【正文】 第一節(jié) 圓筒形件的拉深變形分析一、拉深過程二、拉深過程的力掌分析三、起皺與拉裂一、拉深過程 圓形平板毛坯在拉深凸、凹模具作用下，逐漸壓成開口圓筒形件，其變形過程如圖4—2所示。圖a為一平板毛坯，在凸模、凹模作用下，開始進(jìn)行拉深。圖b，隨著凸模的下壓，迫使材料拉凹模，形成了筒底、凸模圓角、筒壁、凹模圓角及尚未拉人凹模的凸緣部分等五個區(qū)域。圖c是凸模繼續(xù)下壓，使全部凸緣的材料拉入凹模形成筒壁所得到的開E口圓筒形零件。圖42 拉深變形過程為了進(jìn)一步說明金屬的流動過程。拉深前將毛坯畫上等距同心圓和分度相等的輻射(圖4—3)所組成的扇形網(wǎng)格，拉深后觀察這些網(wǎng)格的變化發(fā)現(xiàn)：拉深件底部的網(wǎng)格基本上保持不變，而筒壁的網(wǎng)格則發(fā)生了很大的變化，原來的同心圓變成了筒壁上的水平圓筒線，而且其間的距離也增大了。越靠近筒口增大越多，原來的分度相等的輻射線變成等距的豎線，即每一扇形面積內(nèi)的材料都各自在其范圍內(nèi)沿著半徑方向流動。每一梯形塊進(jìn)行流動時，周圍方向被壓縮，半徑方向被拉長，最后變成筒壁部分。圖43 拉深件的網(wǎng)格變化如果從凸緣上取出一扇形單元體來分析(圖4—4)．小單元體在切向受到壓應(yīng)力吼作用，而徑向受到拉應(yīng)力口。的作用，扇形網(wǎng)格變成了矩形網(wǎng)格，從而使得各處的厚度變得不均勻，如圖4—5所示。筒壁上部變厚、愈靠筒口愈厚，最厚增加達(dá)25％()，筒底稍許變薄，在凸模圓處最薄，最薄處約為原來厚度的87％．減薄了13％。由于產(chǎn)生了較大的塑性變形，引起了冷作硬化(圖4—5)，零件口部材料變形程度大，冷作硬化嚴(yán)重，硬度也高a由上向下愈接近底部硬化愈小，硬度愈低，這也是危險斷面靠近底部的原因。圖44 受壓縮的凸緣變形圖45 拉深件壁厚和硬度的變化二、拉深過程的力掌分析 拉深過程中，毛壞各部分的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)是不一樣的，由于變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)決定了筒形件成形的變形性質(zhì)，因此應(yīng)著重研究變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)。設(shè)在拉深過程中的某一時刻毛坯已處于圖46所示的狀態(tài)。此時所形成的五個區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)是不同的。圖46 拉深過程中毛坯的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)（1）凸緣變形區(qū)(主要變形區(qū)) 材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生徑向伸長和切向壓縮變形，在厚度方向，壓邊圈對材料施加壓應(yīng)力，其的值遠(yuǎn)小于和，所以料厚稍有增加，如果不壓料．料厚增加相對大一些。(2 ) 凸緣圓角部分 (過渡區(qū)) 位于凹模圓角處的材料。變形比較復(fù)雜除有與平面凸緣部分相同的特點(diǎn)外，還由于承受凹模圓角的壓力和彎曲作用而產(chǎn)生壓應(yīng)力。(3 ) 筒壁部分 (傳力區(qū)) 這部分材料已經(jīng)變形完畢，此時不再發(fā)生大的變形。在繼續(xù)拉深時，凸模的拉深力經(jīng)由筒壁傳遞到凸緣部分，故它承受單向拉應(yīng)力的作用，發(fā)生少量的縱向伸長和變形。(4 ) 底部圓角部分 (過渡區(qū)) 這部分材料一直承受筒壁傳束的拉應(yīng)力，并且受到凸模的壓力和彎曲作用。在拉、壓府力綜合作用下，使這部分材料變薄嚴(yán)重。最容易產(chǎn)生裂紋，故此處稱為危險斷面。（5） 筒底部分 這部分材料基本上不變形，但由于作用于底部圓角部分的拉深力，使材料承受雙向拉應(yīng)力，厚度略有變薄。綜上所述，拉深時的應(yīng)力、應(yīng)變是復(fù)雜的，又是時刻在變化的，拉深件的壁厚是不均勻的。因此．拉深件凸緣區(qū)在切向壓應(yīng)力作用力將要引起“起皺”和筒壁傳力區(qū)上危險斷面的“拉裂”，所以拉深中的主要破壞失穩(wěn)形式是起皺和托裂。 