拉伸模设计.doc

模块四拉深模设计
本模块设计任务:完成下面两个拉深件模具设计任务。
1. 无凸缘筒形件材料:08钢料厚:2mm
2. 有凸缘筒形件材料:10钢料厚:
学习项目一拉深概述
一、拉深的概念及应用
拉深(又称拉延)是利用拉深模在压力机的压力作用下,将平板坯料或空心工序件制成空心零件的加工方法,它是冲压生产中应用最广泛的工序之一。拉深可加工旋转体零件、盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件如图1所示。它广泛用于汽车、拖拉机、仪表、电子、航空和航天等各种工业部门和日常生活用品的生产中。
图1 拉深件示意图
a)轴对称旋转体拉深件 b)盒形件 c)不对称拉深件
二、拉深的分类
拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。不变薄拉深成形后的零件,其各部分的厚度与拉深前坯料厚度相比,基本不变;而变薄拉深成形后的零件,其壁厚与原坯料厚度相比则有明显的变薄。在实际生产中,应用较多的是不变薄拉深。
三、拉深模
拉深成形所用的冲模叫拉深模。拉深模结构一般比较简单,它与冲裁模相比,凸模与凹模的工作部分均有较大的圆角,表面质量要求高,凸模与凹模的间隙一般略大于坯料厚度。
拉深模有许多分类方法。根据使用的压力机类型不同,可分为单动压力机上用的拉深模和双动压力机上用的拉深模;根据拉深顺序可分为首次拉深模和以后各次拉深模;根据工序组合可分为单工序拉深模、复合工序拉深模、连续工序拉深模;根据压料情况可分为有压边装置和无压边装置拉深模。图2为一副有压边圈的首次拉深模,平板坯料放人定位板6内,当上模下行时,首先由压边圈5和凹模7将坯料压住,随后凸模10将坯料逐渐拉人凹模孔内进行拉深成形。成形完后,当上模回升时,弹簧4恢复,利用压边圈5将拉深件从凸模10上卸下,为了便于成形和卸料,在凸模10上开设有通气孔。在这副模具中,压边圈既起压边作用,又起卸料作用。
图2 有压边圈的首次拉深模
1-模柄 2-上模座 3-凸模固定板 4-弹簧 5-压边圈
6-定位板 7-凹模 8-下模座 9-卸料螺钉 10-凸模
学习项目二圆筒形拉深件的变形分析
一、拉深变形过程

图3为平板圆形坯料变为筒形件的变性过程示意图。拉深凸模和凹模与冲裁不同,他们都有一定的圆角而不是锋利的刃口,其间隙一般大于板料厚度。
为了说明拉深变形过程,在平板坯料上沿直径方向画出一个局部的扇形区域oab。当凸模下压时,将坯料拉入凹模,扇形oab变成以下三部分:
凸缘部分a’b’cd,变形后逐渐转化为筒壁,凸缘部分减少,筒壁部分逐渐增加,材料完成变形后由变形区转化为传力区。
筒壁部分cdef,在拉深过程中逐步所占比例逐步增加,其是传力区。
筒底部分oef,筒底部分基本不发生变形,在拉深过程中是传力区。
图3 拉深变形过程
2. 微观分析
为了进一步说明拉深时金属变形过程,可进行如下实验:在圆形坯料上画许多间距都等于a的同心圆和分度相等的辐射线如图4所示,由这些同心圆和辐射线组成网格。拉深后,在圆筒形件底部的网格基本保持原来的形状,而在圆筒形件的筒壁部分的网格则发生了很大的变化:原来的同心圆变为筒壁上的水平圆周线,而且其间距a也增大了,越靠筒的上部增大越多,即
另外,原来分度相等的辐射线变成了筒壁上的垂直平行线,其间距则完全相等,即
网格变化说明,拉深时坯料的外部环形部分是主要变形区,而与凸模底部接触的部分是不变形区。
图4 拉深变形特点
如果拿网格中的一个小单元体来看,在拉深前是扇形(图4a),其面积是而在拉深后则变成矩形(图4b),其面积是。由于在拉深后,材料厚度变化很小,故可认为拉深前后小单元体的面积不变,即
为什么原来是扇形的小单元体,在拉深后却变成矩形了呢?这是由于坯料在模具的作用下,金属内部产生了内应力,对于一个小单元来说(图4c),径向受拉力作用,切线方向受压应力作用,因而径向产生拉伸变形,切向产生压缩变形,径向尺寸增加,切向尺寸减小,结果形状由扇形变成了矩形。当凸缘部分的材料变为筒壁时,外缘尺寸由初始的逐渐缩短变为;而径向尺寸由初始的逐步伸长变为高度,。
综上所述,拉伸变形过程可概括如下:在拉伸过程中,由于外力的作用,坯料凸缘区内部的各个小单元体之间产生了相互作用的内应力,径向为拉应力;切向为压应力。在和的共同作用下,凸缘部分金属材料产生塑性变形,径向伸长,切向压缩,且不断被拉入凹模中变为筒壁,最后得到直径为d高度为H的筒形件。
二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态
图5 拉深件沿高度方向的硬度和壁厚的变化
在实际生产中可发现拉深件各部分的厚度是不一致的(见图5)。一般是:底部略为变薄,但基本上等于原坯料的厚度;壁部上段增厚,越到上缘增厚越大;壁部下段变薄,越靠下部变薄愈多;在壁部向底部转角稍上处,则出现严重变薄,甚至断裂。另外