拉深旋壓

鋁制多工位深拉深

拉深工藝過(guò)程詳解視頻

金屬保溫杯蓋的拉深視頻

拉深模的基本原理

拉深是利用模具將平板毛坯或半成品毛坯拉深成開(kāi)口空心件的一種冷沖壓工藝。拉深工藝可制成的制品外形有：圓筒形、門(mén)路形、球形、錐形、矩形及其它各種不規(guī)則的開(kāi)口空心零件。拉深工藝與其它沖壓工藝結(jié)合，可制造外形復(fù)雜的零件，如落料工藝與拉深工藝組合在一起的落料拉深復(fù)合模。

日常生活中常見(jiàn)的拉深制品有：旋轉(zhuǎn)體零件：如搪瓷臉盆，鋁鍋。方形零件：如飯盒，汽車(chē)油箱。復(fù)雜零件：如汽車(chē)覆蓋件。

拉深的變形過(guò)程

用座標(biāo)網(wǎng)格試驗(yàn)法分析。拉深時(shí)壓邊圈先把中板毛坯壓緊，凸模下行，強(qiáng)迫位于壓邊圈下的材料（凸緣部分）產(chǎn)生塑性變形而流進(jìn)凸凹模間隙形成圓筒側(cè)壁。觀(guān)察拉深后的網(wǎng)格發(fā)現(xiàn)：底部網(wǎng)格基本保持不變，筒壁部分發(fā)生較大變化。

1.原間格相等的同心圓成了長(zhǎng)度相等，間距增大的圓周線(xiàn)，越接近筒口，間距增大。

2.原分度相等的輻射線(xiàn)變成垂直的平行線(xiàn)，而且間距相等。

3.凸緣材料發(fā)生徑向伸長(zhǎng)變形和切向壓縮變形

總結(jié)：拉深材料的變形主要發(fā)生在凸緣部分，拉深變形的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是凸緣處的材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生塑性變形，凸緣不斷收縮而轉(zhuǎn)化為筒壁的過(guò)程，這種變形程度在凸緣的最外緣為最大。

各種拉深現(xiàn)象

由于拉深時(shí)各部分的應(yīng)力（受力情況）和變形情況不一樣，使拉深工藝出現(xiàn)了一些特有的現(xiàn)象：

起皺：A.拉深時(shí)凸緣部分的切向壓應(yīng)力大到超出材料的抗失穩(wěn)能力，凸緣部分材料會(huì)失穩(wěn)而發(fā)生隆起現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)起皺.起皺首先在切向壓應(yīng)力最大的外邊沿發(fā)生,起皺嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起拉度.B.起皺是拉深工藝產(chǎn)生廢品的主要原因之一,正常的拉深工藝中是不答應(yīng)的.常采用壓力圈的壓力壓住凸緣部分材料來(lái)防止起皺.C.起皺的影響因素:

a）. 相對(duì)厚度:t/D　其中t----毛坯厚度,D----毛坯直徑　 判定是否起皺的條件:D-d<=2Zt, d ----工件直徑.

b). 拉深變形程度的大小　但是在拉深變形過(guò)程中,切向壓應(yīng)力及凸緣的抗失穩(wěn)能力都是隨著拉深進(jìn)行,切向壓應(yīng)力是不斷增大,變形區(qū)變小,厚度相對(duì)增加,變形失穩(wěn)抗力增加,兩種作用的相互抵消,使凸緣最易起皺的時(shí)刻發(fā)生于拉深變形的中間階段,即凸緣寬度大約縮至一半左右時(shí)較易發(fā)生起皺現(xiàn)象.

變形的不均勻：拉深時(shí)材料各部分厚度都發(fā)生變化,而且變化是不均勻的. 凸緣外邊沿材料厚度變化最大,拉深件成形后,拉深件的坯口材料最厚,往里逐漸減薄,而材料底部由于磨擦作用(拉深凸模與底部材料間)阻止材料的伸長(zhǎng)變形而使底部材料變薄較小,而底部圓角部分材料拉深中始終受凸模圓角的頂力及彎曲作用,在整個(gè)拉深中一直受到拉應(yīng)力作用,造成此處變薄最大。

所以拉深中厚度變薄主要集中于底部圓角部分及圓筒側(cè)壁部分,我們把這一變薄最嚴(yán)重的部位稱(chēng)作危險(xiǎn)斷面.

拉深過(guò)程中,圓筒側(cè)壁起到傳遞凸模拉力給凸緣的作用,當(dāng)傳力區(qū)的徑向拉應(yīng)力超出材料極限,便出現(xiàn)拉破現(xiàn)象.

