圆筒形件拉深计算
圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟
圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟摘要：在冲压生产中，拉深是广泛使用的工序。
通过拉深可获得筒形、阶梯形、锥形、球形等零件。
平板毛坯拉深成筒状开口零件时口部出现飞边卷口现象，对此进行切边设计。
关键词：筒形件；模具结构；拉深间隙Dynaform作为近年来板料成形数值模拟技术中常用的软件，可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、回弹等，从而帮助设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。
在利用该软件进行模拟分析时，应该采用理论计算和软件模拟共用，以找出合适的成形工艺。
带凸缘的圆筒形件是日常生活中常用的零件，如不锈钢的面盆、压力锅的锅盖等物品，均属于带凸缘的圆筒形件。
本文利用所给的拉深件，首先计算了拉深过程中的部分尺寸，而后在理论计算的基础上，结合Dynaform软件对零件的拉伸过程进行模拟，找出了较为合适的压边力，从而为后续拉深模具设计提供依据。
1、带凸缘圆筒形件拉深尺寸计算图1是带凸缘圆筒形件的零件图，其壁厚为2mm，材料为304不锈钢，精度为IT14级。
本文计算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次数的计算、压边装置的使用与否以及压边力的计算。
1.1带凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算由图1，零件的厚度t=2mm，因此在计算毛坯尺寸时应采用中线尺寸计算。
该零件的相对直径dt/d=380/320=1.18，其中dt为凸缘直径，d为圆筒件底部直径，取修边余量δ=6mm。
由拉深毛坯尺寸的计算公式可知：根据图1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm由此计算出防尘盖毛坯尺寸：1.2是否需要压边装置和拉深次数的计算本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皱条件为：t/D≥（0.09～0.17）（1-m）由图1和D可计算出：t/D=2/527=0.38%，总拉深系数m=d2/D=332/527=0.63。
因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，则t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此该零件拉深时需使用压边圈。
直壁圆桶形件落料拉深模设计
模具课程设计机械与自动化工程系数控加工专业班级10级数加3班学号XX姓名XX1．零件的工艺性分析如图，该产品是不带凸缘的直壁圆桶形件，厚度为0.3；零件的形状简单、对称，底部最大圆角半径为3.1,最小圆角半径为2.8，满足拉深工艺对形状和尺寸的要求，适合于拉深成行；2．工艺方案确定（1）确定修边余量由h/d=（19.3-0.15）/28.6=0.67，查表4.1得Δh=1.2mm（2）毛胚直径计算由式（4。
1）得D=[d0²＋４d（h+Δh）＋２πrd+8r²]½=[ (28.2×2.95)²+4×28.3×(19.3-0.3-2.95+1.2)+2π×3.1×(28-0.6)+8×3.1²]½=54mm（3）拉深次数确定1）判断是否需要压边圈。
由毛胚相对厚度t/D×100=（0.3/54）×100=0.556。
查表4.6知需要采用压边圈。
2）确定拉深次数。
由t/D×100=0.556。
查表4.4得极限拉深系数[m1]=0.58，[m2]=0.79则各拉深直件直径为:D1=[m1]=0.58×54=31.32mmD2=[m2]=0.79×31.32=24.74mm则两次拉深即可完成(4)方案确定。
该拉深件需要落料、二次拉深、一次冲孔、一次切边才能最终成行。
因此成行该零件的方案有以下几种：方案一：单工序生产，即落料－拉深－拉深－冲孔－切边方案二：首次复合，即落料拉深复合－拉深－冲孔－切边方案三：级进拉深方案一模具结构简单，但首次拉深时毛胚定位比较困难；方案三模具的结构比较复杂；因此方案二比较合适。
３．工艺计算(1)各次拉深半成品尺寸的确定１）半成品直径。
