拉伸工艺和拉深模具设计培训教材.pptx

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1、冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压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。()(如图)结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大(jio d)的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。第一页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第二页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第三页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉

2、深模具的设计 4.1 拉深变形过程的分析拉深变形过程的分析板料拉深变形过程及其特点板料拉深变形过程及其特点(tdin)在毛坯上画作出距离为在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与的等距离的同心圆与相同弧度相同弧度b辐射线组成的网格辐射线组成的网格(如图如图)，然后将，然后将带有网格的毛坯进行拉深。带有网格的毛坯进行拉深。在拉深过程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在拉深过程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸缘毛坯的径向产生拉伸应力在凸缘毛坯的径向产生拉伸应力 ，切向产生压，切向产生压缩应力缩应力 。在它们的共同作用下，凸缘变形区。在它们的共同作用下，凸缘变形区材料发生了塑性变形，并不断被拉入凹模内形成

3、材料发生了塑性变形，并不断被拉入凹模内形成筒形拉深件。筒形拉深件。第四页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第五页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 在拉深后我们发现如图：工件底部的网格(wn)变化很小，而侧壁上的网格(wn)变化很大，以前的等距同心圆，变成了与工件底部平行的不等距的水平线，并且愈是靠近工件口部，水平线之间的距离愈大，同时以前夹角相等的半径线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线，如图所示，以前的扇形毛坯网格(wn)变成了拉深后的矩形网格(wn)。第六页，共46页。冲压工

4、艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第七页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第八页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变状态拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变状态 拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况拉深过程中某一瞬时毛坯变形和应力情况(qngkung)()主要变形区主要变形区 过渡区过渡区 传力区传力区 过渡区过渡区 小变形区小变形区第九页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工

5、艺及拉深模具的设计图 4.1.5 拉深中毛坯(mop)的应力应变情况 第十页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.1.3 拉深成形的障碍及防止措施拉深成形的障碍及防止措施 1.起起皱皱(如如图图)，影响起，影响起皱皱的因素：的因素：(1)凸凸缘缘部分材料的相部分材料的相对对厚度厚度 凸凸缘缘部分的相部分的相对对料厚，即料厚，即为为:(2)切向切向压应压应力的大小力的大小 拉深拉深时时 的的值值决定于决定于变变形程度，形程度，变变形程度越大，需要形程度越大，需要转转移的剩余材料越多，加工硬化移的剩余材料越多，加工硬化现现象越象越严严重，重

6、，则则越越 大，就大，就越容易越容易(rngy)起起皱皱。(3)材料的力学性能材料的力学性能 板料的屈板料的屈强强比比 小，小，则则屈服极限小，屈服极限小，变变形区内的形区内的切向切向压应压应力也相力也相对对减小，因此板料不容易减小，因此板料不容易(rngy)起起皱皱。第十一页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第十二页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 (4)凹模工作部分的几何形状凹模工作部分的几何形状 平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件是平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱

7、的条件是:用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是：用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是：如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况(qngkung)下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法(也是实际生产中最常用的方法也是实际生产中最常用的方法)是采用压边圈是采用压边圈。第十三页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向(fngxing)是不同的()防止拉裂:可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，增

8、加凸模的表面粗糙度，改善凸缘部分变形材料的润滑条件，合理设计模具工作部分的形状，选用拉深性能好的材料。拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加工硬化，使其硬度和强度增加，塑性下降。加工硬化的好处是使工件的强度和刚度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。第十四页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第十五页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计直壁旋转体零件拉深工艺的设计4.2.1 拉深毛坯尺寸的确定拉深毛坯尺寸的确定 拉深毛坯尺寸的确

9、定原则：拉深毛坯尺寸的确定原则：体积不变原理体积不变原理(yunl)（拉深前毛坯表面（拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面积积等于拉深后零件的表面积）、相似性原理）、相似性原理(yunl)。毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析图毛坯的计算方法：等重量、等体积、分析图解法、作图法。解法、作图法。（1）确定修边余量）确定修边余量 由于材料的各向导性以及拉深时金属流动由于材料的各向导性以及拉深时金属流动条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上方向上(无凸缘件无凸缘件)或凸缘上

