模具设计与制造(第二版-张荣清-主编)电子课件教案第4章拉深工艺与拉深模.pptx
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1、2024/3/24 周日1按照成形前后壁厚的变化可将拉伸分为变薄拉伸和按照成形前后壁厚的变化可将拉伸分为变薄拉伸和不变薄拉伸两种。也可以按照侧壁母线分为四大不变薄拉伸两种。也可以按照侧壁母线分为四大类:类:(1)直壁旋转体拉深件直壁旋转体拉深件 如易拉罐、电池壳、金属药如易拉罐、电池壳、金属药瓶和起动器壳等;瓶和起动器壳等;2024/3/24 周日2(2)曲线旋转体拉深件曲线旋转体拉深件 如搪瓷盆、汽车灯壳和炒锅如搪瓷盆、汽车灯壳和炒锅等;等;(3)直壁非旋转体制件直壁非旋转体制件(盒形制件盒形制件)如计算机接口固如计算机接口固定架、饭盒和水斗等;定架、饭盒和水斗等;2024/3/24 周日3
2、(4)曲面非旋转体拉深件曲面非旋转体拉深件 如汽车覆盖件。如汽车覆盖件。按毛坯形状可分为按毛坯形状可分为首次拉深首次拉深(以(以平板平板作毛坯)作毛坯)和以后的和以后的各次拉深各次拉深(以(以空心空心件作毛坯);件作毛坯);按壁厚变化可分为普通拉深(工件壁厚不变)按壁厚变化可分为普通拉深(工件壁厚不变)和变薄拉深(工件壁厚变薄)。变薄拉深用于和变薄拉深(工件壁厚变薄)。变薄拉深用于制造薄壁厚底、变壁厚、大高度的筒形件(如制造薄壁厚底、变壁厚、大高度的筒形件(如易拉罐)易拉罐)2024/3/24 周日4 4.1.2 拉深件的工艺性拉深件的工艺性 1.拉深件的形状和尺寸拉深件的形状和尺寸(1)拉深
3、件的结构形状应)拉深件的结构形状应简单、对称简单、对称,尽量避,尽量避免免急剧的外形变化急剧的外形变化;(2)标注尺寸时,应根据使用要求)标注尺寸时,应根据使用要求只标注内形只标注内形尺寸或只标注外形尺寸尺寸或只标注外形尺寸,不能同时标注内、外形,不能同时标注内、外形尺寸。筒壁和底面连接处的圆角半径只能标注内尺寸。筒壁和底面连接处的圆角半径只能标注内形,材料形,材料厚度不宜标注在筒壁或凸缘厚度不宜标注在筒壁或凸缘上;上;2024/3/24 周日5 (3)拉深件的底部或凸缘上有孔时,孔边到侧)拉深件的底部或凸缘上有孔时,孔边到侧壁的距离应满足壁的距离应满足arrd d+0.5t+0.5t;(4)
4、多次拉深件的筒壁或凸缘的内、外表面)多次拉深件的筒壁或凸缘的内、外表面应应允许有压痕允许有压痕;(5)非对称非对称的空心件应进行组合,成对进行拉的空心件应进行组合,成对进行拉深深,然后将其切成两个或多个零件然后将其切成两个或多个零件.2024/3/24 周日6 2.拉深件的高度拉深件的高度 拉深件的高度拉深件的高度h对拉深成形的次数和成形对拉深成形的次数和成形质量均有重要的影响,常见零件一次成形质量均有重要的影响,常见零件一次成形高度为:高度为:无凸缘无凸缘筒形件:筒形件:h(0.50.7)d带凸缘带凸缘筒形件:当筒形件:当dt/d1.5时时,h(0.40.6)d d 拉深件壁厚中径拉深件壁厚
5、中径 dt 拉深件凸缘直径拉深件凸缘直径2024/3/24 周日7 3.拉深件的圆角半径拉深件的圆角半径 拉深件凸缘与筒壁间的圆角半径应取拉深件凸缘与筒壁间的圆角半径应取rd2t2t,为便于拉深顺利,一般,为便于拉深顺利,一般r rd d=(4848)t t,当当rd 2t,需增加整形工序;,需增加整形工序;拉深件底面与筒壁间的圆角半径应取拉深件底面与筒壁间的圆角半径应取rp2t,为便于拉深顺利,一般,为便于拉深顺利,一般rp=(35)t,当,当rp 2t,需增加整形工序;,需增加整形工序;凸模圆角半径大,凸模圆角半径大,减小了板料绕凸模弯曲减小了板料绕凸模弯曲的拉应力,的拉应力,增加了危险断
