拉深模具设计ppt课件.ppt

第四章拉深模具设计,4.1 拉深工艺4.2 拉深模典型结构及工作零件的设计 4.3 设计实例 习题,2.拉深系数在拉深工艺设计时,必须知道工件是否能一次拉出,还是需要几道工序才能拉成。 能否正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性和拉深件的质量。 拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。 圆筒形件的拉深变形程度一般用拉深系数表示和衡量。1)拉深系数的概念和意义拉深系数m是指每次拉深后圆筒形件直径与拉深前坯料(或半成品)直径的比值(图4-12)。,图4-12圆筒形件的多次拉深,第一次拉深系数,第二次拉深系数,第n次拉深系数,总拉深系数表示从坯料直径拉深至的总变形程度。即：,（4-3）,拉深时既能使材料的塑性得到充分利用,同时又不致使拉深件破裂的最小拉深系数,称为极限拉深系数。拉深系数是一个重要的工艺参数,它是拉深工艺计算的基础。 知道了拉深系数就知道工件总的变形量和每道拉深的变形量,工件需拉深的次数及各次半成品的尺寸也就可以求出。,2)影响极限拉深系数的因素(1)材料方面。材料的力学性能。 材料的屈强比s/b越小、伸长率越大,对拉深越有利。 材料的相对厚度(t/D)。 材料的相对厚度大时,凸缘抵抗失稳起皱的能力增强,因而所需压边力减小(甚至不需要),这就减小了因压边力而引起的摩擦阻力,从而使总的变形抗力减少,故极限拉深系数可减小。,材料的表面质量。 材料的表面光滑,拉深时材料所受的摩擦阻力小且容易流动,所以极限拉深系数可减小。,材料的表面质量。 材料的表面光滑,拉深时材料所受的摩擦阻力小且容易流动,所以极限拉深系数可减小。,(2)拉深条件。模具工作部分的结构参数。 模具结构参数中,影响极限拉深系数的主要是凸、凹模圆角半径及模具间隙。 凸模圆角半径rp太小,则板料绕凸模弯曲的拉应力增加,易造成局部变薄严重, 会降低极限变形程度; 凹模圆角半径rd太小,则板料在拉深过程中通过凹模圆角半径时弯曲阻力增加,也会降低极限变形程度;,模具间隙太小,则板料会受到的挤压作用和摩擦阻力太大,增大了拉深力,使极限变形程度减小。,因此,为了减小极限拉深系数,凸、凹模圆角半径及模具间隙应适当取较大值。 但是,凸、凹模圆角半径和模具间隙也不宜取得过大,容易产生失稳起皱;过大的模具间隙会影响拉深件的精度,使拉深件的锥度和回弹较大。,压边条件。 采用压边圈并加以合理的压边力对拉深有利,可以减小拉深系数。 拉深时压边力过大,会增加拉深阻力,传力区危险断面的负担增加 压边力过小,拉深时变形区起皱的倾向增加,都对拉深不利。 合理的压边力应该是在保证不起皱的前提下取最小值。,摩擦与润滑条件。 凹模与压料圈的工作表面光滑，润滑条件较好,可以减小拉深系数。 但为避免在拉深过程中凸模与板料或工序件之间产生相对滑移造成危险断面的过度变薄或拉裂,在不影响拉深件内表面质量和脱模的前提下,凸模工作表面可以比凹模粗糙一些,并避免涂润滑剂。,拉深次数。 第一次拉深时材料还没硬化,塑性好,极限拉深系数可小些。 以后的拉深因材料已经硬化,塑性愈来愈低,变形越来越困难,故一道比一道的拉深系数大。 除此以外,影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉深速度、拉深件形状等。,3)极限拉深系数的确定实际生产中,极限拉深系数的数值一般是在一定的拉深条件下用试验方法得出的,见表4-4和表4-5。,表4-4无凸缘圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数,实际生产中采用的拉深系数一般均大于表中所列数字,表4-5无凸缘圆筒形件不带压边圈时的极限拉深系数,由表中可以看出,用压边圈时,首次拉深m1约为0.50.6左右,以后各次拉深mn约为0.70.8左右。 mn均大于首次拉深m1的值,且以后各次拉深的拉深系数越来越大。 不用压边圈的拉深系数大于用压边圈的拉深系数。