第四章-拉深工藝與模具設計課件

復習第三章的內容1.彎曲變形規(guī)律及彎曲件質量影響因素。2．影響回彈的因素與減少回彈的措施。3.彎曲工藝計算方法。4.彎曲模典型結構及特點，彎曲模工作零件設計方法。拉深工藝及模具設計

第4章內容簡介：拉深是基本沖壓工序之一本章在分析拉深變形過程及拉深件質量影響因素的基礎上，介紹拉深工藝計算、工藝方案制定和拉深模設計。涉及拉深變形過程分析、拉深件質量分析、拉深系數及最小拉深系數影響因素、圓筒形件的工藝計算、其它形狀零件的拉深變形特點、拉深工藝性分析與工藝方案確定、拉深模典型結構、拉深模工作零件設計、輔助工序等。學習目的與要求：1．

了解拉深變形規(guī)律及拉深件質量影響因素；2．

掌握拉深工藝計算方法。3．

掌握拉深工藝性分析與工藝設計方法；4．

認識拉深模典型結構及特點，掌握拉深模工作零件設計方法；5．

掌握拉深工藝與拉深模設計的方法和步驟。重點與難點1．

拉深變形規(guī)律及拉深件質量影響因素；2．

拉深工藝計算方法；3．

拉深工藝性分析與工藝方案制定；4．

拉深模典型結構與結構設計；5．

拉深工藝與拉深模設計的方法和步驟。重點：難點：1．拉深變形規(guī)律及拉深件質量影響因素；2．拉深工藝計算；3．其它形狀零件的拉深變形特點；4．拉深模典型結構與拉深模工作零件設計。4拉深工藝及模具設計4.1拉深工藝分析

4.2圓筒形零件拉深的工藝計算4.3拉深模工作部分設計4.4拉深模的典型結構4.5帶凸緣圓筒形零件的拉深簡介拉深工藝及模具設計拉深又稱拉延，它是利用模具使平面毛坯變成開口的空心零件的沖壓工藝方法。拉深模的主要零件有凸模1、凹模4和壓邊圈2。在凸模的作用下，原始直徑為的毛坯，在凹模端面和壓邊圈之間的縫隙中變形，并被拉進凸模與凹模之間的間隙里形成空心零件。

a）—無壓邊圈拉深模結構b）—有壓邊圈拉深模結構拉深工藝及模具設計零件上高度為H的直壁部分是由毛坯的環(huán)形部分（外徑為、內徑為d）轉化而成的，所以拉深時毛坯的環(huán)形部分是變形區(qū)，而底部通常認為是不參與變形的不變形區(qū)。壓邊圈2的作用主要是防止拉深過程中毛坯凸緣部分失穩(wěn)起皺。其凸模與凹模和沖裁時不同，它們的工作部分都沒有鋒利的刃口，而是做成一定的圓角半徑，凸、凹模之間的間隙稍大于板料厚度。

拉深工藝及模具設計采用拉深工藝可制成筒形、階梯形、錐形、球形、方盒形和其它不規(guī)則形狀的薄壁零件，如果與其它沖壓成形工藝配合，還可以制造形狀極為復雜的零件。拉深件的可加工尺寸范圍也相當廣泛，從幾毫米的小零件到輪廓尺寸達2～3米的大型零件，都可用拉深方法制成。因此，拉深工藝方法的應用范圍十分廣泛，在電器、儀表、電子、汽車、航空等工業(yè)部門以及日常生活用品的沖壓生產中，拉深工藝占據相當重要的地位。拉深件的類型很多：如圖所示。拉深件類型a）軸對稱旋轉體拉深件b)盒形件c)不對稱拉深件拉深不變薄拉深變薄拉深拉深模：拉深模特點：結構相對較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。拉深所使用的模具。拉深工藝及模具設計4.1拉深工藝分析4.1.1拉深變形分析4.1.1.1首次拉深變形－－圓筒形件是最典型的拉深件直徑為D，厚度為t的圓板毛坯經拉深模拉深，得到了直徑為d的開口圓筒形工件。在拉深變形過程中，毛坯的環(huán)形部分為變形區(qū)，變形區(qū)內金屬因塑性流動而發(fā)生了轉移。拉深成形時板料的受力分析

拉深工藝及模具設計4.1.1.2拉深變形過程及特點1．變形現象平板圓形坯料的凸緣——彎曲繞過凹模圓角，然后拉直——形成豎直筒壁。變形區(qū)——凸緣；已變形區(qū)——筒壁；不變形區(qū)——底部。底部和筒壁為傳力區(qū)。2．金屬的流動過程工藝網格實驗材料轉移：高度、厚度發(fā)生變化。3．拉深變形過程外力凸緣產生內應力：徑向拉應力σ1；切向壓應力σ3凸緣塑性變形：徑向伸長，切向壓縮，形成筒壁直徑為ｄ高度為Ｈ的圓筒形件（H>（D-d）/2）拉深單元變形flash動畫4.1.1.2拉深過程中的應力與應變通過分析板料在拉深過程中的應力與應變，將有助于拉深工作中工藝問題的解決和保證產品質量。在拉深過程中，材料在不同的部位具有不同的應力狀態(tài)和應變狀態(tài)。筒形件是最簡單、最典型的拉深件。如圖是筒形件在有壓邊圈的首次拉深中某一階段的應力與應變情況。圖中——徑向的應力與應變；——厚度方向的應力與應變；——切向的應力與應變。

