拉深變形過程及拉深工藝.ppt

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,,拉深概述6.1拉深變形過程的分析6.2直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計6.3非直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深成形的特點6.4盒形件的拉深6.5拉深工藝設(shè)計6.6拉深模具設(shè)計6.7其他拉深方法,,,,1.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開口的空心件，或?qū)⒁阎瞥傻拈_口空心件加工成其他形狀空心件的一種沖壓加工方法。(如圖6.0.1)2.典型的拉深件(如圖6.0.2)3.拉深模具的特點結(jié)構(gòu)相對較簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)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4.1.1板料拉深變形過程及其特點(如圖4.1.1)在毛坯上畫作出距離為a的等距離的同心圓與相同弧度b輻射線組成的網(wǎng)格(如圖4.1.2)，然后將帶有網(wǎng)格的毛坯進(jìn)行拉深。在拉深過程中，毛坯受凸模拉深力的作用，在凸緣毛坯的徑向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，切向產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。在它們的共同作用下，凸緣變形區(qū)材料發(fā)生了塑性變形，并不斷被拉入凹模內(nèi)形成筒形拉深件。,在拉深后我們發(fā)現(xiàn)如圖4.1.2：工件底部的網(wǎng)格變化很小，而側(cè)壁上的網(wǎng)格變化很大，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(cè)壁上變成了間距相等的垂線，如圖4.1.3所示，以前的扇形毛坯網(wǎng)格變成了拉深后的矩形網(wǎng)格。,,,,4.1.2拉深過程中變形毛坯各部分的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)拉深過程中某一瞬時毛坯變形和應(yīng)力情況(如圖4.1.5)1.平面凸緣部分主要變形區(qū)2.凹模圓角區(qū)過渡區(qū)3.筒壁部分傳力區(qū)4.凸模圓角部分過渡區(qū)5.圓筒底部分小變形區(qū),,,,,,,圖4.1.5拉深中毛坯的應(yīng)力應(yīng)變情況,,,,4.1.3拉深變形過程的力學(xué)分析,1.凸緣變形區(qū)的應(yīng)力分析（1）拉深中某時刻變形區(qū)應(yīng)力分布根據(jù)微元體的受力平衡可得因為取并略去高階無窮小，得:塑性變形時需滿足的塑性方程為:,,,,,,,,由上述兩式，并考慮邊界條件(當(dāng)時，)，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)就可以求出徑向拉應(yīng)力，和切向壓應(yīng)力的大小為：在變形區(qū)的內(nèi)邊緣（即處）徑向拉應(yīng)力最大，其值為：在變形區(qū)外邊緣處壓應(yīng)力最大，其值為：,,,,,,,,,,,凸緣外邊向內(nèi)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（如右圖所示），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(yīng)力占優(yōu)勢（），拉應(yīng)變?yōu)榻^對值最大的主變形，厚度方向的變形是壓縮應(yīng)變。,,,,,,,,（2）拉深過程中的變化規(guī)律和是當(dāng)毛坯凸緣半徑變化到時，在凹模洞口的最大拉應(yīng)力和凸緣最外邊的最大壓應(yīng)力。2.筒壁傳力區(qū)的受力分析（1）壓邊力引起的摩擦力該摩擦應(yīng)力為：,,,,,,,,,,,（2）材料流過凹模圓角半徑產(chǎn)生彎曲變形的阻力可根據(jù)彎曲時內(nèi)力和外力所作功相等的條件按下式計算：（3）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(jìn)行計算:拉深初期凸模圓角處的彎曲應(yīng)力也按上式計算，即：,,,,,,（4）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?zhèn)鬟f的徑向拉應(yīng)力即為：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：,,,,,,4.1.4拉深成形的障礙及防止措施1.起皺(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的相對料厚，即為:(2)切向壓應(yīng)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(zhuǎn)移的剩余材料越多，加工硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重，則越大，就越容易起皺。(3)材料的力學(xué)性能板料的屈強比小，則屈服極限小，變形區(qū)內(nèi)的切向壓應(yīng)力也相對減小，因此板料不容易起皺。,,,,,,,(4)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:用錐形凹模首次拉深時，材料不起皺的條件是：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(chǎn)中最常用的方法)是采用壓邊圈。,,,,,,,,,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4.1.9)防止拉裂:可根據(jù)板材的成形性能，采用適當(dāng)?shù)睦畋群蛪哼吜Γ黾油鼓５谋砻娲植诙?，改善凸緣部分變形材料的潤滑條件，合理設(shè)計模具工作部分的形狀，選用拉深性能好的材料。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。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(jìn)一步拉深時變形困難。,,,,,,,,4.2直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計4.2.1拉深毛坯尺寸的確定拉深毛坯尺寸的確定原則：體積不變原理（拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面積）、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。（1）確定修邊余量由于材料的各向?qū)砸约袄顣r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應(yīng)在工件高度方向上(無凸緣件)或凸緣上增加修邊余量。,,（2）計算工件表面積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1.拉深系數(shù)拉深系數(shù)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。（如圖4.2.2）工件的直徑與毛坯直徑之比稱為總拉深系數(shù)，即工件所需要的拉深系數(shù),圖4.2.2拉深工序示意圖,,,,,,拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深程度或拉深比，其值為：拉深系數(shù)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，因此可用它作為衡量拉深變形程度的指標(biāo)。拉深時毛坯外邊緣的切向壓縮變形量為：由此可知，拉深系數(shù)是一個小于1的數(shù)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。其值愈小則毛坯的直徑變化愈大，即變形程度大。,,,,2.影響拉深系數(shù)的因素拉深材料：機械性能、料厚、表面質(zhì)量。拉深模具：間隙、凸模圓角半徑、凹模圓角半徑、凹模形狀(如圖4.2.3）凹模表面質(zhì)量。拉深條件：壓邊圈、次數(shù)、潤滑、工件形狀。3.拉深系數(shù)的值與拉深次數(shù)查表確定。4.后續(xù)拉深的特點壓力行程曲線（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(shù)和工序件尺寸的計算試確定如下圖所示零件(材料08鋼，材料厚度=2mm)的拉深次數(shù)和各拉深工序尺寸。計算步驟如下：1.確定切邊余量根據(jù)，查教材表4.2.1，并?。邯?。2.按教材表4.2.3序號1的公式計算毛坯直徑,,,,,,,,3.確定拉深次數(shù)⑴判斷能否一次拉出對于圖示的零件，由毛坯的相對厚度：從表4.2.4中查出各次的拉深系數(shù)：=0.54，=0.77，=0.80，=0.82。則該零件的總拉深系數(shù)。即：，故該零件需經(jīng)多次拉深才能夠達(dá)到所需尺寸。,,,,（2）計算拉深次數(shù)例如:可知該零件要拉深四次才行。半成品尺寸確定（1）半成品直徑拉深次數(shù)確定后，再根據(jù)計算直徑應(yīng)等于的原則對各次拉深系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使實際采用的拉深系數(shù)大于推算拉深次數(shù)時所用的極限拉深系數(shù)。,,,,,,零件實際需拉深系數(shù)應(yīng)調(diào)整為：調(diào)整好拉深系數(shù)后，重新計算各次拉深的圓筒直徑即得半成品直徑。零件的各次半成品尺寸為：,,,,,,（2）半成品高度各次拉深直徑確定后，緊接著是計算各次拉深后零件的高度：式中：各次拉深的直徑(中線值)；各次半成品底部的圓角半徑(中值)；各次半成品底部平板部分的直徑；各次半成品底部圓角半徑圓心以上的筒壁高度；,,,,,,,,,,