冲压工艺学5-拉深
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拉深(拉延)
盒形零件可以划分为长度分别为A—2r和B—2r的4个直边部分和半径为 r 的4个圆角 部分(图2—31)。若直边部分和圆角部分的变形没有联系，则盒形件的拉深就是由直边部 分的弯曲和圆角部分的拉深所组成。 但直边部分和圆角部分是一整体，必然有相互的
作用和影响—— 不存在明确的界限。
协调变形，因此它们的成形不是简单的弯曲和拉深，两部分之间并
表2-11
表2-12
图2-29
3） 压料力 压料力的大小对拉深过程有显著的影响。压料力太小，防皱效果不好；压料力太 大，会增加毛坯的内应力，增加拉裂的危险。通常取压料力稍大于防皱所需的最低值， 可按下式确定： Q=F q 式中： Q——压料力，N； F——拉深开始时的压料面积，mm2 ； q——单位压料力，MPa。 (2—22)
而毛坯与凸模之间的摩擦力有减小危险断面传递拉应力的作用，所以生产中常采 用毛坯单面润滑法。实际上，具体为只润滑凹模腔和凹模上平面。 2）拉深力 拉深力和压料力是选择设备的主要依据之一。 拉深力与拉深系数、材料的力学性能、零件的尺寸、模具的结构以及润滑等有关。 生产中常用经验公式计算拉深力： P1=πd1tσb K1 (2—20) Pn=πdntσb Kn (2—21) 式中： P1 、Pn——分别为第一次拉深力和以后各次拉深力，N； d1、dn——分别为第一次拉深和以后各次拉深所得到的拉 深件直径，mm； t——材料厚度，mm； σb ——材料的强度极限，MPa； K1 、 Kn ——系数，可从表2—11和表2—12中查取。
单动压力机上，压料力Q是弹性压料装置的弹性力或气垫中的压缩空气作用力；双 动压力机上的压料力Q则由压力机的压料滑块直接提供。
图2-27
补2-27-1
补2-27-2
补2-27-3
拉深
一．填空1，拉深是利用拉伸膜将平板毛坯制成开口空心件进一步变形的冲压工艺。
2，拉深凸模和凹模与冲裁模不同之处在于，拉深凸凹模都有一定的圆角而不是锋利的刃口，其间隙一般稍大于板料的厚度。
3，拉深系数M是拉深后的工件直径和拉深前的毛坯直径的比值，m越小，则变性程度越大。
4，拉深过程中，变形区是坯料的凸缘部分，坯料变形区在切向压应力径向拉应力的作用下，产生切向压缩合径向伸长的变形。
5，对于直壁类轴对称的拉深件其主要变形特点有小(1)变形区为凸缘部分,(2)坯料变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩与径向伸长，即一向受压，一向受拉的变形.(3)极限变形程度上主要受传力区承载能力的限制。
6，拉深时，凸缘产生变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。
7，拉深中，产生起皱的现实是因为该区域内受较大的压应力的作用，导致材料失稳而引起。
8，拉深件的坯料确定依据是面积相等的原则。
9，拉深件的壁厚不均匀下部壁厚略有减薄上部都有所增厚。
10，在拉深过程中，坯料各区的应力与应变是不均匀的，即使在凸缘变形区也是这样，愈靠近外缘，变形程度愈大板料增厚也愈大。
11，板料的相对厚度t/D越小，则抵抗失稳能力越弱越容易起皱12，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，尤其是经过多次拉深的拉深件，起口部质量更差。
因此在多数情况下要用加大工序件高度或凸缘直径的方法，拉深后在经过切边工序以保证零件质量。
13，拉深工艺顺利进行的必要条件是筒壁传力区最大拉应力小于危险断面的抗拉强度。
14，正方形，盒形件的坯料形状是矩形、盒件的坯料形状为长圆形或椭圆形。
15，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，通常是先做好拉深模以理论分析方法，初步确定的坯料进行试模，经过反复试模，直到符合要求的冲件时在将符合要求的坯料形状和尺寸作为落料模的依据。
16，影响极限拉深系数的因素有：材料的力学性能、板料的相对厚度、拉深条件等。
冲压工艺学-5-成形工序_拉深
拉 深
直壁回转体件拉深（圆筒形件、带法兰圆筒形件、阶梯形件等） 直壁回转体件拉深（圆筒形件、带法兰圆筒形件、阶梯形件等） 直壁非回转体件拉深（盒形件、椭圆形件等） 直壁非回转体件拉深（盒形件、椭圆形件等） 曲面回转体件拉深（球面零件、锥面零件、抛物面零件等） 曲面回转体件拉深（球面零件、锥面零件、抛物面零件等） 曲面非回转体件拉深（不规则形状零件、汽车覆盖件等复杂形状件） 曲面非回转体件拉深（不规则形状零件、汽车覆盖件等复杂形状件）
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第六章 直壁形状零件拉深
3）变形特点 变形特点
法兰部分是变形区，受切向压应力，径向拉应力，产生切向压缩变形，径向 伸长变形。 极限变形程度主要受传力区承载能力限制，同时受变形区失稳起皱的限制。 厚度发生变化，侧壁上部变厚，下部靠近圆角处变薄最严重，为危险断面。
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第六章 直壁形状零件拉深