材料硬化不均勻：拉深后材料發(fā)生塑性變形,引起材料的冷作硬化.由于各部分變形程度不一樣，冷作硬化的程度亦不一樣，其中口部最大，往下硬化程度降低，拉近底部時(shí)，由于切向壓縮變形較小，冷作硬化最小，材料的屈服極限和強(qiáng)度都較低，此處最易產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。

切邊余量

是由于模具間隙不均勻，板厚變化，磨擦阻力不等，定位不準(zhǔn)及材料　　機(jī)械性能的方向性等，造成拉深件口部高低不齊，對(duì)于要求高的拉深件，需增加一道切邊工序。而多次拉深就更明顯。

毛坯尺寸計(jì)算

主要根據(jù)塑變體積不變?cè)恚⒙酝钪械谋诤竦淖兓?。拉深前后毛坯與工件表面積相等的原則進(jìn)行，此種方法稱(chēng)作等面積法。但這種計(jì)算方法只是近似的。若旋轉(zhuǎn)體毛坯料厚>0.5mm，計(jì)算時(shí)以料厚中線(xiàn)為準(zhǔn)。

圓筒形件拉深系數(shù)

1. 拉深系數(shù)的概念　拉深系數(shù)是指拉深后工件直徑d與拉深前毛坯直徑D之比。

M=d/D

A.（M<1）拉深系數(shù)M反映了拉深時(shí)材料變形程度的大小，M越小，表明變形程度越大。

B.拉深系數(shù)M是拉深工藝中的一個(gè)重要參數(shù)，是拉深工藝計(jì)算和模具設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

C.實(shí)際生產(chǎn)中，為減少拉深次數(shù)，M一般取最小值。

D.當(dāng)M小到一定值時(shí)，凸緣外邊沿便會(huì)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，但可用增加壓力圈的壓邊力防止起皺的出現(xiàn)。

E.當(dāng)M 小到一定值時(shí)，出現(xiàn)拉破現(xiàn)象，拉破一般出現(xiàn)在拉深力快出現(xiàn)峰值時(shí)，即拉深的初始階段。

F.極限拉深系數(shù)，在危險(xiǎn)斷面不被拉破的條件下所能采用的最小拉深系數(shù)

2.影響拉深系數(shù)的因素：

A. 材料的機(jī)械性能。材料的塑性好，屈服比σs/σb小的材料，m可小些，因σs小，說(shuō)明材料易變形，σb大，說(shuō)明危險(xiǎn)斷面承載能力高，不易拉斷。

B.毛坯的相對(duì)厚度t/D

C. 拉深方式：有壓力圈時(shí)，拉深系數(shù)M可小些。

D. 模具結(jié)構(gòu)：拉深模的凸，凹模圓角的大小，及凸，凹模之間的間隙大小，對(duì)拉深系數(shù)影響很大。

E.磨擦與潤(rùn)滑條件：要求凹模、壓力圈與毛坯接觸面應(yīng)光滑，要求潤(rùn)滑，但凸模與毛坯接觸面要粗糙些好，不要潤(rùn)滑，以增加磨擦力，減少拉裂的可能性。

3.拉深系數(shù)的確定：

由于影響材料拉深系數(shù)的因素很多，理論計(jì)算與實(shí)際相差太大，各種材料的拉深系數(shù)都是由實(shí)驗(yàn)方法獲得的。

拉深模的分類(lèi)

1.再次拉深模：它是半成品毛坯套在壓力圈上定位，上模下降，下模上的凸模把半成品毛坯拉進(jìn)凹模中，使半成品直徑減少，主要區(qū)別：是壓邊圈與首次拉深的壓邊圈不同。

2. 復(fù)合拉深模：其中其拉深凹模又起到落料凸模的作用。

圓筒形拉深工藝計(jì)算

1. 無(wú)凸緣筒形件拉深的工藝計(jì)算

（1） 拉深次數(shù)的確定

A.求出工件的拉深系數(shù)：mz=d/D

B.假如mz> m1,則可一次拉深成形；如mz< m1，則需多次拉深（兩次或兩次以上）

C.求m 1, m 2, m 3……m n直到體積小于m z為止，為時(shí)的n即是拉深的次數(shù)。

D.另一種方法是由工件的相對(duì)高度H/d和相對(duì)厚度t/D確定。

E. 多次拉深的目的是防止拉裂。

（２）再次拉深的特點(diǎn)。

變形仍然是依靠徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的聯(lián)合作用。使半成品的直徑發(fā)生收縮，增加高度。