圖47 拉深毛坯各部分的受力關(guān)系拉深過程受力關(guān)系如圖47，由凸模作用的力F引起的筒壁扯應(yīng)力，它應(yīng)克服凸緣變形區(qū)的變形阻力、變形區(qū)上、下兩個表面上的摩擦阻力和毛坯沿凹模圓角滑動所引起的彎曲變形抗力和摩擦損失的附加阻力．其筒壁扣應(yīng)力的總和為：（41）式中—— 凸緣變形區(qū)利料塑性變形的徑向拉應(yīng)力，與材料力學(xué)性能和拉深變形 程度有關(guān)，—— 變形區(qū)由于壓力引起的表面摩擦阻力所必須增加的應(yīng)力(—— 拉深件后筒形件直徑)；—— 毛坯沿凸模圓角滑動所引起的彎曲阻力所增加的應(yīng)力，近似取，（——凹模圓角半徑)； ——毛坯沿凹模圓角滑動時的摩擦阻力系數(shù)，近似取式 ( 41) 可寫成為 （42）在整個拉深過程中最大時．筒壁的拉應(yīng)力也最大，最大的扭探力為：當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過筒壁材料的抗拉強(qiáng)度時，筒壁就產(chǎn)生破裂。筒壁危險斷面在凸模圓角與直壁相切處，該處的實(shí)際抗拉強(qiáng)度為：式中 —— 凸模圓角半徑n 當(dāng) 拉深件就破裂。三、 起皺與拉裂 圓筒形件拉深過程順利進(jìn)行的兩個主要障礙是凸緣起皺和筒擘的拉裂。起皺主要是由于凸緣切向壓應(yīng)力超過了板材臨界壓應(yīng)力所引起的，與壓桿失穩(wěn)類似(圖48)。凸緣起皺不僅取決于切向壓應(yīng)力的大小，而且取決于凸緣的相對厚度。拉深時產(chǎn)生破裂的原因，是筒壁總拉應(yīng)力增大，超過了筒壁最薄弱處(即筒壁的底部轉(zhuǎn)角處)的材料強(qiáng)度時，拉深件產(chǎn)生破裂(圖19)，所以此處的承載能力的大小是決定拉深成形能占順利進(jìn)行的關(guān)鍵。 圖48 拉深時毛坯的起皺現(xiàn)象 圖49 拉深時毛坯的破裂 由前面成形毛坯的應(yīng)力、應(yīng)變分析可知，圓筒形件拉深變形的特點(diǎn)是毛坯變形區(qū)在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生伸長變形，在切向壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生壓縮變形，而在變形區(qū)上絕對值最大的主應(yīng)力是壓應(yīng)力，因此拉深變形屬于壓縮類變形。壓縮類變形的破壞形式主要是傳力區(qū)(筒壁)受拉失穩(wěn)破裂和變形區(qū)(凸緣)受壓失穩(wěn)起皺。所以提高圓筒形件拉深中的成形極限的措施是：(1) 防止失穩(wěn)起皺 如在拉深中采用壓邊裝置，是常用的防皺措施。設(shè)計(jì)具有較高抗失穩(wěn)能力的中間半成品形狀．以及采用厚向異性指數(shù)大的材料等，都有利于提高圓筒形件的成形極限。(2) 防止傳力區(qū)(筒壁)破裂 通常是在降低凸緣變形區(qū)變形抗力摩擦阻力時，同時提高傳力區(qū)的承載能力．即使傳力區(qū)承載能力和變形區(qū)變形抗力的比值得到提高。采用屈強(qiáng)比()低的材料，以實(shí)現(xiàn)“承載能力高，變形抗力低”易于成形的目的。通過建立不同的溫度條件而改變傳力區(qū)和變形區(qū)的強(qiáng)度性能的拉深方法，亦可提高拉深成形的極限變形程度。第二節(jié) 拉深件的工藝性一、拉深件的形狀四、考慮拉深見厚度不均勻的情況二、拉深件各部分尺寸比例五、拉深件上的孔位布置三、拉深件的圓角半徑六、拉深件的尺寸精度一、拉深件的形狀 拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單、對稱。軸對稱零件在圓周方向上的變形是均勻的。模具加工也容易，其工藝性最好。其它形狀的拉深件，應(yīng)盡量避免急劇的輪廓變化。如圖410所示為汽車消聲聲器后蓋，在保證使用要求的前提下，形狀簡化后。使生產(chǎn)過程由八道工序減為二道工序，材料消耗也減少了50%。又如圖411所示的半球形拉深件，在半球形的根部增加20mm的直壁可有效地解決起皺問題。圖410 消聲器后蓋形狀的改進(jìn)a) 改進(jìn)前b) 改進(jìn)后圖411 半球形的改進(jìn)對于半敞及非對稱的拉深件，工藝上還可以采取成雙拉深，然后剖切成兩件的方法，以改善拉深時的受力狀況(圖412)。