111.8kN ,22FD（dtrP,[,，，2)]压A14 ,22,[105,(55.65，2，2，8)]，2.2N 4 ,9672.37N,9.7kN 因为拉深力与压边力的和小于落料力，即 F，F,111.8，9.7,121.5KN,F，所以，应按照落料力的大小选用设备。压拉落 初选设备为J23—35。 5. 1 凸、凹模结构对拉深时坯料变形和拉深件质量均有重要影响。 当坯料的相对厚度大而不用压边圈拉深时，可采用如图37a所示的凹模结构。 图37b所示的锥形凹模对拉深变形极为有利。它使坯料先变为曲面形状， 从而减小了起皱的趋势。此外，凹模锥面减小了凹模圆角半径造成的摩擦阻力 和弯曲变形，从而降低拉深力，并有可能采用较小的拉深系数。从防止起皱看， 锥角应取 ；从降低拉深力来看，应取。综合考虑，常用30:~60:20:~60:30: 锥角。r,0.05D，r,5t；普通拉深h＝9~13mm、精拉深h＝6~10mm、变薄12 拉深h＝3~6mm。 图37 不用压边圈拉深的凹模结构 1、5-气孔 2-凹模 3-定位板 4-凹模 6-顶块 7-弹簧 8-底座 当坯料相对厚度较小必须采用压边圈时，采用如图38所示的模具结构。图38a用于尺寸较小的圆筒件，图38b用于直径大于l00mm的拉深件。这种结构除具有锥形凹模特点外，还可减轻坯料的反复弯曲变形，以提高冲件侧壁质量。 采用这种结构时要使相邻前后两次工序中凸、凹模的形状尺寸具有恰当的关 系，尽量使前次工序冲出的工序件形状有利于后续工序的成形，压边圈工作部 分的形状尺寸应与前次工序的凸模相应部分相同，凹模锥角a也要与前次工序的凸模斜角相等。凹模与凸模的锥角越大，对拉深变形越有利。但当坯料相对 厚度较小时，锥角a过大会引起坏料起皱，锥角a可按书中表选取。 图38 带压边圈凹模的结构 2 凹模、凸模圆角半径对拉深工作影响很大，其中尤以凹模圆角半径r为d 甚。在拉深过程中，坯料在凹模圆角部位滑动时产生较大的弯曲变形，而当由 凹模圆角半径区进人直壁部分时，又被重新拉直，或者在通过凸模与凹模之间 的间隙时受到校直作用。假如凹模的圆角半径过小，则坯料在经过凹模圆角部 位时的变形阻力以及在模具间隙里通过的阻力都要增大，结果势必引起总拉深 力的增大和模具寿命的降低。因此，当凹模圆角半径过小时，必须采用较大的 极限拉深系数。在生产中，一般应尽量避免采用过小的凹模圆角半径。 凹模圆角半径过大，使在拉深初始阶段不与模具表面接触的坯料宽度加 大，因而这部分坯料很容易起皱。在拉深后期，过大的凹模圆角半径也会使坯 料外缘过早地脱离压边圈的作用而起皱，尤其当坯料的相对厚度小时，这个现 象十分突出。因此，在设计模具时，应该根据具体条件选取适当的圆角半径值。 凸模圆角半径 rr对拉深工件的影响不像凹模圆角半径那样显著。但是pd过小的凸模圆角半径，会使坯料在这个部位上受到过大的弯曲变形，结果降低 了坯料危险断面（底与直壁交接部分）的强度，这也使极限拉深系数增大。另 外，即使坯料在危险断面不被拉裂，过小的凸模圆角半径也会引起危险断面附 近坯料厚度局部变薄，而且这个局部变薄和弯曲的痕迹经过后续的拉深工序以 后，还会在冲件的侧壁上遗留下来，以致影响冲件的质量。在多工序拉深时， 后续工序的压边圈的圆角半径等于前次工序的凸模的圆角半径，所以当凸模圆 角半径过小时，在后续的拉深工序里坯料沿压边圈的滑动阻力也要增大，这对 拉深过程的进行是不利的。 假如凸模圆角半径过大，也会使在拉深初始阶段不与模具表面接触的坯 料宽度加大，因而这部分坯料容易起皱。 1）凹模圆角半径的计算 首次拉伸 r,0.8(D,d)td11 式中 ——坯料直径（mm）； D ——首次拉深凹模内径（mm）； d1 ——坯料厚度（mm） t 对于以后各次拉深，可取 r,(0.6~0.8)r d2d1 r,(0.7~0.9)r dndn,1 式中 r——第二次拉深凹模圆角半径； d2 r——第n次拉深凹模圆角半径。 dn 2）凸模圆角半径的计算 首次拉深 r,(0.7~1)r p1d1 d,d,t2n,1n多次拉伸中的以后各次 r, p(n,1)2 式中dd、——前后两次工序中工序件的直径。 nn,1 最后一次拉深的凸模圆角半径即等于冲件的圆角半径，但不得小于 (2~3)t。