圆筒形件的拉深
第一节 圆筒形零件拉深
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
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
圆 筒 形 件 拉 深 时 凸 缘 变 形 区 的 应 力 分 布
②推算方法 A.由表5-4或表5-5中查得各次的极限拉深系数； B.依次计算出各次拉深直径，即
ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１
C.当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。
一、无凸缘圆筒形零件拉深 7、拉深次数与工序尺寸 1）拉深次数的确定
③计算方法 拉深次数
lg d 1gm1D n 1 lg m均
D2 ri H i 0.25 d 0 . 43 (di 0.32ri ) i d di i
一、无凸缘圆筒形零件拉深
8、后续各次拉深的特点 后续各次拉深所用的毛坯不是平板而是筒形件，因此，它与 首次拉深相比，有许多不同之处. 9、圆筒形零件拉深的压料力和拉深力 1）压料装置与压料力 在模具结构上采用压料装置防止拉深过程中的起皱，可按 表5-7判断。 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。
一、无凸缘圆筒形零件拉深
5、旋转体拉深件坯料尺寸的确定
1）坯料形状和尺寸确定的依据
（1）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工件表面 积近似相等。
（2）相似原理
毛坯的形状一般与工件截面形状相似，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。
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。
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。
圆筒件的拉深系数
若某相邻两阶梯直径比值dn／dn-1小于相应圆筒 形件的极限拉深系数时，则由直径dn-1到dn按 凸缘件的拉深办法，其拉深顺序由小阶梯到大 阶梯依次拉深。
若mΣ>m（极限拉深系数），则该零件只 需拉深一次，否则必须多次拉深。
多次拉深时，拉深次数的确定：
取首次拉深系数为m1，则m1=d1/D,故d1=m1D 取第二次拉深系数为m2，则m2=d2/d1
故d2=m2d1=m1m2D … 第n次拉深时，工作直径则为：dn=m1m2m3……mnD 因而mΣ=m1m2m3…mn
工序图：
二、有凸有凸缘圆筒形件的拉深将毛坯拉深至某一时刻 达到零件所要求的凸缘直径dt时不再拉深。
毛坯直径为 ：D d2t1 4d1h1 3.44d1r
当圆角半径rd=rp=r时，第一次拉深 系数为 ：
m1
d1 D
1
d t1 d1
2
h1 4
d1
3.44 r d1
对于中小型零件(d t<200mm)， 采用减小圆筒形部分直径、增加 高度来达到，而圆角半径rp和rd 在整个变形过程中基本保持不变。
用此方法制成的零件，表面质量较差， 容易在筒壁部分和凸缘上残留有中间工 序中形成的圆角部分弯曲和厚度的局部 变化的痕迹，所以最后要加一道整形工 序。
2．改变圆角半径并减小圆筒形直径
当工件的相对拉深高度h/d>h1/d1时，则该 工件就不能用一道工序拉深出来，而需 要两次或多次才能拉出。
以后各次拉深的拉深系数为mn=dn/dn-1。
(二)窄凸缘圆筒形件拉深
对 dt / d 1.11.4 之间的凸缘件称为窄凸缘件。
这类零件因凸缘很小，可以当作一般圆筒形件 进行拉深，只在倒数第二道工序时才拉出凸缘 或拉成具有锥形的凸缘，而最后通过校正工序 压成水平凸缘。
拉深
