1、 拉深拉深概述概述 6.1 拉深變形過程的分析拉深變形過程的分析 6.2 直壁旋轉體零件拉深工藝的設計直壁旋轉體零件拉深工藝的設計 6.3 非直壁旋轉體零件拉深成形的特點非直壁旋轉體零件拉深成形的特點 6.4 盒形件的拉深盒形件的拉深 6.5 拉深工藝設計拉深工藝設計 6.6 拉深模具設計拉深模具設計 6.7 其他拉深方法其他拉深方法 1.1.拉深的基本概念拉深的基本概念 拉深是利用拉深模具將沖裁好的平板毛坯壓制成各種拉深是利用拉深模具將沖裁好的平板毛坯壓制成各種開口的空心件，或將已制成的開口空心件加工成其他形狀開口的空心件，或將已制成的開口空心件加工成其他形狀空心件的一種沖壓加工方法。空心件

2、的一種沖壓加工方法。(如圖如圖6.0.1)2.2.典型的拉深件典型的拉深件(如圖如圖6.0.2)3.3.拉深模具的特點拉深模具的特點 結構相對較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大結構相對較簡單，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。的圓角，表面質量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。 4.1 拉深變形過程的分析拉深變形過程的分析4.1.1板料拉深變形過程板料拉深變形過程及其特點及其特點 (如圖如圖4.1.1) 在毛坯上畫作出距離為在毛坯上畫作出距離為a的等距離的同心圓與相同弧度的等距離的同心圓與相同弧度b輻射線組成的網格輻射線組成的網格( (如圖如圖4

3、.1.2) ) ，然后將帶有網格的毛坯進行，然后將帶有網格的毛坯進行拉深。拉深。 在拉深過程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸緣毛坯的在拉深過程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸緣毛坯的徑向產生拉伸應力徑向產生拉伸應力 ，切向產生壓縮應力，切向產生壓縮應力 。在它們的共同。在它們的共同作用下，凸緣變形區材料發生了塑性變形，并不斷被拉入凹模作用下，凸緣變形區材料發生了塑性變形，并不斷被拉入凹模內形成筒形拉深件。內形成筒形拉深件。 13 在拉深后我們發現在拉深后我們發現如圖如圖4.1.2：工件底部的網格變化很：工件底部的網格變化很小，而側壁上的網格變化很大，以前的等距同心圓，變成小，而側壁上的網格變化

4、很大，以前的等距同心圓，變成了與工件底部平行的不等距的水平線，并且愈是靠近工件了與工件底部平行的不等距的水平線，并且愈是靠近工件口部，水平線之間的距離愈大，同時以前夾角相等的半徑口部，水平線之間的距離愈大，同時以前夾角相等的半徑線在拉深后在側壁上變成了間距相等的垂線，線在拉深后在側壁上變成了間距相等的垂線，如圖如圖4.1.3所所示，示，以前的扇形毛坯網格變成了拉深后的矩形網格以前的扇形毛坯網格變成了拉深后的矩形網格。 4.1.2拉深過程中變形毛坯各部分的應力與應變狀態拉深過程中變形毛坯各部分的應力與應變狀態 拉深過程中某一瞬時毛坯變形和應力情況拉深過程中某一瞬時毛坯變形和應力情況(如圖如圖4.

5、1.5)1.平面凸緣部分平面凸緣部分 主要變形區主要變形區2.凹模圓角區凹模圓角區 過渡區過渡區3.筒壁部分筒壁部分 傳力區傳力區4.凸模圓角部分凸模圓角部分 過渡區過渡區5.圓筒底部分圓筒底部分 小變形區小變形區圖 4.1.5 拉深中毛坯的應力應變情況 4.1.3 拉深變形過程的力學分析拉深變形過程的力學分析 1.1.凸緣變形區的應力分析凸緣變形區的應力分析 （1）拉深中某時刻變形區應力分布）拉深中某時刻變形區應力分布 根據微元體的受力平衡可得根據微元體的受力平衡可得 因為因為 取取 并略去高階無窮小，得并略去高階無窮小，得: 塑性變形時需滿足的塑性方程為塑性變形時需滿足的塑性方程為 :02