如冲件的圆角半径要求小于(2~3)t，则凸模圆角半径仍应取(2~3)t， 最后用一次整形来得到冲件要求的圆角半径。 3 拉深模的间隙是指凹模与凸模之间的横向尺寸差值，间隙的大小对拉2Z 深力与拉深件的质量有一定的影响。 拉深模的凸模、凹模之间的单面间隙Z大，则摩擦小能减小拉深力，但间隙大精度不易控制。间隙过大时拉深后冲件的高度小于要求得到的高度，冲件成侧 凹状。 拉深模的凸、凹模之间的单面间隙小，则摩擦大增加拉深力，因此许用拉 深系数m数值较大。凸模和凹模的单面间隙小于材料厚度时，带有变薄拉深的影 响，拉深件的精度及表面质量较高。 一般，拉深模的单边间隙 由下式计算 Z Z,t，Kt max 式中 t——材料的最大厚度； max ——材料的公称厚度； t ——系数，由书中表查出。 K 4 1 对于多次拉深的第一次拉深及中间各次拉深，工序尺寸没有必要严格要 求，其凸、凹模尺寸取工序件尺寸即可。若以凹模为基准，则 ，,dD,D d0 0 D,(D,2Z)p,,p式中 D——凹模基本尺寸； d D——凸模基本尺寸； p ——工序件的基本尺寸； D ——凸、凹模的单边间隙； Z ,、,——凸、凹模的制造公差。 dp 2 当工件外形尺寸要求一定时（图39a），以凹模为准。凸模尺寸按凹模减 小以取得间隙。具体计算公式为 ，,dD,D(,0.75,) dmax0 00 D,(D,2Z),(D,0.75,,2Z)maxpd,,,,pp 图39 拉深件尺寸与模具尺寸 a）外形有要求时 b）内形有要求时 当工件内形尺寸要求一定时（图39b），以凸模为准。凹模尺寸按凸模增大以取得间隙。具体计算公式为 0d,(d，0.4,) p,,pmin ，,，,dd d,(d，2Z),(d，0.4,，2Z)dp0min0 式中 ——凹模的基本尺寸； D、ddd D、d——凸模的基本尺寸； pp ——拉深件最大外径尺寸和最小内径尺寸； D、dmaxmin ——冲件的公差； , ——凸、凹模的单边间隙； Z ,、,——凸、凹模的制造公差。 pd 凸、凹模的制造公差可按IT6~IT9级选取，也可按冲件公差的1/3~1/4选取。 5 冲件在拉深时，由于拉深力的作用或润滑油等因素，使得冲件很容易被粘 附在凸模上。在冲件与凸模间形成真空，会增加卸件的困难，造成冲件底部不平。 为此，凸模应设计有通气孔，以便拉深后的冲件容易卸脱。拉深不锈钢件或大冲 件时，由于粘附力大，可在通气孔中通高压气体或液体，以便拉深后将冲件卸 下。对于一般的小型件拉深，可直接在凸模上钻出通气孔，其大小根据凸模尺 寸而定，具体数值可从书中表查得。 6 1）首次拉深凸、凹模尺寸计算 由上边计算可知：第一次拉深件后零件直径为55.65mm，由公式Z,t，Kt确定拉深凸、凹模间隙值，查得K,0.5，所以间隙Zmax Z,2mm，0.5，2mm,3mm，则 ,，，0.08，0.08A首次拉深凹模D,(d，t),(55.65，2)mm,57.65mm。 A1000 000首次拉深凸模D,D(,Z2),(57.65,6)mm,51.65mm T,,0.05,0.05A,T 2）末次拉深凸、凹模尺寸计算 因为零件标注外形尺寸（32,0.04）mm，所以要先计算凹模，即 ,，，0.08，0.08AD,(d,0.75,),(32.04,0.75，0.08)mm,31.98mm Amax000 000则拉深凸模D,D(,Z2),(31.98,4.4)mm,27.58mm T0.050.05A,,,,T 0105，0.87,落料凹模刃口尺寸计算如下。 查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。落料尺寸为φ，最大间隙Z,0.246mmmin Z,0.360mm，凸模制造公差，凹模制造公差。,,0.025mm,,0.035mmmaxTA将以上各值代入?Z,Z校验是否成立。经校验，不等式成立，所以,，,maxminTA 可按下式计算工作零件刃口尺寸。 ,ADDXΔ，,(,)Amax0，0.035 ,（105,0.5，0.87）mm0，0.035,104.565mm0 0DDZ,(,)A,Tmin,T 0 ,(104.565,0.246)mm0.025, 0,104.319mm0.025, 零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为1.5mm，零件与条料侧边之间的搭边值为1.8mm，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件 的步距为106.5mm，条料的宽度应为 0B,(D，2a，c)max,,0 ,(105，2，1.8，1)mm,0.70,109.6mm,0.7 选用规格为2mm×1000mm×1500mm的板料，计算裁料方式如下。 裁成宽109.6mm，长1000mm的条料，则每张板料所出零件数为 15001000，，，，，,13，9,117 ,,,,109.6106.5，，，， 裁成宽109.6mm，长1500mm的条料，则每张板料所出零件数为 10001500，，，，，,9，14,126 ,,,,109.6106.5，，，， 经比较，应采用第二种裁法，零件的排样图如图40所示。 图40 排样图 第二次拉深件后零件直径为43.41 mm，拉深凸、凹模间隙值仍为3mm，则 ,，，0.08，0.08A拉深凸、凹模尺寸分别为 D,(d，t),(43.41，2)mm,45.41mm A2000 000 D,D(,Z2),(45.41,6)mm,39.41mmT0.050.05A,,,,T FdtK,,,2b2拉 ,,，43.41，2，400，0.6N ,65427.55N,65.4kN根据以上力的计算，初选设备位J23—10。 标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。 根据凹模高度和壁厚的计算公式得 凹模高度 H,Kb,0.2，105mm,21mm。 凹模壁厚C,(1.5~2)H,1.8，21mm,38mm。 所以，凹模的外径为D,105，2，38,181mm。 以上计算仅为参考值，由于本套模具为落料拉深复合模，所以凹模高度受拉 深件高度的影响必然会有所增加，其具体高度将在绘制装配图时确定。另外，为 了保证凹模有足够的强度，将其外径增大到200mm。 模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规格为：上模座 200mm×200mm×45mm，下模座200mm×200mm×50mm，导柱32mm× 190mm，导套32mm×105mm×43mm。 拉深凸模将直接由连接件固定在下模座上，凸凹模由凸凹模固定板固定，两 者采用过渡配合关系。模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格 为A50×100的模柄。 由于零件高度较高，尺寸较小，所以未选用标准模架，导柱导套选用标准件， 其规格分别为35mm×230mm，35mm×115mm×43mm。模柄采用凸缘式模柄，规格为A60×90。 （图41） （图42） 本例中落料与首次拉深复合模结构与任务一结构图类似，第二次拉深模 与任务一图42类似，此处重点介绍切边冲孔复合模结构（图43）。 图41 落料拉深复合模 1、9-下、上模座 2、3、10、12、23-螺钉 4-落料凹模 5-导柱 6-挡料销 7-导套 8-凸凹模固定板 11-模柄 13-横销 14-打杆 15-推件块 16、22、24-销钉 17-凸凹模 18-卸料版 19-凸模20-压边圈 21-顶杆 图42 第二次拉深模 1- 下模座 2-导柱 3、11、12-螺钉 4-凸模固定板 5-顶杆 6-压边圈 7-凹模 8-推件块9-上模座 10-导套 13-横销 14-打杆 15-模柄 16-销钉 17-凸模 图43 切边冲孔复合模 1、10-下、上模座 2-凸凹模固定板 3-废料切刀 4-凸凹模 5-冲孔凸模 6-凹模 7-推件块 8-凸模固定板 9-垫板 11、13、23-螺钉 12-模柄 14-打杆 15-推板 16-推杆 17、18、22-销钉 19-导套 20-横销 21-导柱 1. 阶梯形零件如图44所示，其拉深与圆筒形 件的拉深基本相同，即每一阶梯相当于相应圆 筒形件的拉深。 2. 求出零件的高度与最小直径之比 ，h/dmin 再按前面所述圆筒形件拉深相对高度表查得其图44 阶梯型零件的表示方法 工序次数，如工序次数为1，则可一次拉出。 