6、面的抗拉强度,增加了危险断面的抗拉强度,增加了极限变形程度。增加了极限变形程度。2024/3/24 周日8 4.拉深件的尺寸精度拉深件的尺寸精度一般不高于一般不高于IT11级,如高于,则需增加整级,如高于,则需增加整形工序。形工序。由于材料的各向异性,拉深件的口部和凸由于材料的各向异性,拉深件的口部和凸缘外缘一般是不整齐的,拉深结束后,要缘外缘一般是不整齐的,拉深结束后,要增加增加切边切边工序。工序。5.拉深件的材料选用拉深件的材料选用 良好的塑性,较小的屈强比和较大的厚向良好的塑性,较小的屈强比和较大的厚向异性系数异性系数2024/3/24 周日9 4.2 拉深拉深工艺设计及计算工艺设计及计
7、算 4.2.1 拉深变形过程及特点拉深变形过程及特点圆形平板毛坯拉深成开圆形平板毛坯拉深成开口直壁圆筒形件,且口直壁圆筒形件,且h(D-d)/2拉深凸模和凹模与冲裁模拉深凸模和凹模与冲裁模不同之处不同之处:拉深凸、凹模拉深凸、凹模都有一定的圆角都有一定的圆角,而不是而不是锋利的刃口,其间隙一般锋利的刃口,其间隙一般稍大于板料的厚度。稍大于板料的厚度。2024/3/24 周日10 面积相等原则面积相等原则:将三角:将三角形阴影部分切除,把留形阴影部分切除,把留下的狭条沿直径下的狭条沿直径d的圆周的圆周折弯后竖起来并加以焊折弯后竖起来并加以焊接,就得到一个直径为接,就得到一个直径为d,高度为,高度
8、为h=(D-d)/2的的圆筒件,说明圆筒件,说明被切除的被切除的三角形阴影部分在模具三角形阴影部分在模具的作用下发生了塑性流的作用下发生了塑性流动动,从而使拉深后的工,从而使拉深后的工件高度增加了件高度增加了h,所以,所以h(D-d)/2。2024/3/24 周日11 工件的工件的壁厚和硬度也有所变化壁厚和硬度也有所变化2024/3/24 周日12 拉深后的网格变化拉深后的网格变化(1)直径为直径为d的网格的网格基本保持不变,拉深后成为基本保持不变,拉深后成为筒底。筒底。(2)D-d环形部分的网格发生了明显的变化,由环形部分的网格发生了明显的变化,由扇形网格(扇形网格(A1)变成了)变成了矩形
9、矩形网格(网格(A2)。)。2024/3/24 周日13 拉深后的网格变化拉深后的网格变化(3)原来间隔相同的同心圆变成)原来间隔相同的同心圆变成筒壁上的不等距筒壁上的不等距的水平圆筒线的水平圆筒线,且越往上间距增加越大。,且越往上间距增加越大。(4)原来分度相等的)原来分度相等的辐射线在筒壁上成了相互平辐射线在筒壁上成了相互平行且等距的垂直线行且等距的垂直线,其宽度完全相等,其宽度完全相等.2024/3/24 周日14 扇形网格成为矩形网格的扇形网格成为矩形网格的原因,在于拉深时每个网原因,在于拉深时每个网格均受格均受切向压应力切向压应力3 3和和径向拉应力径向拉应力1 1的作用,的作用,这
10、就相当于在一个这就相当于在一个楔形槽楔形槽中拉着扇形网格通过一样。中拉着扇形网格通过一样。1 1由于拉深力作用,由于拉深力作用,3 3由于直径缩小,切向互相由于直径缩小,切向互相挤压产生的。挤压产生的。2024/3/24 周日15拉深变形的特点拉深变形的特点(1)位于凸模下面的材料基本不变形,拉深)位于凸模下面的材料基本不变形,拉深后成为筒底,后成为筒底,变形主要集中在位于凹模表变形主要集中在位于凹模表面的平面凸缘区面的平面凸缘区,该区是拉深变形的主要,该区是拉深变形的主要变形区。变形区。(2)变形区的变形不均匀,)变形区的变形不均匀,沿切向受压而缩沿切向受压而缩短,沿径向受拉而伸长短,沿径向
