拉深工艺及模具设计课件.ppt

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1、第四章,拉深工艺及模具设计,第四章,拉伸工艺及模具设计,概念：拉伸成形利用拉深模具将冲裁好的平板坯料或工,序件变成开口空心件的一种冲压工艺。,（,P83,）,?,加工对象：冲裁好的平板坯料或工序件,?,加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性）,?,加工设备：主要是压力机,?,加工工艺装备：拉深模具,?,加工的产品：开口空心件,第四章,拉伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,一、圆筒形件拉深的拉深变形过程及特点,1.,变形过程,第四章,拉伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,拉,深,的,网,格,试,验,第四章,拉伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件,拉深的变形过,程,一、圆

2、筒形件拉,深的拉深变形,过程及特点,2.,特点,第四章,拉伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,一、圆筒形件拉深的拉深变形过程及特点,2.,特点,第五章,拉伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态,1,、凸缘的平面部分,-,主要变形区,2,、凸缘的圆角部分,-,过渡变形区,3,、筒壁部分,-,传力区,4,、底部圆角部分,-,过渡区,5,、底部圆角部分,-,小变形传力区,第五章,拉伸工艺及模具设计,拉,深,过,程,的,应,力,与,应,变,状,态,下标,1,、,2,、,3,分,别代表坯料径向、,厚度方向、切向,的应力和应变,第五章,拉伸工艺

3、及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,三、拉深时凸缘区的应力分布与起皱,1,、凸缘变形区的应力分布,拉深件的壁厚和硬度的变化,第五章,拉伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,三、拉深时凸缘区的应力分布与起皱,1,、凸缘变形区的应力分布,圆筒形件拉深时凸缘变形区的,应力分布,第五章,拉伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,三、拉深时凸缘区的应力分布与,起皱,2,、整个拉深过程中,和,的变,化规律,拉深过程凸缘区应力变化,max,1,?,第五章,拉伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,三、拉深时凸缘区的应力分布与,起皱,3,、,凸缘变形区的起皱,第五章,拉

4、伸工艺及模具设计,第一节,圆筒形件拉深的变形过程,三、筒壁传力区的受力分析与拉裂,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,一、拉深系数及拉伸次数,1.,拉深系数及其极限,拉深系数,m,是以拉深后的直,径,d,与拉深前的坯料,D,（工,序件,d,n,）直径之比表示。,第一次拉深系数：,第二次拉深系数：,第,n,次拉深系数：,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,一、拉深系数及拉伸次数,1.,拉深系数及其极限,拉深系数,m,表示拉深前后坯料（工序件）直径的变化率。,m,愈小，说明拉深变形程度愈大，相反，变形程度愈小。,拉深件的总拉深系数

5、等于各次拉深系数的乘积，即,如果,m,取得过小，会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。,极限拉深系数,m,从工艺的角度来看，,m,越小越有利于减少工序数。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,一、拉深系数及拉伸次数,2.,影响极限拉深系数的因素,(1),材料的组织与力学性能,(2),板料的相对厚度,(3),材料的表面质量,(4),模具机构方面,(5),拉深条件,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,一、拉深系数及拉伸次数,3.,极限拉深系数的确定,表,5-2,和表,5-3,是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极限拉深系,数。,为了提高

6、工艺稳定性和零件质量，适宜采用稍大于极限拉深,系数,m,的值,4.,后续各次拉深的特点,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,二、极限拉深系数的确定,1.,坯料形状和尺寸确定的理论依据,（,1,）相似原理,。,（,2,）体积不变原理,。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,二、极限拉深系数的确定,2.,坯料尺寸的确定,按图得：,故,整理后可得坯料直径为,:,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,二、圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定,1.,无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定,当,m,总,m,

7、时，拉深件可一次拉成，否则需要多次拉深。,其拉深次数的确定有以下几种方法：,（）查表（表,5-7,）法,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,二、圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定,1.,无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定,（,2,）推算方法,1,）由表,5-4,或表,5-5,中查得各次的极限拉深系数；,2,）依次计算出各次拉深直径，即,1,1,；,2,2,1,；,；,3,）当,时，计算的次数即为拉深次数。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,二、圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定,1.,无凸缘圆筒形件的拉深次数及工序尺寸

8、的确定,（,2,）推算方法,1,）由表,5-4,或表,5-5,中查得各次的极限拉深系数；,2,）依次计算出各次拉深直径，即,1,1,；,2,2,1,；,；,3,）当,时，计算的次数即为拉深次数。,第五章,拉伸工艺及模具设计,例,求图所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。,材料为,10,钢，板料厚度,2,。,解：因,1,，故按板厚中径尺寸计算。,（）计算坯料直径,根据零件尺寸，其相对高度为,查表,5-4,得切边量,坯料直径为,代已知条件入上式得,98.2,第五章,拉伸工艺及模具设计,（）确定拉深次数,坯料相对厚度为,按表,5-5,可不用压料圈，但为了保险，首次拉深仍采用压料圈。,根据,/,2.

