1、拉深工藝及拉深模具的設計 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空心件的一種加工方法。拉深也稱為拉延。圖 所示即為平板毛坯拉成開口空心件的拉深。其變形過程是 : 隨著凸模的不斷下行 , 留在凹模端面上的毛坯外徑不斷縮小 , 圓形毛坯逐漸被拉進凸、凹模間的間隙中形成直壁 , 而處于凸模下面的材料則成為拉深件的底 , 當板料全部進入凸、凹模間的間隙時拉深過程結束 , 平板毛坯就變成具有一定的直徑和高度的開口空心件。與沖裁相比 , 拉深凸、凹模的工作部分不應有鋒利的刃口 , 而應具有一定的圓角 , 凸、凹模間的單邊間隙稍大于料厚。 用拉深

2、工藝可以制得筒形、階梯形、球形、錐形、拋物線形等旋轉體零件 , 也可制成方盒形等非旋轉體零件, 若將拉深與其他成形工藝(如脹形、翻邊等)復合 , 則可加工出形狀非常復雜的零件 , 如汽車車門等 , 如圖 所示。 因此拉深的應用非常廣泛 , 是冷沖壓的基本工序之一。1凸模； 2壓邊圈； 3凹模； 4坯料； 5拉深件 圖 圓筒件的拉 圖 拉深件示意圖 a) 軸對稱旋轉體零件 ;b) 軸對稱盒行件 ;c) 不對稱復雜件 4.1 拉深變形過程的分析 拉深變形的過程及特點 如果不用模具 , 則只要去掉圖 4.1. 中的陰影部分 , 再將剩余部分沿直徑 d 的圓周彎折起來 , 并加以焊接就可以得到直徑為

3、h, 高度為 h=(D-d)/2, 周邊帶有焊縫 , 口部呈波浪的開口筒形件 . 這說明圓形平板毛坯在成為筒形件的過程中必須去除多余材料。但圓形平板毛坯在拉深成形過程中并沒有去除多余材料，因此只能認為多余的材料在模具的作用下產生了流動。為了了解材料產生了怎樣的流動，可以作坐標網格試驗。即拉深前在毛坯上畫一些由等距離的同心圓和等角度的輻射線組成的網格( 圖 ) ，然后進行拉深，通過比較拉深前后網格的變化來了解材料的流動情況。拉深后筒底部的網格變化不明顯，而側壁上的網格變化很大，拉深前等距離的同心圓拉深后變成了與筒底平行的不等距離的水平圓周線，愈到口部圓周線的間距愈大，即：圖 拉深時的材料轉移 拉

4、深前等角度的輻射線拉深后變成了等距離、相互平行且垂直于底部的平行線，即： 原來的扇形網格 ：，拉深后在工件的側壁變成了等寬度的矩形：，離底部越遠矩形的高度越大。測量此時工件的高度，發(fā)現筒壁高度大于環(huán)行部分的半徑差(Dd)/2 。這說明材料沿高度方向產生了塑性流動 .圖 拉深網格的變化 現在分析這些金屬是怎樣往高度方向流動，或者說拉深前的扇形網格是怎樣變成矩形的。這可從變形區(qū)任選一個扇形格子來分析，如圖 所示。從圖中可看出，扇形的寬度大于矩形的寬度，而高度卻小于矩形的高度,因此扇形格拉深后要變成矩形格，必須寬度減小而長度增加。很明顯扇形格只要切向受壓產生壓縮變形，徑向受拉產生伸長變形就能產生這種

5、情況。而在實際的變形過程中，由于有多余材料存在 ( 圖 4.1.1 中的三角形部分 ) ，拉深時材料間的相互擠壓產生了切向壓應力 ( 圖 4.1.3) ，凸模提供的拉深力產生了徑向拉應力。故 (Dd) 的圓環(huán)部分在徑向拉應力和切向壓應力的作用下徑向伸長，切向縮短，扇形格 子就變成了矩形格子，多余金屬流到工件口部，使高度度增加。圖 拉深時扇形單元的受力與變形情況綜上所述，拉深變形過程可描述為：處于凸緣底部的材料在拉深過程中變化很小，變形主要集中在處于凹模平面上的(D-d) 圓環(huán)形部分。該處金屬在切向壓應力和徑向拉應力的共同作用下沿切向被壓縮，且愈到口部壓縮的愈多 , 沿竟向伸長 , 且愈到口部伸

6、長得愈多。該部分是拉深的主要變形區(qū)。 拉深過程中變形毛坯各部分的應力和應變狀態(tài) 拉深過程中，材料的變形程度由底部向口部逐漸增大，因此拉深過程中毛坯各部分的硬化程度不一，應力與應變狀態(tài)各不相同。隨著拉深的不斷進行，留在凹模表面的材料不斷被拉進凸、凹模的間隙而變?yōu)橥脖冢蚨词故亲冃螀^(qū)同一位置的材料，其應力和應變狀態(tài)也在時刻發(fā)生變化。 現以帶壓邊圈的直壁圓筒形件的首次拉深為例，說明在拉深過程中的某一時刻( 圖 ) 毛坯的變形和受力情況。假設，為毛坯的徑向應力與應變；,為毛坯的厚向應力與應變， 為毛坯的切向應力與應變 .圖 拉深中毛坯的應力應變情況根據圓筒件各部位的受力和變形性質的不同，將整個毛坯分

