第07章 拉深工艺设计

第7章 拉深工艺设计
教学目标
理解筒形件拉深变形过程及拉深件质量影响 因素；
掌握拉深工艺计算及工艺方案制定方法； 了解其他阶梯形、锥形、球形、盒形和其他
不规则形状的薄壁形零件的拉深特点； 能够针对具体情况进行，合理地进行拉深工
艺性分析与工艺方案制定等。
主要内容:
7.1 拉深基本概念 7.2 拉深变形过程分析 7.3 拉深件的质量分析 7.4 回转体拉深件毛坯尺寸确定 7.5 圆筒形件的拉深 7.6 带凸缘圆筒形件的拉深 7.7 特殊形状制件拉深 7.8 压边力和拉深力的确定 7.9 凸、凹模工作部分设计 习题
（2）起皱形式：一种是压边圈下凸缘材料的起皱（外皱）；另一种是其他位 置的起皱（内皱）。
（3）影响起皱的主要因素 ：板料的相对厚度t/D 、拉深系数m 、模具工作 部分几何形状 （锥形凹模、凹模圆角半径）。
（4）防止起皱的措施：采用压边装置 、锥形凹模 、拉深筋 、反拉深 。
压边装置
根据拉深件是否会起皱判断是否采用压边圈装置。判断拉深是否会起
用锥形凹模拉深时，板料不起皱的条件为
拉深筋
对汽车覆盖件等一些复杂曲面制件的拉深，拉深模常采用拉深筋来增大 径向拉应力，均匀板料流入凹模洞口的阻力，避免板料“多则起皱，少则 裂”的现象，以消除起皱。
反拉深
反拉深具有以下特点： （1）板料流动的方向与正拉深相反，有利于相互抵消拉深时形成的
残余应力； （2）板料与凹模接触面积大，流动阻力大，从而增大径向拉应力，
金属的流动和形状、尺寸变化情况：在圆形板料上间距等于a的同心圆和分度相等
的辐射线组成网格。拉深后，圆筒形件底部网格的形状基本没变，原来的同心圆变成
筒壁上的水平圆周线，其间距由底部向上逐渐增大，越靠近筒的口部越大，即a＜a1 ＜a2＜…；原来等分的辐射线变成了筒壁上的垂直平行线，其间距相等，即b = b1 = b2 = …。
拉深 拉深
7.4 拉深件毛坯尺寸确定
7.4.2 简单回转体拉深件板料尺寸计算
（1）相加法：由于拉深件是回转体，毛坯采用圆形。将回转体拉深件分成 若干基本几何形体，按表7-6中的公式算出各部分的表面积，然后将其相加 便得到工件表面积。再计算出毛坯直径：
D=
4F = π
4 π
∑
f
（2）查表法：常用的回转体拉深件，可查阅相关冲压手册得到毛坯直径
D。
7.4.3 复杂形状回转体拉深件毛坯直径计算
（形心法/久里金法则）
如右图所示，回转体表面积F等 于外形曲线(母线)长度L与其重心绕 轴旋转所得周长2πx的乘积（x为该线 段母线重心到轴线的距离），即
F = 2πxL
(1) 解析法：将复杂形状回转体的表面积看作是由多个简单回转体的表面
积相加构成，即
拉深过程的实质：凸缘变形区（D―d）板料在径向拉应力和切向压应力联
合作用下，沿径向不断被拉入凹模洞口，形成筒侧壁的过程。
7.2 拉深变形过程分析（二）
拉深件的纵截面上厚度和硬度沿筒壁纵向的变化规律如图7.5所示。
根据应力、应变的不同，可将板料划分为五个区域讨论。 I——平面凸缘区 Ⅱ——凸缘过渡圆角区 Ⅲ——筒壁区 Ⅳ——底部圆角过渡区 Ⅴ——筒底区
7.1 拉深基本概念
将平面毛坯或半成品，在模具上加工成为具有一定形状、尺寸和使 用要求的开口空心件的冲压工序称为拉深，拉深又称为拉延等。
利用拉深方法可以加工筒形、阶梯形、锥形、球形、盒形和其他不 规则形状的薄壁形零件，如图7.1所示。
图7.1 多种拉深件
按照成形前后壁厚的变化可将拉深分为变薄拉深和不 变薄拉深两种。
皱，可按表7-1进行判断，也可以按下列公式做粗略估计。 用普通平端凹模拉深时，板料不起皱的条件为：
t D
≥
0.045(1− m)
压边力的大小应适中。Leabharlann 拉深拉深拉深
锥形凹模
采用锥面有助于板料的切向压缩变形，与平面拉深相比，具有更强的抗 失稳能力，故不易起皱。
凸缘板料流经凸缘圆角所产生的摩擦阻力和弯曲变形阻力明显减小，拉 深力也比采用平端面凹模小得多，相应地允许变形也较大。
减小切向压应力，可有效地防止起皱倾向。
7.3 拉深件的质量分析
7.3.2 破裂
（1）破裂原因：筒壁下端与外圆角相接处，即危险截面处的应变 过大导致壁厚过分变薄，无法承受最大拉应力所致。 （2）影响筒形件拉裂的主要因素 ：板料力学性能（屈强比 、伸长
率 、硬化指数 、板厚向异性指数r ），拉深系数m、凹模圆角半
径、凸模圆角半径、 摩擦（双重性） 、压边力。 （3）防止拉裂的措施：与防止起皱的措施相对应。
7.4 拉深件毛坯尺寸确定
确定板料的形状和尺寸以使板料流入凹模的阻力和所用的材料
最小就成了工艺计算的首要问题。
7.4.1 计算原则
（1）板料形状和冲件形状相似； （2）拉深件表面积与板料表面积相等； （3）考虑修边余量（由板料力学性能、模具工作条件差异等 因素决定）；
图7.6所示为拉深过程中的某一时刻应力、应变的状态。
7.3 拉深件的质量分析
拉深过程产生的主要破坏形式是：凸缘起皱和筒壁与底部外圆角相接处 的板料破裂。
7.3.1 起皱
（1）起皱原因：压应力所带来压杆失稳，变形区的应力不均匀和剪应力 作用。对于圆筒形件，起皱主要是由于凸缘的切向压应力超过了板材临界 压应力引起压杆失稳。
π
π
π
∑ ∑ ∑ F = fi = 2πL i xi = 2π L i x i
i =1
i =1
i =1
(2) 作图累加法：将回转体的母线分成许多折线代替曲线，从图中量取每
条折线的长度和形心到旋转轴的距离，将其值代入上式。
(3) CAD软件求表面积
7.5 圆筒形件的拉深
圆筒形件拉深工艺设计的主要内容有： （1）拉深系数：定义、影响极限拉深系数的因素 、极限拉 深系数确定 （2）拉深次数的确定 （3）拉深件工序尺寸的计算
按照侧壁母线分为四大类： (1) 直壁回转体制件 如易拉罐、电池壳、金属药瓶和起 动器壳等； (2) 曲线回转体制件 如搪瓷盆、汽车灯壳和炒锅等； (3) 直壁非回转体制件（盒形制件）如计算机接口固定 架、饭盒和水斗等； (4) 曲面非回转体制件 如汽车覆盖件。
7.2 拉深变形过程分析（一）
拉深所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈三部分组成，与冲裁模的 不同之处在于：没有锋利的刃口 、且间隙较大。