拉深過程的應力與應變狀態(tài)下標1、2、3分別代表坯料徑向、厚度方向、切向的應力和應變

圓筒形件拉深時凸緣變形區(qū)的應力分布拉深工藝及模具設計根據應力應變狀態(tài)的不同，可將拉深毛坯劃分為五個區(qū)域：Ⅰ區(qū)為凸緣部分，是拉深工藝的主要變形區(qū)；Ⅱ區(qū)為凹模圓角部分，是一個過渡區(qū)域；Ⅲ區(qū)為筒壁部分，起傳遞力的作用；Ⅳ區(qū)為凸模圓角部分，也是一個過渡區(qū)域；Ⅴ區(qū)是筒形件的底部，可認為沒有塑性變形。4.1.1.3拉深時的起皺、厚度變化及硬化在拉深過程中，由于出現起皺、材料厚度變化以及材料硬化均導致工件破裂，成為拉深工作不能順利進行的主要原因。拉深時的起皺與拉裂flash動畫拉深過程中的質量問題：主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺：傳力區(qū)拉裂：由于切向壓應力引起板料失去穩(wěn)定而產生彎曲；由于拉應力超過抗拉強度引起板料斷裂。拉深工藝及模具設計(1)起皺

拉深時凸緣部分受切向壓應力作用，如果材料較薄，凸緣部分剛度不夠，當切向壓應力足夠大時，凸緣部分材料便會產生受壓失穩(wěn)，在凸緣的整個周圍產生波浪形的連續(xù)彎曲，這就稱為起皺。

1.凸緣變形區(qū)的起皺主要決定于：一方面是切向壓應力σ3的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力。凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。

最易起皺的位置：凸緣邊緣區(qū)域起皺最強烈的時刻：在Rt=（0.7～0.9）R0時防止起皺：壓邊凸緣變形區(qū)的起皺拉深工藝及模具設計

起皺時，工件口部會產生波浪，影響拉深件質量。起皺嚴重時，由于起皺后的邊緣不能通過凸、凹模之間的間隙而使拉深件拉破。起皺是拉深中產生廢品的主要原因之一。采用壓邊圈的方法是防止起皺的有效措施。它可以限制凸緣部分波浪的產生。此外，可通過增加板料厚度，也可以提高凸緣部分抵抗受壓失穩(wěn)的能力，這樣，起皺的可能性就會減小。

拉深工藝及模具設計(2)拉裂拉深件的壁厚是不均勻的，壁厚沿高度方向的變化情況如圖所示。由圖中可以看出，拉深件的上部變厚，愈靠近口部，變厚量愈大；拉深件的下部則出現變薄，在凸模圓角附近變薄最為嚴重，使該處成為危險斷面，很容易拉破。拉深件壁厚的均勻性與拉深變形的變形程度有關，變形程度越大，壁厚越不均勻。

圖4-6拉深件沿高度的壁厚和硬度變化圖4-6拉深件沿高度的壁厚和硬度變化筒壁的拉裂2.筒壁的拉裂主要取決于：

一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應力；另一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強度。當筒壁拉應力超過筒壁材料的抗拉強度時，拉深件就會在底部圓角與筒壁相切處——“危險斷面”產生破裂。

防止拉裂：另一方面通過正確制定拉深工藝和設計模具，降低筒壁所受拉應力。

一方面要通過改善材料的力學性能，提高筒壁抗拉強度；

拉深工藝及模具設計(3)拉深時的硬化現象

由于拉深時將產生很大程度的塑性變形，毛坯經過拉深后，將引起加工硬化，強度和硬度顯著提高，塑性降低，從而給以后繼續(xù)拉深造成困難。硬度沿拉深件高度的變化情況如圖所示。對于需多次拉深成形的拉深件，一般要采用中間退火工序，以消除拉深過程中產生的加工硬化。

復習上次課的內容1．拉深工序中的起皺、拉裂是如何產生的，如何防止它？2．拉深時通過危險斷面?zhèn)鬟f的拉深力F由那幾部分組成？怎樣才能使F最?。坷罟に嚰澳＞咴O計4.1.2以后各次拉深通常，當筒形件高度較大時，由于受板料成形極限的限制，不可能一次拉成，而需要二次或二次以上拉深。以后各次拉深，就是指由淺筒形件拉成更深筒形件的拉深。以后各次拉深大致有兩種方法：一種是正拉深，另一種是反拉深

，如圖所示。拉深工藝及模具設計(a)正拉深；(b)反拉深圖4-7二次拉深方法拉深工藝及模具設計反拉深時，由于毛坯與凹模的包角為180°(一般拉深為90°)，所以材料沿凹模流動的摩擦阻力及彎曲抗力明顯大于一般正拉深，這就使變形區(qū)的徑向拉應力大大增加，從而使切向壓應力的作用相應減小，材料就不易起皺。因此，一般反拉深可以不用壓邊圈，這就避免了由于壓邊力不適當或壓邊力不均勻而造成的拉裂。所以，在某些情況下，反拉深的效果比一般正拉深更好一些。

拉深工藝及模具設計反拉深可以用于圓筒形件的以后各次拉深，也可用于拉深特殊零件。錐形、球形和拋物線形等復雜旋轉體零件，采用反拉深效果也較好。但是，由于模具結構復雜，這種方法主要用于板料較薄的大件和中等尺寸零件的拉深。反拉深的主要缺點是拉深凹模壁部的強度受拉深系數的限制。

圖4-8反拉深零件拉深工藝及模具設計4.1.3拉深件的工藝性為了提高拉深時的變形程度，提高勞動生產率和產品質量，降低成本，拉深件應具有以下工藝要求：（1）拉深件的形狀應盡量簡單對稱

