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1、第4章 拉深工艺与模具设计,4.1 拉深工艺基本知识本章节主要介绍不变薄拉深。4.1.1 拉深变形过程分析1.拉深变形过程根据毛坯各部分的应力与应变状态，可将其分为5个区域：1）平面凸缘部分（主要变形区见图4.5中）,图4.1 拉深过程,图4.2 材料的转移,图4.3 拉深件沿高度方向硬度和厚度的变化,图4.4 拉深件上网格变化,图4.5 拉深过程中毛坯的应力与应变1，1分别表示毛坯的径向应力与应变；2，2分别表示毛坯厚度方向的应力与应变；3，3分别表示毛坯切向的应力与应变。,2）凸缘圆角部分（过渡区见图4.5中）3）筒壁部分（传力区见图4.5中）4）底部圆角部分（第二个过渡区见图4.5中）5
2、）圆筒件底部4.1.2 拉深工艺中的主要质量问题1.起皱2.破裂,图4.6 拉深件的起皱破坏,图4.7 凸缘部分材料的失稳,图4.8 拉深件的破裂,图4.9 拉深件壁厚的变化,4.2拉深件的结构工艺性（1）拉深件的形状要求1）拉深件应明确注明保证外形尺寸还是保证内孔尺寸，不能同时标注内、形尺寸的要求。2）对于半敞开或非对称空心件，模具设计时可以将其成对组合，拉深成形后再切开分成两个或几个制件。3）拉深制件的料厚应考虑拉深工艺的变形规律。壁厚是上厚下薄，上下壁厚变化约为（1.20.6）t。,4）拉深件的口部允许稍有回弹，但必须保证整形或者切边后能达到端面及高度的尺寸要求。5）拉深件的形状应尽量简
3、单、对称。轴对称零件在圆周方向上的变形是均匀的，模具加工也容易，其工艺性最好。其他形状的拉深件，应尽量避免急剧的轮廓变化。（2）拉深件的圆角半径（3）拉深件上的孔位布置（4）拉深件的公差,图4.10 拉深件圆角半径,图4.11 拉深件上孔位的比较,图4.12 拉深件侧壁上的冲孔,图4.13 拉深件上孔位的合理设计,4.3 拉深工艺设计4.3.1 毛坯尺寸计算1.修边余量的确定2.形状简单的旋转体拉深件的毛坯直径毛坯直径按下式确定：毛坯直径：,图4.14 筒形件毛坯尺寸的确定,3.复杂旋转体拉深制件的毛坯尺寸计算（1）古鲁金定律根据变形前后面积相等原则（2）解析法用解析法求毛坯的尺寸的步骤：,1
4、）将工件厚度中线的轮廓线（包括切边余量）分为若干直线和圆弧（或近似直线和圆弧），如图4.16所示。2）求出各线段展开长度和该线段形心到旋转轴的距离。直线的形心在直线的中点上，圆弧的形心按照表4.4中公式计算。3）将展开长度和重心距相乘并求其总和。4）利用式（4.3）将毛坯直径求出。,图4.15 古鲁金定律图,图4.16 解析法求毛坯尺寸图,4.3.2 拉深系数（1）拉深系数（2）影响拉深系数的因素1）材料的性能指标2）材料的相对厚度tD3）润滑4）凸、凹模结构、尺寸及表面粗糙度,图4.17 圆筒形件多次拉深,4.3.3 拉深次数（1）拉深次数（2）第一次拉深以后各次拉深的特点4.3.4 压边力
5、和拉深力的计算1.压边装置的作用与使用2.压边力的计算压边力的大小可采用下列的公式计算：,3.圆筒形件拉深力的计算（1）采用压边圈时首次拉深以后各次拉深（2）不采用压边圈时,首次拉深以后各次拉深,4.4 拉深模具设计4.4.1 压边装置设计（1）弹性压边装置（2）刚性压边装置4.4.2 凸、凹模工作部分尺寸设计1.凸、凹模的圆角半径首次拉深凹模圆角半径可按下式计算。,图4.18 弹性压边装置1弹簧2橡胶3凹模4压边圈5下模座6凸模7压力机8气缸,图4.19 有限位装置的压边（a）第一次拉深（b）后续拉深,图4.20 刚性压边装置1凸模2上模座3压边圈4凹模5下模座6顶件块,首次拉深凸模圆角半径
