拉延

拉延(drawing)用凸模把板料冲挤入凹模，以形成具有凹模模腔形状的立体制件的j中压方法(图1)，亦称拉深或深冲。

是最重要的板料立体成形方法。

由于薄板成形技术的发展和生产率的提高，切削加工件、铸件等有明显的向薄板件转化的倾向，这对薄板成形技术提出了越来越高的要求，其中心就是拉延成形。

变形特点和成形障碍从成形的角度，可以把拉延成形的立体制件分为3部分：(1)突缘部是切向(圆周方向)受压缩，同时流入凹模洞口的部分；(2)筒壁部分是传递凸模力的部分；(3)底部是受到凸模力作用的部分。

拉延成形实质上是突缘部的变形。

拉延过程就是使坯料突缘部逐步收缩形成筒壁的过程。

作为拉延成形的特征，在突缘部，由于切向压应力的存在，有产生起皱(见压缩失稳)的危险。

为防止起皱必须设有压边装置。

筒壁部在拉延成形过程中传递并支承凸模力，是拉延成形制件的传力区。

筒壁部材料的承载能力决定着拉延件的最大变形程度。

拉延过程中，制件的筒壁会变薄，变薄最严重的地方在筒壁直段与凸模圆角相切的部位，这一部位称作危险断面，拉延制件的大部分破裂都发生在这里。

发生于危险断面的破裂称为拉延破裂(图2a)。

容易出现的另一种破裂方式为侧壁破裂(图26)，即在凹模圆角半径过小等情况下，坯料在刚流过凹模圆角的地方因发生过度弯曲变形厚度急剧变薄而发生的破裂。

圆筒形件拉延中几乎只产生拉延破裂，在矩形盒等异形件的拉延中，两类破裂是共存的，而且根据最先产生的破裂来规定拉延成形的极限变形程度。

拉延变形程度的大小，通常以拉延比(坯料直径／凸模直径)或拉延系数(凸模直径／坯料直径)来表示，拉延比越大(或拉延系数越小)，拉延时，板料的变形程度越大。

极限状态下的拉延比称为极限拉延比，以LDR表示。

影响拉延变形过程顺利进行的主要障碍是突缘起皱和筒壁破裂。

在改善拉延成形、提高成形极限的时候，都是从消除这两个主要障碍方面入手的。

起皱和防皱措施压边圈是生产中应用最广泛，对防止板料突缘起皱行之有效的措施。

常用的压边圈有两类：(1)固定压边圈，或称刚性压边圈，固定在凹模表面，但与凹模表面之间留有比板厚大15％～20％的间隙；(2)弹性压边圈，利用弹簧、橡皮或气压(液压)缸产生的弹性压边力压住坯料的突缘变形区。