6、sin23t111tddRRdtddRRd3322sindd0)(311dRRdm31 由上述兩式，并考慮邊界條件由上述兩式，并考慮邊界條件(當當 時，時， )，經數學，經數學推導就可以求出徑向拉應力，和切向壓應力的大小為：推導就可以求出徑向拉應力，和切向壓應力的大小為： 在變形區的內邊緣（即在變形區的內邊緣（即 處）徑向拉應力最大，其值處）徑向拉應力最大，其值為：為： 在變形區外邊緣處壓應力最大，其值為：在變形區外邊緣處壓應力最大，其值為： RRtm1ln1 . 1RRtm3ln11 . 1rRtmmax1ln1 . 1mmax31 . 1tRR 01rR 凸緣外邊向內邊凸緣外邊向內邊 由低

7、到高變化，由低到高變化， 則由高到低變化，在凸緣中間必有一交則由高到低變化，在凸緣中間必有一交點存在（如右點存在（如右圖圖所示），在此點處有所示），在此點處有 所以：所以： 化簡得：化簡得： 即：即： 即交點在即交點在 處。用處。用R所作出所作出的圓將凸緣變形區分成兩部分，由此圓的圓將凸緣變形區分成兩部分，由此圓向凹模洞口方向的部分拉應力占優勢向凹模洞口方向的部分拉應力占優勢（ ），拉應變為絕對值最大的主），拉應變為絕對值最大的主變形，厚度方向的變形變形，厚度方向的變形 是壓縮應變。是壓縮應變。 1331RRRRtmtmln11 . 1ln1 . 121lntRRt61. 0RR t61. 0

8、RR 31 （2）拉深過程中的）拉深過程中的 變化規律變化規律 和和 是當毛坯凸緣半徑變化到是當毛坯凸緣半徑變化到 時，在時，在凹模洞口的最大拉應力和凸緣最外邊的最大壓應力。凹模洞口的最大拉應力和凸緣最外邊的最大壓應力。2.筒壁傳力區的受力分析筒壁傳力區的受力分析 （1）壓邊力）壓邊力 引起的摩擦力引起的摩擦力 該摩擦應力為：該摩擦應力為： max3max1|和max1max3tRQFdtuFQM2 （2）材料流過凹模圓角半徑產生彎曲變形的阻力）材料流過凹模圓角半徑產生彎曲變形的阻力 可可根據彎曲時內力和外力所作功相等的條件按下式計算：根據彎曲時內力和外力所作功相等的條件按下式計算： （3）材

9、料流過凹模圓角后又被拉直成筒壁的反向彎）材料流過凹模圓角后又被拉直成筒壁的反向彎曲力仍按式上式進行計算曲力仍按式上式進行計算: 拉深初期凸模圓角處的彎曲應力也按上式計算，即：拉深初期凸模圓角處的彎曲應力也按上式計算，即： 241dbWtrt241dbWWtrt241 pbWtrt （4）材料流過凹模圓角時的摩擦阻力）材料流過凹模圓角時的摩擦阻力 通討凸模圓角處危險斷面傳遞的徑向拉應力即為：通討凸模圓角處危險斷面傳遞的徑向拉應力即為： 由上式把影響拉深力的因素，如拉深變形程度，材由上式把影響拉深力的因素，如拉深變形程度，材料性能，零件尺寸，凸、凹模圓角半徑，壓邊力，潤滑料性能，零件尺寸，凸、凹模

10、圓角半徑，壓邊力，潤滑條件等都反映了出來，有利于研究改善拉深工藝。條件等都反映了出來，有利于研究改善拉深工藝。 拉深力可由下式求出：拉深力可由下式求出： wwMmax1p2edbdbQtmp2222ln1 . 1etrttrtdtFrRsinpdtF 4.1.4 拉深成形的障礙及防止措施拉深成形的障礙及防止措施 1.起皺(如圖如圖4.1.8)，影響起皺的因素： (1)凸緣部分材料的相對厚度凸緣部分材料的相對厚度 凸緣部分的相對料厚，即為凸緣部分的相對料厚，即為 : (2)切向壓應力的大小切向壓應力的大小 拉深時拉深時 的值決定于變形程度，變形程度越大，需要轉移的值決定于變形程度，變形程度越大，