9、03,，查表,4.4.2,得各次极限拉深系数,1,0.50,，,2,0.75,，,3,0.78,，,4,0.80,，,。,故,1,1,0.50,98.2,49.2,2,2,1,0.75,49.2,36.9,3,3,2,0.78,36.9,28.8,4,4,3,0.8,28.8,23,此时,4,23,28,，所以应该用,4,次拉深成形。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,三、圆筒形件的拉深次数及工序尺寸的确定,2.,有凸缘圆筒形件拉深方法及工序尺寸的确定,（,1,）有凸缘圆筒形件拉深变形程度,。,（,2,）有凸缘圆筒形件的拉深方法。,（,3,）有凸缘筒形拉深工

10、序件高度的计算。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸,1.,凸、凹模的圆角半径,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸,1.,凸、凹模的圆角半径,1,）凹模圆角半径的确定,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸,1.,凸、凹模的圆角半径,2,）凸模圆角半径的确定,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸,2.,拉深模间隙,1,）无压料圈的拉

11、深模,2,）有压料圈的拉深模，其间隙可按表,5-11,确定,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸,2.,拉深模间隙,3,）盒形件拉深模的间隙,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸,3.,凸、凹模的结构,（,1,）不用压边的拉深模,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,四、凸、凹模工作部分的结构和尺寸,3.,凸、凹模的结构,（,2,）有压料的拉深模,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,四、凸、凹模工作

12、部分的结构和尺寸,4.,凸、凹模工作部分尺寸及公差,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,五、压料力的确定与压边装置,1.,压料力的计算,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,五、压料力的确定与压边装置,2.,压料装置,（,1,）弹性压料装置,（,2,）刚性压料装置,第五章,拉伸工艺及模具设计,第二节,圆筒形件拉深工艺计算及其模具设计,六、拉深的工艺性,1.,拉深件的公差等级,。,2.,拉深件的结构工艺性,。,3.,需多次拉深的零件，在保证必要的表面质量前提下，应允许内,、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。在保证装配要,求的前提

13、下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度,。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第三节,阶梯圆筒形件的拉深,阶梯圆筒形件的拉深相当于圆筒形件多次拉深的过渡状,态。即圆筒形件各次拉深时不拉到底就得到阶梯形体，故,阶梯圆筒形件拉深的变形特点与圆筒形件拉深的特点相同,。,一、拉深次数的确定,二、阶梯形件多次拉深方法,第五章,拉伸工艺及模具设计,第四节,曲面形状零件的拉深,一、曲面形状零件的拉深特点,1.,曲面形状零件的成形过程,图所示是球形零件拉深成形,的过程。凸模向下运动接触坯,料，位于顶点,O,及其附近的金属,首先开始变形而贴紧凸模，凸,模继续向下运动，中心,附近以,外的金属以及压边圈下面的环,形部分金属也逐

14、步产生了变形,，并由里向外贴紧凸模，最后,形成了凸模表面一致的球形零,件,。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第四节,曲面形状零件的拉深,一、曲面形状零件的拉深特点,2.,曲面形状零件的成形特点,?,面形状零件的拉深成形是涨形和拉深变形的复合变形。,?,一定界限的位置是随着压边力等冲压条件的变化而变化的,。,提高曲面形状零件成形质量的措施：,?,加大坯料直径这种防皱简单，但增加材料消耗，建议尽量,不采用。,?,加大压边力，甚至采用压边筋。,?,采用反拉深,。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第四节,曲面形状零件的拉深,二、球形件拉深方法,球面形状的零件可分为半球形件和非半球形件两大类,第五章,拉伸工艺

15、及模具设计,第四节,曲面形状零件的拉深,二、球形件拉深方法,1.,半球形件,第五章,拉伸工艺及模具设计,第四节,曲面形状零件的拉深,三、球形件拉深方法,1.,浅抛物面零件拉深方法,2.,抛物面形零件拉深方法,四、锥形零件的拉深,第五章,拉伸工艺及模具设计,第五节,盒形件的拉深,一、盒形件拉深的变形特点,1.,盒形件拉深的变形性质与圆筒形件,相同，坯件变形区（凸缘）也,是一拉一压的应力状态，如图,所示。,2.,盒形件拉深时，沿坯料周边无论是,直边部分，还是圆角部分上的,应力和变形分布是不均匀的。,3.,直边部分流入凹模快，而圆角部分,流入凹模慢。毛坯在这两部分,连接处产生了剪切变形和切应,力。,

