1、 拉伸、沖裁 小組成員 方俊杰：021000811 李 翔：021000822 殷思晟：021000852 張河健：021000856 張森源：021000857 拉深模的種類p將坯料或板料施加一定壓力使其產生塑性變形,壓制成各種形狀的空心零件的模具稱為拉深模具。拉深模具一般由凸模、凹模、壓邊圈有時不用組成.p拉深模具按制品的形狀特點,變形位置和性質不同而采用不同的結構,p 其主要類型有:p圓筒形直臂旋轉體拉深模,p曲面旋轉體拉深模,p直臂非旋轉體盒形件拉深模,p非旋轉體復雜曲面拉深模。簡介圖拉深模的工作條件p 拉深模具主要用于金屬板料的拉深成形，拉 深過程 中模具的受力狀態如圖 所示。p 拉

2、深時 凸 模下壓板料毛坯，拉深力通過凸 模底部和 凸模 圓角部位傳導給毛坯，板料毛坯的外緣部分通過凹模端面與壓邊 圈之間被拉入凸模與凹模之間的間隙。在 拉深力 P 動 、壓邊力 P 壓以及毛坯與模具工作部件相對運動產生的動摩擦力的作用下，凸 模圓角半徑處受到壓力 P 1 和摩擦力 F 1 ；凹模圓角半徑處受到壓力 P 2 及摩擦力 F 2 ；凹模端面部位 半受到 了壓力 P 3 和摩擦力 F 3 ；壓邊圈與板料相接觸的部位受到了壓力 P 4 和摩擦力 F 4 的作用。拉伸示意圖拉伸示意圖p在拉深開始階段，凸模圓角半徑處的板料被彎曲拉伸并作相對運動，摩擦力 F 1 使 凸 模圓角半徑受到磨損。隨

3、著拉深的進一步進行，已變形板料緊貼凸模圓角半徑部位并開始產生應變硬化，相對運動大大減弱，摩擦力變小。但是在整個拉深過程中，凹模圓角半徑處、凹模端面以及壓邊圈相應部位始終與板料作相對運動，產生劇烈摩擦，壓應力和摩擦力都很大，因此凹模與壓邊圈的磨損現象始終存在。常見失效形式及影響因素p由于拉深模具的工作部件沒有刃口，受力面積大，工作時無嚴重的沖擊力，因而，拉深模不易 出現塑性變形和斷裂失效。但是工作時存在著很大的摩擦，拉深模具的主要失效形式為粘附磨損和磨粒磨損，并以粘附磨損為主，是拉 深過程 中常出現的問題和模具失效的重要原因。粘附磨損的部位發生在 凸 模、凹模的圓角半徑處，以及凹模和壓邊圈的端面

4、，其中以凹模和壓邊圈的端面粘附磨損最嚴重。模具與工件表面產生粘附磨損后，脫落的材料碎屑會成為磨粒，從而伴生出磨粒磨損。磨粒磨損將使模具表面更為粗糙，進而又加重粘附磨損。p從顯微觀 觀察，模具和坯料的表面都是凹凸不平的，由于模具表面的硬度高于坯料，相互擠壓摩擦時會將坯料表面刮下的碎粒壓入模具表面的凹坑。在拉 深過程 中，坯料的塑性變形以及坯料和模具工作部件表面的摩擦，會產生出熱能。特別是在某些塑性變形嚴重和摩擦劇烈的局部區域，所產生的熱能造成了高溫，破壞了模具和坯料表面的氧化膜和潤滑膜，使金屬表面裸露，促使材料分子之間相互吸引，并使模具表面凹坑里的坯料碎屑熔化，和模具表面焊合，形成堅硬的小瘤，即

5、粘結瘤。這些堅硬的小瘤，會使 拉深件表面粗糙度 變差，嚴重時將在產品的表面 刻劃 出刻痕，擦傷工件，并且加速模具的不均勻磨損，這種失效形式又 稱為粘模 。此時，需對模具進行修磨，除去粘附的金屬。 拉深模的 重要問題，就在于如何防止粘附的金屬小瘤。p在拉深工作中，出現拉深粘模的問題，與被拉深坯料的化學成分、所使用的潤滑劑及模具工作部件的表面狀況等因素有關。鎳基合金、奧氏體不銹鋼、 坡莫合金 、精密合金等材料拉深時極易 發生粘模 。為保證產品的質量，拉深模的工作部件表面不允許出現磨損痕跡，必須具有較低數值的表面粗糙度和較高的耐磨性。影響拉深模壽命的主要因素p工件材料與模具材料的親和力 p 親和力大