7、為如下 5 個部分： (1) 平面凸緣部分主要變形區(qū) 這是拉深變形的主要變形區(qū)，也是扇形格子變成矩形格子的區(qū)域。此處材料被拉深凸模拉進凸、凹模間隙而形成筒壁。這一區(qū)域主要承受切向的壓應力和徑向的拉應力，厚度方向承受由壓邊力引起的壓應力的作用,是二壓一拉的三向應力狀態(tài)。由網格實驗知：切向壓縮與徑向伸長的變形均由凸緣的內邊向外邊逐漸增大，因此和的值也是變化的單元體的應變狀態(tài)也可由網格試驗得出：切向產生壓縮變形，徑向產生伸長變形，厚向的變形取決于 和，之間的比值。當的絕對值最大時，則為壓應變，當的絕對值最大時，為拉應變。因此改區(qū)域的應變也是三向的。 由圖 可知，在凸緣的最外緣需要壓縮的材料最多，因此

8、此處的應是絕對值最大的主應力 , 凸緣外緣的應是伸長變形。如果此時值過大，則此處材料因受壓過大失穩(wěn)而起皺，導致拉深不能正常進行。 (2) 凹模圓角部分過渡區(qū) 這是凸緣和筒壁部分的過渡區(qū)，材料的變形比較復雜，除有與凸緣部分相同的特點，即徑向受拉應力和切向受壓應力作用外，厚度方向上還要受凹模圓角的壓力和彎曲作用產生的壓應力，：的作用。此區(qū)域的變形狀態(tài)也是三向的：是絕對值最大的主變形,和是壓變形，此處材料厚度減薄。 (3) 筒壁部分傳力區(qū) 這是由凸緣部分，它將凸模的作用力傳給凸緣，因此是傳力區(qū)。拉深過程中直徑受凸模的阻礙不再發(fā)生變化，即切向應變?yōu)榱恪Ｈ绻g隙合適，厚度方向上將不受力的作用，即為零。是

9、凸模產生的拉應力，由于材料在切向受凸模的限制不能自由收縮，也是拉應力。因此變形與應力均為平面狀態(tài)。其中為伸長應變，為壓縮應變。 (4) 凸模圓角部分過渡區(qū) 這部分是筒壁和圓筒底部的過渡區(qū)，材料承受筒壁較大的拉應力、凸模圓角的壓力和彎曲作用產生的壓應力和切向拉應力。在這個區(qū)間的筒壁與筒底轉角處稍上的地方，拉深開始時材料處于凸、凹模間，需要轉移的材料較少，受變形的程度小，冷作硬化程度低，加之該處材料變薄，使傳力的截面積變小，所以此處往往成為整個拉深件強度最薄弱的地方，是拉深過程中的“危險斷面”。 (5) 圓筒底部小變形區(qū) 這部分材料處于凸模下面，直接接收凸模施加的力并由它將力傳給圓筒壁部，因此該區(qū)

10、域也是傳力區(qū)。該處材料在拉深開始就被拉入凹模內，并始終保持平面形狀。它受兩向拉應力和作用，相當于周邊受均勻拉力的圓板。此區(qū)域的變形是三向的和為拉伸應變，為壓縮應變。由于凸模圓角處的摩擦制約了底部材料的向外流動，故圓筒底部變形不大，只有1 3 ，一般可忽略不計。 圖 第一道拉深某瞬間毛坯凸緣部分單元體的受力狀態(tài) ( 帶壓邊而不考慮摩擦的影響 ) 拉深過程的力學分析 1 凸緣變形區(qū)的應力分析 (1) 拉深中某時刻凸緣變形區(qū)的應力分布 設用半徑為 R 。的板料毛坯拉深半徑為 r 的圓筒形零件，采用有壓邊圈 ( 圖 ) 拉深時， 變形區(qū)材料徑向受拉應力，的作用，切向受壓應力的作用，厚度方向受壓邊圈所加

11、的不大的壓應力的作用。若忽略不計，則只需求和的值，即可知變形區(qū)的應力分布。 要求出和兩個未知數的值，必須列出兩個方程，這可根據變形時金屬單元體應滿足的 平衡條件和塑性條件 ( 屈服準則 ) 得到。為此從變形區(qū)任意半徑只處截取寬度為 dR 、夾角為的微元體，分析其受力情況，如圖 所示。根據微元體的受力平衡可得： 因為 , ，取 ，并略去高階無窮小，得：=0 塑性變形時需滿足的塑性方程為：式中盧值與應力狀態(tài)有關，其變化范圍為11.155 ，在進行力學分析時，為了簡便均取平均值為考慮硬化時的平均塑性流動應力。 由上述兩式，并考慮邊界條件 ( 當 R= 時， =0) ，經數學推導就可以求出徑向拉應力，

12、和切向壓應力 的大小為： = 式中： 變形區(qū)材料的平均抗力 (MPa) ； 拉深中某時刻的凸緣半徑 (mm) 凸緣區(qū)內任意點的半徑 (mm) 。 當拉深進行到某瞬時，凸緣變形區(qū)的外徑為時，把變形區(qū)內不同點的半徑R只代人公式 圖 4 .1.6 圓筒件拉深時的應力分布 () 和公式 (4.1.2) ，就可以算出各點的應力（圖 4.1.6 b ），它是按對數曲線規(guī)律分布的，從分布曲線可看出，在變形區(qū)的內邊緣（即 R=r 處）徑向拉應力最大，其值為： ()而最小，為 。在變形區(qū)外邊緣處壓應力最大，其值為： （） 而拉應力最小為零。從凸緣外邊向內邊由低到高變化，則由高到低變化，在凸緣中間必有一交點存在（