压边力的大小是影响拉延过程顺利进行的重要因素之一。

在实际生产中，要提供合乎理想的压边力是困难的，通常只要对制件突缘施加必要的、最低限度的压边力就可以了。

突缘是否起皱可通过最小压边力的计算加以判断。

对于复杂形状制件的拉延成形，合适的压边力需在试制时经反复试验决定。

拉延锥形、球形和抛物线形一类的零件时，凹模模腔以内常有相当一部分板料处于悬空状态，无法用压边圈压住，因此容易发生内皱现象。

发生内皱的临界条件，还只能根据经验判断。

消除内皱的办法是：增加压边力；增大坯料直径；在凹模面上作出拉延筋；采取多次拉延成形等。

多次拉延是指将不能一次拉延成形的制件，分为若干工序逐步拉延成形的加工方法。

多次拉延有两种基本方法：正拉延法和反拉延法(图3)。

两种方法中，坯料的变形方式并无重大区别，但反拉延时坯料的变形抗力较正拉延为大。

反拉延法多用于成形锥形或球形一类制件，以抵制内皱产生。

正拉延法则主要用于悬空部分较大的深筒形制件的成形，通过减少每一工序中坯料的悬空段，以防止内皱。

在使用平面凹模的情况下，当拉延变形量非常小时，也可采用无压边拉延法，材料的相对厚度愈大，无压边拉延成形的范围就愈宽。

如用圆锥形凹模拉延，在材料相对厚度比较大时，较深的成形也是可能的。

成形极限及影响因素拉延成形时，坯料起皱可通过采用合适的压边装置或设置拉延筋来加以消除，因此实际制约拉延成形极限的因素是发生在危险断面的破裂。

表征材料拉延时极限变形程度的参数是极限拉延比，它的大小取决于筒壁部传力区的最大拉应力和危险断面的抗拉强度。

凡是能使筒壁部传力区最大拉应力减小，使危险断面强度增加的因素，都有利于极限拉延比的增大。

材料的屈强比σs /σ值愈小，硬化指数n值愈大，筒壁部传力区最大拉应力的相对值愈小，材料愈不易出现拉伸失稳，所以危险断面的严重变薄和破裂现象可相应推迟，材料的极限拉延比也愈大。

