【正文】 開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。 現(xiàn)代模具制造技術(shù)朝 著加快信息驅(qū)動(dòng)、提高制造柔性、敏捷化制造及系統(tǒng)化集成的方向中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 31 頁 2 拉深 拉深 (又稱拉延 )是利用拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。它是沖壓基本工序之一，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、日用品、儀表、航空和航天等各種工業(yè)部門的產(chǎn)品生產(chǎn)中，不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復(fù)雜的薄壁零件，如圖 。 a) 軸對稱旋轉(zhuǎn)體拉深件 b)盒形件 c) 不對稱拉深件 圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 31 頁 3 工藝方案的確定 根據(jù)上述工藝分析及計(jì)算，可確定該零件橢圓外形可以一道工序拉伸成形，考慮到零件底部各孔裝配及拉伸后端面修邊的需要，因此還需設(shè)計(jì) 底部沖孔及端面切邊模，為保證拉伸好的橢圓的外形光潔、圓滑，同時(shí)還需對拉伸好的橢圓進(jìn)行整形。于是采用的工藝方案為 :沖切展開料 拉伸成橢圓外形 整形 修邊。 具體分析零件展開料及橢圓形各尺寸的關(guān)系，可看出落料一拉伸凸凹模的壁厚大于凸凹模最小壁厚具備復(fù)合的條件，為減少工序數(shù)目及模具數(shù)量，降低設(shè)備占用，以提高經(jīng)濟(jì)效益，因而確定工藝方案為 :沖切展開料并拉伸出橢圓外形 整形并修邊。為此，需設(shè)計(jì)落料 沖孔 拉伸復(fù)合模、整形修邊復(fù)合模、等 3副模具來完成上述 3 個(gè)工序。 圓筒件拉深的變形分析 拉深變形過程 拉深可分為不變薄拉深和變薄拉深。前者拉深成形后的零件，其各部分的壁厚與拉深前的坯料相比基本不變；后者拉深成形后的零件，其壁厚與拉深前的坯料相比有明顯的變薄，這種變薄是產(chǎn)品要求的，零件呈現(xiàn)是底厚、壁薄的特點(diǎn)。本模具應(yīng)用不變薄拉深。 拉深所使用的模具叫拉深模。拉深模結(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。下圖為有壓邊圈的首次拉深模的結(jié)構(gòu)圖，平板坯料放入定位板 6 內(nèi)，當(dāng)上模下行時(shí)，首先由壓邊圈 5和凹模 7將平板坯料壓住，隨后凸模 10 將坯料 逐漸拉入凹?？變?nèi)形成直壁圓筒。成形后，當(dāng)上?；厣龝r(shí)，彈簧 5恢復(fù)，利用壓邊圈 5將拉深件從凸模 10 上卸下，為了便于成形和卸料，在凸模 10 上開設(shè)有通氣孔。壓邊圈在這副模具中，既起壓邊作用，又起卸載作用。如圖 拉深過程中，其底部區(qū)域幾乎不發(fā)生變化由于金屬材料內(nèi)部的相互作用，使金屬各單元體之間產(chǎn)生樂內(nèi)應(yīng)力，在徑向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力б 1 ，在切向產(chǎn)生壓縮應(yīng)力б 3 。在б 1 和б 3 的共同作用下，凸緣區(qū)的材料在發(fā)生塑性變形的條件下不斷地被拉入凹模內(nèi)成為筒形零件的直壁。拉深時(shí)，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形被拉入凹模內(nèi)成為筒形零件的直壁。拉伸時(shí)，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形是不均勻的，外緣的厚度，硬度最大變形亦中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 31 頁 最大。 拉深模結(jié)構(gòu)圖 １－模柄 ２－上模座 ３－凸模固定板 ４－彈簧５－壓邊圈 ６－定位板 ７－凹模 ８－下模座９－卸料螺釘 10－凸模圖 拉深過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺 是由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；傳力區(qū)的拉裂是由于拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。