3. （1）由大到小 假若任意两相邻阶梯直径的比值d/d都不小于相应的nn,1圆筒形件的极限拉深系数时，则其拉深方法为由大阶梯到小阶梯依次拉出（见 图45a），而其拉深次数则等于阶梯数目，即各阶梯拉拉深次数之和。 （2）由小到大 假若某相邻两阶梯直径比值d/d小于相应圆筒形件的nn,1极限拉深系数时，则由直径dd到按凸缘件的拉深办法，其拉深顺序由小阶nn,1 梯到大阶梯依次拉深（图45b）。 图45 阶梯形零件的拉深方法 1. 盒形件可以认为是由圆角部分和直边部分组成，其拉深变形可以近似地 认为：圆角部分相当于圆筒形件的拉深，而其直边部分相当于简单的弯曲，但 是，由于直边部分和圆角部分并不是截然分开的，而是连在一块的整体。因此 必须通过实验观察分析。 如在盒形坯料上画上方格网，其纵向间距为a，横向间距为b，且 a,b。 拉深后方格网发生变化，如图46所示，即横向间距缩小，而且越靠近角部缩小 越多，即；纵向间距增大，而且越向上，间距增大越多，即b,b,b,b123 。 a,a,a,a123 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 了圆角部分材料的变形程度（与半径和其圆角半径相同的圆筒形件比）。 图46 盒形件拉深时的金属流动 图47 盒形件拉深时的应力分布 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 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），则需要克服的变形阻力也就减小，从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，其应力状态如图47所示。 分析可知，盒形件拉深的特点如下： （1）径向拉应力 ,沿盒件周边的分布是不均匀的，在圆角部分最大，直边r 部分最小，而切向压应力,的分布也是一样。 , （2）就以角部来说，由于应力分布不均匀，其平均拉应力与相应的圆筒形 零件（后者的拉应力是平均分布的）相比要小得多。 因此，就危险断面处的载荷来说，盒形件要小得多， 故对于相同材料，盒形件的拉深系数可取小些。 （3）由于压应力,在角部最大，向直边部分, 逐步减小，因此，与角部相应的圆筒形件相比，材 料的稳定性加强，起皱的趋势减小，直边部分很少 起皱。 2. 1 图48 盒形件坯料尺寸计算 1）先将直边按弯曲计算，圆角部分按1/4圆筒 拉深计算，于是得出坯料外形ABCDEF，如图48所示； 按弯曲展开的直边部分长度为l,h，0.57r p 式中 ——盒形件的高度（含修边余量）； ,hh r——盒形件底部圆角半径。 p 圆角部分按1/4圆筒拉深计算，当r,r时，得 p 2R,r，2rh,0.86r(r，0.16r) pp 2）然后过BC和DE的中点G和H作圆弧R的切线，再用圆弧将切线和直边展 开线连接起来，便得最后修正的坯料外形ALGHMF。 2 坯料为圆形（图49），且直径为 2D,1.13B，4B(h,0.43)r,1.72r(h，0.5r),4r(0.11r,0.18r) ppp 3 坯料采用长圆形或椭圆形（图50），坯料窄边的曲率半径按半个方盒计 算，即取,圆弧中心离零件短边的距离为。 R',D/2B/2 图49 高方形盒的坯料形状和尺寸 图50 高矩形盒的坯料形状与尺寸 3. 盒形件初次拉深的极限变形程度，可用其相对高度 h/r表示，当零件的实际相对高度h/r[h/r]小于查表所得的盒形件初次拉深最大相对高度时，零件可以一次成形。反之，则需要多次拉深。 4. 在盒形件的再次拉深时所用的工序件是已经形成直立侧壁的空间体，其 变形情况如图51所示，工序件底部和已经进人凹模高度为h的侧壁是不应产生2塑性变形的传力区；与凹模的端面接触，宽度为b的环形凸缘是变形区；高度为hh的直立侧壁是待变形区。在拉深过程中随着凸模的向下运动，高度不断12 的增大，而高度h则逐渐减小，直到坯料全都进人凹模并形成冲件的侧壁。假1 如变形区内圆角部分和直边部分的拉深变形（指切向压缩和径向伸长变形）大 小不同，必然引起变形区各部 分在宽度b的方向上产生不同 的伸长变形。由于这种沿坯料 周边在宽度方向上发生的不 均匀伸长变形受到高度为h1的待变形区侧壁的阻碍，在伸 长变形较大的部位上要产生 附加压应力，而在伸长变形较 图51 盒形件再次拉深时的变形分析 小的部位上要产生附加拉应 力。