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1、第四章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它形状空心件的一种加工方法。其变形过程是:随着凸模的下行,留在凹模端面上的毛坯外径不断缩小,圆形毛坯逐渐被拉进凸模与凹模间的间隙中形成直壁,而处于凸模底面下的材料则成为拉深件的底,当板料全部拉入凸、凹模间的间隙时，拉深过程结束,平板毛坯就变成具有一定的直径和高度的开口空心件。与冲裁工序相比,拉深凸模和凹模的工作部分不应有锋利的刃口,而应具有一定的圆角,凸模与凹模之间的单边间隙稍大于料厚。 用拉深工艺可以成形圆筒形、阶
2、梯形、球形、锥形、抛物线形等旋转体零件,也可成形盒形等非旋转体零件,若将拉深与其他成形工艺(如胀形、翻边等)复合,则可加工出形状非常复杂的零件,如汽车车门等。因此拉深的应用非常广泛,是冷冲压的基本成形工序之一。4.1拉深变形过程分析4.1.1板料拉深变形过程及其特点 若不采用拉深工艺而是采用折弯方法来成形一圆筒形件,可将图4.1.1毛坯的三角形阴影部分材料去掉,然后沿直径为d的圆周折弯,并在缝隙处加以焊接，就可以得到直径为h,高度为h=(D-d)/2,周边带有焊缝的开口圆筒形件。但圆形平板毛坯在拉深成形过程中并没有去除图示中三角形多余的材
3、料，因此只能认为三角形多余的材料是在模具的作用下产生了流动。为了了解材料是怎样流动的，可以从图4.1.2所示的网格试验，来说明这一问题。即拉深前，在毛坯上画作出距离为a的等距离的同心圆与相同弧度b辐射线组成的网格(图4.1.2)，然后将带有网格的毛坯进行拉深。通过比较拉深前后网格的变化情况，来了解材料的流动情况。我们发现，拉深后筒底部的网格变化不明显；而侧壁上的网格变化很大，拉深前等距离的同心圆拉深后变成了与筒底平行的不等距离的水平圆周线，愈靠近口部圆周线的间距愈大，即：a1>a2>a3>…>a；原来分度相等的辐射线拉深后变成了相互平行且垂直于
4、底部的平行线，其间距也完全相等，b1=b2=b3=…=b。原来形状为扇形网格dA1，拉深后在工件的侧壁变成了矩形网格dA2，离底部越远矩形的高度越大。测量此时工件的高度，发现筒壁高度大于(D—d)/2。这说明材料沿高度方向产生了塑性流动。 图4.1.1毛坯的三角形阴影 图4.1.2拉深网格的变化 部分材料 金属是怎样往高度方向流动，或者说拉深前的扇形网格是怎样变成矩形的。从变形区任选一个扇形格子来分析，如图4.1.3所示。从图中可看出，扇形的宽度大于矩形的宽度，而高度却小于矩形的高度，要使扇形格子拉深后要变成矩形格，
5、必须宽度减小而长度增加。很明显扇形格子只要切向受压产生压缩变形，径向受拉产生伸长变形就能产生这种情况。而在实际的变形过程中，由于有三角形多余材料存在(图4.1.1)，拉深时材料间的相互挤压产生了切向压应力(图4.1.3)，凸模提供的拉深力产生了径向拉应力。故(D—d)的圆环部分在径向拉应力和切向压应力的作用下径向伸长，切向缩短，扇形格子就变成了矩形格子，三角形多余金属流到工件口部，使高度度增加。 a)单元网格的受力 b)网格的挤压模型图4.1.3拉深网格的挤压变形 这一受力过程如同一扇形毛坯被拉着通过一个楔形槽(图4.1.3b)的变
6、化是类似的，在直径方向被拉长的同时，切向则被压缩。在实际的拉深过程中，当然并没有楔形槽，毛坯上的扇形小单元体也不是单独存在的，而是处在相互联系、紧密结合在一起的毛坯整体。在凸模力的作用下，变形材料间的相互拉伸作用而产生了径向拉应力σ1，而切线方向材料间的相互挤压而产生了切向压应力σ3。因此，拉深变形过程可以归结如下： 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σ1，切向产生压缩应力σ3。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筒形拉深件。4.1.2拉深过程中变形毛坯各部分的应力与应变
7、状态 图4.1.4是拉深变形后，沿圆筒形制件侧壁材料厚度和硬度变化的示意图。一般是底部厚度略有变簿，且筒壁从下向上逐渐增厚。此外，沿高度方向零件各部分的硬度也不同，越到零件口部硬度越高，这些说明了在拉深变形过程中坯料的变形极不均匀。在拉深的不同时刻，毛坯内各部分由于所处的位置不同，毛坯的变化情况也不一样。为了更深刻地了解拉深变形过程，有必要讨论在拉深过程中变形材料内各部分的应力与应变状态。 （b）图4.1.4拉深件材料厚度和硬度的
8、变化 现以带压边圈的直壁圆筒形件的首次拉深为例，说明在拉深过程中的某一时刻(图4.1.5)毛坯的变形和受力情况。假设σ1、ε1为毛坯的径向应力
