04 拉深工藝及模具設(shè)計

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,*,第四章 拉深工藝與模具設(shè)計,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,定義：,利用專用模具將平板毛坯制成空心件的一種沖壓工藝方法，又稱拉延、壓延、引伸等。,用途：,可以制成筒形、階梯形、錐形和其它不規(guī)則形狀的薄壁零件，如和其它沖壓成形工藝配合，還可以制造形狀極為復雜的工件。,優(yōu)點：,拉深制造薄壁空心件生產(chǎn)效率高，材料消耗少，零件的強度和剛度高，而且零件的精度高。,分類：,圓筒形零件；,曲面形零件；,盒形零件；,非旋轉(zhuǎn)體曲面形狀零件。,第四章 拉深工藝與模具設(shè)計,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.1,拉深過程分析,

2、4.2,筒形件拉深的主要質(zhì)量問題及防止措施,4.3,圓筒形件拉深的有關(guān)尺寸的確定,4.4,拉深模設(shè)計計算,4.5,有凸緣圓筒形件的拉深,4.6,其它零件的拉深,4.7,拉深件的工藝性,4.8,拉深中的輔助工序,4.9,其他拉深方法,第四章 拉深工藝與模具設(shè)計,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.1,拉深過程分析,一、拉深變形過程及特點,坐標網(wǎng)格試驗：,同心圓,水平圓圈線,越靠近筒口，間距越大,表明：,金屬的塑性流動,拉深件組成,變形區(qū)：環(huán)形部分,不變形區(qū)：凸模下的圓形底部,傳力區(qū)：直壁部分,二、拉深過程中各部位的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.1,拉深過程分析,一、拉深變形過程及特點,二、拉

3、深過程中各部位的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析,取平板毛坯上的一個扇形作研究,根據(jù)拉深過程中毛坯各部分的應(yīng)力狀況不同，可劃分為五個部分,1,、 平面凸緣部分,(,主要變形區(qū),),P122,公式,2,、凸緣圓角部分,(,過渡區(qū),),切向被壓縮，徑向被拉伸,3,、筒體部分,(,傳力區(qū),),單向受拉應(yīng)力,(,厚度變薄,),，筒壁上厚下薄,4,、底部圓角部分,(,過渡區(qū),),危險截面,5,、筒體底部,雙向拉伸變薄,(,類似于脹形,),冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4,.2,圓筒形件拉深的有關(guān)尺寸的確定,一、拉深件的修邊余量,二、變形程度和拉深系數(shù),三、拉深次數(shù)的確定,四、工藝計算,五、以后各次拉深的特點和方法,冷沖壓工藝與

4、模具設(shè)計,4,.2,圓筒形件拉深的有關(guān)尺寸的確定,一、拉深件的修邊余量,影響因素：材料的力學性能的各向異性，模具間隙分布不均，摩擦阻力不均，定位不準確等。,P129,表,4-3,二、變形程度和拉深系數(shù),三、拉深次數(shù)的確定,四、工藝計算,五、以后各次拉深的特點和方法,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4,.2,圓筒形件拉深的有關(guān)尺寸的確定,一、拉深件的修邊余量,二、變形程度和拉深系數(shù),1,、變形程度：用拉深系數(shù)表示。,2,、拉深系數(shù),定義：拉深后與拉深前的圓筒形件的直徑之比。,極限拉深系數(shù)：,P133,表,4-5,、,4-6,影響拉深系數(shù)的因素：,材料力學性能的影響：塑性越好，極限拉深系數(shù)越小；,材料相對厚

5、度的影響：相對厚度越大，極限拉深系數(shù)越小；,拉深次數(shù)的影響：冷作硬化的影響，次數(shù)越多，極限拉深系數(shù)越大；,拉深方式的影響：是否使用壓邊圈則,m,不同。,其他影響：間隙、凸凹模圓角半徑、潤滑條件等。,三、拉深次數(shù)的確定,四、工藝計算,五、以后各次拉深的特點和方法,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4,.2,圓筒形件拉深的有關(guān)尺寸的確定,一、拉深件的修邊余量,二、變形程度和拉深系數(shù),三、拉深次數(shù)的確定,根據(jù)極限拉深系數(shù)判定能否一次拉深成形；,多次拉深的拉深次數(shù)的確定：,計算法,查表法：,P135,表,4-8,四、工藝計算,五、以后各次拉深的特點和方法,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4,.2,圓筒形件拉深的有關(guān)尺寸的確