13、圖 b ），在此點處有 ，所以： 化簡得： 即： 即交點在處。用 R 所作出的圓將凸緣變形區(qū)分成兩部分，由此圓向凹模洞口方向的部分拉應力占優(yōu)勢（ ），拉應變 為絕對值最大的主變形，厚度方向的變形是壓縮應變。由此圓向外到毛坯邊緣的部分，壓應力占優(yōu)勢（），壓應變?yōu)榻^對值最大的主應變，厚度方向上的變形是正值（增厚）。交點處就是變形區(qū)在厚度方向發(fā)生增厚和減薄變形的分界點。 （2）拉深過程中 和 的變化規(guī)律 和是當毛坯凸緣半徑變化到時，在凹模洞口的最大拉應力和凸緣最外邊的最大壓應力。不同是拉深時刻，它們的值也是不同的。了解和的變化，對防止拉深時的起皺和破裂很有必要。 的變化規(guī)律 由式（）可知，與變形區(qū)材

14、料的平均抗力及表示變形區(qū)大小的值有關。在拉深過程中是增大還是減小，就取決于及的變化情況。把不同的所對應的值連成曲線，即為整個拉深過程中凹模入口處徑向拉應力的變化情況（圖 4.1.6c ）。 從圖中可看出，開始拉深（即）時，。隨著拉深的進行，因加工硬化使逐漸增大，而逐漸減小，但此時 的增大占主導地位，所以逐漸增加，大約在拉深進行到（ 0.7 0.9 時，也出現最大值。以后隨著拉深的進行，由于的減小占主導地位，也逐漸減少，直到拉深結束 時，減少為零。 的變化規(guī)律 由式（ ）可知，僅取決于，即只與材料有關。隨著拉深的進行，變形程度增加會使毛坯有起皺的危險。 2. 筒壁傳力區(qū)的受力分析 是拉深時變形區(qū)

15、內邊緣受的徑向拉應力，是只考慮拉深時轉移“剩余材料”所需的變形力。此力是凸模拉深力 F 通過筒壁傳到凹模口處而產生的。假如筒壁傳過來的力剛好等于它，是不能實現拉深變形的，因為拉深時除了變形區(qū)所需的變形力外，還需要克服其他一些附加阻力( 圖 ) 。包括材料在壓邊圈和凹模上平面間的間隙里流動時產生的摩擦應力。引起的摩擦阻力應力，毛坯流過凹模圓角表面遇到的摩擦阻力，毛坯經過凹模圓角時產生彎曲變形，以及離開凹模圓角進入凸凹模間隙后又被拉直而產生反向彎曲都需要力，拉深初期毛坯在凸模圓角處也有彎曲應力。因此，從筒壁傳力區(qū)傳過來的力至少應等于上述各力之和。上述各附加阻力可根據各種假設條件，并考慮拉深中材料的

16、硬化來求出。 圖 4 .1.7 拉深毛坯內各部分的受力分析 壓邊力引起的摩擦力 該摩擦應力為： () 式中： 材料與模具間的摩擦系數； F壓邊力 (N) ； d 凹模內徑； t 材料厚度 (mm) 。 材料流過凹模圓角半徑產生彎曲變形的阻力可根據彎曲時內力和外力所作功相等的條件按下式計算： () 式中 ,為凹模圓角半徑 (mm) ；為材料的強度極限 (MPa) 。 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 () 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： （） 式中為凸模圓角半徑 (mm) 。 材料流過凹模圓角時的摩擦阻力 可近似按受拉皮帶沿滑輪的滑動摩擦理論來計算，

17、即用摩擦阻力系數 來進行修正。式中 e 為自然對數的底；為摩擦系數；為包角 ( 材料與凹模圓角處相接觸的角度 ) 。這樣通討凸模圓角處危險斷面?zhèn)鬟f的徑向拉應力即為： () () 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： 式中為與水平線的交角(圖 ) 。 由式 () 知 , 在拉深中是隨 和包角的變化而變化的。根據前面的分析，拉深中材料凸緣的外緣半徑 (0.7 0.9) 時， 達最大值。此時包角接近于 ，而凸模行程為 。這時摩擦阻力系數為 ，展開后略去高階項，則近似為： 故的最大

18、值為：() 拉深過程中的最大拉深力則為： () 拉深中如果值超過了危險斷面的強度，則產生斷裂。 拉深成形的障礙及防止措施 由上面的分析可知，拉深時毛坯各邵分的應力應變狀態(tài)不同，而且隨看拉深過程的進行應力應變狀態(tài)還在變化，這使得在拉深變形過程中產生了一些特有的現象。 1 起皺 拉深時凸緣變形區(qū)的每個小扇形塊在切向均受到壓應力的作用。當過大，扇形塊又較薄， 超過此時扇形塊所能承受的臨界壓應力時，扇形塊就會失穩(wěn)彎曲而拱起。當沿著圓周的每個小扇形塊都拱起時，在凸緣變形區(qū)沿切向就會形成高低不平的皺褶，這種現象稱為起皺，如圖 所示。起皺在拉深薄料時更容易發(fā)生，而且首先在凸緣的外緣開始，因為此處的值最大。圖