,3.圆筒形件拉深次数的确定当m总m1时, 只需一次拉深就可拉出 否则就要进行多次拉深。 需要多次拉深时,其拉深次数可按以下方法确定:(1)推算法: 先根据t/D和是否带压料圈的条件从表4-4或表4-5查出m1、m2、m3、,然后从第一道工序开始依次算出各次拉深工序件直径,即d1=m1D、d2=m2d1、dn=mndn-1, 直到dnd,即当计算所得直径也稍小于或等于拉深件所要求的直径d时,计算的次数n即为拉深的次数。,例题：图4-53所示圆筒形件需大批量生产,材料为08F钢,料厚为1mm,采用压边圈压料。试用推算法确定:(1)拉深次数,(2)查表法: 圆筒形件的拉深次数可从各种实用的表格中查取。 如表4-6所示是根据坯料相对厚度t/D与零件的相对高度H/d查取拉深次数 表4-7是根据t/D与总拉深系数m总查取拉深次数。,表4-6无凸缘圆筒形件相对高度H/d与拉深次数的关系,表4-7圆筒形件总拉深系数(m总)与拉深次数的关系,图4-12圆筒形件的多次拉深,4.圆筒形件各次拉深工序尺寸的计算当圆筒形件需多次拉深时,就必须计算各次拉深的工序件尺寸,以作为设计模具及选择压力机的依据。1)各次工序件的直径当拉深次数确定之后,先从表中查出各次拉深的极限拉深系数,并加以调整后确定各次拉深实际采用的拉深系数。 调整的原则是:,(1)保证m1m2m3mn=d/D。(2)变形程度应逐步减小,即后续拉深系数应逐步增大,且大于表中所列极限拉深系数。 然后根据调整后的各次拉深系数计算各次工序件直径:,d1=m1D、d2=m2d1、dn=mndn-1d,2)各次工序件的圆角半径工序件的圆角半径r等于相应拉深凸模的圆角半径rp,即r=rp。 但当料厚t1mm时,应按中线尺寸计算,这时r=rpt/2。,3)各次工序件的高度在各工序件的直径与圆角半径确定之后,可根据圆筒形件坯料尺寸计算公式推导出各次工序件高度的计算公式为,(4-4),图4-14 无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程,例:计算如图4-15所示圆筒形件的坯料尺寸、拉深系数及各次拉深工序件尺寸。材料为08钢,板料厚度t=2mm。,图4-15圆筒形件,解:因板料厚度t1mm,故按板厚中线尺寸计算。(1)计算坯料直径:根据零件尺寸,其相对高度为,H/d=(76-1)/(30-2)2.7,查表4-1得切修边余量h=6mm;由表4-3查得坯料直径计算公式为,由图4-15知d=28mm,r=4mm,h=75mm,H=81mm,代入上式得,(2)确定拉深次数:根据坯料相对厚度,t/D=2/98.3100%=2%,按表4-9知可采用也可不采用压料圈,但为了保险起见,拉深时采用压料圈。,零件所要求的总拉深系数,m总=d/D=28/98.3=0.285,由表4-4查得各次极限拉深系数为:m1=0.50,m2=0.75,m3=0.78,m4=0.80,。可见m总m1,故不能一次拉出。,用推算法推算各次拉深直径为,d1=m1D=0.5098.3=49.2mmd2=m2 d1=0.7549.2=36.9mmd3=m3d2=0.7836.9=28.8mmd4=m4d3=0.8028.8=23mm,因为d4=23mmd=28mm,所以需采用4次拉深成型。,(3)确定各次拉深工序件的尺寸: 各次工序件的直径。调整各次拉深系数,使各次拉深系数均大于表4-4查得的相应极限拉深系数。调整后各次拉深的实际拉深系数选为:m1=0.52,m2=0.78,m3=0.83,m4=0.846。则各次工序件直径为,各次工序件底部圆角半径取以下数值:,r1=8mm,r2=5mm,r3=r4=4mm,各次工序件高度为,(4)画出工序图:以上计算所得各工序件尺寸都是中径尺寸,换算成零件图标准的标注形式后,所得各工序件的草图如图4-16所示。,图4-16圆筒形件的各次拉深工序件尺寸,例题：图4-53所示圆筒形件需大批量生产,材料为08F钢,料厚为1mm,采用压边圈压料。试用确定:(1)各工序件的工序尺寸,4.1.4拉深力与压边力的计算1.