模具第四章完成

第四章拉深工艺及拉深模设计4.1什么是拉深？拉深过程中，变形区的材料是怎样流动的？答：拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。

拉深过程中，毛坯受凹模拉伸力的作用，在凸缘毛坯的变形区内受径向拉应力和切向压应力的作用，产生塑性变形，在他们共同作用下，将毛坯的环形部分变为圆筒形件的直壁。

壁行变形的程度，由底部向上逐渐的增大，在圆筒顶部的变形达到最大值。

该处的材料，在圆周方向受到最大的压缩，高度方向获得最大的伸长。

拉深过程中，圆筒的底部基本上没有塑性变形。

4.2拉伸时材料的应力应变状态怎么样？答：在拉伸过程中，材料在不同的部位具有不同的应力状态和应变状态。

以筒形件为例说明：课本上p85图4-5，（画图）是筒形状在有压边圈的首次拉伸中某一时刻的应力应变情况；根据应力应变状态的不同，将拉伸毛料分为五个区域：1.凸缘部分应力：径向手拉力，厚度方向受压力，切向受压应变：径向变长，厚度变厚，切向变短2.凹模圆角部分应力：径向受拉应力，切向受压应力，厚度方向压应力应变; 厚度减薄。

3筒壁部分 4.凸模圆角部分应力：受拉应力应变;伸长应变，压缩应变。

应力：径向受拉、厚度方向受压，切向拉应应变;5.筒形件的底部应力：应变;可认为无塑性变形。

又在筒壁与底部转角处稍上的部分，传递拉伸力的截面积较小，产生的拉应力较大。

4.3什么是拉深系数？拉深系数对拉伸工作有什么影响？答：拉深系数m是对于拉深零件，拉深后的零件的直径与毛料直径之比。

意义：拉深系数表示了拉深前后毛料直径的变化量，反映了毛料外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，其是衡量拉深时毛料变形程度的一种指标，拉深系数是小于1的数值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直径变化愈小，即变形程度小。

4.5什么是极限拉深系数？影响极限拉深系数的因素有哪些？怎样确定拉伸次数？答：拉深工件在危险断面不至拉裂的条件下，所能达到的最小拉深系数，称为极限拉深系数。

影响极限拉深系数的因素有：（1）材料的机械性能：愈小，对拉深愈有利，（2）材料的相对厚度t/D：：相对厚度愈大，拉深愈有利。

（3）润滑润滑条件良好对拉深有利，可以减小工件拉深系数（4）模具的几何参数：凸凹模的圆角半径和凸凹模之间的间隙对拉深系数也有影响。

实际上拉深系数有两个不同的概念，一是零件所需的拉深系数mε, mε=d/D。

式中，mε--零件总的拉深系数，d--零件的直径，D--该零件所需毛料的直径。

另一个是按材料的性能和加工条件等因素在一次拉深中所能达到的极限拉深系数m，如果零件所要求的拉深系数mε值大于极限拉深系数m，则所给零件可以一次拉深成型，否则多次拉深。

多次拉深时的拉深系数，确定方法有1）查表法。

筒形件的拉深次数，可更具零件的相对搞对h/d和毛料的相对厚度（t/Dx 100）2）推算法。

可根据极限拉深系数，m1，m2，m3……从第一道工序开始依次求半成品直径d1=m1D,d2=m2D1=m1m2D…. d n=m n D n−1=m1m2…m n D一直计算到得出的直径不大于零件要求的直径为止。

4.6拉深模中，凸凹模的圆角半径对拉深工作有什么影响？怎么选择凸凹模的圆角半径？拉深过程中，板料在凸模圆角部位滑动时产生较大的弯曲变形，由凹模圆角区进入直壁部分时，又被重新拉直，或在通过凸凹之间的间隙时受到校直作用。