11、需要轉移的剩余材料越多，加工硬化現象越嚴重，則越的剩余材料越多，加工硬化現象越嚴重，則越 大，就越容易起大，就越容易起皺。皺。 (3)材料的力學性能材料的力學性能 板料的屈強比板料的屈強比 小，則屈服極限小，變形區內的切向壓小，則屈服極限小，變形區內的切向壓應力也相對減小，因此板料不容易起皺。應力也相對減小，因此板料不容易起皺。 rRtdDtff或33bs (4)凹模工作部分的幾何形狀凹模工作部分的幾何形狀 平端面凹模拉深時，毛坯首次拉深不起皺的條件是平端面凹模拉深時，毛坯首次拉深不起皺的條件是 : 用錐形凹模首次拉深時，材料不起皺的條件是：用錐形凹模首次拉深時，材料不起皺的條件是： 如果不能

12、滿足上述式子的要求，就要起皺。在這種情況如果不能滿足上述式子的要求，就要起皺。在這種情況下，必須采取措施防止起皺發生。下，必須采取措施防止起皺發生。最簡單的方法最簡單的方法( (也是實際生也是實際生產中最常用的方法產中最常用的方法) )是采用壓邊圈是采用壓邊圈 。)1)(17. 009. 0(DtDtDdDt103.0 2.拉裂拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的(如圖如圖4.1.9) 防止拉裂防止拉裂: 可根據板材的成形性能，采用適當的拉深比和壓邊可根據板材的成形性能，采用適當的拉深比和壓邊力，增加凸模的表面粗糙度，改善凸緣部分變形材

13、料的力，增加凸模的表面粗糙度，改善凸緣部分變形材料的潤滑條件，合理設計模具工作部分的形狀，選用拉深性潤滑條件，合理設計模具工作部分的形狀，選用拉深性能好的材料。能好的材料。3.硬化硬化 拉深是一個塑性變形過程，材料變形后必然發生加拉深是一個塑性變形過程，材料變形后必然發生加工硬化，使其硬度和強度增加，塑性下降。工硬化，使其硬度和強度增加，塑性下降。 加工硬化的好處是使工件的強度和剛度高于毛坯材加工硬化的好處是使工件的強度和剛度高于毛坯材料，但塑性降低又使材料進一步拉深時變形困難。料，但塑性降低又使材料進一步拉深時變形困難。 4.2 直壁旋轉體零件拉深工藝的設計直壁旋轉體零件拉深工藝的設計4.2

14、.1 拉深毛坯尺寸的確定拉深毛坯尺寸的確定 拉深毛坯尺寸的確定原則：拉深毛坯尺寸的確定原則： 體積不變原理（體積不變原理（拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面積積 ）、相似性原理。）、相似性原理。 毛坯的計算方法：等重量、等體積、分析圖解法、作圖法。毛坯的計算方法：等重量、等體積、分析圖解法、作圖法。 （1）確定修邊余量）確定修邊余量 由于材料的各向導性以及拉深時金屬流動條件的差異，拉由于材料的各向導性以及拉深時金屬流動條件的差異，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切邊，因此計算毛坯尺寸時深后工件口部不平，通常拉深后需切邊，因此計算毛坯尺寸時應在工件高度方向上

15、應在工件高度方向上(無凸緣件無凸緣件)或凸緣上增加修邊余量或凸緣上增加修邊余量 。 （2 2）計算工件表面積）計算工件表面積 圓筒直壁部分的表面積為圓筒直壁部分的表面積為 : : 4.2.2無凸緣圓筒形件的拉深工藝計算無凸緣圓筒形件的拉深工藝計算 1.1.拉深系數拉深系數 拉深系數是表示拉深后圓筒形件的直徑與拉深前毛坯拉深系數是表示拉深后圓筒形件的直徑與拉深前毛坯（或半成品）的直徑之比。（或半成品）的直徑之比。 （如圖如圖4.2.2） 工件的直徑與毛坯直徑之比稱為總拉深系數，即工件所工件的直徑與毛坯直徑之比稱為總拉深系數，即工件所需要的拉深系數需要的拉深系數 121112211.nnnnnnd