旋轉體零件在圓周方向上的變形是均勻的，模具加工也較容易，所以其工藝性最好。其它形狀的拉深件，應盡量避免輪廓的急劇變化，否則，變形不均勻，拉深困難。

拉深工藝及模具設計（2）拉深件凸緣的外輪廓最好與拉深部分的輪廓形狀相似

如果凸緣的寬度不一致，如圖4-9(a)，拉深比較困難，就需要添加工序，而且還需放寬修邊余量，增加材料損耗。

（3）拉深件的圓角半徑要合適

一般取r1≥(2～3)t，r2≥(3～4)t。如最后一道工序是整形，則拉深件的圓角半徑可?。簉1≥(0.1～0.3)t，r2≥(0.1～0.3)t。

（4）拉深件底部孔的大小要合適在拉深件的底部沖孔時，其孔邊到側壁的距離應不小于該處圓角半徑加上板料厚度的一半，如圖4-9(b)中，a≥r1+0.5t。

拉深工藝及模具設計（a）（b）圖4-9拉深件的工藝性拉深工藝及模具設計（5）拉深件的精度要求不宜過高

拉深件的精度包括拉深件內形或外形的直徑尺寸公差、高度尺寸公差等，一般合適的精度在GB6（IT11）級以下，其精度等級如表4-1所示。

（6）拉深件的尺寸標注應合適

拉深件直徑尺寸應明顯注明必須保證外部尺寸或是必須保證內部尺寸，不能同時標注內、外徑尺寸，其高度尺寸最好以底部為基準，尺寸易保證。

拉深工藝及模具設計表4-1拉深件的精度要求拉深工藝及模具設計4.2圓筒形零件拉深的工藝計算4.2.1毛坯尺寸的計算由于拉深后工件的平均厚度與毛坯厚度差別不大，厚度的變化可以忽略不計，因此，毛坯尺寸的確定可依照拉深前后毛坯面積與工件面積相等的原則計算。

4.2.1.1

坯料形狀和尺寸確定的依據體積不變原則:若拉深前后料厚不變，拉深前坯料表面積與拉深后沖件表面積近似相等，得到坯料尺寸。相似原則:切邊工序：

拉深前坯料的形狀與沖件斷面形狀相似。形狀復雜的拉深件：需多次試壓，反復修改，才能最終確定坯料形狀。拉深件的模具設計順序：先設計拉深模，坯料形狀尺寸確定后再設計沖裁模。拉深件口部不整齊，需留切邊余量。但坯料的周邊必須是光滑的曲線連接。4.2.1.2.簡單旋轉體拉深件坯料尺寸的確定1．將拉深件劃分為若干個簡單的幾何體；2．分別求出各簡單幾何體的表面積；3．把各簡單幾何體面積相加即為零件總面積；4．根據表面積相等原則，求出坯料直徑。

4.2.1.2.簡單旋轉體拉深件坯料尺寸的確定由于板料性能的各向異性以及凸、凹模之間間隙不均等原因，拉深后工件口部一般都不平齊，而是在與板料輾壓方向成45°的方向上產生4個凸耳，通常都需要修邊，所以在計算毛坯尺寸時，要考慮修邊余量，即在拉深件高度方向加一段修邊余量δ，如圖所示。修邊余量的數值，根據生產經驗，可參考表4-3選取。

圓筒形拉深件余量圖圓筒形零件的修邊余量δ表4-3圓筒形零件的修邊余量δ單位：mm4.2.1.2.簡單旋轉體拉深件坯料尺寸的確定按圖得：故整理后可得坯料直徑為:4.2.1.3.簡單旋轉體拉深件坯料尺寸的確定久里金法則求其表面積：任何形狀的母線繞軸旋轉一周所得到的旋轉體面積，等于該母線的長度與其重心繞該軸線旋轉所得周長的乘積。如右圖所示，旋轉體表面積為

因拉深前后面積相等，故坯料直徑D：

拉深件展開尺寸計算公式序號工件形狀坯料直徑/mm123表4-2拉深件展開尺寸計算公式拉深件展開尺寸計算公式456表4-2拉深件展開尺寸計算公式(二）拉深件展開尺寸計算公式表4-2拉深件展開尺寸計算公式(三）789拉深件展開尺寸計算公式表4-2拉深件展開尺寸計算公式(四）101112拉深件展開尺寸計算公式表4-2拉深件展開尺寸計算公式(五）131415拉深件展開尺寸計算公式表4-2拉深件展開尺寸計算公式(六）161718拉深件展開尺寸計算公式表4-2拉深件展開尺寸計算公式(六）1920復習上次課的內容1.拉深件坯料尺寸的計算遵循什么原則？2.簡單旋轉體與復雜旋轉體的拉深件坯料尺寸的計算方法與步驟？4.2.2拉深系數和拉深次數4.2.2.1拉深系數

對于圓筒形零件來說，拉深后零件的直徑d與拉深前毛坯直徑D之比稱為拉深系數m，即

（4-2）從上式可以看出，拉深系數表示了拉深前后毛坯直徑的變化量，也就是說，拉深系數反映了毛坯外邊緣在拉深時切向壓縮變形的大小，因此，拉深系數是用來表示拉深過程中的毛坯變形程度，拉深系數是小于1的小數。拉深系數值越小，則說明拉深前后直徑差別越大，即變形程度越大。合理地選定拉深系數可以使拉深次數減少到最小限度，而又不進行或少進行工序中間退火。