若凹模圆角半径过小，则板料在经过圆角部位时的变形阻力以及在模具间隙里通过时的阻力都要增大，势必引起总拉深力增大和模具因弯曲力摩擦力增大而使寿命降低。

凹模圆角半径过大，使在拉深初始阶段不与模具表面接触的毛料宽度加大，毛料拉深压边效果降低，使这部分毛料很容易起皱。

拉深后期，过大的圆角半径也使毛料外缘过早的脱离压边圈的作用而起皱，尤其当毛料的相对厚度较小时起皱现象十分突出。

凸模圆角半径对拉深工作的影响：过小的凸模圆角半径会使毛料在这个部位上受到过大的弯曲变形，结果降低了毛料的危险断面的强度，也使极限拉深系数增大。

另外，即使毛料在危险断面不被拉裂，过小的凸模圆角半径也会引起危险断面附近毛料厚度局部变薄且这个局部变薄和弯曲的痕迹经过后拉深工序以后，还会在成品零件的侧壁上遗留下来，以影响零件的质量。

在多工序拉深时，后道工序的压边圈的圆角半径等于前道工序的凸模圆角半径，所以当凸模圆角半径过小时，在后道的拉深工序里毛料沿压边圈的滑动阻力增大，这对拉深过程的进行不利。

凸模圆角半径过大，会使在拉深初始阶段不与模具表面接触的毛料宽度加大，因此，这部分毛料容易起皱。

（1）拉深凹模圆角半径可按下式确定:γd=0.8√(D−d)t(mm)D—毛料直径（mm）；d—凹模直径（mm）；t—板料厚度（mm）；当工件直径d>200mm时，按式γdmin=0.089d+2(mm)计算拉深凹模圆角也可根据工件材料及其厚度来确定。

（2）凸模圆角半径γp的确定单次或多次拉深中的第一次：γp=(0.7~1.0) γd多次拉深中的以后各次：γp=(d n−1−d n)/2n−1d n−1、d n前后两道工序中毛料的过渡直径（mm）最后一次拉深的凸模圆角半径即等于零件的圆角半径，但不得小于（2~3）t4-7、什么是拉深间隙？拉深间隙对拉深工艺有何影响？答：拉深间隙，是指拉深模的凸凹模的间隙（z=(d d−d p)/2）,即单边间隙。

拉深间隙对拉深工艺的影响：(1)拉深力：间隙愈小，材料流入困难，拉深力雨大;(2)零件质量：间隙过大，容易起皱，且毛料口部的变厚得不到消除也会使零件出现锥度。

间隙过小，则会使零件容易拉断或变薄特别严重；(3)模具寿命：间隙小，则磨损加剧，间隙大寿命长但成型精度差；4-8、怎样确定凸凹模工作部分尺寸及制造公差？答：(一)对最后一道工序的拉深膜，其凹模、凸模的尺寸及其公差应按工件的要求来确定。

当工件要求外型尺寸时，以凹模为基准，凹模尺寸为D d=(D−34∆)0+δd凸模尺寸为D p=(D−34∆−2Z)−δp当工件要求内形尺寸时，以凸模为基准，凸模尺寸为D p=(D+0.4∆)−δp凹模尺寸为D d=(D+0.4∆+2Z)+δd(二)对于多次拉深时的中间过渡拉深，毛料的尺寸公差没有必要予以严格限制，这是模具尺寸只要等于毛料过度尺寸即可。

若以凹模为基准，则凹模尺寸为D d=D0+δd凹模尺寸为D p=(D−2Z)−δp式中：δp（凸模制造公差）——一般按公差等级IT6-IT8选取；δd（凹模制造公差）——一般按公差等级IT6-IT8选取；4-9、压边圈再拉深中起何作用？答：压边圈在拉深中作用是防止拉深毛料在拉深过程中变形区（主要是凸缘区域）应切向压应力过大造成厚度方向材料失稳而起皱。

4-15冲压生产如图所示零件，材料为10钢，请完成以下工作：（1）计算该零件的毛坯尺寸；（2）确定该零件的拉深次数和中间半成品尺寸；（3）确定最后一次拉深时模具工作部分尺寸及其公差；（4）画出首次拉深及其最后一次拉深的模具结构草图。