拉深力的计算影响拉深力的因素比较复杂,实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据,采用经验公式计算拉深力。对于圆筒形件有压边圈拉深时可用下式计算拉深力:首次拉深,以后各次拉深,(i=2,3,n),式中:F为拉深力;d1、d2、dn为各次拉深工序件直径(mm);t为板料厚度(mm);b为拉深件材料的抗拉强度(MPa);K1、K2为修正系数,与拉深系数有关,见表4-8。,(4-5),(4-6),表4-8修正系数K1、K2的数值,2.压边力的计算解决拉深过程中起皱问题的主要方法是采用压边圈。至于是否需要采用压边圈,可按表4-9的条件决定。,表4-9采用或不采用压边圈的条件,在压边圈上施加压料力的大小应适当 压边力过小时,防皱效果不好; 压边力过大时,则会增大传力区危险断面上的拉应力,从而引起严重变薄甚至拉裂。 因此,应在保证坯料变形区不起皱的前提下,尽量选用较小的压边力。,在模具设计时,压边力可按下列经验公式计算: 任何形状的拉深件,圆筒形件首次拉深,圆筒形件以后各次拉深,(i=2,3,n),(4-7),(4-8),(4-9),表4-10单位面积压边力q,3.压边装置目前生产中常用的压边装置有弹性压边装置和刚性压边装置。1)弹性压边装置弹性压边装置多用于普通单动压力机上。 根据产生压边力的弹性元件不同,弹性压料装置可分为: 弹簧式、橡胶式和气垫式三种,如图4-17所示。,图4-17弹性压边装置(a)弹簧式压边装置;(b)橡胶式压边装置;(c)气垫式压边装置,上述三种压边装置的压边力变化曲线如图4-18所示。,图4-18弹性压边装置的压边力变化曲线,由图可以看出: 1、弹簧和橡胶压边装置通常只用于浅拉深。 特点：压边装置结构简单,适用于中小型压力机。 要求：弹簧应选总压缩量大、压力随压缩量增加而缓慢增大的规格。 2、橡胶应选用软橡胶,并保证相对压缩量不过大,建议橡胶总厚度不小于拉深工作行程的5倍。 3、气垫式压边装置压料效果好,压边力基本上不随工作行程而变化(压边力的变化可控制在1015内),但气垫装置结构复杂。,压边圈是压边装置的关键零件,常见的结构形式有平面形、锥形和弧形,如图4-19所示。,图4-19压边圈的结构形式(a)平面形压边圈;(b)锥形压边圈;(c)弧形压边圈,平面形压边圈：一般的拉深模采用 锥形压边圈：能降低极限拉深系数,其锥角与锥形凹模的锥角相对应,一般取=3040,主要用于拉深系数较小的拉深件。 带弧形的压边圈：坯料相对厚度较小,拉深件凸缘小且圆角半径较大,限位装置(定位销、柱销或螺栓等) 作用: a.为了保持整个拉深过程中压边力均衡和防止将坯料压得过紧,如图4-20所示。,图4-20有限位装置的压料圈 (a)第一次拉深;(b)后续拉深,b.限位装置可使压边圈和凹模之间始终保持一定的距离s。 距离s大小:对于带凸缘零件的拉深,s=t+(0.050.1)mm;铝合金零件的拉深,s=1.1t;钢板零件的拉深,s=1.2t(t为板料厚度)。,2)刚性压边装置刚性压边装置一般设置在双动压力机上(如下页图),凸模装在压力机的内滑块上,压边装置装在外滑块上。 这种装置的特点是压边力不随拉深的工作行程而变化,拉深效果较好,且模具结构简单。,双动压力机用拉深模刚性压边装置动作原理,4.拉深时压力机的选择 对于单动压力机： 公称压力Fg 拉深力F + 压料力FY 对于双动压力机: 内滑块公称压力Fg内 拉深力F 外滑块公称压力Fg外 压料力FY,在实际生产中,一般可以按下式来确定压力机的公称压力:,浅拉深,深拉深,(4-10),(4-11),为冲压总工艺力，包括拉深力、压料力、冲裁力等。,4.1.5其它形状零件的拉深1.带凸缘圆筒形件的拉深带凸缘圆筒形件可以看成无凸缘圆筒形件在拉深未结束时的半成品 因此从拉深变形过程的本质看,其与无凸缘圆筒形件的拉深是相同的。 但由于凸缘圆筒形件带有凸缘(图4-22),其拉深特点、方法及工艺计算与一般圆筒形件还有一定的差别。