拉深拉深的基本原理：利用具有一定圆角半径的拉深模，将平板毛坯或开口空心毛坯冲压成容器状零件的冲压过程称为拉深。
一、拉深起皱与破裂圆筒形件拉深过程顺利进行的两个主要障碍是凸缘起皱和简壁拉断。
拉深过程中，凸缘材料由扇形挤压成矩形，材料间产生很大的切向压力，这一压力优如压杆两端受压失稳似的使凸缘材料失去稳定而形成皱折，见图4-6。
另外，当凸缘部分材料的变形抗力过大时，使得筒壁所传递的力量超过筒壁的极限强度，便使筒壁在最薄的凸模圆角处（危险断面）产生破裂，见图4-7。
为了防止起皱，需加压边力，此压边力又成为凸缘移动的阻力，此力与材料自身的变形阻力和材料通过凹模圆角时的弯曲阻力合在一起即成为总的拉深阻力。
对于凸缘上产生的拉深阻力，如果不施加与之平衡的拉深力，则成形是无法实现的。
此拉深力由凸模给出，它经过筒壁传至凸缘部分。
筒壁为了传递此力，就必须能经受住它的作用。
筒壁强度最弱处为凸模圆角附近（即筒壁与底部转角处），所以此处的承载能力大小就成了决定拉深成形能否取得成功的关健。
在改善拉深成形，提高成形极限的时候，通常研究的问题是筒壁的承载能力及拉深阻力（包括摩擦阻力）这两个方面。
目的是使拉深阻力减少及提高筒壁的承载能力。
二、拉深成形极限影响圆筒形件拉深的主要问题是凸缘区压缩失稳产生起邹和零件底部圆角与筒壁连接处破裂。
由于起邹可用压边圈或其它工艺措施避免，所以圆筒件拉深的成形极限主要由破裂来确定。
圆筒形件拉深的成形极限一般用极限拉深比LDR表示：LDR=D/d式中的d-------凸模直径；D------零件底部圆角附近不被拉破时允许的最大毛坯直径。
目前生产中习惯用拉深系数m=d/D来表示。
两者的关系是：m=d/D=1/LDR三、拉深件的工艺性1.拉深件的形状应尽量间单、对称轴对称拉深件在圆周方向上的变形的均匀的，模具加工也容易，其工艺性最好。
其它形状的拉深件，应尽量避免急剧的轮廓变化。
2.拉深件各部分尺寸比例要恰当应尽量避量设计宽凸缘和深度大的拉深件（即d凸>3d,h≧2d）,因为这类工件需要较多的拉深次数。
拉深变形分析
拉深变形分析
拉深变形过程中坯料的应力、应变状态 在拉深过程中，坯料可分为平面凸缘部分、凸缘圆角部分、筒壁部分、底部圆角部分、筒底部分等五个区域，如图4-1（b）所示。各部分材料在拉深过程中具有不同的应力应变状态，如图4-3所示。
图4-3 拉深时坯料的应力、应变状态
拉深变形分析
1．平面凸缘部分 平面凸缘部分为拉深时的主要变形区。材料产生径向拉应力s1。同时，材料在切向产生压缩变形，相邻材料之间由于相互挤压而产生切向压应力s3。当使用压边装置时，压边力使平面凸缘部分材料产生厚向压应力s2。 由于平面凸缘部分材料在拉深时径向拉长，切向缩短，分别产生径向拉应变e1和切向压应变e3。其中，切向压应变e3的绝对值大于径向拉应变e1，故根据体积不变原则，材料将产生厚向拉应变e2，厚度增加。 2．筒壁部分 筒壁部分为已变形区。在拉深过程中，该部分材料起到向变形区传递拉深力的作用，因而也称为传力区。筒壁部分在拉深时可近似认为受单向拉应力s1作用，应变状态为轴向产生拉应变e1，厚向产生压应变e3，厚度减薄。
拉深变形分析
拉深变形过程 1、无凸缘圆筒形件的拉深过程。如图4-1所示
图4-1 拉深工艺过程 1-凸模 2-压边圈 3-毛坯 4-凹模 5-拉深件 6-平面凸缘部分 7-凸缘圆角部分 8-筒壁部分 9-底部圆角部分 10-筒底部分
拉深变形分析
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，如图4-2（a）所示
拉深变形分析
5．底部圆角部分 底部圆角部分为筒壁部分和筒底部分之间的过渡区，常称为第二过渡区。筒底部分材料主要受拉深力引起的径向拉应力s1，以及凸模的压力和材料的弯曲作用产生的厚向压应力s3。切向有拉应力s2，但量值较小。材料在径向产生拉应变e1，厚向产生压应变e2，厚度变薄。切向压应变e2很小，可忽略不计。