附加应力的作用可能引起对拉深过程的进行和对拉深件质量都很不利的结 果：在伸长变形较大并受附加压应力作用的部位上产生材料的堆聚或横向起 皱；在伸长变形较小并受附加拉应力作用的部位上发生坯料的破裂或厚度的过 分变薄等。因此，保证拉深变形区内各部分的伸长变形均匀一致，而且不要产 生材料的局部堆聚和其他部位过大的拉应力等条件，应该成为盒形件的多次拉 深过程中每次拉深工序所用工序件的形状和尺寸确定的基础，而且也是模具设 计、确定工序顺序、冲压方法和其他变形工艺参数的主要依据。此外，也应保 证沿盒形件周边上各点的拉深变形程度不能超过其侧壁强度所允许的极限值。 在遵循以上原则的基础上，需多次拉深的盒形件常见拉深方法见图52和图 53。 图52 矩形盒多工序拉深时工序 图53 方形盒多工序拉深时工序 件的形状与尺寸 件的形状和尺寸 1. 曲面形状零件可定义为非平底非直壁的空心零件，其包括：球面形状零件、 锥形零件、抛物面形状零件以及诸如汽车覆盖件一类零件的拉深成形。因为这类 零件的拉深成形，其变形区及变形特点并不是单一的，而是属于复合类冲压成形 工序。所以在这里不是简单地定义为拉深，而定义为拉深成形。 2. 以球形件为例分析曲面形状零件的变形特点，图54表明了球形件拉深成形后的变形数值，括号内为径向变形值（为拉应变），括号外是切向变形值（一,,r, 部分为负，表示压应变。一部分为正，表示拉应变）。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 a区是坯料的凸缘及进人凹模中的 一部分，这一变形区部分产生拉深变形； b区是坯料的中间部分，也是产生拉深变 形；c区是坯料靠近球形凸模顶部的部 分，这一部分变形区产生的是胀形变形。 b、c两部分的分界点在图54中的第4点位 置。 这一典型零件拉深成形的变形数值 表明，曲面零件拉深成形的共同特点是图54 球形件应变数值分析 由拉深和胀形两种变形方式的复合。 材料与模具的接触面上均有摩擦存在。 如在图55中： FF——凹模圆角处的摩擦力；12 F——压边圈、凹模与坯料之间的摩擦；—3—工件与凹模壁之间的摩擦力；F——工件4 与凸模壁之间的摩擦力；图55 拉深中的摩擦力 F——凸模圆角处5 的摩擦力。 摩擦力FFF、、是有害的，它不仅使拉深系数m增大、拉深力增加，而123 且会刮伤模具和冲件表面，因此，应采取润滑措施减少这些摩擦力的作用。但摩 擦力FF、则有阻碍材料在危险断面处变薄的作用，因而是有益的，它有助于45 降低拉深系数，因此在凸模方面则不必润滑。 从上述分析推理，润滑剂在拉深工作中所起的作用，不仅是降低摩擦系数使拉 深力降低（实践证明，与无润滑剂相比它能降低拉深力达30％），从而提高材料的极限变形程度（降低极限拉深系数），而且还能保护模面及冲件表面不受刮伤， 从而提高模具寿命和冲件质量。 在拉深过程中，在凹模和坯料之间放层塑料薄膜，也是降低摩擦防止拉 裂的一种有效方法。 在拉深过程中，由于材料承受塑性变形，金属会产生加工硬化。对于硬 化不显著的金属，若工艺过程制订得正确，模具设计合理，一般可不需要进行 中间退火。而对于高度硬化的金属，一般在一、二次拉深工序之后即需要进行 中间热处理。不需要中间热处理而能完成的拉深次数见书中表。 此外，拉深后的冲件，常常需要进行消除残余应力的低温退火。奥氏体 型的不锈钢、耐热钢及其合金采用淬火处理。 不论是工序间热处理还是最后消除应力的热处理，应尽可能地立即进行， 避免由于长期存放，冲件在内应力作用下产生变形或龟裂，特别对不锈钢、耐热 钢及黄铜冲件更是如此。这些材料拉深后，不经热处理是不能存放的。 冲件退火之后，表面有氧化皮及其他污物，必须进行酸洗清理，酸洗有 时也用在拉深前坯料的准备工作中。 酸洗后需要进行仔细的表面洗涤，以便将残留在冲件表面上的酸液洗掉。 其办法是：先在流动的冷水中清洗，然后放在加温止60~80?的弱碱液中中和，最后用热水洗涤。 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。若能够通过增加拉深次数的办法以减少退火工序时，一般宁可增 加拉深次数。若工序数在6-10次以上时，应该考虑能否使用连续拉深或者将拉深 与冷挤压、变薄拉深等工艺结合起来，以避免退火工序。