11、受拉而伸长,越往口部压缩和越往口部压缩和伸长得越多。在口部板料的厚度增加伸长得越多。在口部板料的厚度增加。2024/3/24 周日16 4.2.2 拉深过程中材料的应力应变状态拉深过程中材料的应力应变状态凸模将拉深凸模将拉深力作力作用在筒形件底部用在筒形件底部,通过壁部传递到通过壁部传递到凸缘,使凸缘部凸缘,使凸缘部分的毛坯拉入凸、分的毛坯拉入凸、凹模间隙中凹模间隙中,变,变形过程中毛坯各形过程中毛坯各部位的应力应变部位的应力应变状态是不同的状态是不同的2024/3/24 周日17(1)平面凸缘部分平面凸缘部分(区区I,主要主要变形区变形区):由扇形网由扇形网格变成矩形区域,是拉格变成矩形区域
12、,是拉深的主要变形区。承受深的主要变形区。承受径向拉应力径向拉应力1 1和和切向压切向压应力应力3 3以及厚度方向压以及厚度方向压应力应力2.2.产生应变产生应变1 1、3 3、2.2.当切向压应力当切向压应力较大,极限变形程度主较大,极限变形程度主要受要受传力区承载能力传力区承载能力的的限制,而板料较薄时,限制,而板料较薄时,材料容易失稳弯曲,造材料容易失稳弯曲,造成皱褶。成皱褶。2024/3/24 周日18(2)凹模圆角部分凹模圆角部分(区区II,过渡区)过渡区):由凸缘向筒壁由凸缘向筒壁变形的过渡区,材料变变形的过渡区,材料变形比较复杂,除了有形比较复杂,除了有I区区的的变形变形特点外,
13、由于材特点外,由于材料还在凹模圆角处产生料还在凹模圆角处产生弯曲弯曲,在厚度方向受到,在厚度方向受到压应力压应力2.2.2024/3/24 周日19(3)筒壁部分筒壁部分(区区III,传传力区力区):材料流动到这里,材料流动到这里,筒形已形成承受拉应力筒形已形成承受拉应力1,也产生小量的纵向,也产生小量的纵向应变应变1 1和和厚向压应变厚向压应变 2.2.2024/3/24 周日20(4)凸模圆角部分凸模圆角部分(区区IV,过渡区过渡区):承受径向拉应承受径向拉应力力1和切向压应力和切向压应力3以以及厚度方向压应力及厚度方向压应力2.产产生应变生应变1、3、2,在,在厚度方向受到压应力厚度方向
14、受到压应力2.产生产生径向伸长、厚度减径向伸长、厚度减薄薄的变形,形成的变形,形成危险断危险断面,在此处断裂面,在此处断裂,造成,造成废品。废品。2024/3/24 周日21(5)筒底部分筒底部分(区区V,小变小变形区形区):受到拉深引起的受到拉深引起的拉应力拉应力1和和3作用,但作用,但由于凸模的摩擦作用,由于凸模的摩擦作用,这个拉应力不大这个拉应力不大,材料变材料变薄很小,一般只有薄很小,一般只有1%3%,可以忽略不计。,可以忽略不计。拉深主要的质量问题是拉深主要的质量问题是平面凸缘区起皱平面凸缘区起皱和和“危危险断面险断面”的拉裂。的拉裂。2024/3/24 周日22在拉深过程中,坯料各
15、区的应力与在拉深过程中,坯料各区的应力与应变是应变是 不均匀不均匀 的。即使在凸缘变的。即使在凸缘变形区也是这样,形区也是这样,愈靠近外缘,变形愈靠近外缘,变形程度愈大程度愈大,板料增厚也愈大,板料增厚也愈大。2024/3/24 周日23 4.2.3 拉深过程的起皱和破裂拉深过程的起皱和破裂1.起皱:拉深时,起皱:拉深时,凸凸缘部分缘部分存在存在切向压应切向压应力力3 3,达到一定程达到一定程度,板料切向失稳而度,板料切向失稳而拱起,拱起,在凸缘四周沿在凸缘四周沿切向产生波浪形的连切向产生波浪形的连续弯曲续弯曲2024/3/24 周日24 拉深起皱后,轻者拉深起皱后,轻者凸缘变形区材料仍凸缘变
