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1、沖壓模具設(shè)計(jì)與制造,第四章 拉深工藝與模具設(shè)計(jì),第一節(jié) 拉深變形分析 一.拉深的概念 拉深：利用模具使平板毛坯加工成開口帶底空心零件的沖壓工藝。,4.1 拉深變形分析,二.拉深模的特點(diǎn) (1) 凸模和凹模都沒(méi)有鋒利的刃口，具有較大的圓角半徑 (2) 凸、凹模之間的間隙一般稍大于板料的厚度 (3) 在凸模上開設(shè)有通氣孔,4.1 拉深變形分析,三.拉深變形的過(guò)程 1.平面塑性變形 2.立體塑性變形,4.1 拉深變形分析,四.拉深變形的特點(diǎn),4.1 拉深變形分析,(1) 變形區(qū)主要集中在 D 與 d 之間的環(huán)形部分 (2) 徑向受到不均勻拉伸塑性變形,4.1 拉深變形分析,(3) 切向受到均勻壓縮

2、塑性變形； (4) 材料沿高度方向產(chǎn)生了塑性流動(dòng)； (5) 圓筒底部沒(méi)有產(chǎn)生塑性變形。,4.1 拉深變形分析,五.起皺與防皺 1.起皺 起皺：在拉深過(guò)程中，毛坯凸緣產(chǎn)生塑性失穩(wěn)而拱起。 (1) 決定因素 a. 凸緣部分材料的相對(duì)厚度 b. 切向壓應(yīng)力的大小 c. 板料的屈強(qiáng)比 d. 板料的塑性應(yīng)變比 e. 凹模工作部分的幾何形狀,4.1 拉深變形分析,(2) 危害 a. 影響表面質(zhì)量及尺寸精度； b. 板料難于通過(guò)凸、凹模間隙而被拉斷； c. 起皺后的板料與模具間的摩擦加劇，磨損嚴(yán)重，使得模具的壽命大為降低。,(3) 起皺趨勢(shì) a. 凸緣外邊緣的切向壓應(yīng)力在拉深過(guò)程中不斷

3、增加； b. 凸緣變形區(qū)材料厚度不斷增大，凸緣的相對(duì)厚度逐漸增大； c. 凸緣失穩(wěn)起皺最強(qiáng)烈的時(shí)刻是 時(shí)。,4.1 拉深變形分析,2.防皺措施 (1) 用壓邊圈,4.1 拉深變形分析,(2) 模具采用拉深肋或拉深圈,(3) 采用反拉深,4.1 拉深變形分析,(4) 改進(jìn)拉深零件設(shè)計(jì) a. 盡量降低拉深高度 b. 設(shè)計(jì)加強(qiáng)肋提高零件剛度 c. 選用屈服點(diǎn)低的材料 d. 增大板料厚度,4.1 拉深變形分析,六.拉裂與防裂 1.拉裂 拉裂：筒壁拉應(yīng)力大于危險(xiǎn)斷面的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生破裂。,2.影響因素 導(dǎo)致筒壁所受的拉應(yīng)力過(guò)大，或危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度過(guò)低的因素。,4.1 拉深變形分析

4、,3.防裂措施 (1) 減小拉深高度，減小拉深變形量； (2) 減小壓邊力； (3) 增加凸緣和凸緣圓角的凸緣潤(rùn)滑； (4) 增大凸緣圓角半徑和底圓圓角半徑； (5) 增大凸模和筒壁的摩擦； (6) 選用抗拉強(qiáng)度高，屈服強(qiáng)度小的材料； (7) 防止凸緣起皺。,4.1 拉深變形分析,七.拉深硬化 (1) 拉深后材料變形的硬度分布由工件底部向口部是逐漸增加； (2) 硬化的好處是使工件的強(qiáng)度和剛度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料進(jìn)一步拉深時(shí)變形困難； (3) 多次拉深時(shí)，應(yīng)正確選擇各次的變形量，并考慮半成品件是否需要退火以恢復(fù)其塑性。,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,第二節(jié) 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深 一

5、.毛坯尺寸的計(jì)算 1.計(jì)算原則 (1) 體積不變； (2) 形狀相似； (3) t1，按工件中線尺寸計(jì)算；t1，按內(nèi)或外形尺寸計(jì)算； (4) 毛坯尺寸要加上修邊余量,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,2.拉深件的修邊余量 修邊余量 ：為了避免拉深件外緣的不平齊、不規(guī)則，在原本得到理論毛坯面積上的放大量。,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,3.形狀簡(jiǎn)單的拉深件毛坯計(jì)算,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,(1) 底圓面積 (2) 底部圓角面積 (3) 圓筒面積 (4) 毛坯面積 (5) 毛坯直徑,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,二.圓筒形件拉深變形程度表示拉深系數(shù) 1.拉深系數(shù)的概念和意義,(1) 拉深系數(shù)

6、m 的特點(diǎn) a. m <1 b. m 越小，表示拉深變形程度越大,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,(2) 拉深系數(shù) m 的計(jì)算 第一次拉深系數(shù)： 第二次拉深系數(shù)： 第 n 次拉深系數(shù)： 總理論拉深系數(shù)：,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,2.極限拉深系數(shù) mmin 極限拉深系數(shù) ：把材料既能拉深成形又不被拉裂時(shí)的最小拉深系數(shù)。 3.極限拉深系數(shù) mmin 的確定 無(wú)凸緣圓筒形工件有壓邊圈和無(wú)壓邊圈時(shí)的拉深系數(shù)分別可查表，實(shí)際生產(chǎn)中采用的拉深系數(shù)一般均大于表中所列數(shù)字。,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,4.拉深次數(shù)的確定 (1) 查表法 根據(jù)拉深件的相對(duì)高度和毛坯相對(duì)厚度查表。 (2