它與首次拉深的不同主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面

首次拉深 再次拉深

毛坯 平板（厚度均，機(jī)械性能均勻） 半成品（厚度不均，各處性能不一）

變形區(qū) 整個(gè)凸緣部分始終參與變形 只有臺(tái)肩部分參與變形

拉深力 初始階段較大，以后逐漸減小

逐漸增大

危險(xiǎn)斷面 拉裂出現(xiàn)在初始階段，在凸模圓角處 拉裂出現(xiàn)在拉深未尾，在凸模圓角處。

起皺 凸緣易起皺 起皺不易發(fā)生，只是在拉深未尾發(fā)生

拉深系數(shù) 最小 逐次增大

（３）工藝計(jì)算程序

Ａ.確定切邊余量δ。

Ｂ.計(jì)算毛坯的直徑Ｄ。

Ｃ.確定是否用壓邊圈。

Ｄ.確定拉深系數(shù)與拉深次數(shù)。

Ｅ.確定各次拉深的直徑

Ｆ.確定各次拉深的凸凹模圓角半徑：

ra=0.8 (D-d)t

ran=(0.6～0.9)ran-1

rt=(0.6-1)ra

G.確定各次拉深半成品的高度：

此主題相關(guān)圖片如下：

2.帶凸緣筒形件拉深的工藝計(jì)算

（１） 帶凸緣（法蘭邊）筒形件分類(lèi)：

Ａ.凸緣相對(duì)直徑很小 dt/d=1.1～1.4,相對(duì)高度較大 H/d>1，可以按無(wú)凸緣筒形件進(jìn)行工藝計(jì)算和拉深，即：首次拉深不留凸緣，再次拉深時(shí)留出錐形凸緣，最后工序把凸緣壓平。

Ｂ. 凸緣相對(duì)直徑很大 dt/d>4，并且高度Ｈ很低，這類(lèi)零件的變形特點(diǎn)已起出拉深范圍，屬于脹形。

Ｃ. 凸緣相對(duì)半徑較大 dt/d>1.4，相對(duì)高度已較大，這類(lèi)稱(chēng)寬凸緣筒形件，即帶凸緣筒形件，它有兩種成形方法：第一種是每次拉深高度不變，改變達(dá)到要求；第二種是改變每次拉深的直徑來(lái)增加高度。

（２） 帶凸緣筒形件的拉深特點(diǎn)：（原理與不帶凸緣筒形件相似）

Ａ.拉深系數(shù)

dt/d-- 凸緣相對(duì)直徑

H/d--工件相對(duì)高度r/d--底部及凸緣部分相對(duì)圓角半徑

m由以上三個(gè)尺寸因素確定，其中dt/d影響最大，而r/d影響最小，當(dāng)毛坯直徑Ｄ及拉深系數(shù)一定時(shí)，dt/d和H/d不同，則材料的變形程度不同，dt/d越小，H/d越大，則變形程度越大。

Ｂ.帶凸緣筒形件拉深，凸緣不全轉(zhuǎn)變?yōu)橥脖?，其可以看作是無(wú)凸緣拉深過(guò)程中的一個(gè)中間狀態(tài)，因此，其首次拉深系數(shù)可小于或即是無(wú)凸緣形件的拉深。

由于極限拉深系數(shù)m的大小主要取決于最大拉深力出現(xiàn)時(shí)是否拉破。當(dāng)拉到凸緣直徑為dt時(shí)，出現(xiàn)最大拉深力，則帶凸緣的拉深和不帶凸緣的拉深的極限拉深系數(shù)相同。如當(dāng)拉到凸緣直徑為dt時(shí)，未達(dá)到最大拉深力（即拉深力未超出材料的屈服極限），則帶凸緣的拉深系數(shù)還可再小些，其拉深系數(shù)可小于不帶凸緣拉深時(shí)的拉深系數(shù)，

Ｃ.首次拉深時(shí)，m1=d1/D一定時(shí)，dt/d1與H1/d1的關(guān)系一定，即dt減小，Ｈ１增大，由于d1不變，按體積不變?cè)瓌t，dt與Ｈ１的變化關(guān)系不變，即變形程度由Ｈ１/d1來(lái)表示，即可由材料的極限H1/d1(即m1為極限拉深值時(shí))當(dāng)工件的Ｈ／d

<h1 d1時(shí)，則可一次拉深，否則需再次拉深。

Ｄ.帶凸緣筒形件的拉深中，dt是首次拉深中形成，在以后的各次拉深中不變，僅僅是靠減小直筒部分的直徑來(lái)增加筒形件的高度。凸緣部分由于首次拉深時(shí)的冷作硬化作用，在以后的拉深中已難以拉動(dòng)變形，強(qiáng)行拉動(dòng)會(huì)導(dǎo)致拉破。

使第一次拉深進(jìn)凹模的材料比最后拉深部分實(shí)際所需材料多才多３～５％，使多余材料在以后的再次拉深中逐步分配，最后被留在凸緣上，防止由于材料不夠，在再次拉深中強(qiáng)行拉深。凸緣進(jìn)凹模而出現(xiàn)工件拉破現(xiàn)象。

（３） 帶凸緣筒形件拉深高度：

Hn-第n次拉深高度

D-平板毛坯直徑

dt-凸緣直徑

dn-第n次拉深直徑

Rn-第n次拉深上部圓角半徑

Rn-第n次拉深底部圓角半徑

拉深的模具結(jié)構(gòu)