16、形区材料仍能被拉进凹模,会能被拉进凹模,会使工件口部产生波使工件口部产生波纹,影响工件的质纹,影响工件的质量。量。2024/3/24 周日25 起皱严重时,起皱的凸缘起皱严重时,起皱的凸缘材料不能通过凸、凹模间材料不能通过凸、凹模间隙而引起拉深件拉裂。隙而引起拉深件拉裂。拉深是否起皱与拉深是否起皱与3 3大小大小有关,也与毛坯的相对厚有关,也与毛坯的相对厚度度t/Dt/D有关,而有关,而3 3与拉深与拉深的变形程度有关。而的变形程度有关。而每次每次拉深的变形程度较大拉深的变形程度较大而而t/Dt/D较小时就会起皱较小时就会起皱。防止起皱的方法是压边圈防止起皱的方法是压边圈,或者或者减小拉深变形
17、程度、减小拉深变形程度、加大毛坯厚度加大毛坯厚度。2024/3/24 周日26 2.破裂:破裂:起皱并不表示板料变形达到了极限起皱并不表示板料变形达到了极限,因为,因为采用加压边圈等措施后变形程度仍然可以提高。采用加压边圈等措施后变形程度仍然可以提高。随着变形程度的提高,变形力也相应增大,当变随着变形程度的提高,变形力也相应增大,当变形力大于危险断面的承载能力时拉深件则被拉破,形力大于危险断面的承载能力时拉深件则被拉破,因此因此危险断面的承载能力是决定拉深能否顺利进危险断面的承载能力是决定拉深能否顺利进行的关键行的关键.2024/3/24 周日27 拉深时危险断面是否被拉裂,取决于拉深时危险断
18、面是否被拉裂,取决于材材料的性能、变形程度的大小、模具的圆料的性能、变形程度的大小、模具的圆角半径、润滑条件角半径、润滑条件等。生产实践中通常等。生产实践中通常采用采用硬化指数大、屈强比小的材料硬化指数大、屈强比小的材料进行进行拉深,采用适当拉深,采用适当增加拉深凸、凹模圆角增加拉深凸、凹模圆角半径半径、增加拉深次数增加拉深次数、改善、改善润滑润滑等措施等措施来避免拉裂的产生来避免拉裂的产生2024/3/24 周日28 4.2.4 直壁圆筒形件的拉深工艺计算直壁圆筒形件的拉深工艺计算1.毛坯尺寸计算毛坯尺寸计算(1)修边余量的确定)修边余量的确定板料存在着板料存在着各向异性各向异性,实际生产中
19、毛坯和凸、凹,实际生产中毛坯和凸、凹模的模的中心也不可能完全重合中心也不可能完全重合,因此拉深口不可能,因此拉深口不可能很整齐,通常都要有修边工序,以切去不整齐部很整齐,通常都要有修边工序,以切去不整齐部分。表分。表4.1、表、表4.22024/3/24 周日29因材料性能和模具几何形状等因素的影响,因材料性能和模具几何形状等因素的影响,会造成拉深件口部不齐,尤其是经过多次会造成拉深件口部不齐,尤其是经过多次拉深的拉深件,起口部质量更差。因此在拉深的拉深件,起口部质量更差。因此在多数情况下采用多数情况下采用加大工序件高度或凸缘直加大工序件高度或凸缘直径径的方法,拉深后再经过的方法,拉深后再经过
20、切边切边工序以保证工序以保证零件质量。零件质量。2024/3/24 周日30(2)拉深件毛坯尺寸的确定)拉深件毛坯尺寸的确定根据拉深后工件表面积与拉深前毛坯表面积相等根据拉深后工件表面积与拉深前毛坯表面积相等这一原则来计算这一原则来计算(1)确定修边余量:查表确定修边余量:查表4.1、4.2(P119)查处查处h(2)计算工件表面积,分解成若干简单几何体计算工件表面积,分解成若干简单几何体(3)求出毛坯尺寸求出毛坯尺寸2024/3/24 周日31表4.1筒形件的修边余量(mm)2024/3/24 周日32表4.2带凸缘的修边余量2024/3/24 周日33(3)求出毛坯尺寸求出毛坯尺寸2024