,图4-22带凸缘圆筒形件及坯料,1)带凸缘圆筒形零件的拉深特点根据凸缘的相对直径dt/d比值的不同,有凸缘圆筒形件可分为:窄凸缘圆筒形件(dt/d =1.11.4)和宽凸缘圆筒形件(dt/d 1.4)。,带凸缘圆筒形件不能用一般的拉深系数来反映材料实际的变形程度大小,而必须将拉深高度考虑进去。 因为,对于同一坯料直径D和筒形部分直径d,可有不同凸缘直径dt和高度H对应,尽管拉深系数相同(m=d/D),若拉深高度H不同,其变形程度也不同。,当零件底部圆角半径r与凸缘处圆角半径R相等,即r=R时,坯料直径为,根据拉深系数的定义,有凸缘圆筒形件的拉深系数可表示为,(4-12),式中:mt为凸缘圆筒形件的拉深系数;d为零件圆筒形部分的直径;D为坯料直径。,由式可以看出,带凸缘圆筒形件的拉深系数取决与下列三组有关尺寸的相对比值: 凸缘的相对直径dt/d;零件的相对高度H/d;相对圆角半径R/d。 其中以dt/d影响最大,H/d次之,R/d影响较小。 带凸缘圆筒形件首次拉深的极限拉深系数见表4-11。首次拉深可能达到的极限相对高度见表4-12。,表4-11带凸缘圆筒形件首次拉深的极限拉深系数m1,表4-12带凸缘圆筒形件首次拉深的极限相对高度H1/d1,当带凸缘圆筒形件的总拉深系数mt=d/D大于表4-11的极限拉深系数,且零件的相对高度H/d小于表4-12的极限相对值时,则可以一次拉深成型,否则需要两次或多次拉深。带凸缘圆筒形件以后各次拉深系数为,mi=di/di-1(i=2,3,n),其值与凸缘宽度及外形尺寸无关,可取与无凸缘圆筒形件的相应拉深系数相等或略小的数值,见表4-13。,表4-13带凸缘圆筒形件以后各次的极限拉深系数,2)带凸缘圆筒形件的拉深方法(1)窄凸缘圆筒形件的拉深。 可先按无凸缘圆筒形件进行拉深,再在最后一次工序用整形的方法压成所要求的窄凸缘形状 拉深的最后两道工序可采用锥形凹模和锥形压料圈进行拉深。便于成型，防止外缘开裂。,例如,如图4-23所示的窄凸缘圆筒形件,共需三次拉深成型,第一次拉成无凸缘圆筒形工序件,在后两次拉深时留出锥形凸缘,最后整形达到要求。,图4-23窄凸缘圆筒形件的拉深 (a)窄凸缘拉深件;(b)窄凸缘件拉深过程,(2)宽凸缘圆筒形件的拉深。 宽凸缘圆筒形件需多次拉深的原则： 第一次拉深就必须使凸缘尺寸等于拉深件的凸缘尺寸(加切边余量),以后各次拉深时凸缘尺寸保持不变,仅仅依靠筒形部分的材料转移来达到拉深件尺寸。 宽凸缘圆筒形件需多次拉深时的拉深工艺方法有两种:,一种是通过多次拉深,逐渐缩小筒形部分直径和增加其高度(图4-24 (a)。,通过各次拉深逐次缩小直径,增加高度 各次拉深的凸缘圆角半径和底部圆角半径不变或逐次减小。用这种方法拉成的零件表面质量不高,其直壁和凸缘上保留着圆角弯曲和局部变薄的痕迹,需要在最后增加整形工序适用于材料较薄、高度大于直径的中小型带凸缘圆筒形件。,另一种是采用高度不变法，即首次拉深尽可能取较大的凸缘圆角半径和底部圆角半径,高度基本拉深到零件要求的尺寸,以后各次拉深时仅减小圆角半径和筒形部分直径,而高度基本不变。,这种方法由于拉深过程中变形区材料所受到的折弯较轻,因此拉成的零件表面较光滑,没有折痕。但它只适用于坯料相对厚度较大、采用大圆角过渡不易起皱的情况。,3)带凸缘圆筒形拉深工序件高度的计算与无凸缘圆筒形拉深工序件高度的计算方法一样,带凸缘圆筒形拉深工序件高度的计算公式如下:,(i=1,2,n),式中:H1、H2、Hn为各次工序件的高度;d1、d2、dn为各次工序件直径;r1、r2、rn为各次工序件的底部圆角半径;R1、R2、Rn为各次工序件的凸缘处圆角半径;D为坯料直径。,（4-14）,图4-25带凸缘圆筒形件拉深工序计算流程,4.1.6拉深工艺的辅助工序为了保证拉深过程的顺利进行,提高拉深件质量和模具寿命,需要安排一些必要的辅助工序。拉深中的辅助工序很多,大致可以分为以下几种:(1)拉深工序前的辅助工序,如材料的软化热处理、清洗、润滑等;(2)拉深工序间的辅助工序,如软化热处理、涂漆、润滑等;(3)拉深后的辅助工序,如消除应力退火、清洗、打毛刺、表面处理、检验等等。,1.