10、增加修边余量或凸缘上增加修边余量 。第十六页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 （2 2）计算工件）计算工件(gngjin)(gngjin)表面积表面积 圆筒直壁部分的表面积为圆筒直壁部分的表面积为:第十七页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深系数是表示拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯拉深系数是表示拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比。（或半成品）的直径之比。（）（）工件工件(gngjin)的直径与毛坯直径之比称为总拉深的直径与毛坯直径之比称为总拉深系数，即工件

11、系数，即工件(gngjin)所需要的拉深系数所需要的拉深系数 第十八页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第十九页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图 4.2.2 拉深工序(gngx)示意图 第二十页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：拉深系数的倒数称为拉深程度或拉深比，其值为：拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，反映拉深系数表示了拉深前后毛坯直径的变化量，反映(fnyng)了毛坯外

12、边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此了毛坯外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此可用它作为衡量拉深变形程度的指标。拉深时毛坯外边缘的切可用它作为衡量拉深变形程度的指标。拉深时毛坯外边缘的切向压缩变形量为：向压缩变形量为：由此可知，拉深系数是一个小于由此可知，拉深系数是一个小于1的数值，其值愈大表示的数值，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。其值愈小则毛拉深前后毛坯的直径变化愈小，即变形程度小。其值愈小则毛坯的直径变化愈大，即变形程度大。坯的直径变化愈大，即变形程度大。第二十一页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深材料

13、：机械性能、料厚、表面质量。拉深模具：间隙、凸模圆角半径、凹模圆角半径、凹模形状(）凹模表面质量。拉深条件：压边圈、次数、润滑(rnhu)、工件形状。3.拉深系数的值与拉深次数 查表确定。第二十二页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图4.2.3 锥形凹模第二十三页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 无凸缘圆筒形拉深件的拉深次数和工序件尺寸无凸缘圆筒形拉深件的拉深次数和工序件尺寸(ch cun)(ch cun)的计算的计算 试确定如下图所示零件试确定如下图所示零件(材料材料0808钢，

14、材料厚度钢，材料厚度 =2mm)=2mm)的拉的拉深次数和各拉深工序尺寸深次数和各拉深工序尺寸(ch cun)(ch cun)。计算步骤如下：计算步骤如下：1.1.确定切边余量确定切边余量 根据根据 ，查表，并取：，查表，并取：。2.2.按教材表的公式计算毛坯直径按教材表的公式计算毛坯直径 第二十四页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第二十五页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计3.3.确定拉深次数确定拉深次数 判断能否一次拉出判断能否一次拉出 对于图示的零件，由毛坯的相对厚度对于图示

15、的零件，由毛坯的相对厚度(hud)(hud)：从表中查出各次的拉深系数从表中查出各次的拉深系数 ：，。则该零件的总拉深系，。则该零件的总拉深系数数 。即即 ：，故该零件，故该零件需经多次拉深才能够达到所需尺寸。需经多次拉深才能够达到所需尺寸。第二十六页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 （2）计算拉深次数）计算拉深次数 例如例如:可知该零件要拉深四次才行可知该零件要拉深四次才行。半成品尺寸确定半成品尺寸确定(qudng)（1）半成品直径）半成品直径 拉深次数确定拉深次数确定(qudng)后，再根据计算直径后，再根据计算直径 应等于应等于

16、的原的原则对则对各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于推算拉各次拉深系数进行调整，使实际采用的拉深系数大于推算拉深次数时所用的极限拉深系数。深次数时所用的极限拉深系数。第二十七页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 零件实际需拉深系数零件实际需拉深系数(xsh)应调整为：应调整为：调整好拉深系数调整好拉深系数(xsh)后，重新计算各次拉深的圆筒直径即得后，重新计算各次拉深的圆筒直径即得半成品直径。零件的各次半成品尺寸为半成品直径。零件的各次半成品尺寸为：第二十八页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深