解：（1）计算该零件的毛料尺寸由于对拉深高度 h =h-0.5x2= 75mm，拉深相对高度h/d = 75/(30-2)=2.71mm,查表4-2得该零件的修边尺寸余量δ=6mm，H=h+δ=75+6=81mm，零件的中型层直径d=30-2=28mm将零件分成三部分，分别计算各部分，最后可得毛料直径为=√(d−2r)2+2πr(d−2r)+8r2+4d(H−r)= √(28−2x4)2+2xπx4(28−2x4)+8x42+4x28x(81−4)=98.3mm（2）确定该零件的拉深系数和中间半成尺寸1）判断是否能一次完成拉深对于图示的零件，毛料的相对厚度t/Dx100=2,从P91表4-4查出各次拉深系数：m1=0.6，m2=0.75，m3=0.80，m4=0.84，m5=0.87，由已知条件可知零件总的拉深系数m∈=dD =1898.3=0.29<m1，故需多次拉深。

2）计算拉伸次数d1=m1D=0.68*98.3=58.8mm d2=m2D1=0.75*58.8=44mm d3=m3D2=0.80*44=35.2mm d4=m4D3=0.84*35.2=29.6mm d5=m5D4=0.87*29.6=25.8mmd 1，d 2，d 3，d 4均大于18，也就是变形程度大于材料的极限变形程度，而经过第五次拉深才可以，故该零件需五次拉深才行。

3）确定半成品尺寸：A ．半成品直径拉深系数确定后，再根据计算直径d n 应等于d I 件的原则对拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于推荐拉深系数时所采用的极限拉深系数。

零件实际拉深系数应调整为：m 1=0.61，m 2=0.77，m 3=0.82，m 4=0.85，m 5=0.88 原来m 1=0.6，m 2=0.75，m 3=0.80，m 4=0.84，m 5=0.87，调整好拉深系数后，重新计算各次拉深的圆筒直径即得半成品直径第一次：d 1=60mm ，m 1，=6098=0.61第二次：d 2=46mm ，m 2，=4660=0.77 第三次：d 3=38mm ，m 3，=3846=0.82第四次：d 4=32mm ，m 4，=3238=0.85第五次：d 5=28mm ，m 5，=2832=0.88B ．半成品高度h 1=0.25×(D 2d 1−d 1)+0.43r1d 1（d 1−0.32r 1） …h n =0.25×(D 2d n −d n )+0.43rn d n （d n −0.32r n ） 式中：D —毛料直径，D=98mm h 1，h 2…h n —半成品各次拉深高度（mm ） d 1，d 2…d n —半成品各次拉深后直径（中性层值，mm ） r 1，r 2…r n —半成品各次拉深后底部圆角半径（mm ）据P94表4-6查出：γd=（10~6）t=20~12，取γd=20mm 由式4-8，γp1=(0.7~1.0) γd=14~20，取γp=15mm由式4-9，γp2=(d2-d3-2t)/2=（46-38-2x2）/2=2mm, 但γp2≥（2~3）t，取γp2=10，同取γp3=8mm，γp4=4mm，故r1=15mm，r2=10mm，r3=8mm，r4=4mm，代入公式: h1=0.25×(98260−60)+0.431560（60−0.32×15）=32mm同理得：h2=45mm，h3=57mm，h4=69mm各次半成品总高度：H1=h1+r1+t/2=32+15+1=48mm，H2=h2+r2+t/2=45+10+1=56mm，同理得：H3=66mm，H4=74mm（3）确定最后一次拉深时模具工作部分的尺寸和公差由于工件要求外形尺寸，故要以凹模为基准凹模尺寸为：D d=(D−34∆)0+δd=（30−3/4×0.4）+0.020=29.70+0.020凸模尺寸为：D p=(D d−2Z)−δp0 =（29.7−2×2.2）=25.3间隙Z=t max+ct=2+0.1+2=2.2mm，据P97表4-7查出增大系数c=0.1。