a) 轴对称旋转体拉深件
3
b) 盒形件
c) 不对称拉深件
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第六章 直壁形状零件拉深
6.2 圆筒形件拉深时的变形特点
材料转移
1.变形特点 1.
1）变形分析 ：根据应力应变状态不同，可将拉深过程的毛坯分成五个 变形分析 部分。 法兰部分－变形区，径向拉应力，切向压应力； 法兰部分
第六章 直壁形状零件拉深
2）厚度分布 厚度分布
拉深变形状态图
拉深过程中板厚应变分布： 实线-未破裂，虚线-破裂
拉深完成板厚应变分布
底部略有变薄，壁部上段增厚，下部变薄，侧壁靠近底部圆角处最严 重，甚至断裂，为危险断面。法兰部分厚度在凹模圆角处稍变薄，在法兰 外缘最厚。另外，拉深件侧壁硬度由底部向口部增大。
模具设计5拉深工艺与模具
•（二）有压边圈装置的简单拉深模
•
正装拉深模
•凸模较长，行程不大。
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•
倒装拉深模
•锥形压边圈将毛坯压成锥形有 利于拉深变形。
模具设计5拉深工艺与模具
•（三）压边圈装置分析 •1、弹性压边装置（用于普通单动压力机）
•a)橡皮压边装置
b)弹簧压边装置
c)气垫压边装置
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模具设计5拉深工艺与模具
模具设计5拉深工艺与模 具
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2020/11/20
模具设计5拉深工艺与模具
概述
• 拉深是将平面板料变成各种开口空心件的冲压工序。
•拉深件的分类：
• 圆筒形零件 • 曲面形零件 • 盒形零件 • 复杂形零件
•拉深件特点：
•效率高，精度高，材料消 耗少，强度刚度高。
•拉深压力机：
•单动、双动、三动压力机 和液压压力机。
模具设计5拉深工艺与模具
二、阶梯形件的拉深特点
• 1、判断能否一（t/D×100>1），而阶梯
之间直径之差和零件的高度较
小时，可一次拉出。
•判断条件：
• 上式中h/d是表6-9中拉深次数为1时的值
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模具设计5拉深工艺与模具
• 2、多次拉深时的拉深方法
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•负间隙拉深
模具设计5拉深工艺与模具
三、拉深凸凹模工作部分的尺寸及其制造公差
•1、最后一道工序： •拉深模工作部分尺寸及公差应按工件要求确定。
•工件要求外形尺寸时：
•工件要求内形尺寸时：
•2、中间各道工序：•凸凹模尺寸取毛坯过渡尺寸
•若以凹模为基准：
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第四章 拉深
dp
rpg
H
rpg
rd
(a)
rpy (b)
图4-6 拉深件圆角半径
3、拉深件的精度
横断面尺寸的精度一般要 求在IT13级以下。如高于 IT13级，应在拉深后增加 整形工序或用机械加工方 法提高精度。
一般壁厚不均，如不允许 须注明
口部应允许稍有回弹，侧 壁应允许有工艺斜度
多次拉深件，起内、外壁 上，或凸缘表面允许留有 压痕
第四章 拉深
4.1 拉深工艺概述
教学要点
【目的要求】 1、拉深工艺性质及其分类 2、拉深变形过程分析 3、拉深工序的主要工艺问题
教学要点
【重点】 1、拉深定义及分类 2、拉深主要变形区、壁厚最薄处及受力情况 3、拉深与冲裁模具结构不同之处 4、拉伸主要工艺问题：起皱与拉裂 【难点】 1、拉深主要变形区及壁厚最薄处的受力情况 2、起皱与拉裂问题出现的原因
变形区—平面凸缘； 已变形区—筒壁； 不变形区—底部。
底部和筒壁为传力区。
已变形区筒壁
变形区-平 面凸缘
不变形区底部
2、无凸缘圆筒形件拉深的变形过程。 通过网络实验可以直观地观察、分析材料在拉深时的变形情
况。 在圆形毛坯的表面上画上许多间距都等于a的同心圆和分度相
等的辐射线，如下图所示
F1
F2
当r d Φ < 2 t或r d Φ < 0.5mm时，也应增加整形工序。
底部的圆角半径应取rpg≥t 。为使拉深变形能顺利进行，常取rpg = （3~5）t。
当rpg<t时，应先以较大的圆角半径拉深，然后增加整形工序逐渐缩小圆 角半径。
矩形拉深件直壁之间的转角半径应取rpy≥3t。为了减少拉深次数， 尽可能使rpy≥0.2H。
模具设计第五章 拉深工艺及拉深模
26627D
七、拉深模制造特点
4)由于拉深过程中材料厚度变化及回弹变形等原因，复杂拉深件 坯料形状和尺寸设计值与实际值往往存在误差，坯料形状和尺寸 最终是在试模后确定。 2.拉深模凸、凹模的加工方法
26627D
七、拉深模制造特点
表5-4 拉深凸模常用加工方法
26627D
七、拉深模制造特点
表5-5 拉深凹模常用加工方法
一、拉深变形分析
26627D
图5-3 拉深件的网格变化
二、拉深件的主要质量问题
1.起皱
26627D
图5-4 起皱破坏