17、工艺及拉深模具的设计 （2）半成品高度）半成品高度 各次拉深直径确定后，紧接着是计算各次拉深后零件各次拉深直径确定后，紧接着是计算各次拉深后零件的高度：的高度：式中：式中：各次拉深的直径各次拉深的直径(中线中线(zhngxin)值值)；各次半成品底部的圆角半径各次半成品底部的圆角半径(中值中值)；各次半成品底部平板部分的直径；各次半成品底部平板部分的直径；各次半成品底部圆角半径圆心以上的各次半成品底部圆角半径圆心以上的筒壁高度；筒壁高度；第二十九页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 零件的以上零件的以上(yshng)各项具体数值代人上述公

18、式，即求各项具体数值代人上述公式，即求出各次出各次高度为：高度为：各次半成品的总高度为：各次半成品的总高度为：拉深后得到的各次半成品拉深后得到的各次半成品()第三十页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图4.2.6 零件(ln jin)各次拉深的半成品尺寸第三十一页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深工艺设计拉深工艺设计 4.3.1 4.3.1 拉深零件结构工艺性分析拉深零件结构工艺性分析 拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形工艺的难易程度

19、。良好的工艺性应用拉深成形工艺的难易程度。良好的工艺性应是坯料消耗少、工序数目少，模具结构简单、是坯料消耗少、工序数目少，模具结构简单、加工容易，产品质量稳定、废品少和操作简单加工容易，产品质量稳定、废品少和操作简单方便等。方便等。在设计拉深零件时，应根据材料在设计拉深零件时，应根据材料(cilio)(cilio)拉深时的变形特点和规律，提出满足拉深时的变形特点和规律，提出满足工艺性的要求。工艺性的要求。第三十二页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.3.2 拉深工艺的辅助工序拉深工艺的辅助工序在凹模圆角、平面、压边圈表面及与这些部位相

20、在凹模圆角、平面、压边圈表面及与这些部位相接触的毛坯表面，应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑接触的毛坯表面，应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油，并保持润滑部位干净油，并保持润滑部位干净.在多道拉深时，为了恢复冷加工后材料的塑性，在多道拉深时，为了恢复冷加工后材料的塑性，应在工序中间安排退火，以软化金属组织。拉深工序应在工序中间安排退火，以软化金属组织。拉深工序后还要安排去应力退火。一般拉深工序间常采用低温后还要安排去应力退火。一般拉深工序间常采用低温退火退火。各种材料不需热处理可以拉深的次数。各种材料不需热处理可以拉深的次数。退火后工件表面必然有氧化皮和其他污物，在继退火后工件表面必然有氧化皮和其他

21、污物，在继续加工时会增加续加工时会增加(zngji)模具的磨损，因此必需要模具的磨损，因此必需要酸洗，否则使拉深不能正常进行。酸洗，否则使拉深不能正常进行。第三十三页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深成形模具设计拉深成形模具设计 4.4.1 4.4.1 拉深模具的分类及典型结构拉深模具的分类及典型结构 按拉深模使用按拉深模使用(shyng)(shyng)的设备的设备可分为：可分为：单动压力机单动压力机 双动压力机双动压力机 三动压力机三动压力机 按工序组合分为按工序组合分为 单工序拉深模单工序拉深模 级进式拉深模级进式拉深模 复合模

22、复合模第三十四页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图无压边装置(zhungzh)的简单拉深模1-定位板；2-下模座；3-凸模；4-凹模 第三十五页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图有压边装置(zhungzh)倒装拉深模 第三十六页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图有压边装置(zhungzh)顺装拉深模 第三十七页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图双动压力机工作(gng