16、第五章,拉伸工艺及模具设计,第五节,盒形件的拉深,二、盒形体坯料的形状和尺寸的确定,1.,一次拉深成形的低盒形件坯料的确定,第五章,拉伸工艺及模具设计,第五节,盒形件的拉深,二、盒形体坯料的形状和尺寸的确定,2.,多次拉深成形的高盒形件坯料的确定,第五章,拉伸工艺及模具设计,第五节,盒形件的拉深,二、盒形体坯料的形状和尺寸的确定,2.,多次拉深成形的高盒形件坯料的确定,第五章,拉伸工艺及模具设计,第五节,盒形件的拉深,三、盒形件拉深变形程度,盒形件拉深变形程度,第五章,拉伸工艺及模具设计,第五节,盒形件的拉深,四、盒形件的多工序拉深方法及工序件尺寸的确定,确定盒形件多次拉深工序件形状和尺寸步骤

17、：,（,1,）确定拉深次数,盒形件所需的拉深次数见教材表,5-22,（,2,）确定盒形件多次拉深工序件形状和尺寸,第五章,拉伸工艺及模具设计,第五节,盒形件的拉深,四、其它盒形零件的拉深,1.,有凸缘盒形件的拉深,2.,阶梯形盒形件的拉深,五、盒形件拉深力的计算,第五章,拉伸工艺及模具设计,第六节,其它拉深方法,一、柔性模拉深,二、带料连续拉深,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,一、接受任务书,任务书通常由设计者提出，其内容包括：,1,、经过审签的正规图纸，并注明原材料要求；,2,、制品说明书或技术要求,3,、生产数量,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,二、

18、搜集分析和消化原始资料,搜集整理有关拉深件设计成形工艺、冲压设备、机械加工及特,殊加工等技术资料，以备模具设计时使用,1,、分析制品,（,1,）明确设计要求,通常模具设计人员通过制品的零件图就可以了解制品的设计要,求，但对形状复杂和精度要求较高的制品，有必要了解其使用目的,，装配要求及外观要求等。,（,2,）对拉深件进行工艺分析,工艺分析包括技术和经济两方面内容。在技术方面，根据产品,图纸，主要分析该拉深件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料,性能等因素是否符合冲压工艺的要求。在经济方面，主要根据生产,批量分析产品成本，阐明采用冲压工艺生产可以取得的经济效益。,因此，拉深件的工艺分析主要讨论在

19、不影响零件使用的前提下，能,否以最简单最经济的方法冲压出来。能够做到的，表示该拉深件的,的冲压工艺性好，反之则工艺性差,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,二、搜集分析和消化原始资料,?,生产批量,模具的制造费用很高，约占冲压件总成本的,10,30,。因此，,制品的生产批量与模具结构关系十分密切。小批量生产时，为了,缩短模具制造周期，降低成本，常采用结构比较简单的单工序模,和复合模；而对于大批量生产时，为了提高生产效率，则常采用,自动化程度较高、机构较完善的连续模和高效冲压设备。,总之应根据制品所用材料的工艺性能（如塑性）及使用性能（,如机械强度）及制品的结构、形状、尺寸、及其

20、公差、表面粗糙,度、模具结构及其加工工艺，对制品的工艺性进行全面分析，深,入了解制品成形工艺的技术性及经济性，必要时应与设计者探讨,结构修改的可能性，以满足冲压工艺要求。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,二、搜集分析和消化原始资料,影响冲压工艺性的因素有很多，从技术和经济方面考虑，主要因素有：,?,拉深件形状和尺寸,对于拉深件，圆角半径不能过小。底部与壁部之间的圆角半径取板料厚度,的,3,5,倍；壁部与凸缘之间的圆角半径取板料厚度的,5,10,倍。当圆角半,径小于上述规定时，需增加整形工序。拉深件形状应尽可能对称，避免急,剧转角或凸台，拉深件高度应尽可能小，以减少拉深次数，

