《冲压模具设计》课件.ppt

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1、,拉深概述 拉深变形过程分析 直壁旋转体零件拉深工艺的设计 拉深工艺设计 拉深模具设计 其他拉深方法,1 拉深的基本概念 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。(如图),1 拉深的基本概念,2.典型的拉深件(如图),3.拉深模具的特点 结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。,4.拉深工艺分类,变形力学特点：直壁圆筒形、旋转曲面形状、盒型件、非旋转体曲面 拉深件高度：浅拉深（深度小于直径3/4）、深拉深 变形特点：直壁类和曲面类,直壁圆筒件拉深变形过程及特

2、点之拉深变形过程,当凸模继续下压时，筒底部分基本不变，凸缘部分的材料继续转变为筒壁，筒壁部分逐步增高，凸缘部分逐步缩小，直至全部变为筒壁。可见坯料在拉深过程中，变形主要是集中在凹模面上的凸缘部分，可以说拉深过程就是凸缘部分逐步缩小转变为筒壁的过程。坯料的凸缘部分是变形区，底部和已形成侧壁为传力区。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之拉深变形过程,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之变形,拉伸过程网格实验，为什么拉深前扇形小单元变为拉深后的矩形呢？这是由于坯料在模具的作用下金属内部产生了内应力，对一个小单元来说(图(c)，径向受拉应力作用，切线方向受压应力作用，因而径向产生拉伸变形，切向产生压缩变形，径向

3、尺寸增大，切向尺寸减小，结果形状由扇形变为矩形。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之应力应变,在实际生产中，拉深工艺出现质量问题的形式主要是凸缘变形区的起皱和传力区的拉裂。凸缘区起皱显然是由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区的拉裂是由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之应力应变,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之应力应变,凸缘的平面部分(图(a)、(b)、(c)这是拉深的主要变形区，材料在径向拉应力和切向压应力共同作用下产生切向压缩与径向伸长变形而逐渐被拉入凹模。在厚度方向，由于压料圈的作用，产生了压应力，通常拉应力和压应力的绝对值比大得多。,直壁圆筒件拉深变

4、形过程及特点之应力应变,凸缘的圆角部分(图(a)、(b)、(d)这是位于凹模圆角部分的材料，切向受压应力而压缩，径向受拉应力而伸长，厚度方向受到凹模圆角的压力和弯曲作用,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之应力应变,筒壁部分(图(a)、(b)、(e)这是拉深时形成的侧壁部分，是已经结束了塑性变形阶段的已变形区。这个区受单向拉深过程的应力作用，变形是拉伸变形。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之应力应变,底部圆角部分(图(a)、(b)、(f)这是与凸模圆角接触的部分，它从拉深开始一直承受径向拉应力和切向拉应力的作用，并且受到凸模圆角的压力和弯曲作用，因而这部分材料变薄最严重，尤其是与侧壁相切的部位最容易出

5、现拉裂，是拉深的“危险断面”。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之应力应变,筒底部分(图(a)、(b)、(e)这部分材料与凸模底面接触，在拉深开始时即被拉入凹模，受双向拉应力，由于受到凸模圆角处摩擦制约，筒底材料的应力应变均不大，厚度变化只有1-3%。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之拉裂与起皱,拉深过程中的质量问题：凸缘区起皱：由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区拉裂：由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之起皱影响因素,起皱的影响因素及防止措施 影响起皱的因素：凸缘部分材料的相对厚度：相对厚度越小，拉深变形区抗失稳能力越差，容易起皱 切向压应力的大小/拉深

6、系数：拉深时切向应力的值决定于变形程度，变形程度越大，需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，就越容易起皱。材料的力学性能：板料的屈强比小，则屈服极限小，变形区内的切向压应力也相对减小，因此板料不容易起皱。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之起皱影响因素,起皱的影响因素及防止措施 影响起皱的因素：凸凹模的间隙：凸凹模间隙越大，容易起皱（抗失稳能力越差）凹模工作部分几何形状（锥型凹模不易起皱）凹模圆角半径过大，压边面积小，就越容易起皱。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之起皱影响因素,起皱影响因素及防止措施 防止起皱的措施：加压边圈：压边圈包括刚想和弹性两种，压边力要适中，在保证坯料凸缘部位不起皱前

7、提下，压边力尽量小些，压边力太大，摩擦力太大，易引起破裂。采用锥型凹模：采用反拉延：P198,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之拉裂,拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的！,可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，增加凸模的表面粗糙度，改善凸缘部分变形材料的润滑条件，合理设计模具工作部分的形状，选用拉深性能好的材料。,直壁圆筒件拉深变形过程及特点之硬化,拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加工硬化，使其硬度和强度增加，塑性下降。加工硬化的好处是使工件的强度和刚度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。,拉深模设计步骤,拉深件工艺性要求,拉深件工艺性指拉深件在拉深