将上述极限拉深系数作调整，现分别如下：ｍ１=0.63 d1=m1D=0.62×54=34.02mmｍ2=0.84 d2=ｍ2D=0.84×34.02=28.6mm2)半成品底部圆角半径 r1=5.5mm r2=3.5mm3)半成品高度H，由式（4.3）计算得H1=0.25(D2/d1-d1)+0.43r1/d1(d1+0.32r1)=[0.25×(54²/34.02-34.7)+0.43×5.5/34.7×(34.7+0.32×5.5)]=15.24mmH2=19.9mm(2)冲压工艺力计算及初选设备拉深力由式(4.8)计算,查表4.8得K2=0.75查表1.3取бb=320Mpa则F压=π(d²1-d²2)P/4=π×(34.02²-28.6²)×1.2/4N=3.2KN选用单动压力机,设备吨位:F设≥F1+F压=21.34+3.2=24.54KN4.模具工作部分尺寸的设计落料凸凹模刃口尺寸计算查表2.11,-б=-0.004mm,+б=+0.006mm. 磨损系数X=0.5凹模刃口尺寸Dd=(D-Z min) +0б=(54－０.5×0.31) +00.006mm=53.85+0.0006mm凸模刃口尺寸寸D=(D d-Z min)0-αP=(53.85-0.01) 0-0.004=53.840-0.004mm拉深(1)模具单边间隙C的确定查表4.13得第二拉深凸凹模之间的单边间隙为 C2=t=1mm(2)凸凹模圆角半径的确定1)凹模圆角半径r d2的确定查表4.12得r d1=8t=2.4mm则r d(n-1)=(0.6-0.8)r d n可得r d2=1.92mm2)凸模圆角半径r p2的确定由于工件圆角半径大于料厚,因此最后一次拉深用的凸模圆角半径应该与工件圆角半径一致,即r p2=2.95mm(3)凸凹模刃口尺寸即尺寸公差的确定零件的尺寸及精度是由最后一道拉深模保证的,因此最后一道拉深用模具的刃口尺寸与公差应由工件决定.由于零件对外形有尺寸要求,因此以凸模为基准,间隙取在凹模上,即:D p2=(d min+0.4×Δ)0－Б=（28+0.4×0.74）－００．００２mm=28.296－００．００２mmD d2=(d p2+2C)＋Б０=(28.296+2)＋００．０３mm=30.296＋００．０３mm式中бp、бd分别是凸凹模的制造公差,由表4.14查得Δ是工件的公差、工件未注公差可以按IT14级取为0.74mm凸模通气孔尺寸确定由表4.15查得.通气孔尺寸为5mm落料拉深复合模尺寸计算1）拉深凸凹模的尺寸计算1 模具单边间隙的确定查表4.13得c1=1.1t=0.33mm2 凸凹模圆角半径的确定凹模圆角半径查表4.12得rd1=2.4mm凸模圆角半径rp1=2.4mm2凸凹模刃口的尺寸及尺寸公差的计算(注:未注公差可按IT14计算)dp1=（dmin+0.4×△）=33.296 mmdd1=（dp1+2c）=33.956 mm3凸模通气孔尺寸的确定查表4.15得5mm2)落料凸凹模的尺寸及尺寸公差的计算根据刃口尺寸计算的露体原则查表2.11 得δp=-0.005 δd=+0.008凹模刃口尺寸Dd=(D-x△) =(55-0.5×0.72) mm=54.64 mm凸模刃口尺寸Dp=(Dd-Zmin) =(54.64-0.01) mm=54.63 mm校核|δp|+|δd|=0.005+0.008=0.013 Zmax-Zmin=0.03-0.01=0.02 满足|δp|+|δd|≤Zmax-Zmin 满足要求冲孔凸凹模刃口尺寸计算查2.11,-б=-0.004mm,+б=+0.006mm,磨损系数X=0.5凸模刃口尺寸D=(d+Δ) 0-αP =21+0.5×0.3) 0-0.004mm=21.150-0.004mm 凹模刃口尺寸Dd=(d p+Z min0б=(21.15+0.01) +00.006mm=21.16+00.006mm模具主要零件设计（1）凸模材料选用Cr12MOV,热处理至56-60HRC（2）凹模材料选用Cr12MOV,热处理至58-62 HRC（3）压边圈材料选用45钢,热处理至43-48HRC（4）垫板材料选用45钢,热处理至43-48 HRC（5）凸模固定板材料选用45钢.。
圆筒形件拉深过程的力学理论分析与计算
形的应 变与 凸缘半径之 间的关系 ． 并通过该 关系求得 了等效应变 ． 确定 了真实 应力
应 变 关 系模 式 。 而 求 解 出 拉 深 力 ． 从
关键 词 ： 拉深过程； 应变分析； 拉深力
中图分类 号 ： Ｇ ８．１ Ｔ ３６４
文献 标识码 ： Ａ
拉 深或拉 延是板 材 冲 压成 形工 艺 中的 一道 重要工 序 ， 在金 属板 材 成形 中 不但 应用 广 泛 ， 且应 用历 而
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内 蒙古 工 业大 学 学报 第２ ５卷 第 ３期
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＮＮＥＲ Ｏ ＮＧＯＬＩ ＯＦ Ｉ Ｍ Ａ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＴＥＣＨＮ（ Ｌ０Ｇ Ｙ ）
文章 编 号 ：０ １ ５６ （０ ６ ０ —１ ３０ １０ — １ ７ ２ ０ ）３０ ８ — ７
性 加工 理 论 ．
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内蒙古工业 大学学报
１ １ 平 底拉 深时 的等 效 应变 ．
１１ １ 等效 应变 （ ） ．． 一 如 图 １所示 ， “ 为 凹模 入 口（。 ） 的径 向位 移 ， 设 。 ，点 处 ． 由于 。 方 向是 指 向 凹模 的 中 心 ， 属 向 凹模 内移 动 ， 的 金 凸缘变形 相 当于一 个 环形 毛坯 在径 向拉应 力 的作用 下收
