模具设计与制造 杨占尧 第8章 拉深工艺及模具设计

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1、第8章拉深工艺及模具设计学习目的及要求了解拉深变形过程及特点熟悉拉深过程的起皱与破裂现象熟悉拉深件的工艺性了解圆筒形件拉深的工艺计算掌握拉深模工作部分的设计掌握拉深模的典型结构8.1概述拉深是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件或将开口空心零件进一步改变形状和尺寸的一种冲压加工方法。拉深工艺广泛应用于汽车、拖拉机、仪表、电子、航空航天等各个工业部门和日常生活用品的生产中,是冷冲压的基本工序之一，不仅可以加工旋转体零件,还可加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件,如图8-1所示。图8-1拉深件的类型返回依据毛坯形状划分拉深工艺：由平板毛坯塑变成带

2、底的开口空心件的成形方法称之为平板（首道）拉深；由大口径空心件再塑变成为小口径空心件的成形方法称之为以后各次拉深。依据壁厚变化划分拉深工艺：拉深后制件的壁厚与毛坯厚度相比变化不大的拉深工艺称之为不变薄拉深；拉深后制件的壁厚与毛坯厚度相比明显变薄的拉深工艺称之为变薄拉深。不变薄拉深工艺在生产上广泛应用，本章节就其工艺分析与模具设计进行重点阐述。8.2圆筒形件拉深工艺分析8.2.1拉深变形过程及特点图8-2是圆筒型件的拉深过程。直径为D、厚度为t的圆形平板毛坯经过拉深模具的拉深，得到具有内径为d、高度为h的开口直壁圆筒型件，并且h＞（D-d）/2。

3、那么圆形平板毛坯在模具的作用下到底产生了怎样的塑性流动而得到开口的空心件？图8-3表明了平板毛坯在拉深时的材料转移情况。如果不用模具，则只要去掉图8.3中的三角形阴影部分，再将剩余部分狭条沿直径d的圆周弯折起来，并加以焊接就可以得到直径为d，高度为，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，而拉深获得的工件高度大于了h，工件的壁厚增加了，因此只能认为三角形阴影部分材料是多余的材料，在模具的作用下产生了流动，发生了转移。图8-2圆筒形件拉深返

4、回图8-3拉深时材料转移返回通过网格试验分析拉深时材料的转移，可进一步说明拉深时金属的流动情况，如图8-4所示。图8-4拉深件的网格试验拉深前，在圆形平板毛坯上画出由等间距为α的同心圆和等分度的辐射线组成的网格。拉深后，可以看到不同区域的网格发生了不同程度的变化，以下通过网格的变化分析金属在拉深过程中流动情况：（1）筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，说明凸模底部的金属没有明显的流动。（2）切向不等径的同心圆转变为筒壁上平行的同周长圆，间距α增大，愈靠近筒的上部增加越多，说明金属径向应变为拉应变，越靠近外圆的金属径向流动越大。（3）径向等分度

5、的同心辐射线转变为筒壁上平行的竖直线，且竖直线间距相等均为b。说明切向应变为压应变，越靠近外圆的金属切向流动越大。（4）如图8-4b所示，若从网格取一单元体，在拉深前是扇形网格，面积为A1，拉深后变为矩形网格，面积为A2，相当于在一个楔形槽中拉着扇形网格通过一样，受到切向压应力和径向拉应力的作用，金属产生径向伸长变形和切向压缩变形形成矩形网格。（５）经测量获知，底部厚度略有变小（一般忽略不计），筒壁厚度由底部向口部逐渐增厚，如图8-5所示，说明筒壁口部变形程度大，转移金属量多。但因为获得拉深件的厚度平均值与毛坯厚度几乎相等，忽略微小的厚度变化可

6、近似认为拉深前后小单元的面积不变，即A1=A2，说明拉深前后毛坯与工件的表面积相等。此外，由于毛坯各处的变形程度不同，加工硬化程度也不同，则沿高度方向筒壁各部分的硬度也不同，越到零件口部硬度越高（如图8-5）。图8-5拉深件材料厚度与硬度的变化返回综上所述，拉深变形时的变形特点为:1.位于凸模下面的材料基本不变形，拉深后成为筒底，变形主要集中在位于凹模表面的平面凸缘区（即D-d的环形部分），该区是拉深变形的主要变形区。2．变形区的变形不均匀，沿切向受压而缩短，沿径向受拉而伸长，越往口部，压缩和伸长的越多。在口部板料的厚度增加。8.2.2拉深过程

7、中的应力与应变通过分析板料在拉深过程中的应力与应变，将有助于拉深工作中工艺问题的解决和保证产品质量。在拉深过程中，材料在不同的部位具有不同的应力状态和应变状态。筒形件是最简单、最典型的拉深件。图8-6是筒形件在有压边圈的首次拉深中某一阶段的应力与应变情况。图中：σ1，ε1——径向的应力与应变；σ2，ε2——厚度方向的应力与应变；σ3，ε3——切向的应力与应变。图8-6拉深过程中的应力与应变状态返回根据应力与应变状态的不同，可将拉深毛坯划分为五个区域：Ⅰ区为凸缘部分，是拉深工艺的主要变形区；Ⅱ区为凹模圆角部分，是一个过渡区域；Ⅲ区为筒壁部分，起传

8、递力的作用；Ⅳ区为凸模圆角部分，也是一个过渡区域；Ⅴ区是筒形件的底部，可认为没有塑性变形。在筒壁与底部转角处稍上的地方，由于传递拉深力的截面积较小，因