04 拉深工藝及模具設計

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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計,*,第四章 拉深工藝與模具設計,,,冷沖壓工藝與模具設計,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；,,非旋轉體曲面形狀零件。,第四章 拉深工藝與模具設計,,

2、冷沖壓工藝與模具設計,4.1,拉深過程分析,,4.2,筒形件拉深的主要質量問題及防止措施,,4.3,圓筒形件拉深的有關尺寸的確定,,4.4,拉深模設計計算,,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 拉深工藝與模具設計,,冷沖壓工藝與模具設計,4.1,拉深過程分析,一、拉深變形過程及特點,,坐標網格試驗：,,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力應

3、變狀態(tài)分析,,,,,,冷沖壓工藝與模具設計,4.1,拉深過程分析,一、拉深變形過程及特點,,二、拉深過程中各部位的應力應變狀態(tài)分析,,取平板毛坯上的一個扇形作研究,,根據拉深過程中毛坯各部分的應力狀況不同，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計,4,.2,圓筒形件拉深的有關尺寸的確

4、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,,,,,,,,,冷沖壓工藝與模具設計,4,.2,圓筒形件拉深的有關尺寸的確定,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計,4,.2,圓筒形件拉深的有關尺寸的確定,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

5、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??；,,材料相對厚度的影響：相對厚度越大，極限拉深系數(shù)越??；,,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計,4,.2,圓筒形件拉深的有關尺寸的確定,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

6、,,根據極限拉深系數(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計,4,.2,圓筒形件拉深的有關尺寸的確定,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,,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

7、,、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計,4,.2,圓筒形件拉深的有關尺寸的確定,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

8、消拉深時形成的殘余應力；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計,4.3,拉深模設計計算,一、拉深力和拉深功的計算,,二、凸凹模工作部分尺寸的計算,,三、凸凹模工作表面的技術要求,,四、壓邊裝置,,冷沖壓工藝與模具設計,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,

9、,無壓邊圈：,F,W,=K,π,d t,σ,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 W n / 60×1000×,η,1,η,2,4.3,拉深模設計計算,,冷沖壓工藝與模具設計,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；,

10、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,、凸凹模圓角半徑,,3,、凸凹模工作部分尺寸的確定,4.3,拉深模設計計算,,冷沖壓工藝與模具設計,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

11、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，會引起拉深初期產生內皺；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，最后一道拉深與工件相等。,,3,、凸凹模工作部分尺寸的確定,4.3,拉深模設計計算,,冷沖壓工藝與模具設計,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

12、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,拉深模設計計算,,冷沖壓工藝與模具設計,三、凸凹模工作表面的技術要求,目的：提高成形質量和成形極限，降低傳力區(qū)最大拉力值，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,

13、Ra0.4,；,,凸模工作表面特別是圓角處,Ra1.6-0.8,即可。,4.3,拉深模設計計算,,冷沖壓工藝與模具設計,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,、結構型式,,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,、尺寸及技術要求,,尺寸：與凸模單面間隙取,0.2-0.5mm,；,,技術要求：工作表面不允許開螺孔，應具有足夠的剛度，頂桿分布應對稱，保證壓邊圈在工作過程中能平穩(wěn)地移動，與毛

14、坯的接觸表面,Ra0.8,，其余表面,Ra6.3- Ra3.2,4.3,拉深模設計計算,,冷沖壓工藝與模具設計,4.4,筒形件拉深的主要質量問題及防止措施,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計,4.4,筒形件拉深的主要質量問題及防止措施,表征：凸緣邊上材料產生皺折,,原因：坯料凸緣在切向壓應力的作用下，可能產生失穩(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，影響制件表面質量，而嚴重的起皺會使材料不能通過凸凹模間隙而出現(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

15、料，盡量使板料相對厚度,t/D,大些，增大抗失穩(wěn)能力；,,3),設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計,4.4,筒形件拉深的主要質量問題及防止措施,表征：筒壁與筒底過渡部位產生開裂。,,原因：,①出現(xiàn)起皺現(xiàn)象導致異常；②,拉深變形程度太大，拉深力過大導致該部所受拉應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；,,合理進行潤滑。,二、拉裂,,冷沖壓工藝與模具設計,4.4,筒形件拉深的主要

16、質量問題及防止措施,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計,4.4,筒形件拉深的主要質量問題及防止措施,表征：制件拉深成形后，由于經受到撞擊或振動，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,),；,,殘余應力：不均勻變形導致附加應力和殘余應力。,,影響：零件報廢,,防止措施：,,拉深后及時修邊；,,拉深過程中及時進行中間退火；,,在多次

17、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：,,①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；,,②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,,冷沖壓工藝與模具

18、設計,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)內徑向拉應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，平均拉應力載荷要小很多,),,2,、由于直邊和圓角變形區(qū)內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，切向壓應力的分布也是不均勻的，從角部到中間直邊部位，壓應力的數(shù)值逐漸減小。,,冷沖壓工藝與模具設計,4.6,,其它零件的拉深,二、階梯形件的

19、拉深,,1,、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：,①相鄰階梯直徑的比值大于相應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；②相鄰階梯直徑的比值小于相應的圓筒形件的極限拉深系數(shù)，則該對應的相鄰階梯拉深順序顛倒；③最小的階梯超過極限時可以用脹形方法獲得；④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,(,應力,),，隨著與頂點距離的加大，逐漸過渡到壓應力狀態(tài)，存

20、在應力界圓,),；,,易起皺，可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。,,冷沖壓工藝與模具設計,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、拉深件結構形狀的要求,,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

21、設計,4.7,拉深件的工藝性,一、拉深件結構形狀的要求,,1,、設計的拉深件應明確標注須保證的是內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盡量減少其高度。,,3,、應盡量避免曲面空心零件的尖底或尖轉角；,,4,、多工序加工的復雜形狀零件，應考慮多工序加工用的統(tǒng)一工藝基準；,,5,、應盡量避免異常復雜或非對稱拉深件。,,冷沖壓工藝與模具設計,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,r,d,＞,2t,，一般取,r,d,=(4-8)t,，當,r,d,,＜,0.5mm,時，應增加整形工序；,,底部圓角半徑,r,p,,：

22、應,r,p,,≥t,，一般取,r,p,,≥(3-5)t,，當,r,p,,＜,t,時，應增加整形工序；,,盒形拉深件壁間圓角半徑,r,：應,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計,4.8,拉

23、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計,4.8,拉深中的輔助工序,一、潤滑,,潤滑點：凹模，壓邊圈,,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：消除加工硬化和內應力,,方法：低溫退火,(,表面質量好,),或高溫退火,(,表面質量差,),

24、,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，底部產生脹形變??；,,優(yōu)點是模具簡單，甚至不需沖壓設備，常用于大零件的小批量生產。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、表面質量好的零件

25、。,,軟凹模拉深：,,液體凹模拉深,(,強制潤滑拉深,),：材料變形阻力較?。涣慵撞坎灰鬃儽。幻鞫ㄎ灰草^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計,4.9,其他拉深方法,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，需要專用設備。,,冷沖壓工藝與模具設計,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：,,①由于材料的變形是處于均勻壓應力之下，材料產生很大的加工硬化，金屬晶粒變細，增加了強度。,,②經塑性變形后，新的表面粗糙度小，,Ra,可達,0.2,以下。,,③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。,,,,,,本章結束，謝謝,!,,冷沖壓工藝與模具設計,