16、dmddmddmDdmnnnnnnnmmmmddddDdddDdm121121121.總圖 4.2.2 拉深工序示意圖 拉深系數的倒數稱為拉深程度或拉深比，其值為：拉深系數的倒數稱為拉深程度或拉深比，其值為： 拉深系數表示了拉深前后毛坯直徑的變化量，反映了毛拉深系數表示了拉深前后毛坯直徑的變化量，反映了毛坯外邊緣在拉深時切向壓縮變形的大小，因此可用它作為衡坯外邊緣在拉深時切向壓縮變形的大小，因此可用它作為衡量拉深變形程度的指標。拉深時毛坯外邊緣的切向壓縮變形量拉深變形程度的指標。拉深時毛坯外邊緣的切向壓縮變形量為：量為： 由此可知，拉深系數是一個小于由此可知，拉深系數是一個小于1的數值，其值愈

17、大表的數值，其值愈大表示拉深前后毛坯的直徑變化愈小，即變形程度小。其值愈小示拉深前后毛坯的直徑變化愈小，即變形程度小。其值愈小則毛坯的直徑變化愈大，即變形程度大。則毛坯的直徑變化愈大，即變形程度大。 n1nnn1ddmkmmmmddtdtdtdmDdDtdtDt111.11;11.nn;1n1n2121212111即： 2.影響拉深系數的因素影響拉深系數的因素 拉深材料：機械性能、料厚、表面質量。拉深材料：機械性能、料厚、表面質量。 拉深模具：間隙、凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、凹拉深模具：間隙、凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、凹模形狀模形狀(如圖如圖4.2.3）凹模表面質量。）凹模表面質量。 拉深

18、條件：壓邊圈、次數、潤滑、工件形狀。拉深條件：壓邊圈、次數、潤滑、工件形狀。3.拉深系數的值與拉深次數拉深系數的值與拉深次數 查表確定。查表確定。 4.后續拉深的特點后續拉深的特點 壓力行程曲線（壓力行程曲線（如圖如圖4.2.4）。）。圖4.2.3 錐形凹模1-首次拉深； 2-二次拉深圖 4.2.4 首次拉深與二次拉深的拉深力 4.2.3無凸緣圓筒形拉深件的拉深次數和工序件尺寸的無凸緣圓筒形拉深件的拉深次數和工序件尺寸的計算計算 試確定如下圖所示零件試確定如下圖所示零件( (材料材料0808鋼，材料厚度鋼，材料厚度 =2mm)=2mm)的拉的拉深次數和各拉深工序尺寸。深次數和各拉深工序尺寸。

19、計算步驟如下：計算步驟如下：1.1.確定切邊余量確定切邊余量 根據根據 ，查教材表查教材表4.2.1，并取：，并取： 。2.2.按教材表按教材表4.2.3序號序號1 1的公式計算毛坯直徑的公式計算毛坯直徑 mm28356.072.1H222222rrdddDth28. 288/200/,200dhhmm7h3.3.確定拉深次數確定拉深次數 判斷能否一次拉出判斷能否一次拉出 對于圖對于圖示示的零件，由毛坯的相對厚度：的零件，由毛坯的相對厚度： 從表從表 4.2.44.2.4中查出各次的拉深系數中查出各次的拉深系數 ： =0.54=0.54， =0.77=0.77， =0.80=0.80， =0.

20、82=0.82。則該零件的總拉深系則該零件的總拉深系數數 。 即即 ： ，故該零件，故該零件需經多次拉深才能夠達到所需尺寸。需經多次拉深才能夠達到所需尺寸。2m7 . 0100/Dt1m3m4m31.0283/88/Ddm總1mm總 （2）計算拉深次數）計算拉深次數 例如例如: 可知該零件要拉深四次才行可知該零件要拉深四次才行 。半成品尺寸確定半成品尺寸確定 （1）半成品直徑）半成品直徑 拉深次數確定后，再根據計算直徑拉深次數確定后，再根據計算直徑 應等于應等于 的原則對的原則對各次拉深系數進行調整，各次拉深系數進行調整，使實際采用的拉深系數大于推算拉使實際采用的拉深系數大于推算拉深次數時所用的極限拉深系