圆筒形件拉深系数选择
冲压模具——圆筒形件拉深变形分析 23页PPT文档
第五章 拉深工艺与拉深模设计
学习目的与要求：
1． 了解拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 2． 掌握拉深工艺计算方法。 3． 掌握拉深工艺性分析与工艺设计方法； 4． 认识拉深模典型结构及特点，掌握拉深模工作零件设计 方法； 5． 掌握拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。
第五章 拉深工艺与拉深模设计
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂
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； 传力区拉裂：由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
第五章 拉深工艺与拉深模设计
第二节 圆筒形件拉深变形分析
三、拉深件的起皱与拉裂（续）
重点：
1． 拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 2． 拉深工艺计算方法； 3． 拉深工艺性分析与工艺方案制定； 4． 拉深模典型结构与结构设计； 5． 拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。
难点：
1．拉深变形规律及拉深件质量影响因素；
2．拉深工艺计算 ； 3．其它形状零件的拉深变形特点 ； 4．拉深模典型结构与拉深模工作零件设计 。
第一节 概述
拉深：
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。
拉深 不变薄拉深
变薄拉深
拉深模： 拉深所使用的模具。
拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较
1.凸缘变形区的起皱
主要决定于：
一方面是切向压应力σ 3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。
圆筒形拉深件工序件尺寸计算
例：试对图所示圆筒形件进行拉深工艺计算，材料为L3，壁厚0.5mm 。
圆筒形拉深件解：1.确定修边余量Δh该件H ＝90mm ，H/d ＝1.8，查表2-37得Δh ＝5mm 。
则拉深高度H ＝90+5＝95mm 。
2.计算毛坯直径由于板厚t 小于1mm ，故计算毛坯直径可直接用工件图所注尺寸计算，不需按中心层尺寸计算。
D ＝2222256.072.14r rd H d d --+＝225.056.0505.072.19550450⨯-⨯⨯-⨯⨯+＝146.53.确定拉深次数按毛坯相对厚度t/D ＝0.5/146.5＝0.34％和工件相对高度H/d ＝95/50＝1.9，查表4-15得拉深次数n ＝3。
初步确定需要三次拉深。
考虑到工件圆角半径为0.5mm ，故需增加一次整形工序。
4.计算各次工序件直径考虑到板料为软铝l3，拉深系数按表4-11中值减小1.5％计算，初步确定三次拉深的拉深系数分别为：m 1＝0.54，m 2＝0.77，m 3＝0.79，初步计算各次拉深工序件直径为：1.489.6079.09.601.7977.01.795.14654.023312211=⨯===⨯===⨯==d m d d m d D m d第三次拉深直径已小于工件的直径，需调整各次的拉深系数，取m 1＝0.55，m 2＝0.78，m 3＝796.078.055.05.1465021=⨯=m m D d因此得各次拉深工序件直径为：508.62796.08.626.8078.06.805.14655.023312211=⨯===⨯===⨯==d m d d m d D m d5.选取凸模与凹模的圆角半径An Tn Ai Ai A r r r r t d D r )8.0~7.0()8.0~7.0(5.55.0)505.146(8.0)(8.011===⨯-=-=-计算各次拉深凸模与凹模的圆角半径并取整结果为：mm r mmr mmr mmr mmr mmr T T T A A A 345456321321======6.计算各次工序件的高度将D ＝146.5；d 1＝80.6、r 1＝5；d 2＝62.8、r 2＝4；d 3＝50、r 3＝3分别代入如下公式：)56.072.1(4122nn n n n n d r r d d D H ++-= 可计算出：H 1＝48.6mmH 2＝71.5mmH 3＝96.1mm计算拉深工序件的高度是为了设计再拉深模时确定压边圈的高度，再拉深模压边圈的高度应大于前道工序件的高度。