7、) 推算法,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,5.實(shí)際拉深系數(shù)的確定 (1) 實(shí)際拉深系數(shù)大于極限拉深系數(shù) (2) 均勻分配各次拉深變形程度 (3) 滿足總拉深系數(shù)要求,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,三.無(wú)凸緣圓筒形件拉深工序設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 (1) 確定修邊余量 (2) 計(jì)算毛坯直徑 (3) 確定拉深次數(shù) (4) 調(diào)整各次的實(shí)際拉深系數(shù) (5) 計(jì)算各工序件尺寸 (6) 畫出工序圖,4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,四.其它旋轉(zhuǎn)體零件的拉深特點(diǎn),4.2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件的拉深,(1) 不能簡(jiǎn)單地用拉深系數(shù)衡量成形的難易程度 (2) 凸緣部分、懸空部分和中間部分都是主要變形區(qū) a. 坯料的凸

8、緣及懸空部分產(chǎn)生拉深變形； b. 坯料靠近球形沖頭頂部的中間部分產(chǎn)生是脹形變形。 (3) 凸緣部分和懸空部分容易起皺 (4) 中間部分容易拉裂 (5) 切向應(yīng)力分布不均,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,第三節(jié) 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圓角半徑，凸模圓角半徑，凸、凹模的間隙 c ，凸模直徑，凹模直徑等。,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,一.凸、凹模單邊間隙 1.間隙確定原則 (1) 保證板材不起皺的條件下能夠順利通過(guò)間隙； (2) 中間拉深工序或者要求不高的工件，取較大的間隙值； (3) 最后工序尺寸精度高、表面粗糙度低時(shí)，應(yīng)取較小的間隙值 2.使用壓邊圈

9、的間隙計(jì)算,3.不使用壓邊圈的間隙計(jì)算,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,二.壓邊凸緣間隙 1.拉深有凸緣零件 2.拉深鋁合金零件 3.拉深鋼零件,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,三.凸、凹模結(jié)構(gòu)形式 1.凸、凹模圓角半徑 (1) 凹模圓角半徑 rd a. 影響因素 拉深系數(shù)的大小 拉深件的質(zhì)量 拉深模的壽命,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,b. 計(jì)算,但應(yīng)大于或等于 2t,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,(2) 凸模圓角半徑 rp,a. 影響因素 危險(xiǎn)斷面的強(qiáng)度； 再次拉深滑動(dòng) 拉深痕跡 b. 計(jì)算,最后一次拉深，凸模圓角半徑與零件底部的圓角半徑相同。,4.3

10、 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,2.凸、凹模圓角具體結(jié)構(gòu),4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,(1) 注意前后兩道工序的沖模在形狀和尺寸上的協(xié)調(diào)，使前道工序得到的半成品形狀有利于后道工序的成形。,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,(2) 為了使最后一道拉深后零件的底部圓角平滑，如果是圓角結(jié)構(gòu)的沖模，其最后一次拉深凸模圓角半徑的圓心應(yīng)與倒數(shù)第二道拉深凸模圓角半徑的圓心位于同一條垂線上。 如果是斜角的沖模結(jié)構(gòu)，則倒數(shù)第二道工序凸模底部的斜線應(yīng)與最后一道的凸模圓角半徑相切，,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,(3) 凸模與凹模的錐角對(duì)拉深有一定的影響。錐角大對(duì)拉深變形有利，但過(guò)大時(shí)相對(duì)厚度小的材料可能要

11、引起皺紋，因而的錐角大小可根據(jù)材料的厚度確定。 3.拉深凸模應(yīng)鉆通氣孔,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,四.凸、凹模工作部分(筒壁)尺寸 1.拉深模公差 凸、凹模的制造公差p和d可根據(jù)工件的公差來(lái)選定。 (1) 工件公差為 IT13 級(jí)以上時(shí)，模具公差可按IT68 級(jí)取， (2) 工件公差在 IT14 級(jí)以下時(shí)，模具公差按 ITl0 級(jí)取。,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,2.最后工序拉深模尺寸 (1) 筒壁尺寸標(biāo)注在外側(cè),4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,(2) 筒壁尺寸標(biāo)注在內(nèi)側(cè),4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,3.中間工序拉深模尺寸 (1) 筒壁尺寸標(biāo)注在外側(cè),4.3 拉深

12、模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,(2) 筒壁尺寸標(biāo)注在內(nèi)側(cè),4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,五.壓邊計(jì)算 壓邊：在凸緣變形區(qū)施加軸向壓力，防止起皺。 1.壓邊條件 (1) 首次拉深 (2) 以后各次拉深：,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,2. 壓邊力FQ 計(jì)算,拉深中凸緣起皺的規(guī)律與 的變化規(guī)律相似。合理的壓邊力應(yīng)隨起皺趨勢(shì)的變化而變化。但要實(shí)現(xiàn)這種變化是很困難的。,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,3.壓邊裝置的形式 (1) 剛性壓邊圈,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,(2) 彈性壓邊圈,4.3 拉深模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算,4.壓力機(jī)的選擇 沖壓力曲線位于壓力機(jī)滑塊的許用壓力曲線之下 。,