二、拉深件的主要质量问题
(1)影响起皱的主要因素 1)坯料的相对厚度t/D。 2)拉深系数ｍ。 (2)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，则可以采用无压边 圈的模具；否则，应该采用带压边装置的模具，如图5-5所示。
26627D
图5-10 圆筒形件
三、圆筒形件的拉深
解 由于t=2mm>1mm，所以按中线尺寸计算。 1)确定修边余量。 2)计算坯料展开直径。 3)确定是否用压边圈。 4)确定拉深次数。 5)确定各次拉深直径。 6)求各工序件高度。 7)画出工序图，如图5-11所示。
26627D
四、拉深模的典型结构
26627D
图5-9 多次拉深时筒形件直径的变化
三、圆筒形件的拉深
2.拉深系数
表5-3 圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数
3.拉深次数 4.圆筒形件拉深各次工序尺寸的计算
(1)工序件直径 从前面介绍中已知，各次工序件直径可根据各 次的拉深系数算出。
Hale Waihona Puke 26627D三、圆筒形件的拉深
七、拉深模制造特点
4)由于拉深过程中材料厚度变化及回弹变形等原因，复杂拉深件 坯料形状和尺寸设计值与实际值往往存在误差，坯料形状和尺寸 最终是在试模后确定。 2.拉深模凸、凹模的加工方法
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七、拉深模制造特点
表5-4 拉深凸模常用加工方法
26627D
七、拉深模制造特点
表5-5 拉深凹模常用加工方法
一、拉深变形分析
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图5-3 拉深件的网格变化
二、拉深件的主要质量问题
1.起皱
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图5-4 起皱破坏
二、拉深件的主要质量问题
(1)影响起皱的主要因素 1)坯料的相对厚度t/D。 2)拉深系数ｍ。 (2)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，则可以采用无压边 圈的模具；否则，应该采用带压边装置的模具，如图5-5所示。
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图5-10 圆筒形件
三、圆筒形件的拉深
解 由于t=2mm>1mm，所以按中线尺寸计算。 1)确定修边余量。 2)计算坯料展开直径。 3)确定是否用压边圈。 4)确定拉深次数。 5)确定各次拉深直径。 6)求各工序件高度。 7)画出工序图，如图5-11所示。
26627D
四、拉深模的典型结构
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图5-9 多次拉深时筒形件直径的变化
三、圆筒形件的拉深
2.拉深系数
表5-3 圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数
3.拉深次数 4.圆筒形件拉深各次工序尺寸的计算
(1)工序件直径 从前面介绍中已知，各次工序件直径可根据各 次的拉深系数算出。
Hale Waihona Puke 26627D三、圆筒形件的拉深
拉深工艺及拉深模具的设计
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
图 4.2.2 拉深工序示意图
《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
拉深系数旳倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：
kn
1 mn
d n 1 dn
拉深系数表达了拉深前后毛坯直径旳变化量，反应了
毛坯外边沿在拉深时切向压缩变形旳大小，所以可用它作为
1.平面凸缘部分
主要变形区
2.凹模圆角区
过渡区
3.筒壁部分
传力区
4.凸模圆角部分
过渡区
5.圆筒底部分
小变形区
《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
图 4.1.5 拉深中毛坯旳应力应变情况
《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计 《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第4章 拉深工艺及拉深模具的设计
在拉深后我们发觉如图：工件底部旳网格变化很小， 而侧壁上旳网格变化很大，此前旳等距同心圆，变成了与 工件底部平行旳不等距旳水平线，而且愈是接近工件口部， 水平线之间旳距离愈大，同步此前夹角相等旳半径线在拉
深后在侧壁上变成了间距相等旳垂线，如图所示，此前旳 扇形毛坯网格变成了拉深后旳矩形网格。
3
1.1
m
1
ln
Rt R
在变形区旳内边沿（即 R r 处）径向拉应力最大，其值
为：
1max
1.1 m
ln
Rt r
在变形区外边沿处压应力最大，其值为：
3 max 1.1 m