圆筒拉伸模原理
图片：拉深模的基本原理（二）三、切边余量：是由于模具间隙不均匀，板厚变化，磨擦阻力不等，定位不准及材料机械性能的方向性等，造成拉深件口部高低不齐，对于要求高的拉深件，需增加一道切边工序。
而多次拉深就更明显。
四、毛坯尺寸计算：主要根据塑变体积不变原理，并略去拉深中的壁厚的变化。
拉深前后毛坯与工件表面积相等的原则进行，此种方法称作等面积法。
但这种计算方法只是近似的。
若旋转体毛坯料厚>0.5mm，计算时以料厚中线为准。
当R1=R2时，D=R1≠R2D=D=D=五、圆筒形件拉深系数1．拉深系数的概念。
拉深系数是指拉深后工件直径d与拉深前毛坯直径D之比。
M=d/DA．（M<1）拉深系数M反映了拉深时材料变形程度的大小，M越小，表明变形程度越大。
B．拉深系数M是拉深工艺中的一个重要参数，是拉深工艺计算和模具设计的重要依据。
C．实际生产中，为减少拉深次数，M一般取最小值。
D．当M小到一定值时，凸缘外边缘便会出现起皱现象，但可用增加压力圈的压边力防止起皱的出现。
E．当M 小到一定值时，出现拉破现象，拉破一般出现在拉深力快出现峰值时，即拉深的初始阶段。
F．极限拉深系数，在危险断面不被拉破的条件下所能采用的最小拉深系数。
2．影响拉深系数的因素：A．材料的机械性能。
材料的塑性好，屈服比σs/σb小的材料，m可小些，因σs小，说明材料易变形，σb大，说明危险断面承载能力高，不易拉断。
B．毛坯的相对厚度t/DC．拉深方式：有压力圈时，拉深系数M可小些。
D．模具结构：拉深模的凸，凹模圆角的大小，及凸，凹模之间的间隙大小，对拉深系数影响很大。
E．磨擦与润滑条件：要求凹模、压力圈与毛坯接触面应光滑，要求润滑，但凸模与毛坯接触面要粗糙些好，不要润滑，以增加磨擦力，减少拉裂的可能性。
3．拉深系数的确定：由于影响材料拉深系数的因素很多，理论计算与实际相差太大，各种材料的拉深系数都是由实验方法获得的。
六、拉深模的分类：1．再次拉深模：它是半成品毛坯套在压力圈上定位，上模下降，下模上的凸模把半成品毛坯拉入凹模中，使半成品直径减少，主要区别：是压边圈与首次拉深的压边圈不同。
(4-1、2)圆筒形件拉深变形分析
第四章 拉深工艺与拉深模设计
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
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第四章 拉深工艺与拉深模设计
圆 筒 形 件 拉 深 时 的 应 力 分 布
r —凹模洞口直径 RT—拉深中某时刻的 凸缘半径 R0—毛坯半径
第四章 拉深工艺与拉深模设计
拉深件材料厚度和硬度的变化
第四章 拉深工艺与拉深模设计
直径为ｄ高度为Ｈ的圆筒形件（H>（D-d）/2）
第四章 拉深工艺与拉深模设计
第二节 圆筒形件拉深变形分析
二、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
1.凸缘部分 应力分布图
2.凹模圆角部分 3.筒壁部分 4.凸模圆角部分 5.筒底部分 坯料各区的应力与应变是很不均匀的。 拉深成形后制件壁厚和硬度分布
凸 缘 变 形 区 的 起 皱
第四章 拉深工艺与拉深模设计
筒 壁 的 拉 裂
第四章 拉深工艺与拉深模设计
不变薄拉深
变薄拉深
第四章 拉深工Βιβλιοθήκη 与拉深模设计重点：1． 2． 3． 4． 5． 拉深变形规律及拉深件质量影响因素； 拉深工艺计算方法； 拉深工艺性分析与工艺方案制定； 拉深模典型结构与结构设计； 拉深工艺与拉深模设计的方法和步骤。
难点：
1．拉深变形规律及拉深件质量影响因素；
2．拉深工艺计算 ；
3．其它形状零件的拉深变形特点 ； 4．拉深模典型结构与拉深模工作零件设计 。
第一节 概述
拉深：
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。 变薄拉深 拉深模： 拉深所使用的模具。 拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较 大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大 于板料厚度。 拉深