21、/3/24 周日34用理论计算方法确定坯料尺寸不是绝对准用理论计算方法确定坯料尺寸不是绝对准确,因此对于形状复杂的拉深件,通常是确,因此对于形状复杂的拉深件,通常是先做好先做好拉深模拉深模,以理论分析方法初步确定,以理论分析方法初步确定的坯料进行试模,经反复试模,直到得到的坯料进行试模,经反复试模,直到得到符合要求的冲件时,再将符合要求的符合要求的冲件时,再将符合要求的坯料坯料形状和尺寸形状和尺寸作为制造落料模的依据作为制造落料模的依据。2024/3/24 周日35 2.拉深次数拉深次数(1)拉深系数)拉深系数m拉深后的工件直径与拉深前工件(或毛坯)直径拉深后的工件直径与拉深前工件(或毛坯)直
22、径之比。之比。m越小,则变形程度越大越小,则变形程度越大。多次拉深是因为每次允许的拉深程度是有限制的多次拉深是因为每次允许的拉深程度是有限制的2024/3/24 周日36 总拉深系数总拉深系数拉深系数是否合理是拉深工艺成败的关键。拉深系数是否合理是拉深工艺成败的关键。m小,拉深变形越大小,拉深变形越大;过小,拉深无法进行过小,拉深无法进行。拉深比拉深比k是拉伸系数是拉伸系数m的倒数。的倒数。m大,塑性潜力未被充分利用,拉深次数增大,塑性潜力未被充分利用,拉深次数增加。加。极限拉深系数:拉深件不被拉裂的最小拉深极限拉深系数:拉深件不被拉裂的最小拉深系数系数2024/3/24 周日37 影响极限拉
23、深系数的因素:影响极限拉深系数的因素:材料的力学性能、毛坯材料的力学性能、毛坯的相对厚度的相对厚度t/D、模具的几何参数及润滑条件、模具的几何参数及润滑条件。材料的材料的屈强比屈强比s s/b b小小,塑性好塑性好材料的材料的厚向异性系厚向异性系数数大大,拉深系数可选小;,拉深系数可选小;毛坯的毛坯的相对厚度相对厚度t/D大大、凸、凸、凹模圆角半径大凹模圆角半径大,拉深系数可取小;凹模与板,拉深系数可取小;凹模与板料之间、压边圈与板料之间良好的料之间、压边圈与板料之间良好的润滑润滑也可以减小也可以减小极限拉深系数。查表极限拉深系数。查表4.3、表、表4.4(P123)(2)拉深次数确定)拉深次
24、数确定首先判定是否能够一次拉深完成(拉深件直径首先判定是否能够一次拉深完成(拉深件直径/毛毛坯直径坯直径表中值)。表中值)。1)推算推算法:法:d1=m1D,d2=m1m2D2)查表查表法:表法:表4.5,根据相对高度(,根据相对高度(P124)2024/3/24 周日38表4.3 筒形件带压边圈的极限拉深系数2024/3/24 周日39表4.4 筒形件不带压边圈的极限拉深系数2024/3/24 周日40表表4.5 筒形件相对高度筒形件相对高度h/d与拉深次数的关系与拉深次数的关系2024/3/24 周日41 3.各次拉深后半成品尺寸的计算各次拉深后半成品尺寸的计算(1)半成品直径的计算)半成
25、品直径的计算1)m1m1mnmn;且;且m1-m1 mnmn2)m1m2mn=d/D(2)半成品圆角半径)半成品圆角半径除了除了最后一次拉深底部的圆最后一次拉深底部的圆角半径角半径等于工件的圆角半径等于工件的圆角半径外,中间各半成品的底部圆外,中间各半成品的底部圆角半径等于相应角半径等于相应拉深凸模的拉深凸模的圆角半径圆角半径2024/3/24 周日42(3)半成品高度尺寸的计算)半成品高度尺寸的计算4 拉深工艺力的计算拉深工艺力的计算(1)压边力)压边力是否采用压边圈?查表是否采用压边圈?查表4.6(P125)压边力过大,会增加坯料拉入凹模的拉力,容易压边力过大,会增加坯料拉入凹模的拉力,容
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