21、提高制品质量,。,?,拉深件精度,拉深件精度与模具结构形式及其制造精度等因素有关，拉深件的径向尺寸,精度以及所能达到的高度方向尺寸精度分别见表,5-30,和表,5-32,，,?,尺寸标注,拉深件尺寸标注应符合冲压工艺要求，拉深件的径向尺寸应注明是保证外,壁尺寸，还是保证内壁尺寸，内、外壁尺寸不能同时标注。带台阶的拉深,件，其高度方向的尺寸标注，一般应以底部为基准，若以上部为基准，高,度尺寸不易保证。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,二、搜集分析和消化原始资料,（,3,）设备选型,根据冲压工艺的性质，冲压力（包括压边力、卸料力），变形,功，模具结构形式，模具闭合高度和轮廓尺寸

22、，以及生产批量等,因素，结合本单位现有的设备条件，合理地选择冲压设备类型和,吨位。,2,、分析工艺资料,分析工艺任务书中提出的成形方法、冲压设备、材料牌号、模具,类型等要求是否合理，能否落实。,3,、熟悉有关参考资料及技术标准,常用的有关参考资料有冲压设计资料、冲压设备说明书,等，常用的有关技术标准有机械制图标准等。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,三、熟悉冲压设备的技术规范,设计冲压工艺时，只是对冲压设备的类型、型号等作了粗略的选择，,这种选择远远不能满足模具设计的需要，因此，模具设计人员必须熟悉成,形设备与模具安装和工作有关的所有参数。,四、确定模具结构,理想的模具结构

23、必须满足制品的工艺技术要求和生产经济要求。工艺,技术要求是要保证拉深件的几何形状、尺寸公差及表面粗糙度。生产经济,要求是要使制品的成本低、生产率高、模具使用寿命长、操作安全方便等,。在确定模具结构时，主要考虑以下问题：,1,、根据生产批量及使用性质，确定模具类型（如单工序模、复合模或,连续模）；,2,、模具工作零件的结构设计；,3,、卸料机构的设计。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,五、模具设计的有关计算,1,、工作零件的工作尺寸的计算,2,、关键零件的强度、刚度计算,六、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制,在模具零部件设计的基础上，参照有关模架标准和结构零件标准,，初步绘

24、制模具的完整结构草图，并校核预选的冲压设备。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,七、模具结构总装图和零件图的绘制,1,、模具总装图的绘制,尽可能地按,1,：,1,比例绘制，并应符合机械制图国家标准；,绘制时先由工作零件开始绘制，主视图与其他视图同时画出，,在模总装图的俯视图上，可以将上模去掉，只画出下模或部分的,俯视图；,模具总装图应包括全部组成零件，要求投影正确、轮廓清晰；,将制品零件图绘制在模具总装土的右上方，并注明材料、制图,比例；,按顺序将所有零件的序号编出，并填写零件明细表,标注技术要求和使用说明，标注模具的必要尺寸（如外形尺寸,、装配尺寸、闭合尺寸等）。模具的技术

25、要求的主要内容模具装,配工艺、使用及装拆方法、试模及验收要求能。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,七、模具结构总装图和零件图的绘制,2,、主要零件图的绘制,模具总装图拆画零件图的顺序为：先内后外、先复杂后简单、先,成形零件后结构零件。,（,1,）图形应按需要选择适当比例绘制，要求视图选择合理、投影正确,、布置得当、图形清晰；,（,2,）标注尺寸要统一、集中、有序、完整；,（,3,）根据零件的用途，正确标注表面粗糙度；,（,4,）填写零件名称、图号、材料数量、热处理、表面处理、硬度、图,形比例等内容。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第七节,拉深模设计程序,八、校对、审核、描图、

26、送晒,1,、校对,以自我校对为主。校对的内容是：模具及零件与制品图纸的关系,、冲压设备的选用、模具结构的确定等。,2,、审图,审核模具总装图、零件图的绘制是否正确，验算工作零件的工作,尺寸、装配尺寸、安装尺寸等。,3,、描图、送晒,由描图员描好底图交设计者校对，然后交有关部门审查、会签，,最后才可以送晒。,第五章,拉伸工艺及模具设计,第八节,拉,深,模,二、单动压力机用拉深模,1.,首次拉深模,2.,以后各次拉深模,第五章,拉伸工艺及模具设计,第八节,拉,深,模,二、单动压力机用拉深模,3.,落料拉深复合膜,第五章,拉伸工艺及模具设计,第八节,拉,深,模,三、双动压力机用拉深模,1.,双动压力机用首次拉深模,第五章,拉伸工艺及模具设计,第八节,拉,深,模,三、双动压力机用拉深模,2.,双动压力机用以后各次拉深模,