拉深工藝及模具設計拉深系數m是以拉深后的直徑d與拉深前的坯料D（工序件dn）直徑之比表示。第一次拉深系數：第二次拉深系數：第n次拉深系數：拉深系數m表示拉深前后坯料（工序件）直徑的變化率。m愈小，說明拉深變形程度愈大，相反，變形程度愈小。

拉深件的總拉深系數等于各次拉深系數的乘積，即

如果m取得過小，會使拉深件起皺、斷裂或嚴重變薄超差。極限拉深系數［m］4.2.2.2極限拉深系數由于受到板料成形極限的限制，每次拉深變形的變形程度不允許太大，即拉深系數不能太小，否則會引起工件的破壞。拉深過程中，工件的主要破壞形式是拉破和起皺，起皺問題可以通過防皺壓邊裝置加以控制，因此，工件在危險斷面上的破裂成了拉深工作中的首要問題。所謂極限拉深系數，就是工件在危險斷面不至拉破的條件下，所能達到的最小拉深系數。

拉深工藝及模具設計右圖是拉深時拉深力F和行程h的關系曲線。由圖可知，最大拉深力的大小與拉深系數有關，拉深系數越小，拉深力曲線的峰值越高，即最大拉深力越大。當拉深系數達到極限值m時，拉深力的最大值接近于工件危險斷面的承載能力，拉深仍可正常進行。當拉深系數小于極限拉深系數，即m′＜m時，拉深力的最大值超過危險斷面的承載能力，此時，工件在危險斷面上會發(fā)生破裂。當前生產實踐中采用的各種材料的極限拉深系數見表4-4和表4-5。

最大拉深力與工件危險斷面承載能力的關系拉深工藝及模具設計表4-4無凸緣筒形件用壓邊圈拉深時的拉深系數在實際生產中，并不是在所有的情況下都采用極限拉深系數。因為過小的接近極限值的拉深系數能引起毛坯在凸模圓角部位的過分變薄，而且在以后的拉深工序中這部分變薄嚴重的缺陷會轉移到成品零件的側壁上去，降低零件的質量。所以，當對零件質量有較高的要求時，必須采用大于極限值的拉深系數。

拉深工藝及模具設計表4-5無凸緣筒形件不用壓邊圈拉深時的拉深系數拉深工藝及模具設計4.2.2.3影響極限拉深系數的因素1、材料的力學性能：一般來說，板料塑性好、組織均勻、晶粒大小適當，屈強比小，板料的拉深性能好，可采用較小的極限拉深系數。2、材料的相對厚度t/D：相對厚度越大，越對拉深有利。因為t/D大，凸緣處抵抗失穩(wěn)起皺的能力提高，這樣壓邊力可以減小甚至不需壓邊，這就相應地減小甚至完全沒有壓邊圈對毛坯的摩擦阻力，從而降低拉深力，減小工件拉破的可能性。

拉深工藝及模具設計3、潤滑：潤滑條件良好對拉深有利，可以減小拉深系數。4、模具的幾何參數：凸、凹模的圓角半徑和凸、凹模之間的間隙值對拉深系數也有影響，因此，決定拉深系數和決定模具幾何參數要結合起來加以考慮。

5、壓邊力的大小

6、拉深方法、拉深次數、拉深速度、拉深件的形狀等4.2.2.3影響極限拉深系數的因素（1）材料的組織與力學性能（2）板料的相對厚度（3）拉深工作條件1）模具的幾何參數2）摩擦潤滑3）壓料圈的壓料力（4）拉深方法、拉深次數、拉深速度、拉深件的形狀等［m］如加熱拉深（動畫）的極限拉深系數可以?。ㄗ冃瘟看螅?.2.2.4

拉深次數與工序件尺寸１．拉深次數的確定拉深次數通常作概略計算，然后通過工藝計算來確定，其概略計算拉深系數的方法有：（1）查表法；（參考資料均有介紹，是一種常用的方法）無凸緣筒形件采用壓邊圈拉深時，其拉深次數可根據拉（2）推算方法（3）計算方法深件的相對高度h/d和坯料的相對厚度，查表4-6得出。

1）由表4.6查得各次的極限拉深系數；

2）依次計算出各次拉深直徑，即ｄ1＝ｍ1Ｄ；ｄ2＝ｍ2ｄ1；…；ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１；

3）當ｄｎ≤ｄ時，計算的次數即為拉深次數。（２）推算方法（3）計算方法式中d——沖件直徑；

D——坯料直徑；

m1——第一次拉深系數；

m均——第一次拉深以后各次的平均拉深系數。

拉深次數

2．各次拉深工序件尺寸的確定（１）工序件直徑的確定確定拉深次數以后，由表查得各次拉深的極限拉深系數，適當放大，并加以調整，其原則是：１）保證ｍ1ｍ2…ｍｎ＝２）使ｍ1＜ｍ2＜…ｍｎ最后按調整后的拉深系數計算各次工序件直徑：ｄ1＝ｍ1Ｄｄ2＝ｍ2ｄ1

…ｄｎ＝ｍｎｄｎ－１根據拉深后工序件表面積與坯料表面積相等的原則，可得到如下工序件高度計算公式。計算前應先定出各工序件的底部圓角半徑。（2）工序件高度的計算例題：計算如圖所示零件的各次拉深工序尺寸例題：計算如圖所示零件的各次拉深工序尺寸。