《冲冲 压压工工艺艺与与模模具具设设计计助》学课件
第5章 拉深工艺及拉深模2011.8
第5章拉深工艺及拉深模拉深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。
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。
广泛应用于汽车、拖拉机、仪表、电子、航空和航天等各种工业部门和日常生活的生产中。
拉深模的结构一般比较简单，与冲裁模相比，它的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。
5．1 拉深变形分析5．2 拉深件的主要质量问题1．起皱在拉深时，凸缘部分材料在直径方向伸长，在圆周方向压缩，当压力达到一定值时，凸缘部分材料便失去稳定而产生弯曲拱起。
这种在的整个凸缘周围产生的波浪形的连续弯曲称为起皱。
2．拉裂3．凸耳5．3 圆筒形件的拉深1．圆筒形工件坯料尺寸的确定方法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。
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，按拉深前后坯料面积相等的原则进行计算。
计算坯料尺寸时，当壁厚δ≥1mm时，应按中线尺寸计算。
由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后工件的口部边缘不整齐，需在拉深后进行修边。
因此，计算坯料直径时需增加修边余量。
表5-2为圆筒形工件拉深的修边余量。
当拉深次数多或板料平面上材料组织的方向性差别特别大时，取大值。
当工件的相对高度h/d值很小时，也可不进行修边。
表5-2圆筒形工件拉深的修边余量常见的旋转体拉深件展开后的圆形坯料的直径可参照相关冲压设计资料提供的公式进行计算。
圆筒形工件展开后的坯料直径D的计算公式为D =（d2+4dh-1.72rd-0.56r2）1/2式中：d——圆筒形工件的直径；h——圆筒形工件的高度；r——圆筒形工件底部圆角半径。
2．拉深系数由于拉深工件的高度与其直径的比值不同，有些拉深件可以用一次拉深工序制成，而有些高度大的拉深件，则需要多次拉深才能制成。
在进行冲压工艺过程设计和确定必要的拉深次数时，通常都利用拉深系数作为计算的依据。
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第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定
体积不变原则: 若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与
拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。 相似原则: 拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。 但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。 形状复杂的拉深件： 需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。 拉深件的模具设计顺序： 先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。 切边工序：拉深件口部不整齐，需留切边余量。
以后各次拉深 F 1.3 (d i 1 d i )t b （ｉ＝2、3、…、ｎ）
第五章 拉深
第四节 拉深模设计计算
筒 壁 的 拉 裂
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
一、拉深件的修边余量
材料力学性能的不均 匀性，模具间隙分布 的不均，摩擦阻力的 不均以及定位不准确 等原因，拉深件的口 部或凸缘周边不齐， 需要修边。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
一、拉深件的修边余量
材料力学性能的不均 匀性，模具间隙分布 的不均，摩擦阻力的 不均以及定位不准确 等原因，拉深件的口 部或凸缘周边不齐， 需要修边。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
例 求右下图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。 材料为10钢，板料厚度ｔ＝2ｍｍ。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
解：因ｔ＞ 1 ｍｍ，故按板厚中径尺寸计算。 （１）计算坯料直径 H 76 1 75 根据零件尺寸，其相对高度为 d 30 2 28 2.7 查表得切边量
第二节 圆筒形件拉深变形分析
二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态
拉深过程中某一瞬间坯料的应力、应变状态
1.凸缘部分 应力分布图
径向应力 1 1.1 sm ln Rt R