6、定,一、拉深件的修邊余量,二、變形程度和拉深系數(shù),三、拉深次數(shù)的確定,四、工藝計算,1,、確定修邊余量；,2,、計算毛坯尺寸：,簡單幾何形狀拉深件的毛坯尺寸,復雜旋轉(zhuǎn)體拉深件的毛坯尺寸：作圖法、解析法,3,、確定是否使用壓邊圈；,4,、確定拉深次數(shù)；,5,、確定各次拉深直徑；,6,、選取各次半成品底部的圓角半徑；,7,、計算各次拉深高度,8,、畫出工序圖,五、以后各次拉深的特點和方法,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4,.2,圓筒形件拉深的有關(guān)尺寸的確定,一、拉深件的修邊余量,二、變形程度和拉深系數(shù),三、拉深次數(shù)的確定,四、毛坯尺寸計算,五、以后各次拉深的特點和方法,特點：,1,、圓筒形件毛坯的壁厚及力

7、學性能都不均勻：加工硬化；,2,、變形區(qū),(d,n-,1,d,n,),保持不變，直至拉深終了之前，拉深力一直在增加，直至變形的最后階段才下降至零；,3,、破裂往往出現(xiàn)在拉深的末尾，而不是發(fā)生在初始階段；,4,、穩(wěn)定性較首次拉深為好：,方法：,1,、正拉深：,2,、反拉深：,優(yōu)點：材料的流動方向有利于相互抵消拉深時形成的殘余應(yīng)力；材料的彎曲與反彎曲次數(shù)較少，加工硬化也少，有利于成形；毛坯與凹模接觸面大，材料的流動阻力也大，材料不易起皺，可不用壓邊圈，避免由于壓邊力不當或不均勻引起的拉裂。,缺點：當拉深系數(shù)很大而凹模壁厚不大時，凹模強度會不足,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.3,拉深模設(shè)計計算,一、拉深

8、力和拉深功的計算,二、凸凹模工作部分尺寸的計算,三、凸凹模工作表面的技術(shù)要求,四、壓邊裝置,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,一、拉深力和拉深功的計算,1,、壓邊力的計算,1),采用壓邊的條件：,P155,公式或,P156,表,4-18,2),壓邊力的計算：,F,Q,=A p,2,、拉深力的計算,無壓邊圈：,F,W,=K,d t,b,有壓邊圈：,F=F,W,+ F,Q,選擇壓機時的注意事項：注意考察壓力機的壓力曲線，防止過載。一般地：,淺拉深：,F,0.7-0.8 F,0,深拉深：,F,0.5-0.6 F,0,3,、拉深功的計算,拉深功：,W=CF,max,h,EXP-3 (J),校核壓機功率：,P=k

9、W n / 601000,1,2,4.3,拉深模設(shè)計計算,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,二、凸凹模工作部分尺寸的計算,1,、凸凹模間隙,定義：單邊間隙,作用和影響：,Z,過小，則增加摩擦阻力，使工件易拉裂，易擦傷工件表面，降低模具壽命；,Z,過大，則對毛坯的校直作用小，影響工件尺寸精度。,確定原則：考慮板料本身的公差，又要考慮筒形件口部的增厚現(xiàn)象。,確定值：,不用壓邊圈：,Z=1-1.1,t,max,使用壓邊圈：,P159,表,4-21,；,對于精度要求高的拉深件，為了減小拉深后的回彈，降低零件的表面粗糙度，常采用負間隙拉深，,Z = 09-0.95 t,最后一道拉深的間隙計算視工件尺寸標注決定。,2

10、,、凸凹模圓角半徑,3,、凸凹模工作部分尺寸的確定,4.3,拉深模設(shè)計計算,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,二、凸凹模工作部分尺寸的計算,1,、凸凹模間隙,2,、凸凹模圓角半徑,作用,凹模圓角半徑過大，則易起皺，尤其是相對厚度較小狀態(tài)下的拉深后期；凹模圓角半徑過小，則增大變形阻力，引起拉深力增加、模具壽命降低。,凸模圓角半徑影響不明顯，但過大，會引起拉深初期產(chǎn)生內(nèi)皺；過小，則降低筒壁傳力區(qū)危險截面的有效抗拉強度。,計算,凹模：,首次拉深：,P160,公式；,以后各次拉深：,r,di,=0.6-0.8 r,di-1,凸模：,首次拉深：,r,p,=0.7-1.0 r,d,以后各次拉深，逐步減小，最后一道拉深