润滑拉深时毛坯与模具表面接触时相互之间产生很大的压力,使毛坯在拉深时与接触表面产生摩擦力。 在凹模平面和圆角处、压边圈表面及与这些部位相接触的毛坯表面,应每隔一定周期均匀抹涂一层润滑油,并保持润滑部位洁净。 在凸模表面或与凸模接触的毛坯表面则切忌涂润滑剂。,表4-14拉深低碳钢常用的润滑剂,表4-15拉深有色金属及不锈钢用润滑剂,2.热处理热处理原因：在拉深过程中,除铅和锡外,所有金属都要产生加工硬化,使金属强度指标s、b增加,而塑性指标、降低。由于塑性变形不均匀,拉深后材料内部还存在残余内应力。在多次拉深时,为了恢复冷加工后材料的塑性,应在工序中间安排退火,以软化金属组织。拉深工序后还要安排去应力退火。,热处理方式：一般拉深工序间常采用低温退火,如低温退火后的效果不够理想,也可采用高温退火。拉深完后则采用低温退火。热处理工序： 退火使生产周期延长,成本增加,应尽可能避免。对普通硬化金属,如08钢,10钢,15钢,黄铜和软铝等,只要拉深工艺制定合适,加上模具设计合理,就可能免于中间退火。,热处理工序（续）：对于高硬化的金属,如不锈钢、耐热钢等,一般在一、二次拉深工序后即需进行中间退火。各种材料不需中间退火就能完成的拉深工序次数为:低碳钢34次;铝45次;黄铜24次;不锈钢12次;镁合金、钛合金1次。,3.酸洗酸洗原因：退火后工件表面必然有氧化皮和其它污物,在继续加工时会增加模具的磨损,因此必须酸洗,否则使拉深不能正常进行。 有时酸洗也在拉深前的毛坯准备工作中进行。 酸洗过程：酸洗前工件应用苏打水去油,酸洗后用冷水冲洗,以温度为6080的弱碱溶液中和酸性,并用热水洗涤。不能让酸液残留在工件表面上。,4.2拉深模典型结构及工作零件的设计,4.2.1拉深模具的分类拉深模的结构一般较简单,但结构类型较多。 按使用的压力机类型不同,可分为:单动压力机用拉深模双动压力机用拉深模三动压力机用拉深模,4.2.1拉深模具的分类(续) 按工序的组合程度不同：可分为单工序拉深模复合工序拉深模级进工序拉深模,4.2.1拉深模具的分类(续) 按结构形式与使用要求的不同,可分为：首次拉深模与以后各次拉深模有压边装置拉深模与无压边装置拉深模顺装式拉深模与倒装式拉深模下出件拉深模与上出件拉深模等,4.2.2拉深模具的典型结构1.首次拉深模1)单动压力机用首次拉深模图为无压边装置的首次拉深模。,拉深件直接从凹模底下落下,为了从凸模上卸下冲件,在凹模下装有卸件器 为了便于卸件,凸模上钻有直径为3mm以上的通气孔。,如果板料较厚,拉深件深度较小,拉深后有一定回弹量。 回弹引起拉深件口部张大,当凸模回程时,凹模下平面挡住拉深件口部而自然卸下拉深件,此时可以不配备卸件器。 这种拉深模具结构简单,适用于拉深板料厚度较大而深度不大的拉深件。,正装拉深模,模柄 上模座 凸模固定板 弹簧 压边圈 定位板 凹模 下模座 卸料螺钉 10凸模,图示为有压边装置的正装首次拉深模。 压边装置在上模，由于弹性元件高度受到模具闭合高度的限制，因此此种结构形式只适用于拉深高度不大的零件。,带锥形压边圈的倒装拉深模,1上模座2推杆 3推件板4锥形凹模5限位柱6锥形压边圈7拉深凸模8固定板9下模座,图示为具有锥形压边圈的倒装首次拉深模。 压边装置的弹性元件在下模底下，工作行程可以较大，用于拉深高度较大的零件，应用广泛。,图4-39落料首次拉深复合模,2)单动压力机用落料拉深复合模条料由两个导料销11进行导向,由挡料销12定距。 为了保证先落料、后拉深,模具装配时,应使拉深凸模2比落料凹模1低约11.5倍料厚的距离。,3)双动压力机用首次拉深模,图4-40双动压力机用首次拉深模,特点：此模具结构显得很简单,制造周期也短,成本也低,但压力机设备投资较高。,2.以后各次拉深模以后各次拉深用的坯料是已经过首次拉深的半成品圆筒形件,而不再是平板毛坯。因此其定位装置、压边装置与首次拉深模是完全不同的。 以后各次拉深模的定位方法常用的有三种:第一种采用特定的定位板第二种是凹模上加工出供半成品定位的凹窝第三种为利用半成品工序件内孔,用压边圈的外形来定位,图4-41无压边的以后各次拉深模,图4-41所示为无压边装置的正装式以后各次拉深模。