材料的塑性应变比r值对极限拉延比的大小也有显著影响。

r值愈大，材料愈不易在厚向发展变形，危险断面也愈不易变薄、拉断，极限拉延比愈大。

提高成形极限的措施为提高板料拉延时的成形极限，根据成形制件的基本形状，工艺上能够采取的措施和值得注意的事项如下。

(1)圆筒形件。

凹模圆角半径太小，板料在拉延过程中弯曲阻力增加，从而使筒壁部传力区最大拉应力增加；凹模圆角半径太大，又会减小有效压边面积，使板料突缘易于起皱。

合理的凹模圆角半径为板厚的6～8倍。

凸模圆角半径为筒壁部传力区的最大拉应力影响不大，但对危险断面的强度影响较大。

凸模圆角半径太小，板料绕凸模弯曲的拉应力增加，危险断面的强度降低。

凸模圆角半径太大，则会减少传递凸模力的承载面积，还会减少凸模端面与板料的接触面积，增加板料的悬空部分，易于出现内皱现象。

合理的凸模圆角半径为板厚的4～6倍。

板料在拉延过程中有增厚现象，合理的凸、凹模间隙应既有利于板料的塑性流动，又不会影响拉延件的尺寸准确度。

合理的凸、凹模间隙取为板厚的1.25～1.3倍。

在凹模面和压边圈端面与板料接触的部分进行润滑，能提高拉延极限。

当坯料同凹模之间存在单面润滑时，因在坯料与凸模之间仍有摩擦力，拉延件筒壁部危险断面所受的力很小。

同两面润滑状态相比，单面润滑时的拉延极限往往会有所提高。

但在使用非平底凸模拉延时，因凸模底部坯料要产生胀形，所以不仅凸模头部要润滑，凸模侧面也要进行润滑。

润滑剂的粘度会影响拉延性能。

低速情况下，拉延极限随润滑剂粘度的增加而提高。

中速情况下，随润滑剂粘度的增加极限拉延比的变化是：在低粘度区内，极限拉延比增大；在中粘度区内，极限拉延比基本不变；在高粘度区内，极限拉延比反而减小。

在不影响制件表面质量的条件下，不应在凸模与板料的接触表面涂抹润滑剂。

模具(凹模及压边圈端面)和坯料表面的粗糙度影响拉延性能。

在采用低粘度润滑剂时，模具及坯料表面越粗糙，拉延极限就越低。

在采用高粘度润滑剂时，模具表面粗糙度在3～5μm范围，坯料为几个微米的钝化表面情况下，润滑效果最好，拉延极限最高。

模具表面精加工的方向应与材料的流动方向一致，这样不容易出现划伤，并可提高模具的寿命。

凹模圆角和平面的连接部分应尽可能平滑，这是拉延模精加工的关键。

(2)盒形件。

对于容易在凸模圆角处发生拉延破裂的材料，从提高拉延极限来说，坯料的形状以弧形多边形或圆形为最有利，八角形次之，正方形为最差。

对于塑性应变比r值大的软钢板，在制件圆角处容易发生侧壁破裂，为此采用八角形坯料比正方形优越。

凸模底部不进行润滑时，拉延极限比较高。

作为提高拉延极限的措施，在作拉延模形状设计时应注意：(1)圆角处的凹模圆角半径应作得大些，相邻的直边部位的凹模圆角半径可相应减小些；(2)在圆角处因受压缩变形而导致板料厚度显著增加，因此圆角处凸、凹模间的间隙应比拉延圆筒形件时大一些；(3)在模具直边部位设置了拉延筋时，一般对防皱有良好的效果，这时，用八角形坯料比正方形坯料更好；(4)矩形盒形件拉延时，若长边长度为短边长度的1.5～2倍以上，则长边的影响可不予考虑，这种情况下，矩形盒形件拉延深度能比边长等于矩形盒短边长度的正方形盒形件的拉延深度大20％～30％。

(3)椭圆筒形件。

椭圆筒形件拉延比盒形件拉延更容易发生拉延破裂。

但是同盒形件拉延时的情况一样，对于有色金属，特别是硬化指数，z值大的黄铜，产生拉延破裂的危险不大。

在拉延变形量较大时，凹模圆角附近坯料会出现破裂，或在受压变形的圆角部位和相邻区之间产生剪切破裂。

同圆筒形件成形相比，椭圆筒形件拉延极限受尺寸效应的影响较大。

从成形深度的绝对高度来看，随轴比(成形件的短轴长度同长轴长度之比)的减小，成形极限深度下降很多，但从相对极限深度(成形极限深度同最小圆角半径之比)来看，轴比小又会使相对极限深度稍微增大。

为提高拉延极限，采用圆形和八角形坯料比矩形和正方形坯料有利，这一点尤其适用于容易产生拉延破裂的板料。

(4)圆锥和棱锥形件。

抑制壳体起皱的发生，是圆锥和棱锥形件拉延成形中的重要问题。

圆锥形件拉延时，对突缘的约束力存在一个最佳值，而无论采取什么手段，其最大极限深度几乎是不变的。

即对于一定的模具几何条件和坯料，存在一个最大拉延极限深度，不管采用何种拉延条件，想要得到超过这个极限深度的制件都是不可能的。

因此．在设计阶段就必须充分考虑到拉延件极限拉延深度的数值。

棱锥形件拉延时，其圆角部分可按相同半径的圆锥来考虑。

棱锥形件拉延中，圆角部分要受到与圆角部分相连接的直边部分的影响，因此可以得到比圆锥拉延极限深度稍大些的拉延极限深度。

圆锥、棱锥形件拉延的成形性必须从起皱和破裂的难易程度两方面来考虑。

从不易起皱来看，以材料r值高、在小变形范围内的”值大为好。

在大尺寸的实际制件成形中，抗拉强度小些的材料较好。

从不易破裂来看，r值、”值大的材料，其成形极限增加。

(5)半球形件和抛物线形件。

拉延半球形件和抛物线形件时，常用设置拉延筋或用反拉延法等增加径向拉应力的办法来防止内皱。

在这种情况下坯料相对厚度(坯料厚度／坯料直径)对这类制件成形的难易程度有决定性影响，坯料相对厚度增大，成形极限提高。

对于浅的半球形件和抛物线形件，一般能用带拉延筋的模具一次成形。

对深的这类制件，需采用多次拉延法成形。

(6)阶梯形件。

阶梯形件拉延的变形性质和圆筒形件基本相同。

由于制件的多样性和复杂性，不能用统一的方法来确定拉延次数和工艺程序。

一般以坯料直径和阶梯的最小直径的比值算出阶梯件的拉延比，再根据圆筒形件的极限拉延比和坯料的相对厚度来决定拉延次数。

多次拉延的阶梯形件，如果任意两相邻直径的比值都小于相应的筒形件的极限拉延比，则拉延顺序为由大阶梯到小阶梯依次进行。

如果相邻直径的比值大于相应筒形件的极限拉延比，则由直径dn-1到dn按宽突缘件的拉延方法，分多次成形，并增加校形工序。

通过改善坯料的成形条件和改变坯料的变形方式来提高材料的一次拉延成形极限，在工艺上已发展了许多拉延成形方法，这些方法是：弹性凹模拉延、脉动拉延、加热拉延、深冷拉延、周边加压的充液拉延、摩擦拉延，等等。