8、工序中生产的难易程度。拉深件工艺性内容包括：（1）对拉深件的外形尺寸的要求;（2）拉深件的圆角半径;（3）拉深件形状要求。,拉深件工艺性要求-外形尺寸要求,拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉深成形；尽量避免半敞开及非对称的空心件，应考虑设计成对称（组合）的拉深，然后剖开；,拉深件工艺性要求-外形尺寸要求,在设计拉深件时，应注明必须保证的外形或内形尺寸，不能同时标注内外形尺寸；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。,拉深件工艺性要求-外形尺寸要求,拉深件口部尺寸公差应适当；一般拉深件允许壁厚变化范围0.6t1.2t,若允许存在壁厚不均现象，应注明；需多次拉深成形的工件，应

9、允许其内、外壁及凸缘表面上存在压痕。,拉深件工艺性要求-圆角半径,凸缘圆角半径rd 1）rd2t 一般取：rd=（48）t 2）当rd0.5mm时，应增加整形工序。,拉深件工艺性要求-圆角半径,底部圆角半径rpg1）rpgt，一般取：rpg（35）t2）rpgt，增加整形工序，每整形一次，rpg可减小1/2。,拉深件工艺性要求-圆角半径,矩形拉深件壁间圆角半径rpy rpy3t以及rpyH/5,拉深件工艺性要求-形状,孔位应与主要结构面（凸缘面）在同一平面，或孔壁垂直该平面，便于冲孔与修边在同一道工序中完成。,拉深件工艺性要求-形状,拉深件侧壁上的冲孔与底边或凸缘边的距离,拉深件工艺性要求-形

10、状,拉深件凸缘上的孔距,拉深件底部孔距,直壁筒形件拉深工艺计算与模具设计,拉深次数确定 毛坯尺寸计算 拉深力和压边力确定 拉深凸凹模结构设计 拉深件成形模具总体设计,拉深系数 p202 指用于表示拉深变形程度的工艺指数。其值为拉深后制件直径与拉深前毛坯直径之比值m=d/D，若需经过多次拉深方能成形，则：首次拉深 m1=d1/D以后各次拉深 m2=d2/d1 m3=d3/d2 mn=dn/dn-1m总=d/D=m1m2m3mn,m拉深系数；d拉深后制件直径；D拉深前毛坯直径；m1、m2、m3、mn各次的拉深系数；d1、d2、d3、dn-1、dn各次拉深制件的直径；m总需多次拉深成形制件的总拉深系

11、数。注意：拉深系数愈小，表示拉深变形程度愈大。极限拉深系数：指当拉深系数减小至使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差时的临界拉深系数。,拉深系数,1.拉深次数 当md=d/Dm极限时，可以一次拉深，否则需多次拉深。1）推算法：根据极限拉深系数和毛坯直径，从第一道拉深工序开始逐步向后推算各工序的直径，一直算到得出的直径小于或等于工件直径，即可确定所需的拉深次数。d1=m1D d2=m2d1。dn=mndn-1式中，d1、d2dn-1、dn第1、2、（n-1）、n道工序的直径；m1、m2mn第1、2、n道工序的极限拉深系数；D毛坯直径。,圆筒形拉深件拉深次数计算,2）根据工件的相对高度h/d和毛坯的相对

12、厚度t/D，查表确定拉深次数n。表示为08、10号钢及15Mn等材料，并且带压边圈。,圆筒形拉深件拉深次数计算,拉深力的计算（1）采用压边圈首次拉深 以后各次拉深（2）不采用压边圈首次拉深以后各次拉深,圆筒形拉深件拉深力及压料力计算,压边力的计算QAp式中，压料圈下坯料的投影面积；单位面积压料力。圆筒形件首次拉深圆筒形件以后各次拉深,圆筒形拉深件拉深力及压料力计算,压力机力的计算工艺总压力为：Fz=F+Q浅拉深 Fg（1.61.8）Fz深拉深 Fg（1.82.0）Fz,圆筒形拉深件拉深力及压料力计算,圆筒形拉深件坯料尺寸确定 P200-201,简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定：计算原则：按等面积

13、（即拉深前后材料面积不变）原则进行计算，再加上修边余量。,圆筒形拉深件坯料尺寸确定,数学计算法：1）将制件分成若干简单几何形状（包括修边余 量），以其中间层进行计算；注：厚度小于1mm的拉深件，可根据工件外壁尺寸计算2）叠加各段中间层面积，求出制件中间层面积；3）根据“等面积原则”求出毛坯直径。式中S毛坯面积（包括修边余量）；f简单旋转体拉深件各部分面积；D毛坯直径。,圆筒形拉深件坯料尺寸确定,带凸缘制件 无凸缘制件,圆筒形拉深件坯料尺寸确定,圆筒形拉深件坯料尺寸确定,圆筒形拉深件坯料尺寸确定,圆筒形拉深模工作部分尺寸计算,1.凹模圆角半径（1）根据经验公式确定凹模圆角半径首次（包括只有一次）