圖4-14零件圖拉深工藝及模具設計解：1.計算毛坯直徑D

查表4-4的修邊余量⊿h=9mm

查表4-2的計算公式

拉深工藝及模具設計2.計算總拉深系數為：

根據相對材料厚度：t/D=2/290=0.0069

又根據以上判斷需要壓邊圈。查表得m1=0.53～0.55。而m=0.31＜m1，需要多次拉深。（3）確定拉深次數查表得由t/D×100=0.69，h/d=212/90=2.36查得，拉深次數n=4。拉深工藝及模具設計4．確定各次拉深系數，計算各次拉深直徑。選取各次的拉深系數，初步計算各次拉深直徑。查表得

m1=0.54；m2=0.77；m3=0.80；m4=0.82。

初步計算各次拉深直徑：d1=m1D=0.54×290=157（mm）d2=m2d1=0.77×157=121(mm)d3=m3d2=0.80×121=97(mm)d4=m4d3=0.82×97=80(mm)拉深工藝及模具設計(2)調整各次拉深系數，計算各次拉深直徑。調整后的各次拉深系數為：m1=0.55；m2=0.80；m3=0.82；m4=0.85。

各次拉深直徑為：d1=m1D=160（mm）d2=m2d1=128（mm）d3=m3d2=105（mm）d4=m4d3=90（mm）

拉深工藝及模具設計5．確定各次拉深凸模圓角半徑由公式4-13計算得凸模各次拉深圓角半徑為：rp1=9mm；rp2=6mm；rp3=4mm；rp4=2mm；6．計算各次拉深高度各次拉深高度hn可按下式計算：式中

dn——各次拉深后的直徑，mm；

拉深工藝及模具設計

rn——各次拉深后的圓角半徑，即各次拉深時的凸模圓角半徑。因此，各次拉深的高度為：

解：因ｔ＞1ｍｍ，故按板厚中徑尺寸計算。（１）計算坯料直徑根據零件尺寸，其相對高度為查表4.3.1得切邊量坯料直徑為代已知條件入上式得Ｄ＝98.2ｍｍ

例求如圖所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料為10鋼，板料厚度ｔ＝2ｍｍ。（２）確定拉深次數坯料相對厚度為按表4.4.4可不用壓料圈，但為了保險，首次拉深仍采用壓料圈。根據ｔ/Ｄ＝2.03％，查表4.4.2得各次極限拉深系數ｍ1＝0.50，ｍ2＝0.75，ｍ3＝0.78，ｍ4＝0.80，…。故ｄ1＝ｍ1Ｄ＝0.50×98.2ｍｍ＝49.2ｍｍｄ2＝ｍ2ｄ1＝0.75×49.2ｍｍ＝36.9ｍｍｄ3＝ｍ3ｄ2＝0.78×36.9ｍｍ＝28.8ｍｍｄ4＝ｍ4ｄ3＝0.8×28.8ｍｍ＝23ｍｍ此時ｄ4＝23ｍｍ＜28ｍｍ，所以應該用4次拉深成形。

（３）各次拉深工序件尺寸的確定經調整后的各次拉深系數為：ｍ1＝0.52，ｍ2＝78，ｍ3＝0.83，ｍ4=0.846各次工序件直徑為

……各次工序件底部圓角半徑取以下數值：ｒ1＝8ｍｍ，ｒ2＝5ｍｍ，ｒ3＝4ｍｍ各次工序件高度為

……

（4）工序件草圖4.2.3拉深力和壓邊力的計算4.2.3.1拉深力的計算計算拉深力的目的在于選擇設備和設計模具。圓筒形件拉深時的拉深力可按下述經驗公式進行計算：筒形件無壓邊拉深時：第一次拉深（4-3）以后各次拉深 （4-4）

拉深工藝及模具設計第一次拉深（4-5）以后各次拉深

（4-6）式中——各次拉深的拉深力，N；——各次拉深后的直徑，mm；

拉深工藝及模具設計D——毛坯直徑，mm；t——材料厚度，mm；——材料的強度極限，N/mm2；——修正系數，見表4-7。

表4-7修正系數之值拉深工藝及模具設計4.2.3.2壓料裝置與壓邊力

壓邊力的大小必須適當。過小，則不能防止起皺；過大，則增加了拉深力，甚至引起工件破裂。防皺壓邊圈的作用力應在保證毛坯凸緣部分不致起皺的前提下，選取盡量小的數值。壓邊力能夠引起毛坯凸緣部分與凹模平面和壓邊圈表面之間的摩擦阻力，如果這項阻力過大，就可能引起毛坯破裂。為了使壓邊圈能可靠地工作，通常取壓邊力Q之值稍大于防皺作用所需的最低值，并可用下式求得：

（4-7）拉深工藝及模具設計式中

Q——壓邊力，N；D—毛坯直徑，mm；d—拉深件直徑，mm；q——單位壓邊力，N/mm2，其值決定于板料的力學性能（σb與σs）、拉深系數、板料的相對厚度和潤滑等。一般來說，當板料的強度高、相對厚度小、拉深系數小時，所需的最小單位壓邊力q較大，反之，q值較小。在生產中可以參考表4-9選取單位壓邊力q之值，該表適用于圓筒形拉深件。

拉深工藝及模具設計表4-8采用不采用壓邊圈的條件拉深工藝及模具設計表4-9單位壓邊力q之值

拉深工藝及模具設計4.2.3.2壓力機的選擇選擇壓力機的總壓力應根據拉深力與壓邊力的總和進行選擇，即（4-8）式中

F——拉深力，N；Q——壓邊力，N。

當拉深行程較大，特別是采用落料拉深復合模時，不能簡單地將落料力與拉深力疊加去選擇壓力機，因為壓力機的公稱壓力是指在接近下死點時的壓力機壓力。因此，應注意壓力機的壓力曲線。一般可按下式概略計算：

