[工学]第四章 拉深.ppt

第四章 拉深 拉深（又称拉延）是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。 它是冲压基本工序之一，广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中，不仅可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件，如图4.1.1所示。 a) 轴对称旋转体拉深件　b)盒形件　c) 不对称拉深件图4.1.1 拉深件类型 拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。前者拉深成形后的零件，其各部分的壁厚与拉深前的坯料相比基本不变；后者拉深成形后的零件，其壁厚与拉深前的坯料相比有明显的变薄，这种变薄是产品要求的，零件呈现是底厚、壁薄的特点。在实际生产中，应用较多的是不变薄拉深。本章重点介绍不变薄拉深工艺与模具设计。 拉深所使用的模具叫拉深模。拉深模结构相对较简单，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。 图4.1.2为有压边圈的首次拉深模的结构图，平板坯料放入定位板6内，当上模下行时，首先由压边圈5和凹模7将平板坯料压住，随后凸模10将坯料逐渐拉入凹模孔内形成直壁圆筒。成形后，当上模回升时，弹簧4恢复，利用压边圈5将拉深件从凸模10上卸下，为了便于成形和卸料，在凸模10上开设有通气孔。压边圈在这副模具中，既起压边作用，又起卸料作用。 4.1.2 拉深变形过程 1、无凸缘圆筒形件的拉深过程。如图4-1所示 2、无凸缘圆筒形件拉深的变形过程。 通过网络实验可以直观地观察、分析材料在拉深时的变形情况。 在圆形毛坯的表面上画上许多间距都等于a的同心圆和分度相等的辐射线，如图4-2（a）所示 拉深变形过程中坯料的应力、应变状态 在拉深过程中，坯料可分为平面凸缘部分、凸缘圆角部分、筒壁部分、底部圆角部分、筒底部分等五个区域，如图4-1（b）所示。各部分材料在拉深过程中具有不同的应力应变状态，如图4-3所示。 1．平面凸缘部分 平面凸缘部分为拉深时的主要变形区。材料产生径向拉应力σ1 。同时，材料在切向产生压缩变形，相邻材料之间由于相互挤压而产生切向压应力σ3 。当使用压边装置时，压边力使平面凸缘部分材料产生厚向压应力 σ2 。 由于平面凸缘部分材料在拉深时径向拉长，切向缩短，分别产生径向拉应变ε1和切向压应变ε 3。其中，切向压应变ε 3的绝对值大于径向拉应变ε 1，故根据体积不变原则，材料将产生厚向拉应变ε 2，厚度增加。 2．筒壁部分 筒壁部分为已变形区。在拉深过程中，该部分材料起到向变形区传递拉深力的作用，因而也称为传力区。筒壁部分在拉深时可近似认为受单向拉应力σ1作用，应变状态为轴向产生拉应变ε1 ，厚向产生压应变ε 3 ，厚度减薄。 3．筒底部分 筒底部分为非变形区。该部分材料在拉深时受双向拉应力σ1 、 σ2作用，径向产生拉应变ε1 、 ε2 ，材料厚度将变薄，但变薄量很小，一般只有1~3%。 4．凸缘圆角部分 凸缘圆角部分为平面凸缘部分和筒壁部分的过渡区。材料在流经凸缘圆角部分时，除了有径向拉应力σ1和切向压应力σ3 外，还有因承受凹模圆角的压力而产生的厚向压应力σ2 。其中，径向拉应力σ1的绝对值最大，故径向拉应变ε1的绝对值也最大，切向压应变ε3和厚向压应变ε2的量值较小。 5．底部圆角部分 底部圆角部分为筒壁部分和筒底部分之间的过渡区，常称为第二过渡区。筒底部分材料主要受拉深力引起的径向拉应力σ1 ，以及凸模的压力和材料的弯曲作用产生的厚向压应力σ3。切向有拉应力σ2，但量值较小。材料在径向产生拉应变ε1 ，厚向产生压应变ε2，厚度变薄。切向压应变ε3很小，可忽略不计。 4.1.3 拉深的主要的工艺问题（掌握） 拉深时各部分材料的应力、应变状态有很大的差异，变形程度也各不相同。平面凸缘部分材料经拉深转化为筒壁时，变形程度很不一致，靠近口部的材料变形程度大，靠近底部的材料变形程度小。如图4-4所示。 1．平面凸缘部分的起皱 平面凸缘部分的起皱是指在拉深过程中，该部分材料沿切向产生波浪形的拱起。起皱现象轻微时，材料在流入凸、凹模间隙时能被凸、凹模挤平。起皱现象严重时，起皱的材料无法被凸、凹模挤平，继续拉深时将因拉深力的急剧增加导致危险端面破裂，即使被强行拉入凸、凹模间隙，也会在拉深件筒壁留下折皱纹或沟痕，影响拉深件的外观质量。 起皱是平面凸缘部分材料在拉深时受切向压应力的作用而失去稳定性的结果。 拉深时是否产生起皱与变形程度和拉深力的大小、材料的厚度和厚向异性指数、压边条件等因素有关。 变形程度越大，则拉深力越大，起皱就越容易产生。 材料的相对厚度（t/D）×100越大，表示材料的稳定性越好，起皱就越不容易产生。 材料厚向异性指数r如大于1，则表明材料向宽度方向的变形比向厚度方向变形更容易，拉深时就不易产生起皱。 r值越大，起皱的