圆筒形件拉深工艺计算
拉深工艺与拉深模设计
圆筒形件拉深工艺计算
三、圆筒形件拉深的压料力与拉深力
２．拉深力与压力机公称压力 （2）压力机公称压力
单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力Fz。 工艺总压力为 Fz F FY
注意： 当拉深工作行程较大，尤其落料拉深复合时，应使工艺
力曲线位于压力机滑块的许用压力曲线之下。
在实际生产中，可以按下式来确定压力机的公称压力 Fg ： 浅拉深 Fg (1.6 ~ 1.8)Fz 深拉深 Fg (1.8 ~ 2.0)Fz
（１）工序件直径的确定
确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系
数，适当放大，并加以调整，其原则是：
１）保证ｍ1ｍ2…ｍｎ＝ ２）使ｍ1＜ｍ2＜…ｍｎ
d D
最后按调整后的拉深系数计算各次工序件直径：
ｄ1＝ｍ1Ｄ ｄ2＝ｍ2ｄ1
…
ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１
拉深工艺与拉深模设计
圆筒形件拉深工艺计算
二、拉深次数与工序件尺寸
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。
拉深工艺与拉深模设计
圆筒形件拉深工艺计算
一、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
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
拉深工艺与拉深模设计
圆筒形件拉深工艺计算
二、拉深次数与工序件尺寸
１．拉深次数的确定 （２）推算方法
1）由表4.4.1或表4.4.2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； 3）当ｄｎ≤ｄ时，计算的次数即为拉深次数。
带凸缘圆筒形件的拉深
带凸缘圆筒形件的拉深
带凸缘圆筒形件
带凸缘圆筒形件的拉深
1.1 窄凸缘圆筒形件的拉深
窄凸缘圆筒形件第一种拉深方法
带凸缘圆筒形件的拉深
1.1 窄凸缘圆筒形件的拉深
窄凸缘圆筒形件第二种拉深方法
带凸缘圆筒形件的拉深
1.2 宽凸缘圆筒形件的拉深
当 r凸 = r凹 = r 时，宽凸缘圆筒形件毛坯直径 D 为：
根据拉深系数的定义，宽凸缘圆筒形件的拉深系数为：
带凸缘圆筒形件的拉深
1.2 宽凸缘圆筒形件的拉深
宽凸缘圆筒形件的尺寸
带凸缘圆筒形件的拉深
1.2 宽凸缘圆筒形件的拉深
毛坯尺寸的 计算
判断工件是 否一次拉深
成形
凸缘件多次 拉深成形
原则
带凸缘圆筒形件的拉深
1.2 宽凸缘圆筒形件的拉深
这种工件通常采用 减小筒部直径、增加筒部 高度来达到最终尺寸。圆 角半径在整个拉深过程中 基本不变。
8）根据表4-5选取以后各次拉深系数 m2、m3、…、mn，并预算出 各工序的拉深直径 d2=m2d1、d3=m3d2、…、dn=mndn-1。 若 dn<d，按式（4-2）放大 K 值，于是各次拉深直径为：
d2 = m2d1K、d3 = m3d2 K、…、dn = mndn-1 K。
带凸缘圆筒形件的拉深
时，可一次拉成。否则需要多次拉成。 4）根据表4-8选取 m1，计算 d1=m1D。初选第1次拉深的相对凸 缘直径为 dt/d1=1.1，若 m1 选的不合理，选 dt/d1=1.2、1.3…，直 到 m1 选择合理为止。 5）按照式（4-3）、式（4-4）计算第1次拉深模的凹、凸模圆角 半径。 6）根据宽凸缘圆筒件的拉深原则来修正毛坯直径D，并计算首次 拉深半成品高度 h1 为：
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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