第四章 拉深工艺及模具设计资料教程

一、拉深变形过程
圆筒形件是最典型的拉深件。
拉深成形时板料的受力分析
2020/8/16
拉深变形过程
平板圆形坯料的凸缘 弯曲绕过凹模圆角， 然后拉直 形成竖直筒壁。
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。
2020/8/16
材料流动
工艺网格实验
2020/8/16
2020/8/16
IV
2020/8/16
I II
III V
三、拉深变形过程中凸缘变形区的应力分布
拉深至某一瞬时 R t
1 1.1mlnRRt 3 1.1m1lnRRt
(R[r,Rt])
可知：
1max1.1mlnRrt 3max1.1m
1 3
R0.61Rt
增厚与减薄的分界点
2020/8/16
2020/8/16
拉深过程中影响起皱的主要因素
板料的相对厚度 t/D
t dt d
t/D 越小，拉深变形区抗失稳的能力越差，越易起皱。
拉深系数 m（切向压应力的大小）
m 越小，拉深变形程度越大，切向压应力的数值越大；另外， 变形区的宽度越大，抗失稳的能力变小，越易起皱。
模具工作部分几何形状
用锥形凹模拉深时，由于毛坯的 过渡形状使拉深变形区有较大的抗失 稳能力，与平端面凹模相比可允许用 相对厚度较小的毛坯而不致起皱。
作零件设计方法。
2020/8/16
§4-1 概述
拉深(Drawing)：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。
2020/8/16
§4-2 圆筒形件拉深变形分析
拉深整个过程 Rt [R0,r]
由 1max1.1mlnRrt 知：
R t ↓→
ln R t ↓
r
加工硬化→ m ↑
使
max 1 max
出现在
R t0.7~0.9R 0
即拉深早期。
2020/8/16
四、筒壁传力区的受力分析
（1）压边力Q 引起的摩擦应力
M
2 Q dt
（2）材料流过凹模圆角半径产生弯 曲变形的阻力
p 1 .1m ln R rt 2d Q tb2 r d t tb2 r dt 2 t e μα
将影响拉深力的因素，如拉深变形程度，材料性能，零件尺寸， 凸、凹模圆角半径，压边力，润滑条件等都反映了出来，有利于研究 改善拉深工艺。
R t0 .7~0 .9R 0 时， 1max 达最大值，此时包角 接近于π/2,
材料的力学性能
屈强比 s 小b ，板料不容易起皱。
2020/8/16
拉深过程中起皱条件
平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件：
t 0.09~0.071d
D
D
锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件：
t 0.031 d
D
D
采用或不采用压边圈的条件
拉深方法
用压边圈 可用可不用 不用压边圈
筒壁的拉裂
主要取决于： 一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区 的抗拉强度。
首次拉深
t/D100
< 1.0 1.5 ~ 2.0
> 2.0
< 0.6 0.6 > 0.6
以后各次拉深
m1
t/dn1100 m n
<1 1 ~ 1.5 > 1.5
< 0.8 0.8 > 0.8
2020/8/16
防止起皱的措施
采用压边圈 采用锥形凹模 采用拉深筋、拉深槛 采用反拉深
2020/8/16
冲压工艺及冲模设计
谭险峰 （tanxf_niat@ 13870849106 )
2020/8/16
南昌航空大学塑性工程系
第四章 拉深工艺与拉深模设计
本章教学目的：
➢ 了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素； ➢ 掌握拉深工艺计算方法； ➢ 掌握拉深件的工艺性分析内容； ➢ 认识拉深模典型结构及特点，掌握拉深模工
材料转移： 高度、厚度发生变化。
扇形单元体的 变形
2020/8/16
二、拉深变形过程中材料的应力与应变状态
划分为五个区： I 凸缘部分 II 凹模圆角部分 III 筒壁部分 IV 凸模圆角部分 V 筒底部分
下标1、2、3分别代表 坯料径向、厚向、切 向的应力和应变
坯料各区的应力与应变是很不均匀的。
传力区拉裂：
由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
2020/8/16
凸缘变形区的起皱
主要决定于： 一方面是切向压应力σ3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 防止起皱常用方法：采用压边装置
2020/8/16
拉深起皱带来的后果： 拱起的皱褶很难通过凸、凹模间隙被拉入凹模，如果强行拉 入，则拉应力迅速增大，容易使毛坯受过大的拉力而导致破裂报 废； 即使模具间隙较大，或者起皱不严重，拱起的皱褶能勉强被 拉进凹模内形成筒壁，皱折也会留在工件的侧壁上，从而影响零 件的表面质量； 起皱后的材料在通过模具间隙时与模具间的压力增加，导致 与模具间的摩擦加剧，磨损严重，使得模具的寿命大为降低。
W 14b
rd
t t
2
（3）材料流过凹模圆角后又被拉直 成筒壁的反向弯曲力
'WW14b
t rdt
2
拉深初期凸模圆角处的弯曲应力
''W14b
rp
t t
2
2020/8/16
（4）材料流过凹模圆角时的摩擦阻力 通讨凸模圆角处危险断面传递的径向拉应力即为：
p 1 m a M xw w ' w '' e μα
e e /2 1 /2 1 1 .6
故， p m a 1 m m x M a a W x x W ' W "1 1 . 6
2020/8/16
五、拉深缺陷及防止措施 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；
正拉深
反拉深
压边装置
弹性压边装置
橡皮压边装置（a） 弹簧压边装置（b）
气垫式压边装置（c）
带限位装ห้องสมุดไป่ตู้的压边圈
刚性压边装置： 带刚性压边装置的拉深模
2020/8/16
带限位装置的压边圈
双动压力机用刚性压边装置工作原理
1-曲柄 2-凸轮 3-外滑块 4-内滑块 5-凸模 6-压边圈 7-凹模
2020/8/16