形 理论 》 汪大 年教 授 的《 、 金属 塑 性 成形 原 理 》 俞汉 清 教授 的《 、 金属 塑性 成 形 原理 》 最 新 出版 的《 料 成 、 材
形原理 》 ）在较 为权威的杂志上也没有相关研究的报道． 等 ． 但是这些 问题确实对实际生产有着重要影
响． 特别是 计算 拉 深或 拉 延力 的理 论公 式 即拉 深或拉 延力Ｐ随拉 深 或拉 延ｈ的变 化 关 系——Ｐ—ｈ曲线 ， 对 于精确 计算 拉深 或 拉延 力 、 究拉 延与 胀形之 间的关系 、 件的 胀形 量 与被 拖 入 凹模 内金属 的 量 的计 研 工
【材料成型工艺--锻压】2.4圆筒拉深件的拉深工序计算
若需经过多次拉深方能成形，则拉深件的总 拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即
m
d D
d1 D
d2 d3
d1本d2节
dn1 dn
内dn容2 d结 n1
m1m2
束
mn1mn
拉深系数m表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。
是衡量拉深变形程度的一个重要的工艺参数。
注意：拉深系数系愈小，表示拉深变形程度愈大。
当 m总＞［m］时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。 当拉深系数过小时，由于拉深力超过侧壁承载能力而使拉深失 败，此时可采用多次拉深。
其拉深次数的确定有以下几种方法： (1) 计算法 (2) 查表法 (3) 推算法
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（1）计算法 拉深次数的确定可采用计算方法 进行确定，其计算公式如下：
n 1 lg dn lg(m1D) lg mn
无凸缘圆筒件的修边余量 带凸缘圆筒件的修边余量（可查表）
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二、圆筒形拉深件毛坯尺寸的计算
一、坯料形状和尺寸确定的依据
形状简单的旋转体拉深件：
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（加上修边余量）近似相 等，得到坯料尺寸。 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。
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影响拉深系数的因素
1、材料性能
屈强比 s / b ↓延伸率↑→拉深成形性能↑拉深系数↓
2、毛坯相对厚度
材料相对厚度 t/本D ↑节→拉内深容系数结↓束
越薄的材料拉深时，越容易失稳而起皱
3、材料的拉深次数
首次拉深——毛坯性能均匀,m值最小。 以后拉深——加工硬化，塑性降低，m↑
圆筒拉伸模原理
图片：拉深模的基本原理（二）三、切边余量：是由于模具间隙不均匀，板厚变化，磨擦阻力不等，定位不准及材料机械性能的方向性等，造成拉深件口部高低不齐，对于要求高的拉深件，需增加一道切边工序。
而多次拉深就更明显。
四、毛坯尺寸计算：主要根据塑变体积不变原理，并略去拉深中的壁厚的变化。
拉深前后毛坯与工件表面积相等的原则进行，此种方法称作等面积法。
但这种计算方法只是近似的。
若旋转体毛坯料厚>0.5mm，计算时以料厚中线为准。
当R1=R2时，D=R1≠R2D=D=D=五、圆筒形件拉深系数1．拉深系数的概念。
拉深系数是指拉深后工件直径d与拉深前毛坯直径D之比。
M=d/DA．（M<1）拉深系数M反映了拉深时材料变形程度的大小，M越小，表明变形程度越大。
B．拉深系数M是拉深工艺中的一个重要参数，是拉深工艺计算和模具设计的重要依据。
C．实际生产中，为减少拉深次数，M一般取最小值。
D．当M小到一定值时，凸缘外边缘便会出现起皱现象，但可用增加压力圈的压边力防止起皱的出现。
E．当M 小到一定值时，出现拉破现象，拉破一般出现在拉深力快出现峰值时，即拉深的初始阶段。
F．极限拉深系数，在危险断面不被拉破的条件下所能采用的最小拉深系数。
2．影响拉深系数的因素：A．材料的机械性能。
材料的塑性好，屈服比σs/σb小的材料，m可小些，因σs小，说明材料易变形，σb大，说明危险断面承载能力高，不易拉断。
B．毛坯的相对厚度t/DC．拉深方式：有压力圈时，拉深系数M可小些。
D．模具结构：拉深模的凸，凹模圆角的大小，及凸，凹模之间的间隙大小，对拉深系数影响很大。
E．磨擦与润滑条件：要求凹模、压力圈与毛坯接触面应光滑，要求润滑，但凸模与毛坯接触面要粗糙些好，不要润滑，以增加磨擦力，减少拉裂的可能性。
3．拉深系数的确定：由于影响材料拉深系数的因素很多，理论计算与实际相差太大，各种材料的拉深系数都是由实验方法获得的。
六、拉深模的分类：1．再次拉深模：它是半成品毛坯套在压力圈上定位，上模下降，下模上的凸模把半成品毛坯拉入凹模中，使半成品直径减少，主要区别：是压边圈与首次拉深的压边圈不同。
