冲压模具及冲模设计第五章

拉入凸凹模 间直壁部分
拉深变形过程
一、拉深变形过程、特点及拉深分类
0
D0 − d h= 2
D0 − d H> 2
一、拉深变形过程、特点及拉深分类
直壁口附 近厚度增 加约18% 加约18% 圆角部分 厚度减薄 约9%
一、拉深变形过程、特点及拉深分类
各种拉深件按变形力学特点可分为四种基本类型： 各种拉深件按变形力学特点可分为四种基本类型： 曲 直 轴对称的曲 面 壁 直壁圆筒 类 面形零件 类 形零件 拉 拉 非轴对称曲 深 深 直壁盒 面形 零件 件 件 形零件
第三节 圆筒形件的拉深系数
一、拉深变形程度的表示方法——拉深系数
d n d1 d 2 d n −1d n m总 = = = ... = = m1m2 ...mn −1mn D Dd1 d n −2 d n −1
二、拉深过程中毛坯的应力和应变状态
径向应力应变， 轴向应力应变， σ1ε1径向应力应变，σ2ε2轴向应力应变，σ3ε3切向应力应变
（１）平面凸缘部分 主要变形区 变形区） （主要变形区） （２）凸缘圆角部分 过渡区） （过渡区） （３）筒壁部分 传力区） （传力区） （４）底部圆角部分 过渡区） （过渡区） （５）圆筒件底部
第五章 拉
深
第一节 拉深的基本原理
第二节 旋转体拉深件毛坯尺寸的确定
第三节 圆筒形件的拉深系数
第四节 圆筒形件的拉深次数及工序尺寸确定
第五章 拉
深
第五节 圆筒形件拉深的压边力与拉深力
第六节 阶梯形零件的拉深方法
第七节 盒形件的拉深
第八节 轴对称曲面形状零件的拉深
第五章 拉
深
第九节 拉深件的工艺性
第二节 旋转体拉深件毛坯尺寸的确定
一、计算法
旋转体零件的毛坯应该是圆形的， 旋转体零件的毛坯应该是圆形的，其直径按 面积相等的原则计算。在进行计算时， 面积相等的原则计算。在进行计算时，首先应该 将拉深零件划分成若干个便于计算的部分， 将拉深零件划分成若干个便于计算的部分，分别 计算出各部分的面积并相加， 计算出各部分的面积并相加，即可得到零件的总 面积∑ 然后根据旋转体零件的总面积， 面积∑Ｆ。然后根据旋转体零件的总面积，计算 出圆形毛坯的直径。 出圆形毛坯的直径。
第十节 拉深模
第十一节 其他拉深方法
本章要求 1、学习目的和要求 、
1）通过学习，了解拉深的过程应力应变情况； 通过学习，了解拉深的过程应力应变情况； 掌握拉深模的典型结构及工作零件的设计； 2）掌握拉深模的典型结构及工作零件的设计； 熟悉拉深件毛坯尺寸的确定、拉深系数； 3）熟悉拉深件毛坯尺寸的确定、拉深系数； 掌握拉深力、拉深功计算， 4）掌握拉深力、拉深功计算，拉深件的工艺性 分析方法及拟定工艺规程。 分析方法及拟定工艺规程。
0
d2 第二次拉深系数m2＝ d 1
… … dn 第n次拉深系数mn＝ d
n-1
式中
D0——毛坯直径； ——毛坯直径 毛坯直径； dn——圆筒形工件的直径； ——圆筒形工件的直径 圆筒形工件的直径； d1、d2、…、dn-1——各次拉深后工序件的直径。 ——各次拉深后工序件的直径 各次拉深后工序件的直径。
第一节 拉深的基本原理
一、拉深变形过程、特点及拉深分类
拉深俗称拉延是利用专用模具将平板毛坯制成 拉深俗称拉延是利用专用模具将平板毛坯制成 开口空心零件的一种冲压工艺方法。 开口空心零件的一种冲压工艺方法。 用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、锥形、 用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、锥形、球 形和其他不规则形状的薄壁零件， 形和其他不规则形状的薄壁零件，如果和其他冲压 成形工艺配合，还可以制造形状极为复杂的零件。 成形工艺配合，还可以制造形状极为复杂的零件。 拉深(D) 拉深 二次拉深(D) 二次拉深 反二次拉深(D) 反二次拉深
一、拉深变形过程、特点及拉深分类
拉深所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈三 拉深所用的模具主要由凸模、 部分组成。 部分组成。
一、拉深变形过程、特点及拉深分类
变形区： 变形区： 外部环 形部分 不变形区： 不变形区： 底部 已变形区： 已变形区：
图5-1 拉深示意图 凸模２ １—凸模２—压边圈 ３—毛坯４—凹模 毛坯４
t 增大， 增大，提高抗失稳能力 Rt − r0
凸缘宽度缩小到 原来的一半左右。 原来的一半左右。 防止起皱：压边、拉深筋 防止起皱：压边、拉深筋(D)
图5-8 凸缘起皱(D) １—凸模２—毛坯３—凹模
四、拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断 1.拉深时筒壁传力区的受力情况 1.拉深时筒壁传力区的受力情况
