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1、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加工方法。拉深也称为拉延。图4.0.1所示即为平板毛坯拉成开口空心件的拉深。其变形过程是:随着凸模的不断下行,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、凹模间的间隙中形成直壁,而处于凸模下面的材料则成为拉深件的底,当板料全部进入凸、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。与冲裁相比,拉深凸、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、凹模间的单边间隙稍大于料厚。
2、 用拉深工艺可以制得筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物线形等旋转体零件,也可制成方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,如图4.0.2所示。因此拉深的应用非常广泛,是冷冲压的基本工序之一。1—凸模；2—压边圈；3—凹模；4—坯料；5—拉深件图4.0.1圆筒件的拉图4.0.2拉深件示意图a)轴对称旋转体零件;b)轴对称盒行件;c)不对称复杂件4.1拉深变形过程的分析4.1.1拉深变形的过程及特点 如果不用模具,则只要去掉图4.1.中的阴影部分,再将剩余部分沿直径d的圆周弯折起来,并加以焊接
3、就可以得到直径为h,高度为h=(D-d)/2,周边带有焊缝,口部呈波浪的开口筒形件.这说明圆形平板毛坯在成为筒形件的过程中必须去除多余材料。但圆形平板毛坯在拉深成形过程中并没有去除多余材料，因此只能认为多余的材料在模具的作用下产生了流动。为了了解材料产生了怎样的流动，可以作坐标网格试验。即拉深前在毛坯上画一些由等距离的同心圆和等角度的辐射线组成的网格(图4.1.2)，然后进行拉深，通过比较拉深前后网格的变化来了解材料的流动情况。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，愈到口部圆周线的
4、间距愈大，即：图4.1.1拉深时的材料转移 拉深前等角度的辐射线拉深后变成了等距离、相互平行且垂直于底部的平行线，即： 原来的扇形网格：，拉深后在工件的侧壁变成了等宽度的矩形：，离底部越远矩形的高度越大。测量此时工件的高度，发现筒壁高度大于环行部分的半径差(D—d)/2。这说明材料沿高度方向产生了塑性流动.图4.1.2拉深网格的变化 现在分析这些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。这可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,因此扇形格拉深后要
5、变成矩形格，必须宽度减小而长度增加。很明显扇形格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，由于有多余材料存在(图4.1.1中的三角形部分)，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，多余金属流到工件口部，使高度度增加。图4.1.3 拉深时扇形单元的受力与变形情况 综上所述，拉深变形过程可描述为：处于凸缘底部的材料在拉深过程中变化很小，变形主要集中在处于凹模平面上
6、的(D-d)圆环形部分。该处金属在切向压应力和径向拉应力的共同作用下沿切向被压缩，且愈到口部压缩的愈多,沿竟向伸长,且愈到口部伸长得愈多。该部分是拉深的主要变形区。4.1.2拉深过程中变形毛坯各部分的应力和应变状态 拉深过程中，材料的变形程度由底部向口部逐渐增大，因此拉深过程中毛坯各部分的硬化程度不一，应力与应变状态各不相同。随着拉深的不断进行，留在凹模表面的材料不断被拉进凸、凹模的间隙而变为筒壁，因而即使是变形区同一位置的材料，其应力和应变状态也在时刻发生变化。 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4.1.4)毛
7、坯的变形和受力情况。假设，为毛坯的径向应力与应变；,为毛坯的厚向应力与应变，为毛坯的切向应力与应变.图4.1.4拉深中毛坯的应力应变情况 根据圆筒件各部位的受力和变形性质的不同，将整个毛坯分为如下5个部分： (1)平面凸缘部分——主要变形区 这是拉深变形的主要变形区，也是扇形格子变成矩形格子的区域。此处材料被拉深凸模拉进凸、凹模间隙而形成筒壁。这一区域主要承受切向的压应力和径向的拉应力，厚度方向承受由压边力引起的压应力的作用,是二压一拉的三向应力状态。 由网格实验知：切向压缩与径向伸长的变形均由凸缘的内边向外边逐渐增大，因此和的值也是变化
8、的 单元体的应变状