6、的材料容易粘接在一起。如果粘結強度高，則粘著磨損和粘結瘤會產生距離模具表面較深的地方。比如鐵、鉻、鎳與鐵的互溶性大，因而，純鐵、鉻、鎳不銹鋼等板材用鋼模拉深時易粘模，而鋁、銅、鎂、鋅與鐵的互溶性小，其相應的板材在用鋼模拉深時，粘著磨損的傾向小。p壓邊力 p 拉深模中采用壓邊圈的目的是為了防止工件起皺。由圖5-7知，壓邊力過大，壓邊圈會將工件壓得越緊，則凹模、壓邊圈與板料之間的摩擦力就大，粘著磨損的傾向就大。如果壓邊力太小的話，防皺的效果肯定就不好，板料容易起皺，如果強行將材料拉入凹模中，不僅在工件上會留下褶皺，而且會皺起的部分會造成板料與凹模、板料與壓邊圈的不均勻接觸，容易在凹模、壓邊圈上出現

7、磨損溝痕，加速模具的不均勻磨損。p 表面強化處理對沖模壽命的影響 p 零件表面強化處理的目的是時材料表面具有很高的硬度而材料內部的韌性又很好的效果,從而得到硬度、耐磨性、韌度、耐疲勞強度的良好配合。由拉深模的受力分析可知：拉深模具主要的失效形式是發生磨損，因此在使用性能的要求上需要模具具有很高的耐磨性和很高的硬度以及好的抗咬合性。p 模具表面粗糙度 p 根據磨損的機理，一般情況下，模具表面粗糙度值越低，耐磨性越好。但是太光滑的表面，不利于在凹坑和凸峰之間儲存潤滑劑，會造成模具與材料的直接接觸，使模具的磨損更嚴重。提高拉深模壽命的措施p 合理選擇模具材料 p 根據坯料材質的不同，選用與其親和力小

8、的模具材料。一般來講，坯料為鋼板，模具材料應選用有色金屬，繁殖，坯料為有色金屬，模具材料則選用鋼和鐵。此外，對于不同的產品批量，不同的工件形狀、大小，應選用不同的材料，此外，對于不同的產品批量，不同的工件形狀、大小，應選用不同的材料，從而降低產品成本。從而降低產品成本。p（一） 輕載拉深拉深薄鋼板和 銅、 鋁合金時的模具材料p i生產批量較小時，對于形狀簡單的筒形 淺拉深件 ，可選用 T8 、 T10 鋼； 對于形狀復雜的中小型件，選用 CrWMn 、 9Mn2V 。p ii中批量生產或生產批量較大時，選用 Cr12MoV 。p iii生產批量很大時，選用硬質合金 或鋼結硬質合金 。p（二重載

9、拉深拉深厚鋼板、反拉深、變薄拉深時的模具材料p i生產批量較小時，可選用 T10 、 CrWMn 。p ii生產批量較大時，選用 Cr12MoV 以及 GM 鋼。 GM 鋼的強度和韌性高于高速鋼、 Cr12MoV ；抗粘附磨損和磨粒磨損能力明顯優于基體鋼和 Cr12MoV ，在拉 深模方面 已得到較好應用。p iii生產批量很大時，考慮選用硬質合金 或鋼結硬質合金 p（三拉深不銹鋼、 高鎳合金鋼 、耐熱鋼板的模具材料p i拉深這類材料時，容易發生粘附和拉毛，首選模具材料為鋁青銅。p ii生產批量較小時，可選用鋁青銅、 T10A （鍍硬鉻，注意采用鍍硬鉻工藝時鍍層不能太厚，以防拉深時剝落）。p

10、iii生產批量較大時，選用鋁青銅、 Cr12MoV 、 Cr12Mo1V1 （表面滲氮）。p iiii生產批量很大時，選用硬質合金。p（四大型 拉深件 、汽車覆蓋件的拉深模具材料p 可以選用合金鑄鐵或高強度球墨鑄鐵。球墨鑄鐵能夠浸入潤滑油，組織中的石墨具有自潤滑作用，能有效地減輕拉深中的摩擦，而且成本較低、容易加工。p 合理潤滑 p 在前述分析可知，在拉深中，毛坯和模具接觸，在接觸表面之間存在摩擦力，如圖5-8 其中如果F2、F3、F4增大則拉深力就要增大，工件容易斷裂或者嚴重變薄，模具和工件表面都會劃傷，因此它們是是有害摩擦。而F1的存在時凸模傳遞拉深力的必備條件，所以它是有益摩擦。那么我們