,图4-42有压边的以后各次拉深模,图4-42所示为有压边装置的倒装式以后各次拉深模。,本次课结束,4.2.3拉深模具工作零件的设计1.拉深凹模和凸模的圆角半径1)凹模圆角半径rd凹模圆角半径rd对拉深工作的影响很大。 若rd过小,因径向拉力增大,易使拉深件表面划伤或产生破裂; 若rd过大,因压边面积小,悬空增大,则会削弱压边圈的作用,易引起内皱。 因此, rd的大小要适当,一般说来, rd要尽可能大些,大的rd可以降低极限拉深系数,而且还可以提高拉深件的质量。,首次拉深的凹模圆角半径可按以下经验公式确定:,(4-15),或,(4-16),式中:rd1为首次拉深凹模圆角半径;D为坯料直径;d为凹模内径; t为材料厚度;c1为考虑材料力学性能的系数,对于软钢、硬铝, c1=1,对于纯铜、黄铜、铝, c1=0.8;c2为考虑板料厚度与拉深系数的系数,见表4-16。,表4-16拉深凹模圆角半径系数c2,以后各次拉深的凹模圆角半径应逐渐缩小,一般可按下式确定:,(i=2,3,n),(4-17),以上计算所得凹模圆角半径均应符合rd2t的拉深工艺性要求。对于带凸缘的圆筒形件,最后一次拉深的凹模圆角半径还应与零件的凸缘圆角半径相等。,2)凸模圆角半径rp 凸模圆角半径rp对拉深工序的影响没有凹模圆角半径rd那样显著。 但rp过小, rp处弯曲变形程度增大,危险断面的有效抗拉强度会降低; rp过大,凸模与坯料接触面积减小,会使坯料悬空部分增大,易产生底部变薄和内皱。一般首次拉深的凸模圆角半径可按以下公式确定:,rp1=(0.71.0)rd1,(4-18),以后各次拉深的凸模圆角半径应逐渐缩小,一般可按下式确定:,式中:di-1、di为各次拉深工序件的直径。最后一次拉深时,凸模圆角半径rpn应等于拉深件底部圆角半径r。 但当拉深件底部圆角半径小于拉深工艺性要求时,则凸模圆角半径应按工艺性要求确定(rpt),然后通过增加整形工序得到拉深件所要求的圆角半径。,2.拉深凸、凹模间隙Z 拉深凸、凹模间隙是指单边间隙,即凹模和凸模直径之差的一半。 其对拉深力、拉深质量、模具寿命等都有较大影响：间隙过小,则会增加摩擦阻力,使拉深力提高,拉深件变薄严重,容易拉裂,且易划伤零件表面,降低模具寿命间隙过大,则拉深时对坯料的校直和挤压作用减小,拉深力降低,模具寿命提高,但拉深件将出现较大的锥度,尺寸精度较差且容易起皱。,确定凸、凹模间隙的原则： 既要考虑板料本身的制造公差,又要考虑拉深件口部的增厚现象,根据拉深时是否采用压边圈、拉深次数和零件的形状及尺寸精度等要求合理确定。,(1)无压边圈拉深模的凸、凹模单边间隙为,Z=(11.1)tmax,(4-20),式中:Z为拉深凸、凹模的单边间隙值;tmax为材料厚度的最大极限尺寸。对于系数11.1,末次拉深或精密零件的拉深取偏小值,首次和中间各次拉深或精度要求不高零件的拉深取偏大值。,(2)有压边圈拉深模的凸、凹模单边间隙,按表4-17确定。,表4-17有压边圈拉深时凸、凹模单边间隙Z,3.拉深凸、凹模的工作部分尺寸及公差拉深凸、凹模工作部分尺寸的确定,主要考虑模具的磨损和拉深件的回弹。零件的尺寸精度由最后一道拉深工序保证,最后一道拉深凸、凹模尺寸及公差应根据零件的要求来确定。当零件要求外形时(图4-43(a),以凹模为基准进行计算,则,凹模尺寸,凸模尺寸,d、p为拉深凸、凹模制造公差,一般可按IT6IT9级精度确定,也可按零件公差的1/31/4选取。,图4-43 拉深零件尺寸与模具尺寸,当零件要求内形时(图4-43(b),以凸模为基准进行计算,则,凸模尺寸,(4-23),凹模尺寸,(4-24),上面4个公式中:Dd、dd为凹模的工作尺寸;Dp、dp为凸模的工作尺寸;Dmax、dmin为拉深件外形的最大极限尺寸和内形的最小极限尺寸;Z为拉深凸、凹模单边间隙;为零件的公差;d、p为拉深凸、凹模制造公差,一般可按IT6IT9级精度确定,也可按零件公差的1/31/4选取。,对于多次拉深,工序件尺寸与公差无需严格要求,中间各道工序的凸、凹模尺寸只需等于工序件尺寸即可。