11、與工件相等。,3,、凸凹模工作部分尺寸的確定,4.3,拉深模設(shè)計計算,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,二、凸凹模工作部分尺寸的計算,1,、凸凹模間隙,2,、凸凹模圓角半徑,3,、凸凹模工作部分尺寸的確定,原則：考慮模具的磨損和拉深件的回彈,計算：,最后一次拉深：,P163,工件標注外形尺寸：先確定凹模,D,d,=(D-0.75),工件標注內(nèi)形尺寸：先確定凸模,D,p,=(D+0.4),多次拉深的中間工序：,半成品的尺寸公差沒有必要予以嚴格限制，模具的尺寸只要取半成品的過渡尺寸即可。,4.3,拉深模設(shè)計計算,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,三、凸凹模工作表面的技術(shù)要求,目的：提高成形質(zhì)量和成形極限，降低傳力區(qū)最大拉

12、力值，提高危險截面的承載能力。,要求：,無論凸、凹模，表面不允許有砂眼、縮孔、裂紋和機械損傷等缺陷。,凹模和型腔工作表面一般,Ra0.8,，圓角處,Ra0.4,；,凸模工作表面特別是圓角處,Ra1.6-0.8,即可。,4.3,拉深模設(shè)計計算,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,四、壓邊裝置,1,、類型,剛性壓邊圈：主要用于大型覆蓋件的拉深模；,彈性壓邊圈：多用于中、小型拉深件使用的模具；,(,氣壓、液壓、彈簧、橡皮等,),2,、結(jié)構(gòu)型式,平面壓邊圈：首次拉深用；,帶凸邊的壓邊圈：薄料件的拉深；,錐面壓邊圈：錐面凹模用；,帶拉延肋的壓邊圈：大型覆蓋件拉深；,3,、尺寸及技術(shù)要求,尺寸：與凸模單面間隙取,0.2

13、-0.5mm,；,技術(shù)要求：工作表面不允許開螺孔，應(yīng)具有足夠的剛度，頂桿分布應(yīng)對稱，保證壓邊圈在工作過程中能平穩(wěn)地移動，與毛坯的接觸表面,Ra0.8,，其余表面,Ra6.3- Ra3.2,4.3,拉深模設(shè)計計算,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.4,筒形件拉深的主要質(zhì)量問題及防止措施,一、起皺,二、拉裂,三、拉深凸耳,四、時效開裂,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.4,筒形件拉深的主要質(zhì)量問題及防止措施,表征：凸緣邊上材料產(chǎn)生皺折,原因：坯料凸緣在切向壓應(yīng)力的作用下，可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。,影響：輕微的起皺坯料可通過凸凹模間隙完成拉深，但在筒壁上留下皺痕，影響制件表面質(zhì)量，而嚴重的起皺會使材料不能通過凸凹模間隙而

14、出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。,防止措施：,1),采用壓邊裝置；,2),改善凸緣部分的潤滑，選用屈強比小、屈服點低的材料，盡量使板料相對厚度,t/D,大些，增大抗失穩(wěn)能力；,3),設(shè)計合理的壓邊形式和適當?shù)睦罱睿?4),采用反拉深方法,一、起皺,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.4,筒形件拉深的主要質(zhì)量問題及防止措施,表征：筒壁與筒底過渡部位產(chǎn)生開裂。,原因：,出現(xiàn)起皺現(xiàn)象導致異常；,拉深變形程度太大，拉深力過大導致該部所受拉應(yīng)力超過材料的有效抗拉強度。,影響：制件報廢。,防止措施：,合理選取拉深系數(shù)，減小拉深變形程度，減小拉深力；,合理選用材料：屈強比小、屈服點低，硬化指數(shù),n,值大；,選擇合理的凸、凹模圓角半徑

15、；,合理進行潤滑。,二、拉裂,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.4,筒形件拉深的主要質(zhì)量問題及防止措施,表征：,在制件口端出現(xiàn)有規(guī)律的高低不平現(xiàn)象，凸耳的數(shù)目一般為,4,個；,原因：,材料的各向異性、纖維流線的影響；,影響：,制件口端不平齊，浪費材料；,防止措施：,修邊,三、拉深凸耳,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.4,筒形件拉深的主要質(zhì)量問題及防止措施,表征：制件拉深成形后，由于經(jīng)受到撞擊或振動，甚至存放一段時間后出現(xiàn)的口部開裂現(xiàn)象，一般是從口端先開裂，進而擴展開來。,原因：,金屬組織：含有氫的作用,(,脫氫處理,),；,殘余應(yīng)力：不均勻變形導致附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力。,影響：零件報廢,防止措施：,拉深后及時