拉深工藝及模具設計淺拉深時（4-9）深拉深時

（4-10）式中

——總的沖壓力，包括拉深力、壓邊力，采用落料拉深復合模時，還包括其它力；F0——壓力機的公稱壓力。

復習上次課的內容1.拉深系數、極限拉深系數及其影響因素？2.拉深次數、各次拉深工序件尺寸的確定？拉深工藝及模具設計4.3拉深模工作部分設計4.3.1凸、凹模結構設計4.3.1.1凹模和凸模的圓角半徑（圖4-15）凹模和凸模的圓角半徑對拉深工件影響很大，其中凹模圓角半徑rd的影響更為顯著。

拉深工藝及模具設計拉深過程中，板料在凹模圓角部位滑動時產生較大的彎曲變形，由凹模圓角區(qū)進入直壁部分時又被重新拉直，或者在通過凸、凹模之間的間隙時受到校直作用。若凹模圓角半徑過小，則板料在經過凹模圓角部位時的變形阻力以及在模具間隙里通過時的阻力都要增大，勢必引起總拉深力增大和模具壽命降低。因此，當凹模圓角半徑過小時，必須采用較大的極限拉深系數。在生產中，一般應盡量避免采用過小的凹模圓角半徑。

拉深工藝及模具設計圖4-15凸、凹模圓角半徑拉深工藝及模具設計凹模圓角半徑過大，使在拉深初始階段不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，因而這部分毛坯很容易起皺。在拉深后期，過大的圓角半徑也會使毛坯外緣過早地脫離壓邊圈的作用而起皺，尤其當毛坯的相對厚度小時，起皺現象十分突出。因此，在設計模具時，應該根據具體條件選取適當的凹模圓角半徑值。凸模圓角半徑rp對拉深工作的影響不像凹模圓角半徑rd那樣顯著。但是過小的凸模圓角半徑會使毛坯在這個部位上受到過大的彎曲變形，結果降低了毛坯危險斷面的強度，這也使極限拉深系數增大。

拉深工藝及模具設計另外，即使毛坯在危險斷面不被拉裂，過小的凸模圓角半徑也會引起危險斷面附近毛坯厚度局部變薄，而且這個局部變薄和彎曲的痕跡經過后道拉深工序以后，還會在成品零件的側壁上遺留下來，以致影響零件的質量。在多工序拉深時，后道工序的壓邊圈的圓角半徑等于前道工序的凸模圓角半徑，所以當凸模圓角半徑過小時，在后道的拉深工序里毛坯沿壓邊圈的滑動阻力也要增大，這對拉深過程的進行是不利的。假如凸模圓角半徑過大，也會使在拉深初始階段不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，因而這部分毛坯容易起皺。

拉深工藝及模具設計在一般情況下，可按以下方法選取。(1)拉深凹模圓角半徑可按下式確定：

（4-11）式中

D——毛坯直徑，mm；d——凹模內徑，mm；t——板料厚度，mm。拉深工藝及模具設計當工件直徑d>200mm時，拉深凹模圓角半徑應按下式確定：

拉深凹模圓角半徑也可根據工件材料及其厚度來確定，見表4-10。一般對于鋼的拉深件，rd=10t；對于有色金屬的拉深件（鋁、黃銅、紫銅），rd=5t。

（4-12）拉深工藝及模具設計最好將上述rd值作為第一次拉深的rd值。以后各次拉深時，rd值應逐漸減小，其關系為（4-13）但不應小于材料厚度的兩倍。

表4-10拉深凹模圓角半徑rd

拉深工藝及模具設計(2)在生產實際中，凸模圓角半徑rp決定如下：一般可取。或：單次或多次拉深中的第一次：（4-14）多次拉深中的以后各次：

（4-15)式中、——前后兩道工序中毛坯的過渡直徑，mm。或按下面的方式確定拉深工藝及模具設計

圖4－28

d1>50t時各次拉深的rp

圖4－29

d1<50t時各次拉深的rp4.3.1.2凹模和凸模間隙決定間隙c時，不僅要考慮材質和料厚，還要考慮工件的尺寸精度和表面質量要求：無壓邊圈時：有壓邊圈時：式中：tmax――為材料最大厚度，k――間隙系數。拉深工藝及模具設計4.3.1.3凸、凹模結構凸、凹模結構形式設計得合理與否，不但關系到制件質量，而且直接影響拉深變形程度，亦即影響拉深系數的大小。下面介紹幾種常見的結構形式。(1)不用壓邊圈的拉深①淺拉深（即一次拉深的情況）如圖4-16所示。

拉深工藝及模具設計（a）普通平端面凹模；（b）錐形凹模；（c）曲面凹模圖4-16不用壓邊圈的拉深凹模拉深工藝及模具設計與普通的平端面凹模相比，如圖4-16(a)，用錐形凹模拉深時，如圖4-16(b)，毛坯的極限變形程度大。因為用錐形凹模拉深時，毛坯的過渡形狀(圖4-17)呈曲面形狀，因而具有更大一些的抗失穩(wěn)能力，結果就減小了起皺的趨向。另外，用錐形凹模拉深時，由于建立了對拉深變形極為有利的變形條件，如凹模圓角半徑造成的摩擦阻力和彎曲變形的阻力都減小到很低的程度，凹模錐面對毛坯變形區(qū)的作用力也有助于使它產生切向壓縮變形等，