若以凹模为基准时,则,凹模尺寸,(4-25),凸模尺寸,(4-26),式中:D为各工序件的基本尺寸。拉深凸、凹模工作表面粗糙度要求:凹模工作表面和型腔表面粗糙度应达到Ra0.8m,圆角处的表面粗糙度一般要求为Ra0.4m,凸模工作表面粗糙度一般要求为Ra1.60.8m。,图4-44无压料一次拉深的凸、凹模结构(a)圆弧形;(b)锥形;(c)渐开线形;(d)等切面形,4.拉深凸、凹模的结构1)无压料的拉深凸、凹模结构图4-44所示为无压料一次拉深成型时所用的凸、凹模结构,图4-45所示为无压料多次拉深所用的凸、凹模结构。在上述凹模结构中,a=510mm,b=25mm,锥形凹模的锥角一般取30。,图4-45无压料多次拉深的凸、凹模结构,2)有压料的拉深凸、凹模结构图4-46所示为有压料拉深所用的凸、凹模结构,其中图 (a)用于直径小于100mm的拉深件;图(b)用于直径大于100mm的拉深件,这种结构除了具有锥形凹模的特点外,还可减轻坯料的反复弯曲变形,以提高工件侧壁质量。,4.3设计实例,4.3.1设计题目 拉深如图4-47所示带凸缘圆筒形零件,材料为08钢,厚度t=1mm,大批量生产。试确定拉深工艺,设计拉深模。,图4-47带凸缘圆筒形零件,4.3.2设计步骤1.零件工艺性的分析该零件为带凸缘圆筒形件,要求内形尺寸,料厚t=1mm,没有厚度不变的要求;零件的形状简单、对称,底部圆角半径r=2mmt,凸缘处的圆角半径R=2mm=2t,满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求;尺寸20.1+0.10mm为IT12级,其余尺寸为自由公差,满足拉深工艺对精度等级的要求;零件所用08钢的拉深性能较好,易于拉深成型。综上所述,该零件的拉深工艺性较好,可用拉深工序加工。,2.确定工艺方案为了确定零件的成型工艺方案,先应计算拉深次数及有关工序尺寸。板料厚度t=1mm,故按中线尺寸计算。1)计算坯料直径D根据零件尺寸查表4-2得修边余量R=2.2mm,故实际凸缘直径,dt=(55.4+22.2) =59.8mm,由表4-3查得带凸缘圆筒形件的坯料直径计算公式,又因为R=r,故,2)判断可否一次拉深成型根据,查表4-11、4-12得m10.35，H1/d1=0.21,故不能一次拉伸成型,3)确定首次拉深工序件尺寸查表4-11得首次拉深的极限拉深系数为0.51,取m1=0.52,则,d1=m1D=0.5278=40.5mm,取,r1=R1=5.5mm,为了使以后各次拉深时凸缘不再变形,取首次拉入凹模的材料面积比最后一次拉入凹模的材料面积(即零件中除去凸缘平面以外的表面积)增加5,故坯料直径修正为,79mm,按式4-14,可得首次拉深高度为,验算所取m1是否合理:根据t/D=1.28,dt/d=59.840.5=1.48,查表4-12可知首次拉深的极限高度为0.58。因H1/d1=21.240.5=0.520.58,故所取m1是合理的。,4)计算以后各次拉深的工序件尺寸查表4-13得m2=0.75,m3=0.78,m4=0.80,则d2=0.7540.5=30.4mmd3=0.7830.4=23.7mmd4=0.8023.7=19.0mm,因d4=19mm21.1mm(零件直径),不需再推算下去,故共需4次拉深。调整以后各次拉深系数,使其均大于表4-13查得的相应极限拉深系数。调整后,实际取m2=0.77,m3=0.80,m4=0.844。,故以后各次拉深工序件的直径为,d2=0.7740.5=31.2mmd3=0.8031.2=25.0mmd4=0.84423.7=21.1mm,以后各次拉深工序件的圆角半径取:,r2=R2=4.5mm;r3=R3=3.5mm;r4=R4=2.5mm,以后各次拉深工序件的高度为:H2=24.8mm,H3=28.7mm,最后一次拉深后达到零件的高度H4=32mm,拉深工序至此结束。,图4-48带凸缘圆筒形件的各次拉深工序尺寸,根据上述计算结果,此零件需要落料(制成79mm的坯料)、四次拉深和切边(达到零件要求的凸缘直径55.4mm)共六道冲压工序。