同時(shí)，拉深變形區(qū)板料有所增厚，而傳力區(qū)板料有所變薄。因而出現(xiàn)的問題也不同。為了更好地解決上述問題，有必要研究。 面積較小，因此產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大。同時(shí)，該處所需要轉(zhuǎn)移的材料較少，故中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 31 頁 該處材料的變形程度很小，冷作硬化較低，材料的屈服極限也就較低。而與凸模圓角部分相比，該處又不象凸模圓角處那樣，存在較大的摩擦阻力。因此在拉深過程中，此處變薄便最為嚴(yán)重，是整個(gè)零件強(qiáng)度最薄弱的地方，易出現(xiàn)變薄 超差甚至拉裂。 這部分材料與凸模底面接觸，直接接收凸模施加的拉深力傳遞到筒壁，是傳力區(qū)。該處材這部分材料變薄嚴(yán)重，尤其是與筒壁相切的部位，此處最容易出現(xiàn)拉裂，是拉深的 “ 危險(xiǎn)斷面 ” 。原應(yīng)力作用，變形為徑向和切向伸長、厚度變薄，但變形量很小。 從拉深過程坯料的應(yīng)力應(yīng)變的分析中可見：坯料各區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變是很不均勻的。即這部分材料變薄嚴(yán)重，尤其是與筒壁相切的部位，此處最容易出現(xiàn)拉裂，是拉深的 “ 危險(xiǎn)斷面 ” 。原是這樣，越靠近外緣，變形程度越大，板料增厚也越多，拉深成形后制件壁厚和硬度分布情況可以看 出，拉深件下部壁厚略有變薄，壁部與圓角相切處變薄嚴(yán)重，口部最厚。由于坯料各處變形程度不同，加工硬化程度也不同，表現(xiàn)為拉深件各部分硬度不一樣，越接近口部，硬度愈大 。 拉深件的起皺及拉裂 凸緣變形區(qū)的 “ 起皺 ” 和筒壁傳力區(qū)的 “ 拉裂 ” 是拉深工藝能否順利進(jìn)行的主要障礙。為此，必須了解起皺和拉裂的原因，在拉深工藝和拉深模設(shè)計(jì)等方面采取適當(dāng)?shù)拇胧?，保證拉深工藝的順利進(jìn)行，提高拉深件的質(zhì)量。 凸緣區(qū)會(huì)不會(huì)起皺，主要決定于兩個(gè)方面：一方面是切向壓應(yīng)力σ的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；另一方面是凸緣區(qū)板料本身 的抵抗失 穩(wěn)的能力，凸緣寬度越大，厚度越薄這部分材料變薄嚴(yán)重，尤其是與筒壁相切的部位，此處最容易出現(xiàn)拉裂，是拉深的“危險(xiǎn)斷面”。原力而且取決于壓桿的粗細(xì)。在拉深過程中 是隨著拉深的進(jìn)行而增加的，但凸緣變形區(qū)的相對厚度 也在增大。這說明拉深過程中失穩(wěn)起皺的因素在增加而抗失穩(wěn)起皺的能力也在增加。 拉深時(shí)，筒壁所受的拉應(yīng)力除了與徑 向拉應(yīng)力有關(guān)之外，還與 由于壓料力 引起的摩擦阻力、坯料在凹模圓角表面滑動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦阻力和彎曲變形所形成的阻力有關(guān)。 筒壁會(huì)不會(huì)拉裂主要取決于兩個(gè)方面：一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力；另中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 31 頁 一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過筒壁材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，拉深件就會(huì)在底部圓角與筒壁相切處 —— “ 危險(xiǎn)斷面 ” 產(chǎn)生破裂 要防止筒壁的拉裂，一方面要通過改善材料的力學(xué)性能，提高筒壁抗拉強(qiáng)度；另一方面是通過正確制定拉深工藝和設(shè)計(jì)模具，合理確定拉深變形程度、凹模圓角半徑、合理改善條件潤滑等，以降低筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 31 頁 4 拉伸模具的分析 拉伸模具的結(jié)構(gòu) 拉深模結(jié)構(gòu)相對較簡單。根據(jù)拉深模使用的壓力機(jī)類型不同，拉深?？