圆筒形件的拉深
1.1 拉深系数
1） 材料的力学性能
3） 材料的表面质量
5） 润滑条件
圆筒形件的拉深
2） 材料的相对厚度 t/D
及压边圈的使用 4）
拉深次数
6） 拉深速度
1.2 拉深次数的确定
圆筒形件的拉深
拉深件一般经过几次拉深才能达到最终 尺寸形状。如果拉深件总的拉深系数 m总 大 于第一次允许的极限拉深系数 m1，即： m总> m1。
冲压工艺与模具设计
1.1 拉深系数
圆筒形件的拉深
拉深系数表示拉深后圆筒形件的直 径 d 与拉深前毛坯（或半成品）的直径 D 之比。拉深系数表示拉深时板料的变 形程度，用符号 m 表示。M 是小于1的 系数，m 值越小，说明拉深时变形程度
越大。
1.1 拉深系数
圆筒形件的拉深工件总的Fra bibliotek形系数：圆 筒 形 件 的 多 次 拉 深
说明拉深该工件的实际变形程度比第一
次容许的极限变形程度要小，工件可以一次
拉成。否则需要多次拉深才能成形。
圆筒形件的拉深
1.3 各次拉深工序尺寸的确定
圆筒形件的拉深
1.3 各次拉深工序尺寸的确定
冲压工艺与模具设计
圆筒件首次拉深模设计说明书
机械专业综合课程设计说明书圆筒件首次拉深模设计学院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：目录第一章绪论 (1)1.1 冲压工艺与模具的发展方向 (1)1.2 我国模具技术的发展趋势 (1)第2章分析零件的工艺性 (4)2.1 工艺分析 (4)2.2 材料分析 (5)2.3 毛坯计算 (5)第3章确定工艺方案和模具总体设计 (7)3.1 确定工艺方案 (7)3.2 模具类型的选择 (7)3.3 送料方式的选择 (7)3.4 定位方式的选择 (7)3.5 卸料、出件方式的选择 (7)3.6 导向方式的选择 (8)第4章拉深模主要工艺参数的计算 (9)4.1 拉深工艺 (9)4.2 初选压力机 (9)4.3计算凸、凹模刃口尺寸及公差 (9)第5章模具主要零件的设计 (11)5.1主要工作零件的设计 (11)5.1.1 凸模的结构设计 (11)5.1.2 凹模的结构设计 (11)5.1.3 定位机构的设计 (12)5.2 模柄及固定零件 (12)5.3 压力机技术参数的校核 (14)参考文献 (16)第一章绪论1.1 冲压工艺与模具的发展方向成形工艺与理论的研究近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。
前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲、拉深、压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形。
过去的精密冲裁只能对厚度为5~8mm以下的中板或薄板进行加工，而现在可以对厚度达25mm 的厚板实现精密冲裁，并可对σb >900MPa的高强度合金材料进行精冲。
由于引入了CAE，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。
第一节 圆筒形零件拉深讲解
筒壁传力区拉裂： 由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
一、无凸缘圆筒形零件拉深 4、圆筒形零件拉深成形的缺陷及防止措施
1）凸缘变形区的起皱 主要决定于：
切向压应力σ3的大小，越大越容易失稳起皱； 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， 抵抗失稳能力越差。
第n次拉深系数： mn＝dn/dn-1
6、拉深系数的确定 1）拉深系数的概念
拉深系数m 表示拉深前后坯料(工序件)直径的变化率.
m 愈小，说明拉深变形程度愈大，相反变形程度愈小. 拉深件的总拉深系数等于各次拉深系数的乘积，即
若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: 工件在危险断面不至拉破时，所能达到的最小拉深系数mmin。
压料装置产生的压料力Ｆy大小应适当；
在保证变形区不起皱的前提下，尽量选用小的压料力。 理想的压料力是随起皱可能性变化而变。
9、圆筒形零件拉深的压料力和拉深力
2）拉深力与压力机的公称压力 ①拉深力F
按经验公式可计算出圆筒形件带压料装置和不带压料装置的 首次拉深和以后各次拉深的拉深力。 ②压力机的公称压力
②金属的流动过程 工艺网格实验 材料转移：高度、厚度发生变化。
③拉深变形过程
外力
凸缘产生内应力： 径向拉应力σ1；切向压应力σ3
凸缘塑性变形： 径向伸长，切向压缩，形成筒壁
直径为ｄ高度为Ｈ的圆筒形件(H>(D-d)/2)
拉深单元变形动画
一、无凸缘圆筒形零件拉深
2、圆筒形零件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所处的状态
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。