考虑该零件的首次拉深高度较小,且坯料直径(79)与首次拉深后的圆筒体直径(39.5)的差值较大,为了提高生产率,可将坯料的落料与首次拉深复合。 因此,该零件的冲压工艺方案为:落料与首次拉深复合模第二次拉深模第三次拉深模第四次拉深模切边模。 以下仅以第四次拉伸模为例，介绍拉伸模设计过程。,3.拉深力与压边力计算1)拉深力拉深力根据式(4-6)计算,查得08钢的强度极限b=400MPa,由m4=0.844查表4-8得K2=0.70,则,F=K2d4tb=0.703.1420.1400=17672N,2)压边力压边力根据式(4-9)计算,查表4-10取q=2.5MPa,则,= 3.14262-(22.1+2)22.5/4=279N,3)压力机公称压力根据式(4-11)和F=F+FY,取Fg1.8F,则,Fg1.8(17672279)=32.3kN,4.模具工作部分尺寸的计算1)凸、凹模间隙由表4-17查得凸、凹模的单边间隙为Z=(11.05)t,取Z=1.05t=1.051=1.05mm。2)凸、凹模圆角半径因是最后一次拉深,故凸、凹模圆角半径与拉深件相应圆角半径一致,故凸模圆角半径rp=2mm,凹模圆角半径rd=2mm,3)凸、凹模工作尺寸及公差由于工件要求内形尺寸,故凸、凹模工作尺寸及公差分别按式(4-23)、式(4-24)计算。取p=0.02mm,d=0.04mm,则,4)凸模通气孔根据凸模直径大小,取通气孔直径为5mm。,5.模具的总体设计模具的总装图如图4-49所示。因为压边力不大,故在单动压力机上拉深。本模具采用倒装式结构,图4-49拉深模总装图,6.压力机选择根据公称压力Fg32.3kN,滑块行程s2h工作=232=64mm及模具闭合高度H=188mm,查冲压设备表,采用型号为JC23-35型开式双柱可倾压力机。,7.模具主要零件设计根据模具总装图结构、拉深工作要求及前述模具工作部分的尺寸计算,设计出拉深凸模、拉深凹模及压边圈,分别见图4-50、图4-51和图4-52。,图4-50拉深凸模,图4-51拉深凹模,图4-52压边圈,课堂练习,13.拉深图4-54所示零件,材料为10钢,厚度为2mm,大批量生产。试完成以下工作内容:(1)分析零件的工艺性；(2)计算零件的拉深次数及各次拉深工序件尺寸；(3)计算各次拉深时的拉深力与压料力；(4)绘制最后一次拉深时的拉深模结构草图；(5)确定最后一次拉深模的凸、凹模工作部分尺寸,绘制凸、凹模零件图。,图4-54题13图,本次课结束,习题,1.拉深变形具有哪些特点?用拉深方法可以制成哪些类型的零件?2.拉深件的主要质量问题有哪些?如何进行控制?3.拉深件的危险断面在何处?在什么情况下会产生拉裂现象?4.拉深时通过危险断面传递的拉深力由哪几部分组成？怎样才能使其最小?5.何谓圆筒形件的拉深系数?影响拉深系数的因素主要有哪些?6.拉深件的坯料尺寸计算遵循哪些原则?,7.圆筒件直径为d,高为h,若忽略底部圆角半径r不计,设拉深中材料的厚度不变,当极限拉深系数为m1=0.5时,求容许的零件最大相对高度(H/d)为多少?8.带凸缘圆筒形件需多次拉深时的拉深方法有哪些?9.盒形件拉深有什么特点?为什么说在同等截面周长的情况下盒形件比圆筒形件的拉深变形要容易？10.拉深过程中润滑的目的是什么?哪些部位需要润滑?11.以后各次拉深模与首次拉深模主要有哪些不同?,12.图4-53所示圆筒形件需大批量生产,材料为08F钢,料厚为1mm,采用压边圈压料。试确定:(1)该拉深件的坯料形状及尺寸;(2)拉深次数及各工序件的工序尺寸;(3)该零件的冲压工艺过程。,图4-53题12图,13.拉深图4-54所示零件,材料为10钢,厚度为2mm,大批量生产。试完成以下工作内容:(1)分析零件的工艺性；(2)计算零件的拉深次数及各次拉深工序件尺寸；(3)计算各次拉深时的拉深力与压料力；(4)绘制最后一次拉深时的拉深模结构草图；(5)确定最后一次拉深模的凸、凹模工作部分尺寸,绘制凸、凹模零件图。,图4-54题13图,