习题答案：第5章拉深
第5章拉深一、填空1．拉深系数m是筒形直径和坯料直径的比值，m越小，则变形程度越大。
(5-1)2．拉深过程中，变形区是坯料的凸缘部分，其它部分是传力区。
(5-1)3．拉深中，产生起皱现象是因为该区域内受较大压应力的作用，导致材料失稳而引起的。
(5-1)4．影响拉深坯料起皱的主要因素有：材料相对厚度，拉深系数和拉深模工作部分的几何形状和尺寸。
(5-1)5．防止圆筒形件拉深起皱的方法通常是采用压料装置，并采用适当的压边力。
(5-1) 6．利用拉深模将一定形状的平面坯料或空心件制成开口件的冲压工序叫做拉深。
(5-1)7．拉深件的壁厚是不均匀的，下部壁厚略有变薄，上部分却有所增厚。
(5-1)8．板料的相对厚度t/D越小，则抗失稳能力越小，越容易起皱。
(5-1)9．一般情况下，拉深件的尺寸精度应在 IT13级以下，不宜高出 IT11 级。
(5-2)10．实践证明，拉深件的平均厚度与坯料厚度相差不大，由于塑性变形前后体积不变，因此，可以按坯料面积等于拉深件表面积原则确定坯料尺寸。
(5-3)11．拉深件的毛坯尺寸确定依据是等面积法。
(5-3)12．确定拉深件坯料形状和尺寸的原则是久里金法则。
(5-3)13．影响极限拉深系数的因素有：材料的组织与力学性能、板料的相对厚度、拉深工作条件等。
(5-4)14．有凸缘拉深件多次拉深必须遵循一个原则，即第一次拉深成有凸缘的工序件时，其凸缘的外径应等于成品零件的尺寸，在以后的拉深工序中仅仅使已拉深成形的工序件的直筒部分参与变形，逐步减少其直径并增加其高度，而第一次拉深时已成形的凸缘外径必须保持不变。
即在以后的拉深工序中不再收缩。
(5-4)15．为了提高工艺稳定性，提高零件质量，必须采用稍大于极限值的拉深系数。
(5-4)16．窄凸缘圆筒形状零件的拉深，为了使凸缘容易成形，在拉深窄凸缘圆筒零件的最后两道工序可采用锥形凹模和锥形压料圈进行拉深。
(5-4)17．压料力的作用为：防止拉深过程中坯料起皱(5-5)18．目前采用的压料装置有弹性压料和刚性压料装置。
带凸缘筒形件的拉深 PPT
带凸缘筒形件得拉深
1、拉深方法
生产实际中,宽凸缘圆筒形件需多次拉深时得拉深方法
有两种法(见图4-38)
通过多次拉深,逐渐缩小筒形部分直径与增加其高度
(图4-38a)。这种拉深方法就就是直接采用圆筒形件得多次
拉深方法,通过各次拉深逐次减小直径,增加高度,各次拉伸
得凸缘圆角半径与底部圆角半径不变或逐次减小。用这种
mt = d/D
式中 mt——带凸缘圆筒形件拉深系数;
D——拉深件筒形部分得直径
d——坯料直径
当拉深件底部圆角半径r与凸缘处圆角半径R相等,当r=R时,坯 料得直径为
带凸缘筒形件得拉深
3、带凸缘圆筒形件得拉深系数 当拉深件底部圆角半径r与凸缘处圆角半径R相等,当
r=R时,坯料得直径为
所以
由上式可以瞧出,带凸缘圆筒形件得拉深系数取决于 下列三组有关尺寸得相对比值;凸缘得相对直径dt/d;零 件得相对高度H/d,相对圆角半径R/d,其中以dt/d影响最 大;H/d次之,R/d影响较小。
高度基本不变。这种方法由于拉伸过程中变形区材料所受
到折弯较轻,所以拉成得零件表面较光滑,没有折痕。但她
只适用于坯料相对厚度较大,采用大圆角过渡不易起皱得情
况。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
带凸缘筒形件得拉深
1、拉深方法
图4-38 宽圆筒形件得拉深方法
带凸缘筒形件得拉深
2、变形特点
与无凸缘圆筒形件相比,带凸缘圆筒形件得拉深变形 具有如下特点;
3、带凸缘圆筒形件得拉深系数 当带凸缘圆筒形件得总拉深系数mt=d/D大于表4-16
得极限拉深系数,且零件得相对高度H/d小于表4-17得极 限值时,则可以一次拉深成形,否则需要两次或多次拉深。
(纯实战)宽凸缘圆筒形拉伸件级进模具设计实例
宽凸缘圆筒形拉伸件级进模具设计实例定义：——凸缘的相对直径（d p 包括修边余量）——相对拉伸高度所有数据均取中性层数值）带凸缘圆筒形件拉伸一般分为两类第一种：窄凸缘= 1.1 ～1.4 第二种：宽凸缘 > 1.4计算宽凸缘圆筒形件工序尺寸原则：1. 在第一次拉伸时，就拉成零件所要求的凸缘直径，而在以后的各次拉伸中，凸缘直径保持不变。
