冲压工艺及模具－设计与实践第6章拉深工艺与拉深模设计

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1、第6章拉深工艺与拉深模设计6.1拉深变形过程分析深变形过程如图6.1所示。拉深模的工作部分没有锋利的刃口，而是有一定的圆角半径，并且其间隙也稍大于板材的厚度。在凸模的压力下，直径为D0、厚度为t的圆形毛坯经拉深后，得到具有外径为d的开口圆筒形工件。为了说明金属的流动过程，可以进行如下实验：在圆图6.1拉深变形过程形毛坯上画许多间距都等于a的同心圆和分度相等的辐射线（见图6.2），由这些同心圆和辐射线组成网格。拉深后，圆筒形件底部的网格基本保持原来的形状，而筒壁部分的网格则发生了很大的变化：原来的同心圆变为筒壁上的水平圆筒线，而且其间距也增大了，越靠近筒

2、的上部增大越多，即a1>a2>a3>…>a；原来分度相等的辐射线变成了筒壁上的垂直线，其间距则完全相等，即b1=b2=b3=…=b。图6.2拉深件的网格变化设在拉深过程中的某一时刻毛坯已处于如图6.3所示的状态。σ1，ε1—材料径向的应力与应变σ2，ε2—材料厚度方向的应力与应变σ3，ε3—材料切向的应力与应变根据应力应变状态的不同，现将拉深毛坯划分为5个区域：（1）平面凸缘区平面凸缘区是拉深变形的主要区域，这部分材料在径向拉应力σ1和切向压应力σ3的作用下，发生塑性变形而逐渐进入凹模。由于压边圈的作用，在厚度方向产生压应力σ2。通常，σ1和σ3的

3、绝对值比σ2大得多，材料的流动主要是向径向延展，同时也向毛坯厚度方向流动而加厚。这时厚度方向的应变ε2是正值。由于越靠外缘需要转移的材料越多，因此，越到外缘材料变得越厚，硬化也越严重。假若不用压边圈，则σ2=0。此时的ε2要比有压边圈时大。当需要转移的材料面积较大而板材相对又较薄时，毛坯的凸缘部分，尤其是最外缘部分，受切向压应力σ3的作用极易失去稳定而拱起，出现起皱。（2）凸缘圆角部分凸缘圆角部分属于过渡区，材料变形比较复杂，除有与平面凸缘部分相同的特点外，还由于承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生压应力σ2。图6.3拉深过程中毛坯的应力应变状态（3

4、）筒壁部分筒壁部分材料已经变形完毕成为筒形，此时不再发生大的变形。在继续拉深时，凸模的拉深力要经由筒壁传递到凸缘部分，故它承受单向拉应力σ1的作用，发生少量的纵向伸长和变薄。（4）底部圆角部分底部圆角部分也属于过渡区，材料除承受径向和切向拉应力σ1和σ3外，还由于凸模圆角的压力和弯曲作用，在厚度方向承受压应力σ2。底部圆角稍上处，由于传递拉深力的截面积较小，但产生的拉应力σ1较大；加上该处所需要转移的材料较少，加工硬化较弱而使材料的屈服强度较低；以及该处又不像底部圆角处存在较大的摩擦阻力，因此在拉深过程中，该处变薄最为严重，成为零件强度最薄弱的断面

5、。倘若此处的应力σ1超过材料的抗拉强度，则拉深件将在此处拉裂，或者变薄超差。（5）筒底部分筒底部分材料基本上不变形，但由于作用于底部圆角部分的拉深力，使材料承受双向拉应力，厚度略有变薄。综上所述，拉深中主要的破坏形式是起皱和拉裂。6.2拉深过程中的起皱和拉裂现象及其控制6.2.1起皱及防皱措施由上节可知，起皱是拉深工艺过程中最严重的问题之一。所谓起皱，是指在拉深过程中毛坯边缘受到切向压应力作用产生失稳而形成的沿切向高低不平的折皱。若折皱很小，在通过凸、凹模间隙时会被烙平；但折皱严重时，不仅不能被烙平，而且会因折皱在通过凸、凹模间隙时的阻力过大使拉深件

6、断裂，即使折皱通过了凸、凹模间隙，也会因为折皱不能被烙平而使零件报废起皱主要是由于凸缘的切向压应力σ3超过了板材临界压应力所引起的。实践证明，凸缘的起皱与压杆失稳有些类似。它不仅取决于切向压应力σ3的大小，还取决于凸缘的相对的厚度t/（Rt-R0）（其中，Rt——凸缘半径，R0——毛坯半径）。在拉深过程中，σ3max是随拉深的进行而增加的；但凸缘变形区却不断缩小，厚度不断增大，也即t/（Rt-R0）不断增加。前者增加失稳起皱的趋势，后者却提供抵抗失稳起皱的能力。这两个因素相互作用的结果，使凸缘起皱最严重的瞬间落在Rt=（0.8～0.9）R0时。为了防

7、止起皱，在生产实践中通常采用压边圈（见图6.4），通过压边力FQ的作用，使毛坯不易拱起（起皱）而达到防皱的目的。压边力FQ的大小对拉深力有很大影响：压边力FQ太大，会增加危险断面处的拉应力，导致拉裂或严重变薄；太小则防皱效果不好。从理论上讲，压边力FQ的大小最好与如图6.5所示规律变化一致，即在拉深过程中，毛坯外径减小至Rt=0.85R0时，是起皱最严重的时刻，压边力FQ也应最大，但实际上是很难实现的。在生产实际中，压边力FQ的确定多数是建立在实践经验的基础上的，这种方图6.4带压边圈的拉深模图6.5第一道拉深时压边力FQ的理论变化情况法简便可靠。它不

8、仅考虑了材料的种类、厚度，还考虑了拉深系数m和润滑剂的影响。6.2.2拉裂及防裂