切向应力 3 1.1 sm （1 ln Rt ） R
2.凹模圆角部分 3.筒壁部分 4.凸模圆角部分 5.筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的。 拉深成形后制件壁厚和硬度分布
四、毛坯尺寸的确定 （三）复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定
先沿厚度中线将复杂旋转体轮廓 线分成直线和圆弧，找出每一段 的形心和长度，按下式计算毛坯 的直径。
D 8 Rxi Li
i 1
n
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定
D 8 Rxi Li
i 1
n
第五章 拉深
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂
拉深过程中的质量问题：
主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。
凸缘区起皱： 由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲； 传力区拉裂： 由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂（续）
第五章 拉深
拉 深 件 类 型
a）轴对称旋转体拉深件 b)盒形件 c)不对称拉深件
第五章 拉深
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
拉 深 模 结 构 图
第五章 拉深
拉深变形过程
第五章 拉深
拉 深 的 网 格 试 验
第五章 拉深
拉 深 过 程 的 应 力 与 应 变 状 态
下标1、2、3分 别代表坯料径向、 厚度方向、切向 的应力和应变
第五章 拉深
圆 筒 形 件 拉 深 时 凸 缘 变 形 区 的 应 力 分 布
第五章 拉深
拉深件的壁厚和硬度的变化
第五章 拉深
凸 缘 变 形 区 的 起 皱
第五章 拉深
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂（续）
2.筒壁的拉裂
主要取决于：
1.筒壁传力区中的拉应力；
2.筒壁传力区的抗拉强度。
当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在 底部圆角与筒壁相切处——“危险断面”产生破裂。
防止拉裂：
一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度； 另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所 受拉应力。
1.凸缘变形区的起皱
主要决定于：
一方面是切向压应力σ 3的大小，越大越容易失稳起皱； 另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。 凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越 小，抵抗失稳能力越小。
最易起皱的位置：凸缘边缘区域 起皱最强烈的时刻： 在Rt=（0.7～0.9）R0时 防止起皱：压边
第五章 拉深
例 （续） （２）确定拉深次数
查表5-2得各次极限拉深系数ｍ1＝0.50，ｍ2＝0.75，ｍ3＝0.78， ｍ4＝0.80，…。 故ｄ1＝ｍ1Ｄ＝0.50×98.2ｍｍ＝49.2ｍｍ ｄ2＝ｍ2ｄ1＝0.75×49.2ｍｍ＝36.9ｍｍ ｄ3＝ｍ3ｄ2＝0.78×36.9ｍｍ＝28.8ｍｍ
h 6mm
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
解：
查表得切边量
h 6mm
由前面推得的坯料直径公式为
D d 2 4d ( H h) 1.72 dr 0.56 r 2
代已知条件入上式得Ｄ＝98.2ｍｍ
第五章 拉深
例 （续） （２）确定拉深次数 t 2 坯料相对厚度为 D 98.2 100 % 2.03% 2% 按表下表可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。 根据ｔ/Ｄ＝2.03％，
当 m总＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。 其拉深次数的确定有以下几种方法： （1）查表法
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
三、拉深次数的确定
（2）推算方法 1）由表5-2中查得各次的极限拉深系数； 2）依次计算出各次拉深直径，即 ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１；
ｄ4＝ｍ4ｄ3＝0.8×28.8ｍｍ＝23ｍｍ
此时ｄ4＝23ｍｍ＜28ｍｍ，所以应该用4次拉深成形。
第五章 拉深
例（续） （３）各次拉深工序件尺寸的确定 经调整后的各次拉深系数为：
ｍ1＝0.52，ｍ2＝0.78，ｍ3＝0.83，ｍ4=0.846