煞譃閱蝿?dòng)壓力機(jī)用拉深模和雙動(dòng)壓力機(jī)用拉深模；根據(jù) 拉深順序可分為首次拉深模和以后各次拉深模；根據(jù)工序組合可分為單工序拉深模、復(fù)合工序拉深模和連續(xù)工序拉深模；根據(jù)壓料情況可分為有壓邊裝置和無壓邊裝置拉深模。 這種模具結(jié)構(gòu)簡單，上模往往是整體的，如圖 。當(dāng)凸模 3 直徑過小時(shí)，則還應(yīng)加上模座，以增加上模部分與壓力機(jī)滑塊的接觸面積，下模部分有定位板 下模座 2 與凹模 5。為使工件在拉深后不致于緊貼在凸模上難以取下，在拉深凸模 3 上應(yīng)有直徑聲φ 3mm 以上的小通氣孔。拉深后，沖壓件靠凹模下部的脫料頸刮下。這種模具適用于拉深材料厚度較大 (t2mm)及深度較小的零件 如圖 所示為壓邊圈裝在上模部分的正裝拉深模。由于彈性元件裝在上模，因此凸模要比較長，適宜于拉深深度不大的工件。 圓筒件拉深的變形分析 拉深變形過程 圓筒形件是最典型的拉深件 平板圓形坯料拉深成為圓筒形件變形過程如圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 31 頁 拉深 拉深過程中，其底部區(qū)域幾乎不發(fā)生變化由于金屬材料內(nèi)部的相互作用，使金屬各單元體之間產(chǎn)生樂內(nèi)應(yīng)力，凸緣區(qū)的材料在發(fā)生塑性變形的條件下不斷地被拉入凹模內(nèi)成為筒形零件的直壁。拉深時(shí)，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形被拉入凹模內(nèi)成為筒形零件的直壁。拉伸時(shí)，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形是不均勻的，外緣的厚度，硬度最大變形亦最大。 拉深過程中坯料內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài) 拉深過程 中出現(xiàn)質(zhì)量問題主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺是由于切向壓應(yīng)力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；傳力區(qū)的拉裂是由于拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度引起板料斷裂。 拉深時(shí)，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形 的 同時(shí)，拉深變形區(qū)板料有所增厚，而傳力區(qū)板料有所變薄。這些現(xiàn)象表明，在拉深過程中，坯料內(nèi)各區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)是不同的，因而出現(xiàn)的問題也不同。為了更好地解決上述問題，有必要研究拉深過程中坯料內(nèi)各區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)。圖 是拉深過程中某一瞬間坯料所處的狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)不同，可將坯料劃分為五個(gè)部分。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 31 頁 圖 1).凸緣部分 (見圖 、圖 、圖 ) 這是拉深的主要變形區(qū)，材料在徑向拉應(yīng)力 和切向壓應(yīng)力 的共同作用下產(chǎn)生切向壓縮與徑向伸長變形而逐漸被拉入凹模。力學(xué)分析可證明，凸緣變形區(qū)的是按對數(shù)曲線分布的，其分布情況如圖 所示，在 =r處 (即凹模入口處 )，凸緣上的值最大。 在厚度方向，由于壓料圈的作用，產(chǎn)生壓應(yīng)力，通常和的絕對值比大得多。厚度方向上材料的的變形情況取 決于徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力之間比例關(guān)系，一般在材料產(chǎn)生切向壓縮和徑向伸長的同時(shí)，厚度有所增厚，越接近于外緣，板料中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 31 頁 增厚越多。如果不壓料 (=0)，或壓料力較小 (小 )，這時(shí)板料增厚比較大。當(dāng)拉深變形程度較大，板料又比較薄時(shí)，則在坯料的