19、 毛坯凸緣的起皺情況 變形區(qū)一旦起皺，對拉深的正常進行是非常不利的。因為毛坯起皺后，拱起的皺褶很難通過凸、凹模間隙被拉人凹模，如果強行拉人，則拉應力迅速增大，容易使毛坯受過大的拉力而導致斷裂報廢。即使模具間隙較大，或者起皺不嚴重，拱起的皺褶能勉強被拉進凹模內形成筒壁，皺折也會留在工件的側壁上，從而影響零件的表面質量。同時，起皺后的材料在通過模具間隙時與模具間的壓力增加，導致與模具間的摩擦加劇，磨損嚴重，使得模具的壽命大為降低。因此，起皺應盡量避免。拉深是否失穩(wěn)，與拉深件受的壓力大小和拉深中凸緣的幾何尺寸有關。主要決定于下列因素： (1) 凸緣部分材料的相對厚度 凸緣部分的相對料厚，即為(t 為

20、料厚;為凸緣外徑；d 為工件直徑；r 為工件半徑；為凸緣外徑 ) 。凸緣相對料厚越大，即說明 t 較大而較小，即變形區(qū)較小較厚，因此抗失穩(wěn)能力強，穩(wěn)定性好，不易起皺。反之，材料抗縱向彎曲能力弱，容易起皺。 (2) 切向壓應力的大小 拉深時的值決定于變形程度，變形程度越大，需要轉移的剩余材料越多，加工硬化現象越嚴重，則越大，就越容易起皺。 (3) 材料的力學性能 板料的屈強比小，則屈服極限小，變形區(qū)內的切向壓應力也相對減小，因此板料不容易起皺。當板厚向異性系數 R 大于 1 時，說明板料在寬度方向上的變形易于厚度方向，材料易于沿平面流動，因此不容易起皺。 (4) 凹模工作部分的幾何形狀 與普通的

21、平端面凹模相比，錐形凹模允許用相對厚度較小的毛坯而不致起皺。生產中可用下述公式概略估算拉深件是否會起皺。 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： 式中， D ， d 為毛坯的直徑和工件的直徑 (mm) ； t 為板料的厚度 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(fā)生。最簡單的方法 ( 也是實際生產中最常用的方法 ) 是采用壓邊圈。加壓邊圈后，材料被強迫在壓邊圈和凹模平面間的間隙中流動，穩(wěn)定性得到增加，起皺也就不容易發(fā)生。 前面曾指出，拉深中是否起皺與壓應力的大小和凸緣的相對厚度有關。 在凸緣外邊緣最大，所以凸

22、緣外邊緣是首先起皺的地方。在拉深過程中凸緣何時會起皺決定于和凸緣相對厚度兩個因素綜合的結果。凸緣外邊緣的切向壓應力在拉深過程中不斷增加，這會增加失穩(wěn)起皺的趨勢。但隨著拉深的進行，凸緣變形區(qū)不斷縮小，材料厚度不斷增大，凸緣的相對厚度逐漸增大，這又提高了材料抵抗失穩(wěn)起皺的能力。兩個作用相反的因素在拉深中相互消長，造成起皺只可能在拉深過程中某時刻才發(fā)生。實驗證明，失穩(wěn)起皺的規(guī)律與 的變化規(guī)律相似，凸緣失穩(wěn)起皺最強烈的時刻基本上也就是 出現的時刻，即 時。 2. 拉裂 拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的，如圖 所示。在圓筒件側壁的上部厚度增加最多，約為 30 ；而在筒壁與底部轉角稍上的地方板

23、料厚度最小，厚度減少了將近 10 ，該處拉深時最容易被拉斷。通常稱此斷面為“危險斷面”。當該斷面的應力超過材料此時的強度極限時，零件就在此處產生破裂 。即使拉深件未被拉裂，由于材料變薄過于嚴重，也可能使產品報廢。 為防止拉裂，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，選用拉深性能好的材料等材施。圖.拉深件厚度和硬度的分布 3 硬化 拉深是一個塑性變形過程，材料變形后必然發(fā)生加工硬化，使其硬度和強度增加，塑性下降。但由于拉深時變形不均勻，從底部到筒口部塑性變形由小逐漸加大，因而拉深后變形材料的性能也是不均勻的

24、，拉深件硬度的分布由工件底部向口部是逐漸增加的( 圖 ) 。這恰好與工藝要求相反，從工藝角度看工件底部硬化要大，而部硬化要小。 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。在工藝設計時，特別是多次拉深時，應正確選擇各次的變形量，并考慮半成品件是否需要退火以恢復其塑性。對一些硬化能力強的金屬( 不銹鋼、耐熱鋼等 ) 更應注意。 綜上所述，在拉深中經常遇到的問題是破裂和起皺。但一般情況下起皺不是主要難題，因為只要采用壓邊圈等措施后即可解決。主要的問題是掌握了拉深工藝的這些特點后，在制定工藝、設計模具時就要考慮如何在保證最大的變形程度下避免毛坯破裂，使拉深