11、就必須選用潤滑劑而且潤滑劑的位置就在F2、F3、F4表面。拉深件應該必須進行正確的潤滑。所謂正確的潤滑是指：在凹模圓角、平面、壓邊圈表面及相應的毛坯表面應該每隔一定周期涂抹一層潤滑油，一定不能再凸模表面與工件之間涂抹。p 表面處理 p 模具常用的表面處理方法有：滲硼、滲鉻和電火花強化,以及CVD、PVD和在鹽浴中TD 等。此外，采用高頻淬火、滾壓、噴丸等表面強化處理,使模具工作零件表面產生壓應力，提高其耐疲勞強度,有利于模具壽命的壽命。例如Cr12 鋼拉深模，氣象沉積TiC 后，使用壽命可以提高830 倍。 沖裁p沖裁是從板料上分離出所需形狀和尺寸的零件或毛坯的沖壓方法。沖裁是利用沖模的刃口使

12、板料沿一定的輪廓線產生剪切變形并分離。p p沖裁模是沖壓生產中不可缺少的工藝裝備，良好的模具結構是實現工藝方案的可靠保證。沖壓零件的質量好壞和精度高低，主要取決于沖裁模的質量和精度。沖裁模結構是否合理、先進，有直接影響到生產效率及沖裁模本身的使用壽命和操作的安全、方便性等。 由于沖裁件形狀、尺寸、精度和生產批量及生產條件不同，沖裁模的結構類型也不同。 沖裁模的分類p敞開模：結構簡單，尺寸小、重量輕、制造易、本錢低、但壽命低、精度差、適于精度要求不高，開頭簡單，小批量或試制的沖裁件。p導板式：精度比敞開模高，適于開頭簡單，工件尺寸不大的沖裁件。要求壓力機行程不大于導板厚度。p導柱式：導柱導向保證

13、沖裁間隙均勻，沖裁件的工件尺寸精度高，模具使用壽命長，安裝方便，適于大批量生產。p連續模：條料要求精定位，使內孔與外形相互位置精度得到保證。生產率高，具有一定的沖裁精度，適于大批量生產。p復合模：沖裁件的內外形相互位置精度高，適于大批量生產。 敞開模敞開模 導板式導板式 導柱式導柱式 連續模 復合模 工作條件p沖裁模主要用于各種板材的落料與沖孔，模具的工作部位是凸、凹模的刃口，刃口工作時承受沖擊力、剪切力、彎曲力，以及剪切材料的強烈摩擦力，因而對沖裁模的性能要求主要是指對模具刃口的性能要求。p 從沖裁工藝分析中我們已經得知，板料的沖裁過程可以分為三個階段：彈性變形階段、塑性變形階段和剪裂階段。

14、在彈性變形階段，當凸模對板料施加壓力時，由于凸模和凹模之間存在間隙，受力部位不在同一垂線上。板料會在彎矩M的作用下產生翹曲，與凸模端面的中心部分脫離接觸，。這時板料只和模具的凸、凹模刃口部分相接觸，壓力集中于刃口附近。在沖裁過程中，由于板料的彎曲，模具的受力主要集中于刃口附近的狹小區域。凸、凹模刃口區域不僅位于最大端面壓應力和最大側面壓應力的交聚處，而且也處于最大端面摩擦力和最大側面摩擦力的交匯處，工作時刃口承受著劇烈的壓應力和摩擦力作用。p 根據板料的厚度，冷沖裁模具可分為薄板沖裁模板厚1.5mm和厚板沖裁模板厚1.5mm兩種。對于薄板沖模，要求模具用鋼具有高的耐磨性；對于厚板沖裁模，除要求

15、高的耐磨性、抗壓屈服點外，還應具有高的強韌性，以防止模具崩刃斷裂。下表是對不同沖裁模具的硬度要求。 沖裁模的主要失效形式p 模具刃口所受作用力的大小和板料的力學性能、厚度等因素有關。考慮到板料厚度對模具沖裁負荷的影響，通常可以將沖裁按板料的厚度分為薄板沖裁(t1.5mm)和厚板沖裁(t1.5mm)。p 對于薄板沖裁模，由于模具受到的沖擊載荷不大，在正常的使用過程中，模具因摩擦產生的刃口磨損是主要的失效形式。磨損過程可分為初期磨損，正常磨損和急劇磨損三個階段。對應于三個階段，刃口的損傷過程如圖11-3所示。p(1)初期磨損階段p 模具刃口與板料相碰時接觸面積很小，刃口的單位壓力很大，造成了刃口端