拉深工藝及模具設計圖4-17錐形凹模拉深時毛坯過渡形狀拉深工藝及模具設計這樣拉深所需的作用力要小些，因此可以采用較小的拉深系數。從不容易起皺的要求來看，錐形凹模的角度應取30o～60°，而從減小拉深力出發(fā)，凹模的角度應為20o～30o，為了兼顧這兩方面的要求，通常采用30o。②深拉深（二次以上拉深），其結構如圖4-18所示。

拉深工藝及模具設計1—凸模；2—定位環(huán)；3—凹模圖4-18以后各次拉深無壓邊圈時的模具結構拉深工藝及模具設計（2）帶壓邊圈的拉深（圖4-19）①當零件尺寸d≤100mm時的多次拉深用(a)型。②當零件尺寸d>100mm時的多次拉深用(b)型。圖4-19(b)的斜角形狀的結構，除具有一般的錐形凹模的特點外，還可能減輕毛坯的反復彎曲變形，提高沖壓件側壁的質量。

拉深工藝及模具設計1—凸模；2—壓邊圈；3—凹模圖4-19帶壓邊圈的拉深模拉深工藝及模具設計4.3.3凹模、凸模的尺寸及公差

對最后一道工序的拉深模，其凹模、凸模的尺寸及其公差應按工件的要求來確定。當工件要求外形尺寸時，如圖4-20(a)，以凹模為基準，凹模尺寸為

凸模尺寸為（4-17）（4-18）拉深工藝及模具設計當工件要求內形尺寸時，如圖4-20(b)，以凸模為基準，凸模尺寸為（4-19）凹模尺寸為（4-20）

拉深工藝及模具設計圖4-20工件尺寸與模具尺寸拉深工藝及模具設計對于多次拉深時的中間過渡拉深，毛坯的尺寸公差不需嚴格限制，這時模具的尺寸只要等于毛坯過渡尺寸即可。若以凹模為基準時，凹模尺寸為（4-21）凸模尺寸為（4-22）式中

凸模制造公差——一般按公差等級IT6～IT8選取。凹模制造公差——一般按公差等級IT6～IT8選取。

拉深工藝及模具設計4.3.4拉深件的起皺及其防止措施在拉深過程中，假如毛坯的相對厚度較小，則拉深毛坯的變形區(qū)（即凸緣部分）在切向壓應力的作用下，很可能因為失穩(wěn)而發(fā)生起皺現象。毛坯嚴重起皺后，由于不可能通過凸模與凹模之間的間隙而被拉斷，造成廢品。即使輕微起皺的毛坯，可能勉強能通過間隙，但也還會在零件的側壁上遺留下起皺的痕跡，影響拉深件的表面質量。

拉深工藝及模具設計因此，一般來說，拉深過程中的起皺現象是不允許的，必須設法消除。最常用的防止拉深毛坯變形區(qū)起皺的方法是在拉深模上設置壓邊圈。壓邊裝置的形式目前在生產實際中常用的壓邊裝置有兩大類，即彈性壓邊裝置和剛性壓邊裝置。

拉深工藝及模具設計1．彈性壓邊裝置

這種裝置多用于普通沖床。這一類通常有如下三種：（1）橡皮壓邊裝置，如圖4-21(a)；（2）彈簧壓邊裝置，如圖4-21(b)；（3）氣墊式壓邊裝置，如圖4-21(c)。

拉深工藝及模具設計1—凹模；2—凸模；3—下模板；4—上托板；5—橡皮；6—下托板；7—凹模；8—壓邊圈；9—下模座；10—凸模；11—壓力機工作臺；12—氣缸圖4-21彈性壓邊裝置

拉深工藝及模具設計橡皮及彈簧壓邊裝置的壓邊力隨拉深深度的增加而增大，尤以橡皮壓邊裝置更為嚴重。這種情況會使拉深力增大，從而導致零件斷裂。因此橡皮及彈簧壓邊裝置通常只用于淺拉深。氣墊式壓邊裝置的壓邊效果較好，是國內改進沖床構造的發(fā)展方向之一。彈簧與橡皮壓邊裝置雖有缺點，但結構簡單，對單動的中小型壓力機采用橡皮或彈簧裝置是很方便的。根據生產經驗，只要正確地選擇彈簧規(guī)格及橡皮的牌號和尺寸，就能盡量減少它們的不利方面，充分發(fā)揮作用。

拉深工藝及模具設計2．剛性壓邊裝置（圖4-22）這種裝置的特點是壓邊力不隨行程變化，其大小可通過調節(jié)壓邊圈與凹模之間的間隙來調整。這種壓邊裝置的拉深效果較好，且模具結構簡單。這種結構用于雙動壓力機，凸模在壓力機的內滑塊上，壓邊裝置在外滑塊上。

拉深工藝及模具設計1—壓邊圈；2—凸模；3—凹模；4—頂件塊；5—定位銷圖4-22剛性壓邊裝置拉深工藝及模具設計4.4拉深模典型結構4.4.1首次拉深模4.4.1.1無壓邊裝置的簡單拉深模（圖4-23）這種模具的結構簡單，上模往往是整體的。當凸模直徑過小時，可以加上模柄，以增加上模與滑塊的拉觸面積。在凸模中應有直徑φ3mm以上的小通氣孔，否則，工件有可能緊貼在凸模上難以取下。凹模下部裝有刮件環(huán)，其作用是在凸模拉深完后回程時，將工件從凸模上刮下。這種結構一般適用于毛坯厚度較大（t>2mm）及拉深深度較小的情況。