14、拉深凹模圆角半径：式中：rd1首次拉深凹模圆角半径；D坯料直径；d凹模内径；t材料厚度。,圆筒形拉深模工作部分尺寸计算,以后各次拉深凹模圆角半径逐渐减小要求：不宜采用过小的凹模圆角半径，一般应rd2t,（2）根据工件材料和厚度确定凹模圆角半径 一般对于钢的拉深件，rd=10t，对于有色金属（铝、黄铜、纯铜）的拉深，rd=5t。,注：1第一次拉深和较薄的材料，取表中的最大极限值；2以后各次拉深和较厚的材料，取表中的最小极限值。,圆筒形拉深模工作部分尺寸计算,圆筒形拉深模工作部分尺寸计算,2.凸模圆角半径 首次拉深凸模圆角半径：rp1=（0.61.0）rd1 中间各次拉深凸模圆角半径：rpi-1=

15、0.5（di-1-di-2t）最后一次拉深凸模圆角半径：rpn=r，且rpn(23)t(t6mm)若工件底部圆角半径小于拉深工艺性要求时，则应按工艺性要求确定，在最后一次拉深后整形。,3.有压边圈的拉深模的单边间隙C一般精度拉深：间隙系数,圆筒形拉深模工作部分尺寸计算,对精度要求高的零件，为减小拉深后的回弹，常采用负间隙拉深，单边间隙值为：=(0.90.95)t,=(0.90.95)t=0.285,圆筒形拉深模工作部分尺寸计算,4.凸、凹模工件部分尺寸及公差 工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差决定。首次及中间各次拉深的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差没有必要作严格限制，这时模具的

16、尺寸只要取等于毛坯的过渡尺寸即可。,圆筒形拉深模工作部分尺寸计算,5.末次拉深的凸、凹模尺寸（1）当零件标注外形尺寸时：（2）当零件标注内形尺寸时：,圆筒形拉深模工作部分尺寸计算,式中：Dd、dd凹模基本尺寸；Dp、dp凸模基本尺寸；Dmax拉深件外径的最大极限尺寸；dmin拉深件内径的最小极限尺寸；制件公差；d、p凹模和凸模制造公差；Z拉深模间隙。,拉深模总体设计与装配-压边装置,1.弹性压边装置（多用于普通的单动压力机）：由于压边力逐渐增大，只适用于浅拉深。）橡皮压边装置）弹簧压边装置）气垫式压边装置,2.刚性压边装置 带刚性压边装置的拉深模（用于双动压力机）：刚性压边，压边力不随行程变化

17、，拉深效果较好，且模具结构简单。,1-固定板 2-拉深凸模 3-刚性压边圈 4-拉深凹模 5-下模板 6-螺钉,拉深模总体设计与装配-压边装置,3.压边圈的形式（1）平面压边圈适用于一般拉深模（2）弧形压边圈适用于，且小凸缘和较大圆角半径,拉深模总体设计与装配-压边装置,圆筒形拉深件凸凹模结构及尺寸计算,按拉深模使用的设备可分为：单动压力机双动压力机三动压力机 按工序组合分为：单工序拉深模级进式拉深模复合模,圆筒形拉深模结构,1.首次拉深（1）无压边装置的首次拉深(如图1，图2)。,1-定位板；2-下模座；3-凸模；4-凹模,圆筒形拉深模结构,1.首次拉深（2）具有弹性装置压边的首次正装拉深模

18、(如图)。,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,圆筒形拉深模结构,1.首次拉深（2）具有弹性装置压边的首次倒装拉深模(如图)。,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,圆筒形拉深模结构,（3）双动压力机上使用的首次拉深模 因双动压力机有两个滑块(图5)，在双动压力机上使用的首次拉深模(图6)其凸模1与拉深滑块(内滑块)相连接，而上模座2(上模座上装有压边圈3)与压边滑块(外滑块)相连。拉深时压边滑块首先带动压边圈压住毛坯，然后拉深滑块带动拉深凸模下行进行拉深。此模具因装有刚性压边装置，所以模具结构显得很简单

19、，制造周期也短，成本也低，但压力机设备投资较高。,圆筒形拉深模结构,1-凸模；2-上模座；3-压边圈；4-凹模；5-下模座；6-顶件块,圆筒形拉深模结构,2.后续各工序拉深模（1）无压边圈的后续工序拉深模(如图),圆筒形拉深模结构,2.后续各工序拉深模（2）有压边圈的后续工序拉深模(如图)；,1-推件板 2-拉深凹模 3-拉深凸模 4-压边圈 5-顶杆 6-弹簧,圆筒形拉深模结构,2.后续各工序拉深模（3）落料拉深复合模(如图9)；,圆筒形拉深模结构,2.后续各工序拉深模（4）拉深冲孔切边复合(如图)；,1-压边圈 2-凹模固定板 3-冲孔凹模 4-推件板 5-凸模固定板 6-垫板 7-冲孔凸模 8-拉深凸模 9-限位螺栓 10-螺母 11-垫柱 12-拉深切边凹模 13-切边凸模 14-固定块,