25、能順利進行。同時還要使厚度變化和冷作硬化程度在工件質量標準的允許范圍之內。 拉深模具的設計 拉深模具的分類及典型結構 拉深模按其工序順序可分為首次拉深模和后續(xù)各工序拉深模，它們之間的本質區(qū)別是壓邊圈的結構和定位方式上的差異。按拉伸模使用的沖壓設備又可分為單動壓力機用拉深模、雙動壓力機用拉深模及三動壓力機用拉深模，它們的本質區(qū)別在于壓邊裝置的不同(彈性壓邊和剛性壓邊)。按工序的組合來分，又可分為單工序拉深模、復合模和級進式拉深模。此外還可按有無壓邊裝置分為無壓邊裝置拉深模和有壓邊裝置拉深模等。下面將介紹幾種常見的拉深模典型結構。 1一凸模； 2一定位板； 3一凹模； 4一下模座 圖 無壓邊裝置的

26、首次拉深模1首次拉深模 (1) 無壓邊裝置的首次拉深模(圖)此模具結構簡單,常用于板料塑性好,相對厚度時的拉深。工件以定位板 2 定位，拉深結束后的卸件工作由凹模底部的臺階完成，拉深凸模要深入到凹模下面，所以該模具只適合于淺拉深。 (2) 具有彈性壓邊裝置的首次拉深模 這是最廣泛采用的首次拉深模結構形式(圖)壓邊力由彈性元件的壓縮產生。這種裝置可裝在上模部分( 即為上壓邊 ) ，也可裝在下模部分( 即為下壓邊 ) 。上壓邊的特征是由于上模空間位置受到限制，不可能使用很大的彈簧或橡皮，因此上壓邊裝置的壓邊力小，這種裝置主要用在壓邊力不大的場合。相反，下壓邊裝置的壓邊力可以較大，所以拉深模具常采用

27、下壓邊裝置。 (3) 落料首次拉深復合模 圖 為在通用壓力機上使用的落斜首次拉深復合模。它一般采用條料為坯料，故需設置導料板與卸料板。拉深凸模 9 的頂面稍低于落料凹模 10 ，刃面約一個料厚，使落料完畢后才進行拉深。拉深時由壓力機氣墊通過頂桿 7 和壓邊圈 8 進行壓邊。拉深完畢后靠頂桿 7 頂件，卸料則由剛性卸料板 2 承擔。 1一凸模； 2一上模座； 3一打料桿； 4一推件塊； 5一凹模； 6一定位板； 7一壓邊圈； 8一下模座； 9一卸料螺釘 圖 有壓邊裝置的首次拉深模(4) 雙動壓力機上使用的首次拉灤模(圖 ) 因雙動壓力機有兩個滑塊，其凸模 1 與拉深滑塊( 內滑塊 ) 相連接，而

28、上模座 2(上模座上裝有壓邊圈3) 與壓邊滑塊(外滑塊)相連。拉深時壓邊滑塊首先帶動壓邊圈壓住毛坯，然后拉深滑塊帶動拉深凸模下行進行拉深。此模具因裝有剛性壓邊裝置，所以模具結構顯得很簡單，制造周期也短，成本也低，但壓力機設備投資較高。 2后續(xù)各工序拉深模 后續(xù)拉深用的毛坯是已經過首次拉深的半成品筒形件，而不再是平板毛坯。因此其定位裝置、壓邊裝置與首次拉深模是完全不同的。后續(xù)各工序拉深模的定位方法常用的有三種：第一種采用特定的定位板(圖) ；第二種是凹模上加工出供半成品定位的凹窩；第三種為利用半成品內孔，用凸模外形或壓邊圈的外形來定位(圖4.6.6) 。此時所用壓邊裝置已不再是平板結構，而應是圓

29、筒形結構。1-導料板；2-卸料板；3-打料桿；4-凸凹模；5-上模座；6-下模座；7-頂桿；8-壓邊圈；9-拉深凸模；10-落料凹模圖 落料拉深復合模1-凸模；2-上模座；3-壓邊圈；4-凹模；5-上模座；6-頂件塊圖 雙動壓力機上使用的首次拉深模圖 無壓邊裝置的后續(xù)工序拉深模 圖 有壓邊裝置的后續(xù)各工序拉深模 （1) 無壓邊裝置的后續(xù)各工序拉深模(圖 )此拉深模因無壓邊圈，故不能進行嚴格的多次拉深，用于直徑縮小較少的拉深或整形等，要求側壁料厚一致或要求尺寸精度高時采用該模具。 (2) 帶壓料裝置的后續(xù)各工序拉深模(圖 )此結構是廣泛采用的形式。壓邊圈兼作毛坯的定位圈。由于再次拉深工件一般較深

30、，為了防止彈性壓邊力隨行程的增加而不斷增加，可以在壓邊圈上安裝限位銷來控制壓邊力的增長（參見圖）。 拉深模工作部分的結構和尺寸 拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圓角半徑凸模圓角半徑，凸、凹模的間隙 c ，凸模直徑，凹模直徑等，如圖 所示。 圖 拉深模工作部分的尺寸 1凹模圓角半徑拉深時，材料在經過凹模圓角時不僅因為發(fā)生彎曲變形需要克服彎曲阻力，還要克服因相對流動引起的摩擦阻力，所以的大小對拉深工作的影響非常大。主要有以下影響： (1) 拉深力的大小小時材料流過凹模時產生較大的彎曲變形，結果需承受較大的彎曲變形阻力，此時凹模圓角對板料施加的厚向壓力加大，引起摩擦力增加。當彎曲后的材料被拉入凸、凹模