16、修邊；,拉深過程中及時進行中間退火；,在多次拉深時盡量在其口部留一條寬度較小的凸緣邊等。,四、時效開裂,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.5,有凸緣圓筒形件的拉深,一、帶凸緣筒形件的工藝計算與拉深方法,1,、工藝計算,如能一次拉出，則無須計算與討論；,如何判定能否一次拉深成形？,2,、拉深方法,窄凸緣筒形件：先拉深成無凸緣圓筒形件，然后形成錐形凸緣，再壓平；,寬凸緣筒形件：,先拉到凸緣直徑,dt,，以后逐步改變筒體，減小直徑，增加高度，直到完成零件成形；,對大型零件，相對厚度較大時，可先形成,dt,和,h,尺寸，以后僅通過改變凸凹模圓角半徑來改變筒體直徑。,二、舉例,P137-138,工藝計算示例,冷

17、沖壓工藝與模具設(shè)計,4.6,其它零件的拉深,一、盒形件的拉深特點,二、階梯形件的拉深,三、半球形件的拉深,四、拋物面形拉深件,五、錐形件的拉深,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.6,其它零件的拉深,一、盒形件的拉深特點,1,、凸緣變形區(qū)內(nèi)徑向拉應(yīng)力的分布是不均勻的。在圓角部分最大，直邊部分最小。,(,與圓筒形件相比，平均拉應(yīng)力載荷要小很多,),2,、由于直邊和圓角變形區(qū)內(nèi)材料的受力情況不同，直邊處材料向凹模流動的阻力要遠小于圓角處,),3,、在毛坯外周邊上，切向壓應(yīng)力的分布也是不均勻的，從角部到中間直邊部位，壓應(yīng)力的數(shù)值逐漸減小。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.6,其它零件的拉深,二、階梯形件的拉深,1,

18、、原理與圓筒形件拉深基本相同；,2,、判斷一次拉深成形的方法：相對高度；,3,、多次拉深工藝：,相鄰階梯直徑的比值大于相應(yīng)的圓筒形件的極限拉深系數(shù)，則按從大階梯到小階梯的順序拉深；相鄰階梯直徑的比值小于相應(yīng)的圓筒形件的極限拉深系數(shù)，則該對應(yīng)的相鄰階梯拉深順序顛倒；最小的階梯超過極限時可以用脹形方法獲得；淺拉深可是用球面件,(,大圓角件,)+,整形工序；,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.6,其它零件的拉深,三、半球形件的拉深,凸緣變形區(qū)與圓筒形件拉深基本相同，但中間部分比較復雜，頂點附近是脹形，受雙向拉伸變形,(,應(yīng)力,),，隨著與頂點距離的加大，逐漸過渡到壓應(yīng)力狀態(tài)，存在應(yīng)力界圓,),；,易起皺，可

19、采用帶校整作用的有底凹模；,拉深系數(shù)為常數(shù)，常用毛坯的相對厚度作為判定拉深的難易的主要依據(jù)。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.6,其它零件的拉深,四、拋物面形拉深件,極易起皺；,淺的拋物面拉深件的拉深方法與半球形件的拉深方法相同；,深的拋物面拉深件采用多工序逐漸成形。,可采用充液拉深，效果較好。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.7,拉深件的工藝性,定義：指零件拉深加工的難易程度。,應(yīng)盡量減少拉深件的高度，使其有可能用一次或兩次拉深工序來完成。,一、拉深件結(jié)構(gòu)形狀的要求,二、拉深件圓角半徑的要求,三、拉深件的公差,四、拉深件的材料,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.7,拉深件的工藝性,一、拉深件結(jié)構(gòu)形狀的要求,1,

20、、設(shè)計的拉深件應(yīng)明確標注須保證的是內(nèi)形尺寸還是外形尺寸，不可兩者同時標注；,2,、對工藝性較差的過高或過深的空心零件應(yīng)盡量減少其高度。,3,、應(yīng)盡量避免曲面空心零件的尖底或尖轉(zhuǎn)角；,4,、多工序加工的復雜形狀零件，應(yīng)考慮多工序加工用的統(tǒng)一工藝基準；,5,、應(yīng)盡量避免異常復雜或非對稱拉深件。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.7,拉深件的工藝性,二、拉深件圓角半徑的要求,凸緣圓角半徑,r,d,：應(yīng),r,d,2t,，一般取,r,d,=(4-8)t,，當,r,d,0.5mm,時，應(yīng)增加整形工序；,底部圓角半徑,r,p,：應(yīng),r,p,t,，一般取,r,p,(3-5)t,，當,r,p,t,時，應(yīng)增加整形工序；,