6、按下式确定：以后各次拉深凸模圆角半径为：2.凸、凹模间隙,1）不使用压边圈的模具间隙为2）使用压边圈的模具间隙，按照表4.13确定。3.凸、凹模工作部分的尺寸及公差凸、凹模尺寸的计算公式是：,图4.21 尺寸标注在外、内形时凸凹模的计算,凸、凹模尺寸如下：4.凸、凹模工作部分形状（1）不带压边圈的拉深,图4.22 不带压边圈的凹模形状,1）浅拉深（即一次拉深完成）2）深拉深（两次以上的拉深）（2）带压边圈的拉深4.4.3 典型的拉深模具结构拉深模具的结构是拉深模具设计中最基本的内容之一，下面介绍一些典型的拉深模结构。1.无压边装置的首次拉深模2.带压边装置的首次拉深模,图4.23 不带压边圈的
7、多次拉深模及两次拉深尺寸配合,图4.24 带压边圈的多次拉深模及其尺寸配合,图4.25 无压边装置首次拉深模1凸模2校模圈3定位圈4凹模,图4.26 带压边装置首次拉深模1挡销2打料杆3推件块4垫片5凹模6凸模7压边圈8卸料螺钉,3.落料拉深复合模4.以后各次工序拉深模（1）无压边装置的以后各工序拉深模（2）带压边装置的以后各工序拉深模4.4.4 无凸缘筒形件拉深工艺计算实例（1）工艺分析（2）方案的确定（3）修边余量的确定（4）毛坯直径计算,图4.27 落料拉深复合模1导料板2卸料板杆3打料板4凸凹模5上模座6下模座7顶杆8压边圈9拉深凸模10落料凹模,图4.28 无压边以后工序拉深模1上模
8、座2垫板3凸模固定板4凸模5定位板6凹模7凹模固定板8下模座,图4.29 带压边装置以后工序拉深模1压边圈2凸模,图4.30 拉深件图,（5）初步确定是否用压边圈（6）确定拉深系数与拉深次数（7）各次拉深工件内径的计算（8）凹模圆角半径 的确定（9）凸模圆角半径rp的确定（10）确定各工序是否使用压边圈（11）各次拉深模间隙值Z的确定（12）凸、凹模工作部分直径计算1）落料模,2）末次拉深模3）中间各次拉深（13）冲压力计算1）落料力2）第一次拉深3）第二次拉深4）第三次拉深5）第四次拉深,4.5 其他零件形状的拉深4.5.1 带凸缘筒形件的拉深（1）窄凸缘件的拉深（2）宽凸缘件的拉深,图4.
9、31 两种带凸缘筒形件（a）小凸缘件（b）宽凸缘件,图4.32 窄凸缘件的拉深工艺过程,图4.33 窄凸缘件的拉深（a）rp ，rd 不变（b）rp ，rd 减小,4.5.2 阶梯圆筒件的拉深（1）拉深次数（2）多次拉深工序的安排4.5.3 球形件拉深4.5.4 锥形零件的拉深1）浅锥形件（t/d20.250.30）2）中锥形件（t/d20.300.70）3）深锥形件（t/d20.700.80）,图4.34 由大直径至小直径依次拉深,图4.35 先小直径d2再大直径d1的次序,图4.36 球形件分类（a）半球形件（b），（c），（d）非半球形件,图4.37 带有拉深肋的锥形件拉深模具,图4.38 锥形件拉深兼整形,图4.39 锥形件的正反拉深（a）正拉深（b）反拉深,图4.40 锥形表面逐步成形法,