四、拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断 1.拉深时筒壁传力区的受力情况 1.拉深时筒壁传力区的受力情况
３）凸模处的材料绕过凹模圆角时，筒壁部分 凸模处的材料绕过凹模圆角时， 如图所示。 还有克服弯曲阻力引起的附加拉应力σW，如图所示。
σW =
σb
(5(5-7) rd 2 +1 t σ p = (σ 1max + σ M )eµα + σ W (5(5-8)
A = 2πRx L
D0 = 8 Rx L
图5-14 旋转体表面积计算图示 （5-14） 14）
二、解析法
只要知道旋转体母线长度及其形心的旋转半径， 只要知道旋转体母线长度及其形心的旋转半径， 即可求出毛坯的直径。 即可求出毛坯的直径。
A = 2π L Rxi
n ∑ i i =1
D0 = 8 L Rxi
图5-6 拉深时的应力与应变状态
三、拉深时凸缘变形区的应力分布和起皱 1.凸缘变形区的力学分析 1.凸缘变形区的力学分析
（σ + dσ ）R + dR )ϕt − σ Rϕt ( dR dσ = −(σ − σ ) (5(5-1) ϕR + 2 | σ | dRt sin = 0 σ − σ = βσ 2
1 1 1
1 1 3
3
σ − σ = 1.1σ
1 3 s
1
3
sm
(5-2) (5(5(5-3) (5(5-4)
Rt σ 1 = 1.1σ sm ln R Rt σ 3 = 1.1σ sm (1 − ln ) R
图5-7 圆筒形件拉深时的应力分析
三、拉深时凸缘变形区的应力分布和起皱
从分布规律看， 最大： 从分布规律看，当R=r0时σ1最大：
二、拉深过程中毛坯的应力和应变状态
二、拉深过程中毛坯的应力和应变状态
受到径向拉应力 和切向压应力。 和切向压应力。 已变形区， 已变形区，传递 力给凸缘， 力给凸缘，受到 径向拉应力。 径向拉应力。 近似弹性变形区传 递拉深力给筒壁侧 壁拉应力， 壁拉应力，本身双 向拉应力。 向拉应力。
图5-4 拉深时毛坯的变形特点 ａ)平板毛坯的一部分ｂ)毛坯在拉深 过程中的变形ｃ)拉深成圆筒形件 图5-5 拉深时毛坯内 各部分的内应力
一、计算法 A1 = πd ( H − R) π A2 = [2πR(d − 2 R) + 8R 2 ]
4 πD = A1 + A2 + A3 = ∑ Ai 4 4 4 n ∑ A （5-13） 13） D0 = A= i
2 0
A3 =
π
4
(d − 2 R)
2
π
π i =1
式中
A——拉深件的总面积（含修边 ——拉深件的总面积 拉深件的总面积（
余量）； 余量）；
D0——拉深件的毛坯直径； ——拉深件的毛坯直径 拉深件的毛坯直径；
图5-13 圆筒形拉深件 毛坯尺寸计算
Ai——拉深件各组成部分的面积。 ——拉深件各组成部分的面积 拉深件各组成部分的面积。
二、解析法
（久里金法则）根据图求毛坯 久里金法则） 尺寸， 尺寸，即：任何形状的母线绕 轴线旋转一周所得到的旋转体 面积， 面积，等于该母线的长度与其 形心绕该轴线旋转所得周长的 乘积。 乘积。
σ 1max
Rt = 1.1σ sm ln r0
同时可见， R=Rt处σ3最大： 同时可见，当R=Rt处σ3最大： 最大
σ 3max = 1.1σ sm
R = 0.61Rt R > 0.61Rt R < 0.61Rt
图5-7 圆筒形件拉深时的应力分析
σ1 = σ 3 切向压应力为主， σ 1 < σ 3 切向压应力为主，压应 最大，材料增厚。 变ε3最大，材料增厚。 径向拉应力为主， σ 1 > σ 3 径向拉应力为主，压应
１）由压边力Fy所引起摩擦阻力μFy应与其所引起 的筒壁附加拉力相等， 的筒壁附加拉力相等，设摩擦系数为μ，即 2μFy＝πdtσM
σM＝２μFyπdt
(5(5-5)
式中
Fy——压边力（N）； ——压边力 压边力（ σM——附加拉应力（Mpa）。 ——附加拉应力 Mpa）。 附加拉应力（
四、拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断 1.拉深时筒壁传力区的受力情况 1.拉深时筒壁传力区的受力情况
２）拉深开始时，凸模下压使毛坯弯曲绕过凹模 拉深开始时， 圆角，此时要克服凹模圆角的摩擦力，如图所示。 圆角，此时要克服凹模圆角的摩擦力，如图所示。
T2 = (σ 1max + σ M )e圆角摩擦力 后筒壁处的拉应力。 后筒壁处的拉应力。
图5-10 凹模圆角处的受力状态
有效抗拉强度： 有效抗拉强度：
σ K = 1.155σ b − σ W
图5-11 毛坯的弯矩示意图
(5(5-12)
σp>σk 拉深件即产生拉裂。 拉深件即产生拉裂。
四、拉深时筒壁传力区的受力情况与拉断 2.拉 2.拉 裂
圆筒形件拉裂的主要因素是拉深变形程度、 毛坯与模具的摩擦阻力和筒壁的承载力。 （１）压边力的影响 （２）相对圆角半径的影响 （３）润滑的影响 （４）凸模和凹模间隙的影响