16、面的塑性變形，一般稱為塌陷磨損。其磨損速度較快(見圖11.1.1a)。p(2)正常磨損階段p 當初期磨損達到一定程度后，刃口部位的單位壓力逐漸減輕，同時刃口表面因應力集中產生應變硬化，(見圖11.1.1b)。這時，刃口和被加工坯料之間的摩擦磨損成為主要磨損形式。磨損進展較緩慢，進入長期穩定的正常磨損階段，該階段時間越長，說明其耐磨性能越好。p(3) 急劇磨損階段p刃口經長期工作以后，經受了頻繁沖壓會產生疲勞磨損，表面出現了損壞剝落(見圖11.1.1c)。此時進入了急劇磨損階段，磨損加劇，刃口呈現疲勞破壞，模具已無法正常工作。模具使用時，必須控制在正常磨損階段以內，出現急劇磨損時，要立即刃磨修復

17、。 隨著刃口的磨損，工件的毛刺高度會不斷增加，因此實際生產中，可以通過觀測毛刺高度的大小來推斷模具刃口的磨損量，在沖裁件達到質量允許的毛刺極限值時即進行刃 磨。p從磨損機理上分析，凸 、凹模的磨損主要是粘附磨損和磨粒磨損。p 粘附磨損是在模具刃口在與板料的相對摩擦運動過程中，由于高壓產生了局部的相互粘著和咬合現象當接觸面相對滑動時，粘附部分便發生剪切引起磨損。p 磨粒磨損是指模具工作時表面剝落的碎屑嵌入工作部件表面，成為磨料，使其逐漸磨損的過程。沖裁硬度較高的金屬材料如高碳鋼、硅鋼時， 因材料 的硬粒或碳化物剝離而產生磨粒磨損。當沖壓高韌性材料如奧氏體不銹鋼時，易產生粘附磨損。 影響沖裁模失效

18、的因素p工藝與模具設計工藝與模具設計 p (1)沖裁件的設計沖裁件的設計 p 模具設計的原則是保證足夠的強度、剛度、同心度模具設計的原則是保證足夠的強度、剛度、同心度、對中性和合理的沖裁間隙、對中性和合理的沖裁間隙,并減少應力集中并減少應力集中,以保證由模以保證由模具生產出來的零件符合設計要求。因此對模具的主要工作具生產出來的零件符合設計要求。因此對模具的主要工作零件零件(如沖模的凸、凹模如沖模的凸、凹模,注塑模的動、定模注塑模的動、定模,模鍛模的上模鍛模的上、下模等、下模等) 要求其導向精度高、同心度和對中性好以及沖要求其導向精度高、同心度和對中性好以及沖裁的間隙合理。裁的間隙合理。 p 沖

19、裁件結構的工藝性直接影響沖裁工藝和模具結構，沖裁件結構的工藝性直接影響沖裁工藝和模具結構，進而影響模具的設計和制造成本。因而，沖裁件的設計應進而影響模具的設計和制造成本。因而，沖裁件的設計應當考慮沖裁工藝的約束，嚴格控制沖裁件外形和結構尺寸當考慮沖裁工藝的約束，嚴格控制沖裁件外形和結構尺寸的邊界極限，即孔徑、孔距、圓角和搭邊極限等。盡可能的邊界極限，即孔徑、孔距、圓角和搭邊極限等。盡可能選擇強度低和厚度小的材料，這樣才能提高沖裁模的壽命選擇強度低和厚度小的材料，這樣才能提高沖裁模的壽命。 p (2)沖裁工藝過程制訂 p 在制定沖裁工藝過程時，首先構思若干可能的排樣方式，擇優選取。排樣要考慮材利

20、用率，但是必須滿足邊界極限限制的要求，即滿足料邊搭邊值A=1.2t(t為材料厚度)的極限值，改善模具的側向力，減少模具磨損。根據試驗，如果搭邊小于正常值的50%,模具壽命將降低50%70%。特殊結構的零件必須經過驗算后才能確定是否適用沖裁加工，否則無法達到模具使用的經濟性。 p(3)模具結構 p 模具結構包括模具幾何形狀、模具間隙、沖頭長徑比、端而傾斜角、過渡圓角半徑、裝配結構等等。 p 模具結構方案和技術參數是否合理將對模具壽命起到決定性作用。模具的結構方案取決于制品形狀、尺寸精度、批量等，井從模具的經濟性要求出發擬定出相應的模具結構。 如是短期小批量生產，則宜采用簡易模具結構，如屬于長期人批量生產則宜采用自動化程度高的模具結構，如復合模、級進模等。 p4)模具的沖裁間隙 p 沖裁模凸模和凹模之間的間隙大小及其均勻性(包括設計間隙和動態間隙)，不但對制件質量有明顯影響，而且也是影響模具使用壽命的關鍵因素之一。間隙過大，材料會產