2. 为保证拉伸时凸缘不参加变形，宽凸缘拉伸件首次拉入凹模的材料应比零件最后拉伸部分实际所需材料 3%-10%（按面积计算，拉伸次数多去上限，拉伸次数少去下限），这些多余材料在以后各次拉深中逐次将1.5%-3%的材料挤回到凸缘部分，使凸缘增厚避免拉裂。
这对材料厚度小于0.5mm的拉伸件效果更显著。
凸缘圆筒形件拉伸工序计算步骤：1. 选定修边余量（查表 1）2. 预算毛培直径3.算出x100 和，查表 2 第一次拉深允许的最大相对高度之值，然后与零件的相对高度相比，看能否一次拉成。
若≤ 则可一次拉出，若 > 则许多次拉深，这是应计算各工序尺寸4.查表 3 第一次拉深系数m1，查表 4 以后各工序拉深系数m2、m3、m4⋯⋯，并预算各工序拉深直径，得出拉深次数。
5.调整各工序拉深系数。
则，展开尺寸D= = 96.95 ≈ 97 mm计算实例1.产品件2．修边余量表1 带凸缘拉深件修边余量凸缘尺寸dp相对凸缘尺寸dp/d≤1.5 >1.5～2 >2～2.5 > 2.5 ～ 325 1.6 1.4 1.2 150 2.5 2 1.8 1.6100 3.5 3 2.5 2.2 150 4.3 3.6 3 2.5 200 5 4.2 3.5 2.7 250 5.5 4.6 3.8 2.8 300 6 5 4 3相对凸缘尺寸：=74/43.15 =1.71 ；根据上面的表格（表1） 1.5< =1.71<2 ；50<dp=74 <1004<100则，带凸缘的拉伸件修边余量：2～3，取值 3 则，带凸缘的拉伸件修边余量：Δd=3 mm3.展开根据成型前后中性层的面积不变原理使用UG测量出拉深件中性层面积7379.0492 mm2 （不推荐使用公式计算，个人感觉一般计算得数偏大，故本文省略公式）凸缘直径：拉伸直径：拉伸高度：H=19.5 材料厚度：则，展开尺寸 D= = 96.95 ≈ 97 mm展开直径： D=97 凸缘直径：d 凸 =80.9 拉伸直径： d=43.15 拉伸高度： H=19.5材料厚度： t=1 修边余量： Δ d=34. 拉深系数确定表 2 带凸缘拉深件的首次拉深系数表3 带凸缘拉深件的首次拉深最大相对高度 h1/d1表 4 带凸缘拉深件的以后各次拉深系数（1）验证可否一次完成拉伸材料相对厚度：t/D=1/97 ×100=1.03 ≈1凸缘相对直径：dp/d=80.9/43.15=1.87总的拉伸系M=d/D=43.15/97=0.45根据上表（附表2）：0.5< t/D ≤1；1.8< dp/d <2 则有工艺切口的首次最小拉伸系数M1=M根据上表（附表3）有工艺切口的首次拉伸最大相对高度：h/d=19.5/43.15=0.45>0.32 所以，根据M1=M 和h/d=0.45>0.32 , 判定一次拉伸不能成功，需要多步拉伸。
论圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟
论圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟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=6m m。
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。
查表得出，该零件总拉深系数大于其极限拉伸系数0.55，因此可一次拉深成形。
1.3压边力的计算一次拉深成形时的压边力：FY=Ap，查表可知，根据零件的复杂程度，p可以取值为2.5、3和3.7MPa。
(4-5)其它形状零件的拉深
3.宽凸缘圆筒形件的拉深（续） （1）宽凸缘圆筒形件的工艺设计要点 1）毛坯尺寸的计算：按等面积原理进行，参考无凸缘圆 筒形零件毛坯的计算方法计算。 2）判别工件能否一次拉成：当m总>m1、h/d≤h1/d1时，可 一次拉成，否则，应进行多次拉深。
凸缘件多次拉深原则：按课本表4.2.7和表4.2.8确定第一次
第四章 拉深工艺与拉深模设计
第五节 其它形状零件的拉深
三、曲面形状零件的拉深（续）
4. 锥形零件的拉深 锥形零件的拉深方法： o o （1）对于浅锥形件（h/d2<0.25~0.30， 50 ~ 80 ）：该类 零件可以一次拉成，但精度不高，回弹较严重。
