拉深工艺系数

拉深件坯料形状和尺寸是以冲件形状和尺寸为基础，按体积不变原则和相似原则确定。 体积不变原则，即对于不变薄拉深，假设变形前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件 表面积近似相等，得到坯料尺寸；相似原则，即利用拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似， 得到坯料形状。当冲件的断面是圆形、正方形、长方形或椭圆形时，其坯料形状应与冲件的断 面形状相似，但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。对于形状复杂的拉深件，利用相似原则仅 能初步确定坯料形状，必须通过多次试压，反复修改，才能最终确定出坯料形状，因此，拉深 件的模具设计一般是先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。 由于金属板料具有板平面方向性和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不整齐，因 此在多数情况下采取加大工序件高度或凸缘宽度的办法，拉深后再经过切边工序以保证零件质 量。切边余量可参考表 4.3.1 和表 4.3.2。 1 当零件的相对高度Ｈ/ｄ很小，并且高度尺寸要求不高时，也可以不用切边工序。 首先将拉深件划分为若干个简单的便于计算的几何体，并分别求出各简单几何体的表 面积。把各简单几何体面积相加即为零件总面积，然后根据表面积相等原则，求出坯料直径。 2 图图 4.3.1 4.3.1 圆筒形拉深件坯料尺寸计算图圆筒形拉深件坯料尺寸计算图 在计算中，零件尺寸均按厚度中线计算；但当板料厚度小于1ｍｍ时，也可以按外形或 内形尺寸计算。常用旋转体零件坯料直径计算公式见表4.3.3。 3 4 该类拉深零件的坯料尺寸，可用久里金法则求出其表面积，即任何形状的母线绕轴旋转 一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其重心绕该轴线旋转所得周长的乘积。如图 4.3.2 所示，旋转体表面积为 A。 图图 4.3.24.3.2 旋转体表面积计算图旋转体表面积计算图 5 １．拉深系数的定义 6 图图 4.4.14.4.1 圆筒形件的多次拉深圆筒形件的多次拉深 在制定拉深工艺时，如拉深系数取得过小，就会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。 因此拉深系数减小有一个客观的界限，这个界限就称为极限拉深系数。极限拉深系数与材料性 能和拉深条件有关。从工艺的角度来看，极限拉深系数越小越有利于减少工序数。 ２．影响极限拉深系数的因素 （3）拉深工作条件 7 图图 4.4.24.4.2 凸凹模圆角半径对极限拉深系数的响凸凹模圆角半径对极限拉深系数的响 但凸、凹模圆角半径也不宜过大，过大的圆角半径，会减少板料与凸模和凹模端面的 接触面积及压料圈的压料面积，板料悬空面积增大，容易产生失稳起趋。 凸、凹模之间间隙也应适当，太小，板料受到太大的挤压作用和摩擦阻力，增大拉深 力；间隙太大会影响拉深件的精度，拉深件锥度和回弹较大。 2）摩擦润滑 凹模和压料圈与板料接触的表面应当光滑，润滑条件要好，以减少摩擦 阻力和筒壁传力区的拉应力。而凸模表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减小由于凸模与材料的 相对滑动而使危险断面变薄破裂的危险。 3）压料圈的压料力 压料是为了防止坯料起皱，但压料力却增大了筒壁传力区的拉应 力，压料力太大，可能导致拉裂。拉深工艺必须正确处理这两者关系，做到既不起皱又不拉裂。 为此，必须正确调整压料力，即应在保证不起皱的前堤下，尽量减少压料力，提高工艺的稳定 性。 此外，影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状 等。采用反拉深、软模拉深等可以降低极限拉深系数；首次拉深极限拉深系数比后次拉深极限 拉深系数小；拉深速度慢，有利于拉深工作的正常进行，盒形件角部拉深系数比相应的圆筒形 件的拉深系数小。 ３．极限拉深系数的确定 由于影响极限拉深系数的因素很多，目前仍难采用理论计算方法准确确定极限拉深系 数。在实际生产中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验方法得出的。表4.4.1 和表 4.4.2 是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极限拉深系数。 在实际生产中，并不是在所有情况下都采用极限拉深系数。为了提高工艺稳定性和零 件质量，适宜采用稍大于极限拉深系数的值。 １．拉深次数的确定 8 注： １.表中拉深数据适用于 08 钢、10 钢和 15Mn 钢等普通拉深碳钢及黄铜Ｈ62。对拉深性能较差的材料， 如 20 钢、25 钢、Ｑ215 钢、Ｑ235 钢、硬铝等应比表中数值大 1.5％～2.0％；而对塑性较好的材料，如05 钢、 08 钢、10 钢及软铝等应比表中数值小 1.5％～2.0％。 ２. 表中数据适用于未经中间退火的拉深。若采用中间退火工序时，则取值应比表中数值小 2％～3％。 ３.表中较小值适用于大的凹模圆角半径〔ｒＡ＝（８～１５）ｔ〕，较大值适用于小的凹模圆角半径〔ｒ Ａ＝（４～８）ｔ〕。 注：此表适用于 08 钢、10 钢及 15Mn 钢等材料。其余各项同表 4.4.1 之注。 （１）查表法 根据工件的相对高度即高度Ｈ与直径ｄ之比值，从表4.4.3 中查得该工 件拉深次数。 9 注： 1.大的Ｈ/ｄ值适用于第一道工序的大凹模圆角〔ｒＡ （８～１５）ｔ〕。 2.小的Ｈ/ｄ值适用于第一道工序的小凹模圆角〔ｒＡ （４～８）ｔ〕。 3.表中数据适用材料为 08Ｆ钢、10Ｆ钢。 （3）计算方法 拉深次数的确定也可采用计算方法进行确定，其计算公式如下： 2．各次拉深工序件尺寸的确定 （１）工序件直径的确定 确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数，适当放大，并加以调整，其 原则是： 10 无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程如图4.4.3 所示。 11 图图 4.4.34.4.3 无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程 例 4.4.1 求图 4.4.4 所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料为 10 钢，板料厚度ｔ＝2ｍｍ。 12 图图 4.4.44.4.4 无凸缘圆筒形件无凸缘圆筒形件 13 以上计算所得工序件有关尺寸都是中径尺寸，换算成工序件的外径和总高度后，绘制 的工序件草图如图 4.4.5 所示。 14 1.压料装置与压料力 为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是在模具结构上采用压料装 置。常用的压料装置有刚性压料装置和弹性压料装置两种（详见4.7）。是否采用压料装置主要 看拉深过程中是否可能发生起皱，在实际生产中可按表4.4.4 来判断拉深过程中是否起皱和采 用压料装置。 图图 4.4.54.4.5 拉深工序件草图拉深工序件草图 压料装置产生的压料力ＦＹ大小应适当，ＦＹ太小，则防皱效果不好；ＦＹ太大，则 会增大传力区危险断面上的拉应力，从而引起材料严重变薄甚至拉裂。因此，实际应用中，在 保证变形区不起皱的前提下，尽量选用小的压料力。 随着拉深系数的减小，所需压料力是增大的。同时，在拉深过程中，所需压料力也是 变化的，一般起皱可能性最大的时刻所需压料力最大。理想的压料力是随起皱可能性变化而变 化，但压料装置很难达到这样的要求。 15 ２．拉深力与压力机公称压力 （１） 拉深力 16 （２）压力机公称压力 单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力。 17 该类零件的拉深过程，其变形区的应力状态和变形特点与无凸缘圆筒形件是相同的。 但有凸缘圆筒形件拉深时，坯料凸缘部分不是全部进入凹模口部，当拉深进行到凸