各次工序件直径为 …… 各次工序件底部圆角半径取以下数值： ｒ1＝8ｍｍ，ｒ2＝5ｍｍ，ｒ3＝4ｍｍ
第5章 拉深
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 拉深过程分析 圆筒形零件拉深的有关尺寸的确定 拉深模设计计算
第五章 拉深
第一节 概述
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开口空心零件的加工方法。 它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒 形零件及其它形状复杂的薄壁零件。 变薄拉深 拉深模： 拉深所使用的模具。 拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较 大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大 于板料厚度。 拉深
各次工序件高度为
……
第五章 拉深
例（续） （4）工序件草图
第五章 拉深
第四节 拉深模设计计算
一、力和功的计算
1. 拉深力 采用压料圈拉深时 首次拉深 F d1t b K1 以后各次拉深 F d i t b K 2 （ｉ＝2、3、…、ｎ） 不采用压料圈拉深时
首次拉深 F 1.25 ( D d1 )t b
3）当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
三、拉深次数的确定
（3）计算方法 拉深次数 n 1
lg d 1gm1D lg m均
式中 d——冲件直径；
D——坯料直径；
m1——第一次拉深系数； m均——第一次拉深以后各次的平均拉深系数。
第五章 拉深
如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。 极限拉深系数［m］ 从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
二、拉深系数与极限拉深系数
２．影响极限拉深系数的因素 （1）材料的组织与力学性能 （2）板料的相对厚度 t / D ［m］ （3）拉深工作条件 1）模具的几何参数 2）摩擦润滑 3）压料圈的压料力 （4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等
2
4
( d 2r ) 2
整理后可得坯料直径为:
D (d 2r ) 2 4d ( H r ) 2r (d 2r ) 8r 2 d 2 4dH 1.72dr 0.56r 2
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （三）复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定
久里金法则求其表面积：
任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，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。 如右图所示，旋转体表面积为
A 2Rx L
因拉深前后面积相等，故坯料直径D：
D2
4 2 Rx L D 8Rx L
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （一）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定
1．将拉深件划分为若干个简单的几何体；
2．分别求出各简单几何体的表面积；
3．把各简单几何体面积相加即为零件总面积；
4．根据表面积相等原则，求出坯料直径。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （二）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定
体积不变原则: 若拉深前后料厚不变，拉深前坯料表面积与
拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸。 相似原则: 拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似。 但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。 形状复杂的拉深件： 需多次试压，反复修改，才能最终确定坯料形状。 拉深件的模具设计顺序： 先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。 切边工序：拉深件口部不整齐，需留切边余量。
以后各次拉深 F 1.3 (d i 1 d i )t b （ｉ＝2、3、…、ｎ）
第五章 拉深
第四节 拉深模设计计算
筒 壁 的 拉 裂
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
一、拉深件的修边余量
材料力学性能的不均 匀性，模具间隙分布 的不均，摩擦阻力的 不均以及定位不准确 等原因，拉深件的口 部或凸缘周边不齐， 需要修边。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
