冲压工艺与模具设计第4章拉深

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1、173第4章拉深第4章拉深将金属板坯料外缘全部/部分转移到制件侧壁，使板料/浅的空心工序件成形为空心件/深的空心件(皿状制件)的冲压工序称为拉深。这种工序曾称为拉延、引伸、延伸、压延等，现国家标准定名为拉深。拉深工艺可以在普通的单动压力机上进行，也可以在专用的双动、三动拉深压力机或液压机上进行。实际生产中，拉深件的形状多种多样，按变形力学特点分为以下4种基本类型。(1)直壁旋转体制件(如图4.1(a)所示)——母线为直角折线(平底直壁)的旋转体制件，一般包括无凸缘筒形件(简称筒形件)、有凸缘筒形件、阶梯筒形件等。(2)曲面旋转体制件(

2、如图4.1(b)所示)——母线为非直角折线或曲线(平/凸底，曲/斜壁)的旋转体制件，一般包括球面制件、抛物面形状制件、锥形制件等。(3)平底直壁非旋转体制件(如图4.1(c)所示)——以盒形件为典型，还包括有凸缘盒形件。(4)非旋转体曲面制件(如图4.1(d)所示)——各种不规则的复杂形状制件。图4.1拉深件的分类虽然这些制件都称为拉深件，但是在拉深过程中，它们的变形区位置、变形性质、坯料各部位的应力应变状态和分布规律都有相当大的、甚至是本质的差别。所以在确定工艺参数、工序数目与工序顺序以及模具设计原则与方法等方面都各有特点。本章首先

3、讨论筒形件的拉深，在此基础上，再介绍其他各类形状制件的拉深特点。4.1筒形件的拉深变形分析拉深变形是一个较为复杂的塑性变形过程，本节主要通过分析筒形件的拉深变形过程所发生的各种现象来介绍拉深变形规律。4.1.1筒形件的拉深变形过程173第4章拉深图4.2为拉深变形过程示意图。典型拉深模具的工作部分应包含凸模、凹模、压边圈3个功能不同的零件。直径为D、厚度为t的圆形坯料，经拉深变形得到了具有直径为d、高度为h的筒形件。一张直径为D的圆纸片要变成一个直径为d的圆筒，外缘的纸有多余，若强制成形，侧壁就会起皱。假想按图4.3所示，把环形区阴影

4、部分的三角形剪掉，则可成为一个侧壁没有多余料、也不会起皱的纸筒。但在金属板料的实际拉深过程中，并不是把坯料的“多余三角形”剪掉，而是让“多余三角形”产生塑性变形转移，使得拉深后制件的高度增加了h[即h＞(D－d)/2]，同时，制件的侧壁厚度也略有增加。图4.2筒形件的拉深图4.3拉深时材料的转移1—坯料；2—凸模；3—压边圈；4—凹模；5—制件为了说明金属的转移，还可以进行如下实验。在圆形坯料上画出许多直径差为2a的同心圆和等分度的辐射线组成网格(b1＞b2＞b3＞…＞b，如图4.4所示)。拉深后，得到筒形件，其底部的网格基本保持原来

5、的形状，而侧壁部分的网格则发生了很大的变化：原来在同一平面上的直径不相等的同心圆，变为侧壁上空间位置相互平行、直径相等的圆(各圆心都在圆筒的轴心线上)，但其间距增大了，愈靠近筒的口部增大愈多，即a变成a1，a2，a3，…，且a1＞a2＞a3＞…＞a；原来互成夹角的辐射线变成了侧壁上的平行线，其间距全相等(即b1，b2，b3，…均变成b)。如果仅看网格中的1个小单元，由拉深前的扇形A，变为拉深后的矩形A′。若忽略板料厚度的微小变化，则小单元的面积不变，即A=A′。说明小单元在径向受到拉应力作用而变长，在切向受到压应力作用而缩短。图4.4

6、筒形件拉深的网格变化173第4章拉深故拉深变形过程可以归纳如下：在拉深过程中，由于外力的作用，坯料凸缘区内部的各个小单元之间产生了内应力，径向产生拉应力，切向产生压应力，在这两种应力作用下，凸缘区的材料发生塑性变形并不断地被拉入凹模，成为筒形件。4.1.2筒形件拉深过程中坯料的应力应变状态为了更深刻地认识拉深变形，有必要深入探讨拉深过程中材料各部分的应力应变状态。图4.5所示为拉深过程中的某一时刻坯料所处状态。图中，——分别表示材料径向的应力与应变；，——分别表示板料厚度方向的应力与应变；，——分别表示材料切向的应力与应变。图4.5拉

7、深过程中坯料各部分的应力应变状态根据应力应变状态的不同，拉深坯料可划分为5个区域。(1)平面凸缘区拉深变形主要发生在该区域，材料在和作用下，发生塑性变形而逐渐进入凹模。在压边圈的作用下，厚度方向存在，通常的绝对值要比、小很多，故材料的应变主要是和，板厚方向产生不大的。由于愈靠外缘需要转移的材料愈多，因此，愈到外缘材料变得愈厚，硬化也愈严重。(2)凹模圆角区这是材料由凸缘进入筒壁的过渡变形区，变形比较复杂。除有与平面凸缘区相同的特点即径向受作用产生和切向受作用产生外，还由于承受凹模圆角的压力和弯曲的作用而产生较大的。该区域及相应的的绝对

8、值最大。因此板厚方向产生，板料厚度减薄。(3)筒壁区该区域材料已完成变形，成为筒形，基本不再发生大的变形。但它是传力区，在继续拉深时，凸模作用的拉深力要经过筒壁传递到凸缘部分，故它承受单向拉应力173第4章拉深的作用，发