23、zu)原理 第三十八页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深模工作零件的结构和尺寸拉深模工作零件的结构和尺寸 拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圆角半径拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圆角半径 ，凸模圆角半径凸模圆角半径 ，凸、凹模的间隙，凸、凹模的间隙c，凸模直径，凹，凸模直径，凹模直径等，模直径等，()。(1)拉深力的大小拉深力的大小(dxio)凹模圆角半径小时材料流过凹模时产生较大的弯凹模圆角半径小时材料流过凹模时产生较大的弯曲变形，结果需承受较大的弯曲变形阻力，此时凹模曲变形，结果需承受较大的弯曲变形阻力，此时凹模圆角对板料施加的厚向

24、压力加大，引起摩擦力增加。圆角对板料施加的厚向压力加大，引起摩擦力增加。(2)拉深件的质量拉深件的质量 当当 过小时，坯料在滑过凹模圆角时容易被刮伤，过小时，坯料在滑过凹模圆角时容易被刮伤，结果使工件的表面质量受损。而当结果使工件的表面质量受损。而当 太大时，拉深太大时，拉深初期毛坯没有与模具表面接触的宽度加大，由于这部初期毛坯没有与模具表面接触的宽度加大，由于这部分材料不受压边力的作用，因而容易起皱。分材料不受压边力的作用，因而容易起皱。第三十九页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计图 4.6.10 拉深模工作(gngzu)部分的尺寸 第

25、四十页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 (3)拉深模的寿命 小时，材料对凹模的压力增加，摩擦力增大，磨损加剧，使模具的寿命降低。所以 的值既不能太大也不能太小。通常可按经验公式计算：凸模圆角半径(bnjng)对拉深工序的影响没有凹模圆角半径(bnjng)大，但其值也必须合适。第四十一页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 拉深模间隙是指单面间隙。间隙的大小对拉深力、拉拉深模间隙是指单面间隙。间隙的大小对拉深力、拉深件的质量、拉深模的寿命都有影响深件的质量、拉深模的寿命都有影响。确定时

26、要考虑压边状况、拉深次数和工件精度等。其确定时要考虑压边状况、拉深次数和工件精度等。其原则是：原则是：既要考虑板料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，既要考虑板料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。采用压边拉深时其值可间隙一般都比毛坯厚度略大一些。采用压边拉深时其值可按下式计算：按下式计算：也可直接也可直接(zhji)查教材表查教材表4.7。不用压边圈拉深时，考虑到起皱的可能性取间隙值为不用压边圈拉深时，考虑到起皱的可能性取间隙值为:第四十二页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 4.凸模、凹模的尺寸凸模、凹模

27、的尺寸(ch cun)及公差及公差 若以凹模为基准时，凹模尺寸若以凹模为基准时，凹模尺寸(ch cun)为：为：凸模尺寸凸模尺寸(ch cun)为：为：当工件的外形尺寸当工件的外形尺寸(ch cun)及公差有要求时及公差有要求时()所示，以凹所示，以凹模为基准。先确定凹模尺寸模为基准。先确定凹模尺寸(ch cun)，因凹模尺寸，因凹模尺寸(ch cun)在拉深中随磨损的增加而逐渐变大，故凹模尺寸在拉深中随磨损的增加而逐渐变大，故凹模尺寸(ch cun)开始开始时应取小些。其值为：时应取小些。其值为：凸模尺寸凸模尺寸(ch cun)为：为：第四十三页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深

28、工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第四十四页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计 当工件当工件(gngjin)的内形尺寸及公差有要求时的内形尺寸及公差有要求时()所示，所示，以凸模为基准，先定凸模尺寸。考虑到凸模基本不磨损，以以凸模为基准，先定凸模尺寸。考虑到凸模基本不磨损，以及工件及工件(gngjin)的回弹情况，凸模的开始尺寸不要取得过的回弹情况，凸模的开始尺寸不要取得过大。其值为：大。其值为：凹模尺寸为：凹模尺寸为：第四十五页，共46页。冲压工艺与模具设计第第4章章 拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺及拉深模具的设计第四十六页，共46页。