31、間隙進行校直時，又會使反向彎曲的校直力增加，從而使筒壁內總的變形抗力增大，拉深力增加，變薄嚴重，甚至在危險斷面處拉破。在這種情況下，材料變形受限制，必須采用較大的拉深系數。 (2) 拉深件的質量 當過小時，坯料在滑過凹模圓角時容易被刮傷，結果使工件的表面質量受損。而當太大時，拉深初期毛坯沒有與模具表面接觸的寬度加大(圖) ，由于這部分材料不受壓邊力的作用，因而容易起皺。在拉深后期毛坯外邊緣也會因過早脫離壓邊圈的作用而起皺，使拉深件質量不好，在側壁下部和口部形成皺褶。尤其當毛坯的相對厚度小時，這個現象更嚴重。在這種情況下，也不宜采用大的變形程度。 (3) 拉深模的壽命小時，材料對凹模的壓力增加，

32、摩擦力增大，磨損加劇,使模具的壽命降低。所以的值既不能太大也不能太小。在生產上一般應盡量避免采用過小的凹模圓角半徑，在保證工件質量的前提下盡量取大值，以滿足模具壽命的要求。通常可按經驗公式計算： () 式中 D 為毛坯直徑或上道工序拉深件直徑 (mm) ； d 為本道拉深后的直徑 (mm) 。 首次拉深的可按表 選取。 后續(xù)各次拉深時應逐步減小，其值可按關系式確定，但應大于或等于。若其值小于，一般很難拉出,只能靠拉深后整形得到所需零件。 表 首次拉深的凹模圓角半徑注：表中數據當材料性能好，且潤滑好時可適當減小。 2凸模圓角半徑凸模圓角半徑對拉深工序的影響沒有凹模圓角半徑大，但其值也必須合適.太

33、小，拉深初期毛坯在處彎曲變形大，危險斷面受拉力增大，工件易產生局部變薄或拉裂，且局部變薄和彎曲變形的痕跡在后續(xù)拉深時將會遺留在成品零件的側壁上，影響零件的質量。而且多工序拉深時，由于后繼工序的壓邊圈圓角半徑應等于前道工序的凸模圓角半徑,所以當過小時,在以后的拉深工序中毛坯沿壓邊圈滑動的阻力會增大,這對拉深過程是不利的。因而，凸模圓角半徑不能太小。若凸模圓角半徑過大，會使處材料在拉深初期不與凸模表面接觸，易產生底部變薄和內皺，如圖 所示。 一般首次拉深時凸模的圓角半徑為： 以后各次 可取為各次拉深中直徑減小量的一半，即： （） 式中： 為本道拉深的凸模圓角半徑； 為本道拉深直徑； 為下道拉深的工

34、件直徑。圖 拉深初期毛坯與凸模、凹模的位置關系最后一次拉深時應等于零件的內圓角半徑值，即： 但不得小于料厚。如必須獲得較小的圓角半徑時，最后一次拉深時仍取，拉深結束后再增加一道整形工序，以得到。 3凸模和凹模的間隙拉深模間隙是指單面間隙。間隙的大小對拉深力、拉深件的質量、拉深模的壽命都有影響。若值太小，凸緣區(qū)變厚的材料通過間隙時，校直與變形的阻力增加，與模具表面間的摩擦、磨損嚴重，使拉深力增加，零件變薄嚴重，甚至拉破，模具壽命降低。間隙小時得到的零件側壁平直而光滑，質量較好，精度較高。 間隙過大時，對毛坯的校直和擠壓作用減小，拉深力降低，模具的壽命提高，但零件的質量變差，沖出的零件側壁不直。

35、因此拉深模的間隙值也應合適，確定時要考慮壓邊狀況、拉深次數和工件精度等。其原則是：既要考慮板料本身的公差，又要考慮板料的增厚現象，間隙一般都比毛坯厚度略大一些。采用壓邊拉深時其值可按下式計算： () 式中為考慮材料變厚，為減少摩擦而增大間隙的系數，可查表 ； 表 增大間隙的系數注：表中數值適用于一般精度（自由公差）零件的拉深。具有分數的地方，分母的數值適用于精密零件（ IT10-12 級）的拉深。 表 有壓邊時的單向間隙注： 1. 材料厚度，取材料允許偏差的中間值。 2. 當拉深精密工件時，對最末一次拉深間隙取為材料的名義厚度；材料的最大厚度，其值位其中為材料的正偏差。不用壓邊圈拉深時，考慮到

36、起皺的可能性取間隙值為： 式中較小的數值用于末次拉深或精密拉深件，較大的值用于中間拉深或精度要求不高的拉深件。 在用壓邊圈拉深時，間隙數值也可以按表 取值。 對精度要求高的零件，為了使拉深后回彈小，表面光潔，常采用負間隙拉深，其間隙值為，處于材料的名義厚度和最小厚度之間。采用較小間隙時拉深力比一般情況要增大20，故這時拉深系數應加大。當拉深相對高度的工件時，為了克服回彈應采用負間隙。 4凸模、凹模的尺寸及公差 工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差決定，因此除最后一道拉深模的尺寸公差需要考慮外，首次及中間各道次的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差沒有必要作嚴格限制，這時模具的尺寸只要取