拉深工藝及模具設計1—模柄；2—凸模；3—凹模；4—卸件環(huán)；5—定位板；6—拉簧；7—下模板圖4-23無壓邊的簡單拉深模

拉深工藝及模具設計2．有壓邊圈的簡單拉深模（圖4-24）有壓邊圈的拉深模用于拉深材料薄及深度大易于起皺的工件。與無壓邊圈的簡單拉深模相比，上模部分多了一個彈性壓邊圈，凹模下部則無需刮件環(huán)。工作時，凸模下降，壓邊圈也一同下降，壓邊圈接觸毛坯后停止下行，而凸模部分繼續(xù)下行，壓邊圈壓住毛坯，使工件的環(huán)形部分在壓緊的狀態(tài)下變形，不易起皺。凸?；爻虝r，壓邊圈在彈性力作用下可以將工件從凸模上卸下。

拉深工藝及模具設計1—模柄；2—上模板；3—凸模固定板；4—凸模；5—彈簧；6—壓邊圈；7—定位板；8—凹模；9—下模板圖4-24壓邊圈在上模的拉深模

拉深工藝及模具設計4.4.2多次拉深模在大多數情況下，首次拉深后以后各次的拉深模具有壓邊裝置，以保證工件質量。有壓邊裝置的以后各次拉深模如圖4-25所示。模具的壓邊裝置裝在下模，毛坯為第一次拉深后的半成品，拉深前套在壓邊圈上，實現定位。拉深時彈性壓邊裝置實現壓邊。拉深后頂料板將工件頂出凹模，與此同時，壓邊圈從凸模上把工件卸下。

拉深工藝及模具設計圖4-25有壓邊的以后各項拉深模拉深工藝及模具設計4.4.3其他結構的拉深模4.4.3.1落料一拉深模圖4-26所示為落料一拉深模。凸凹模2既是落料凸模，又起拉深凹模的作用。工作時，在凸凹模和落料凹模作用下進行落料，接著由凸凹模與拉深凸模進行拉深。拉深過程中，頂件器兼起壓邊圈的作用，可防止工件在拉深過程中產生起皺現象。頂件器上部的壓邊圈在橡皮6的作用下，通過頂桿獲得壓力，當落料工作完成后，壓邊圈就將毛坯壓緊在凸凹模面上，實現壓邊。當拉深完畢上?；爻虝r，壓邊圈將工件頂出。如果工件卡在拉深凹模（凸凹模）內，則由卸料桿1將工件擊落。

拉深工藝及模具設計圖4-26落料－拉深模拉深工藝及模具設計1—推件塊；2—凸凹模；3—壓邊圈；4—壓料板；5—凸模；6—凹模圖4-27半球形零件拉深模拉深工藝及模具設計圖4-27所示半球形件采用正、反兩次拉深成形。正拉深時采用剛性壓邊，即用可移式的壓邊圈，裝、出料時需將壓邊圈提起，這種結構雖在裝、出料時有所不便，但結構簡單，當產量不大時常采用。

1—凸模；2—壓料板；3—凹模圖4-28拉深翻孔復合模拉深工藝及模具設計4.4.3.2

拉深翻孔復合模圖4-28拉深翻孔復合模完成制件的Φ38mm圓柱形和Φ44mm凸緣的拉深工序，Φ17mm的內翻口由上道工序的連續(xù)模中完成。工序件用Φ17mm的內翻口放人凸模1的槽內定位。為了放件方便，槽口做成30斜度。本工序完成后，并不影響制件Φ17mm的內翻口尺寸。拉深工藝及模具設計4.5帶凸緣圓筒形件的拉深簡介帶凸緣的圓筒形件如圖4-27所示，在沖壓生產中是經常遇到的，帶凸緣圓筒形件的拉深與無凸緣圓角形件的拉深，它們在變形區(qū)內的應力狀態(tài)與變形特點是相同的。帶凸緣圓角件的拉深是無凸緣筒形件拉深的某一中間狀態(tài)，它有時是成品零件，有時是形狀復雜的沖壓件的中間過渡形狀。

拉深工藝及模具設計圖4-27帶凸緣的圓筒零件拉深工藝及模具設計4.5.1小凸緣件的拉深對dp/d=1.1～1.4之間的凸緣件稱為小凸緣件。這類零件因凸緣很小，可以作一般圓筒形件進行拉深，只在倒數第二道工序時才拉出凸緣或拉成具有錐形的凸緣，而最后通過整形工序壓成水平凸緣，若h/d≤1時，則第一次即可拉成口部具有錐形凸緣的圓筒形，而后整形即可。

拉深工藝及模具設計4.5.2寬凸緣件的拉深對dp/d＞1.4的凸緣件稱為寬凸緣件。寬凸緣件的總的拉深系數用下式表示：

（4-23）式中m——圓筒形件拉深系數；m1、m2——凸緣件拉深系數，m1=m，m2＜m1；

Fb——危險斷面所能承受的載荷。拉深工藝及模具設計寬凸緣件的第一次拉深與圓筒形件的拉深相似，只是不把毛坯邊緣全部拉入凹模，而在凹模面上形成凸緣。它是筒形件拉深的一種中間狀態(tài)。寬凸緣件允許的第一次極限拉深系數m1一般比相同內徑的圓筒形件的拉深系數小些。這時因為一般寬凸緣工件拉深時，由于凸緣部分并未全部轉為筒壁，即當凸緣區(qū)的變形抗力還未達到最大拉深力時，拉深工作就中止了。其理由從圖4-28可以看出。

拉深工藝及模具設計圖4-28拉深力與拉深過程的關系拉深工藝及模具設計從圖中可以看出，在取凸緣件的m1等于圓筒形件的極限拉深系數m時，凸緣件