一、拉深件的修边余量
材料力学性能的不均 匀性，模具间隙分布 的不均，摩擦阻力的 不均以及定位不准确 等原因，拉深件的口 部或凸缘周边不齐， 需要修边。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
例 求右下图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。 材料为10钢，板料厚度ｔ＝2ｍｍ。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
解：因ｔ＞ 1 ｍｍ，故按板厚中径尺寸计算。 （１）计算坯料直径 H 76 1 75 根据零件尺寸，其相对高度为 d 30 2 28 2.7 查表得切边量
第二节 圆筒形件拉深变形分析
二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态
拉深过程中某一瞬间坯料的应力、应变状态
1.凸缘部分 应力分布图
径向应力 1 1.1 sm ln Rt R
切向应力 3 1.1 sm （1 ln Rt ） R
2.凹模圆角部分 3.筒壁部分 4.凸模圆角部分 5.筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的。 拉深成形后制件壁厚和硬度分布
四、毛坯尺寸的确定 （三）复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定
先沿厚度中线将复杂旋转体轮廓 线分成直线和圆弧，找出每一段 的形心和长度，按下式计算毛坯 的直径。
D 8 Rxi Li
i 1
n
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定
D 8 Rxi Li
i 1
n
第五章 拉深
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂
拉深过程中的质量问题：
主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。
凸缘区起皱： 由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲； 传力区拉裂： 由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂（续）
第五章 拉深
拉 深 件 类 型
a）轴对称旋转体拉深件 b)盒形件 c)不对称拉深件
第五章 拉深
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
拉 深 模 结 构 图
第五章 拉深
拉深变形过程
第五章 拉深
拉 深 的 网 格 试 验
第五章 拉深
拉 深 过 程 的 应 力 与 应 变 状 态
下标1、2、3分 别代表坯料径向、 厚度方向、切向 的应力和应变
第五章 拉深
圆 筒 形 件 拉 深 时 凸 缘 变 形 区 的 应 力 分 布
第五章 拉深
拉深件的壁厚和硬度的变化
第五章 拉深
凸 缘 变 形 区 的 起 皱
第五章 拉深
第五章 拉深
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂（续）
2.筒壁的拉裂
主要取决于：
1.筒壁传力区中的拉应力；
2.筒壁传力区的抗拉强度。
当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在 底部圆角与筒壁相切处——“危险断面”产生破裂。
防止拉裂：
一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度； 另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所 受拉应力。
1.凸缘变形区的起皱
主要决定于：
一方面是切向压应力σ 3的大小，越大越容易失稳起皱； 另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力。 凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越 小，抵抗失稳能力越小。
最易起皱的位置：凸缘边缘区域 起皱最强烈的时刻： 在Rt=（0.7～0.9）R0时 防止起皱：压边
第五章 拉深
例 （续） （２）确定拉深次数
查表5-2得各次极限拉深系数ｍ1＝0.50，ｍ2＝0.75，ｍ3＝0.78， ｍ4＝0.80，…。 故ｄ1＝ｍ1Ｄ＝0.50×98.2ｍｍ＝49.2ｍｍ ｄ2＝ｍ2ｄ1＝0.75×49.2ｍｍ＝36.9ｍｍ ｄ3＝ｍ3ｄ2＝0.78×36.9ｍｍ＝28.8ｍｍ
h 6mm
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
解：
查表得切边量
h 6mm
由前面推得的坯料直径公式为
D d 2 4d ( H h) 1.72 dr 0.56 r 2