21、盒形拉深件壁間圓角半徑,r,：應(yīng),r,3t,，為減少拉深次數(shù)并簡化拉深件的毛坯形狀，盡可能使盒形件的高度小于或等于,7,r,。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.7,拉深件的工藝性,三、拉深件的公差,拉深件橫斷面的尺寸公差，一般都在,IT13,級以下，如果零件公差要求高，則需增加整形工序。,四、拉深件的材料,應(yīng)具有良好的拉深性能,1,、硬化指數(shù),n,：越大越好；,2,、屈強比：越小越好；,3,、塑性應(yīng)變比：越大越好。反映了材料的厚向異性性能。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.8,拉深中的輔助工序,一、潤滑,二、熱處理,三、酸洗,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.8,拉深中的輔助工序,一、潤滑,潤滑點：凹模，壓邊圈,

22、目的和作用：減小板料與壓邊圈、板料與凹模平面、板料與凹模圓角、板料與凹模側(cè)壁的摩擦力，防止拉裂。,切忌：不可潤滑凸模,潤滑劑要求：,1),能形成高強度薄膜，以承高壓；,2),附著性能好，摩擦系數(shù)小、均勻；,3),對模具、零件、人體無傷害或毒副作用；,4),便于清洗，配制方便，價格低廉。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.8,拉深中的輔助工序,二、熱處理,作用：消除加工硬化和內(nèi)應(yīng)力,方法：低溫退火,(,表面質(zhì)量好,),或高溫退火,(,表面質(zhì)量差,),必須及時進行，防止存放時間過長零件變形或裂紋。,三、酸洗,作用：去除熱處理后的氧化皮或其他污物，便于再拉深或噴漆等后續(xù)工作。,過程：蘇打水去油,加熱的稀酸液

23、中浸泡,冷水漂洗,(,或弱堿中和,),熱水洗滌,烘干。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.9,其他拉深方法,一、軟模拉深,二、差溫拉深,三、脈動拉深,四、變薄拉深,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.9,其他拉深方法,一、軟模拉深,軟凸模拉深：,缺點是易拉偏，底部產(chǎn)生脹形變??；,優(yōu)點是模具簡單，甚至不需沖壓設(shè)備，常用于大零件的小批量生產(chǎn)。零件貼模性較好，對錐形件、半球形件和拋物面件，可得到尺寸精度高、表面質(zhì)量好的零件。,軟凹模拉深：,液體凹模拉深,(,強制潤滑拉深,),：材料變形阻力較小；零件底部不易變薄；毛坯定位也較容易。,橡皮液囊凹模拉深：液體不與工件直接接觸。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.9,其他拉深方法,

24、二、差溫拉深,局部加熱和局部冷卻毛坯的拉深：,加熱變形區(qū)，以減小變形抗力；冷卻傳力區(qū)，以提高強度；,適用于低塑性材料,(,鈦合金、鎂合金,),的零件及形狀復雜的深拉深件。,深冷拉深：,傳力區(qū)冷卻到,-160,至,-170,，抗拉強度提高近,2,倍，顯著降低拉深系數(shù)。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.9,其他拉深方法,三、脈動拉深,優(yōu)點：將壓邊圈的防皺作用改為消皺作用，可以得到更小的拉深系數(shù)。,缺點：拉深過程復雜，需要專用設(shè)備。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,4.9,其他拉深方法,四、變薄拉深,主要是在拉深過程中改變拉深件筒壁的厚度，而毛坯的直徑變化很小。,特點：,由于材料的變形是處于均勻壓應(yīng)力之下，材料產(chǎn)生很大的加工硬化，金屬晶粒變細，增加了強度。,經(jīng)塑性變形后，新的表面粗糙度小，,Ra,可達,0.2,以下。,因拉深過程的摩擦嚴重，故對潤滑及模具材料的要求較高。,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,作業(yè),P176,習題,3,求圖,4-77,所示圓筒形拉深件的毛坯直徑及各次拉深直徑。,本章結(jié)束，謝謝,!,冷沖壓工藝與模具設(shè)計,