37、等于毛坯的過渡尺寸即可。若以凹模為基準時，凹模尺寸為：凸模尺寸為：對于最后一道拉深工序，拉深凹模及凸模的尺寸和公差應按零件的要求來確定。 當工件的外形尺寸及公差有要求時(如圖 4.6.9a 所示) ，以凹模為基準。先確定凹模尺寸因凹模尺寸在拉深中隨磨損的增加而逐漸變大，故凹模尺寸開始時應取小些。其值為： （） 凸模尺寸為： () 當工件的內形尺寸及公差有要求時( 如圖 b 所示 ) ，以凸模為基準，先定凸模尺寸。考慮到凸模基本不磨損，以及工件的回彈情況，凸模的開始尺寸不要取得過大。其值為： （）凹模尺寸為： () 凸、凹模的制造公差和可根據工件的公差來選定。工件公差為 ITl3 級以上時,和可

38、按IT68 級取，工件公差在 ITl4 級以下時,和按 ITl0 級取。 圖 拉深零件尺寸與模具尺寸 a) 外形有要求時 ;b) 內形有要求時 5凸、凹模的結構形式 拉深凸模與凹模的結構形式取決于工件的形狀、尺寸以及拉深方法、拉深次數等工藝要求，不同的結構形式對拉深的變形情況、變形程度的大小及產品的質量均有不同的影響。 當毛坯的相對厚度較大，不易起皺，不需用壓邊圈壓邊時，應采用錐形凹模(參見圖 ) 。這種模具在拉深的初期就使毛坯呈曲面形狀，因而較平端面拉深凹模具有更大的抗失穩(wěn)能力，故可以采用更小的拉深系數進行拉深。 當毛坯的相對厚度較小，必須采用壓邊圈進行多次拉深時，應該采用圖 所示的模具結構

39、。圖 4.6.10a 中凸、凹模具有圓角結構，用于拉深直徑的拉深件。圖中凸、凹模具有斜角結構，用于拉深直徑 d 100mm 的拉深件。 圖 拉深模工作部分的結構 采用這種有斜角的凸模和凹模，除具有改善金屬的流動，減少變形抗力，材料不易變薄等一般錐形凹模的特點外，還可減輕毛坯反復彎曲變形的程度，提高零件側壁的質量，使毛坯在下次工序中容易定位。不論采用哪種結構，均需注意前后兩道工序的沖模在形狀和尺寸上的協(xié)調，使前道工序得到的半成品形狀有利于后道工序的成形。比如壓邊圈的形狀和尺寸應與前道工序凸模的相應部分相同，拉深凹模的錐面角度也要與前道工序凸模的斜角一致,前道工序凸模的錐頂徑應比后續(xù)工序凸模的直徑

40、小，以避免毛坯在 A 部可能產生不必要的反復彎曲，使工件筒壁的質量變差等(圖) 。 圖 斜角尺寸的確定 圖 最后拉深中毛坯底步尺寸的變化 為了使最后一道拉深后零件的底部平整，如果是圓角結構的沖模，其最后一次拉深凸模圓角半徑的圓心應與倒數第二道拉深凸模圓角半徑的圓心位于同一條中心線上。如果是斜角的沖模結構，則倒數第二道工序(道)凸模底部的斜線應與最后一道的凸模圓角半徑 相切，如圖 所示。 凸模與凹模的錐角對拉深有一定的影響。大對拉深變形有利，但過大時相對厚度小的材料可能要引起皺紋，因而的大小可根據材料的厚度確定。一般當料厚為 0.5-1.0mm ；當料厚為 1.02.0mm 時 為了便于取出工件

41、，拉深凸模應鉆通氣孔，如圖 所示。其尺寸可查表 4.6.4 。 表 通氣孔尺寸 拉深工藝設計 拉深零件的結構工藝性分析 拉深件工藝性的好壞，直接影響到該零件能否用拉深方法生產出來，影響到零件的質量、成本和生產周期等等。一個工藝性好的拉深件，不僅能滿足產品的使用要求，同時也能夠用最簡單、最經濟和最快的方法生產出來。 1對拉深件外形尺寸的要求 設計拉深件時應盡量減少其高度，使其可能用一次或兩次拉深工序來完成。對于各種形狀的拉深件，用一次工序可制成的條件為： (1) 圓筒件一次拉成的高度見表 。 (2) 對于盒形件一次制成的條件為：當盒形件角部的圓角半徑 r=(0.050.20)B( 式中 B 為盒

42、形件的短邊寬度 ) 時，拉深件高度 h( 0.30.8 )B 。 (3) 對于凸緣件一次制成的條件為：零件的圓筒形部分直徑與毛坯的比值 d/D 0.4 。表 一次拉深的極限高度2對拉深件形狀的要求 (1) 設計拉深件時，應明確注明必須保證的是外形還是內形，不能同時標往內外形尺寸。 (2) 盡量避免采用非常復雜的和非對稱的拉深件。對半敞開的或非對稱的空心件，應能組合成對進行拉深，然后將其切成兩個或多個零件 (圖 ) 。 (3) 拉深復雜外形的空心件時，要考慮工序間毛坯定位的工藝基準。 (4) 在凸緣面上有下凹的拉深件 (圖 ) ，如下凹的軸線與拉深方向一致，可以拉出。若下凹的軸線與拉深方向垂直，