代已知条件入上式得Ｄ＝98.2ｍｍ
第五章 拉深
例 （续） （２）确定拉深次数 t 2 坯料相对厚度为 D 98.2 100 % 2.03% 2% 按表下表可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。 根据ｔ/Ｄ＝2.03％，
当 m总＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。 其拉深次数的确定有以下几种方法： （1）查表法
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
三、拉深次数的确定
（2）推算方法 1）由表5-2中查得各次的极限拉深系数； 2）依次计算出各次拉深直径，即 ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１；
ｄ4＝ｍ4ｄ3＝0.8×28.8ｍｍ＝23ｍｍ
此时ｄ4＝23ｍｍ＜28ｍｍ，所以应该用4次拉深成形。
第五章 拉深
例（续） （３）各次拉深工序件尺寸的确定 经调整后的各次拉深系数为：
ｍ1＝0.52，ｍ2＝0.78，ｍ3＝0.83，ｍ4=0.846
各次工序件直径为 …… 各次工序件底部圆角半径取以下数值： ｒ1＝8ｍｍ，ｒ2＝5ｍｍ，ｒ3＝4ｍｍ
第5章 拉深
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 拉深过程分析 圆筒形零件拉深的有关尺寸的确定 拉深模设计计算
第五章 拉深
第一节 概述
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开口空心零件的加工方法。 它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒 形零件及其它形状复杂的薄壁零件。 变薄拉深 拉深模： 拉深所使用的模具。 拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较 大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大 于板料厚度。 拉深
各次工序件高度为
……
第五章 拉深
例（续） （4）工序件草图
第五章 拉深
第四节 拉深模设计计算
一、力和功的计算
1. 拉深力 采用压料圈拉深时 首次拉深 F d1t b K1 以后各次拉深 F d i t b K 2 （ｉ＝2、3、…、ｎ） 不采用压料圈拉深时
首次拉深 F 1.25 ( D d1 )t b
3）当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
三、拉深次数的确定
（3）计算方法 拉深次数 n 1
lg d 1gm1D lg m均
式中 d——冲件直径；
D——坯料直径；
m1——第一次拉深系数； m均——第一次拉深以后各次的平均拉深系数。
第五章 拉深
如果m取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。 极限拉深系数［m］ 从工艺的角度来看，［m］越小越有利于减少工序数。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
二、拉深系数与极限拉深系数
２．影响极限拉深系数的因素 （1）材料的组织与力学性能 （2）板料的相对厚度 t / D ［m］ （3）拉深工作条件 1）模具的几何参数 2）摩擦润滑 3）压料圈的压料力 （4）拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等
2
4
( d 2r ) 2
整理后可得坯料直径为:
D (d 2r ) 2 4d ( H r ) 2r (d 2r ) 8r 2 d 2 4dH 1.72dr 0.56r 2
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （三）复杂旋转体拉深件坯料尺寸的确定
久里金法则求其表面积：
任何形状的母线绕轴旋转一周所得到的旋转体面积，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。 如右图所示，旋转体表面积为
A 2Rx L
因拉深前后面积相等，故坯料直径D：
D2
4 2 Rx L D 8Rx L
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （一）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定
1．将拉深件划分为若干个简单的几何体；
2．分别求出各简单几何体的表面积；
3．把各简单几何体面积相加即为零件总面积；
4．根据表面积相等原则，求出坯料直径。
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定
第五章 拉深
第三节 筒形零件拉深的有关尺寸的确定
四、毛坯尺寸的确定 （二）简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定