（2）对于中锥形件（h/d2<0.30~0.70， 15o ~ 45o ）：拉深 方法取决于料厚。 （3）对于高锥形件（h/d2>0.70~0.80， 10o ~ 30o）：该类 零件因直径大小相差很小，变形程度更大，很容易产生变 薄而拉裂和起皱。这时，可采用以下两种方法： 1）阶梯过渡拉深成形法； 2）锥面逐步成形法。
第四章 拉深工艺与拉深模设计
第五节 其它形状零件的拉深
三、曲面形状零件的拉深（续）
4. 锥面零件的拉深 锥面零件的拉深成形机理与球 面形状零件一样，具有拉深、胀形 两种机理。由于锥形冲件各部分的 尺寸比例关系（见右图）不同，其 冲压难易程度和应采用的成形方法 也有很大差别。锥形件拉深成形极 限表现为起皱与破裂，起皱出现在 中间悬空部分靠凹模圆角处，破裂 是在胀形部分的冲头转角处。
第四章 拉深工艺与拉深模设计
第五节 其它形状零件的拉深
一、有凸缘圆筒形件的拉深（续）
3.宽凸缘圆筒形件的拉深 （3）宽凸缘圆筒形件的拉深方法 中小零件（dt<200mm）：如图a） 大型零件（dt>200mm） ：如图b）
无凸缘圆筒形件的落料——拉深复合模具设计
无凸缘圆筒形件的落料——拉深复合模具设计绪论毕业设计是为了模具设计与制造专业学生在学完基础理论课、技术基础课和专业课的基础上，所设置的一个重要环节。
目的就是为了运用我们所学课程的理论和生产实际知识，进行一次模具设计的实际训练，从而培养和提高我们独立工作的能力。
冲压模具设计通过收集资料、工艺分析、工艺计算、确定冲模的结构设计，各个零部件的设计、绘制模具总装配图、零件图，最后完善和书写设计说明书，终于完成整个的设计过程。
目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还有一定差距，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距。
导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。
随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。
在现代工业生产中，由于市场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快，冲压产品正朝着复杂化、多样化、高性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂化、高效率、长寿命方向发展。
一、冲压成形理论及冲压工艺加强冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法，正确地确定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状和尺寸，解决冲压变形中出现的各种实际问题，进一步提高冲压件的质量。
研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺以及其他高效经济的成形工艺等，进一步提高冲压技术水平。
二、模具先进制造工艺及设备模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。
计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，形成先进制造技术。
模具先进制造技术主要体现如下方面：1.高速铣削加工普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数。
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圆筒形件用压边圈拉深时的拉深系数
m1m2m3m4
2.0-1.50.46-0.500.70-0.720.72-0.740.74-0.76
<1.5-1.0>0.50-0.53>0.72-0.74>0.74-0.76>0.76-0.78
<1.0-0.5>0.53-0.56>0.74-0.76>0.76-0.78>0.78-0.80
<0.5-0.2>0.56-0.58>0.76-0.78>0.78-0.80>0.80-0.82
<0.2-0.06>0.58-0.60>0.78-0.80>0.80-0.82>0.82-0.84
注：t表材料厚度，D表材料直径；
此表适用于08、10号钢及15Mn等材料。
材料相对厚度t/D×100
各次拉深系数