１. 首次拉深模：

（１） 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，制造輕易。

（２） 壓邊圈即起壓邊作用，又起卸料作用和板料的定位作用。

（３） 凸模上開(kāi)有氣孔，以防止拉深件緊吸附于凸模上而造成困難。

（４） 模具采用倒裝式，以便在下部空間較大的位置安裝和調(diào)節(jié)壓邊裝置。

２.再次拉深模：再次拉深模，半成品毛坯套在壓邊圈上定位，上模下降，下模上的凸模把半成品毛坯拉進(jìn)凹模中，使半成品直徑減小，主要區(qū)別：是壓邊圈與首次拉深的壓邊圈不同。

３. 復(fù)合拉深模：拉深的凹模又起到落料凸模的作用。

拉深模工作部分尺寸確定

其工作部分主要是指?深凸模、凹模和壓邊圈。這些工作部件的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)拉深件的變形和拉深件的質(zhì)量有很大的影響。

１.拉深間隙

拉深間隙對(duì)拉深件筒形直壁部分有校正作用：間隙大，則校正作用減小，效果不明顯，形成口大底小的錐形；間隙減小，則拉深力增大，易造成拉破的現(xiàn)象，而且模具的磨損快。

考慮到拉深中外緣的變厚，除最后一次拉深間隙取即是或略小于板料厚度以外（以保證工件精度），其余拉深都應(yīng)把間隙取為稍大于材料厚度。對(duì)于不用壓邊圈的拉深，Z=(1～1.1)Zmax，未次拉深用小值，中間拉深用大值。

２.凸凹模圓角半徑

凹模圓角半徑對(duì)拉深件影響更大，凹模圓角不能小，但太大，易造成壓邊面積小而起皺，而且拉深過(guò)程中，凸緣較早離開(kāi)壓邊圈，亦會(huì)引起起起皺現(xiàn)象。

凸模圓角小，圓角材料變薄嚴(yán)重，易拉裂：

ran=(0.6～0.9)tan-1

rt=(0.6～1)ra

最后工序rt=r工件>(1 ～２)t

３.凸凹模工作部分尺寸計(jì)算

拉深件尺寸精度主要取決于最后一道工序，拉深凸凹模尺寸，與中間工序尺寸無(wú)關(guān)，所以中間工序可直接取工序尺寸作為模具工作部分尺寸，而最后一道工序則要根據(jù)工件內(nèi)（外）形尺寸要求和磨損方向來(lái)確定凸凹模工作尺寸及公差。

按尺寸標(biāo)注方式：

標(biāo)外形：Ｄa=(D-0.75t)+ δn dt=(D-0.75-2Z)- δt

按內(nèi)形標(biāo)注：Da=(d+0.4t+2Z)+ δa dt=(d+0.4t) δt

其中δa和δt按ＩＴ８～９級(jí)精度。

拉深凸模出氣孔按d=(5～１０)mm

４. 采用壓邊圈條件及壓邊圈類(lèi)型

（１） 不產(chǎn)生起皺的條件是：Ｄ-d<22t

（２） 壓邊裝置的類(lèi)型：剛性和彈性?xún)深?lèi)。

剛性壓邊圈：是雙動(dòng)壓力機(jī)上利用外滑塊壓邊，壓邊不隨拉深的行程變化而變化。

彈性壓邊裝置：用于單動(dòng)壓力機(jī)上，壓邊力隨沖床的行程變化而變化

（３） 壓邊圈的類(lèi)型：

平面壓邊圈：一般用于首次拉深

帶弧形的壓邊圈：用于t/D<0.3帶有小凸緣圓角半徑的拉深。

帶限位裝置的壓邊圈：保持壓邊力均衡，防止壓邊圈把毛坯壓得太死

拉深的質(zhì)量分析

1． 拉裂，起皺：由于壓邊力小，造成起皺，使拉進(jìn)凹模型腔困難。

2． 拉裂：徑向拉應(yīng)力太大。

3． 起皺：切向壓應(yīng)力太小，失穩(wěn)

4． 工件邊沿呈鋸齒狀：毛坯邊沿有毛刺。

5． 工件邊沿高低不一：毛坯中心與模具中心不一致，或是由于材料壁厚不均，凹模圓角半徑，模具間隙不均。

6． 危險(xiǎn)斷面明顯變?。簣A角半徑（模具）太小，壓力力太大。

7． 工件底部拉脫：凹模圓角太小。材料處于切割狀態(tài)

8． 工作凸緣折皺：凹模圓角半徑太大，拉深未了時(shí)壓力圈壓不到，起皺后被繼續(xù)拉進(jìn)凹模。

來(lái)源：機(jī)械教授、模具人雜志、意識(shí)夾

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