43、則只能在最后校正時壓出。 圖 組合成對進行拉深圖 凸緣面上帶下凹的拉深件3對拉深件的圓角半徑和拉深件精度的要求 (1) 為了使拉深順利進行，拉深件的底與壁、凸緣與壁、盒形件的四壁間的圓角半徑 ( 圖 ) 應滿足否則，應增加整形工序。 (2) 一般情況下不要對拉深件的尺寸公差要求過嚴。其斷面尺寸公差等級一般都在 ITll 以下。如果公差等級要求高，可增加整形工序。 圖 拉深件的圓角半徑 拉深工藝力的計算1壓邊力的計算 解決拉深工作中的起皺問題的主要方法是采用防皺壓邊圈。至于是否需要采用壓邊圈，可按表 的條件決定。 壓邊力是為了防止毛坯起皺，保證拉深過程順利進行而施加的力，它的大小對拉深影響很大。

44、壓邊力的數值應適當，太小時防皺效果不好，太大時則會增加危險斷面處的拉應力，引起拉裂破壞或嚴重變薄超差( 圖 ，圖 4.5.5) 。在生產中，壓邊力 都有一定的調節(jié)范圍( 圖 4.5.5) ，其范圍在最大壓邊力和最小壓邊力 之間。當拉深系數小至接近極限拉深系數時，這個變動范圍就小，壓邊力的變動對拉深工作的影響就顯著。通常是使壓邊力稍大于防皺作用所需的最低值，并按下列公式進行計算。 表 采用或不采用壓邊圈的條件 圖 拉深力與壓邊力的關系 圖 壓邊力對拉深的影響 總壓邊力： （ ） 式中 A 為在開始拉深瞬間不考慮凹模圓角時的壓邊面積( ) 。 筒形件第一次拉深時： （） 筒形件后續(xù)各道拉深時： （

45、） 式中： q 單位壓邊力 (MPa) ，可按表 選用； 第一次及以后各次工件的外徑(mm) ； 凹模洞口的圓角半徑 (mm) 。 圖 首次拉深壓邊力的變化表 單位壓邊力 q 在生產中，一次拉深時的壓邊力也可按拉深力的 1/4 選取，即：() 拉深中凸緣起皺的規(guī)律與的變化規(guī)律相似，如圖 所示。起皺趨勢最嚴重的時刻是毛坯外緣縮小到時。理論上合理的壓邊力應隨起皺趨勢的變化而變化。當起皺嚴重時壓邊力變大，起皺不嚴重時壓邊力就隨著減少。但要實現這種變化是很困難的。 目前在生產實際中常用的壓邊裝置有以下兩大類： (1) 彈性壓邊裝置 這種裝置多用于普通沖床。通常有三種： 橡皮壓邊裝置( 圖 4.5.7a

46、) ；彈簧壓邊裝置( 圖 4.5.7b) ；氣墊式壓邊裝置( 圖 4.5.7c) 。這三種壓邊裝置壓邊力的變化曲線如圖 4.5.7d 所示。另外氮氣彈簧技術也逐漸在模具中使用。 隨著拉深深度的增加，需要壓邊的凸緣部分不斷減少，故需要的壓邊力也就逐漸減小。從圖 d 可以看出橡皮及彈簧壓邊裝置的壓邊力恰好與需要的相反，隨拉深深度的增加而增加。因此橡皮及彈簧結構通常只用于淺拉深。圖 彈性壓邊裝置 氣墊式壓邊裝置的壓邊效果較好，但也不是十分理想。它結構復雜，制造、使用及維修都比較困難。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還是很方便的。根據生產經驗，只要正確地選

47、擇彈簧規(guī)格及橡皮的牌號和尺寸，就能尺量減少它們的不利方面，充分發(fā)揮它們的作用。 當拉深行程較大時，應選擇總壓縮最大、壓邊力隨壓縮量緩慢增加的彈簧。橡皮應選用軟橡皮( 沖裁卸料是用硬橡皮 ) 。橡皮的壓邊力隨壓縮量增加很快，因此橡皮的總厚度應選大些，以保證相對壓縮量不致過大。建議所選取的橡皮總厚度不小于拉深行程的 5 倍。 在拉深寬凸緣件時，為了克服彈簧和橡皮的缺點，可采用圖 所示的限位裝置(定位銷、柱銷或螺栓) ，使壓邊圈和凹模間始終保持一定的距離。 圖 有限位裝置的壓邊裝置 a) 第一次拉深； b) 后續(xù)拉深 (2) 剛性壓邊裝置 這種裝置的特點是壓邊力不隨行程變化，拉深效果較好，且模具結構簡單。這種結構用于雙動壓力機，凸模裝在壓力機的內滑塊上，壓邊裝置裝在外滑塊上。 2拉深力的計算從理論上計算拉深力在前面已推導過，但它使用不便，生產中常用經驗公式計算拉深力。圓筒形工件采用壓邊拉深時可用下式計算拉深力： 第一次拉深 （） 第二次拉深 （） 式中 為材料的抗拉強度； 為系數，查表 。 表 修正系數1. 壓力機的壓力曲線 2. 拉深力 3. 落料力 圖 拉深力與壓力機的壓力曲線 3拉深功 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迭加來選擇壓力機，( 因為壓力機的公稱壓力是指在接近下