圖412 成雙沖壓的例子二、拉深件各部分尺寸比例 拉深件各部分尺寸的比例要恰當(dāng)。應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)寬凸緣和深度大的拉深件(即)，因?yàn)檫@類工件需要較多的拉深次數(shù)。如圖4—13a所示工件上部尺寸與下部尺寸相差太大，不符合拉深工藝要求。要使它符合工藝要求，可將它分成兩部分，分別制出，然后再連接起來(圖413b)。圖413 拉深工藝性的比較如果工件空腔不深，但凸緣直徑很大，制造也很費(fèi)勁。如圖4—14a，需4～5次拉深工序，還要中間退火；如將凸緣直徑減少到如圖4—14b所示，不用中間退火，l～2次拉深工序便可制成。工件凸緣的外廓最好與拉深部分的輪廓形狀相似(圖4—15a)；如果凸緣的寬度不一致(圖4—15b)．不僅拉深困難，需要添加工序，還需放寬切邊余量，增加金屬消耗。圖414 凸緣直徑合適與否 圖415 凸緣外輪廓形狀合適與否三、拉深件的圓角半徑 拉深件的圓角半徑要合適，應(yīng)盡量大些，以利于成形和減少拉深次數(shù)。拉深件底與壁、凸緣與壁、矩形件的四壁間圓角半徑(圖4—16)應(yīng)滿足。否則，應(yīng)增加整形工序。如增加一次整形工序，其圓角半徑可取。圖416 拉深件的圓角半徑 四、考慮拉深見厚度不均勻的情況 拉深件由于各處變形不均勻，（見圖417）。 圖417 拉深件壁厚變化情況 t—毛坯壁厚多次拉深的工件內(nèi)外壁上或帶凸緣拉深件的凸緣表面，應(yīng)允許有拉深過程中所產(chǎn)生的印痕。除非工件有特殊要求時才采用整形或趕形的方法來消除這些印痕。五、拉深件上的孔位布置 拉深件上的孔位布置要合理，應(yīng)設(shè)置在與主要結(jié)構(gòu)面 (凸緣面) 同一平面上，或使孔壁垂直于該平面，以便沖孔與修邊同時在一道工序中完成。圖4一18所示為拉深件上孔位的比較。圖418 拉深件上空位的比較拉深件側(cè)壁上的沖孔。只有當(dāng)孔與底邊或凸緣邊的距離時才有可能(圖419b)否則這孔只有鉆出(圖4l9a)。拉深件凸緣上的孔距應(yīng)為：（圖420）拉深件底部孔徑應(yīng)為：（圖420） 圖419 拉深件側(cè)壁上的沖孔 圖420 拉深件上孔位的合理設(shè)計(jì)六、拉深件的尺寸精度 拉深件的制造精度不宜要求過高(包括直徑方向的精度和高度方向的精度)。在一般情況下拉深件的精度不應(yīng)超過表4l、表42和 表43中所列數(shù)值。表41 拉深件直徑的極限偏差 ( 單位: cm )材料厚度拉深件直徑的基本尺寸d材料厚度拉深件直徑的基本尺寸d附 圖≤5050~100100~300≤5050~100100~300177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。注：拉深件外形要求取正偏差，內(nèi)形要求取負(fù)偏差。表42 圓筒拉深件高度的極限偏差( 單位:mm ) 材料厚度拉深件高度的基本尺寸h附 圖≤1818～3030～5050～8080～120≤1～1～2～3～4～5～177。177。177。177。――177。177。177。177。――177。177。177。177。177。―177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。注：本表為不切邊情況達(dá)到的數(shù)值。表4–3 帶凸緣拉深件高度的極限偏差 （ 單位：mm）材料厚度拉深件高度的基本尺寸h附 圖≤1818～3030～5050～8080～120≤11～22～33～44～55～6177。177。177。177。――177。177。177。177。――177。177。177。177。177。―177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。177。注：本表為未經(jīng)整形所達(dá)到的數(shù)值。產(chǎn)品圖上的尺寸應(yīng)注明必須保證外部尺寸或內(nèi)腔尺寸，不能同時標(biāo)注內(nèi)外形尺寸。第三節(jié) 圓筒形件的拉深計(jì)算一、毛坯尺寸計(jì)算二、無凸緣圓筒形件的拉深三、帶凸緣筒形件的拉深一、毛坯尺寸計(jì)算 1. 形狀簡單的旋轉(zhuǎn)體拉深件的毛坯直徑在不變薄的拉深中，材料厚度雖有變化，但其平均直徑與毛坯原始厚度十分接近。因此毛坯展開尺寸可根據(jù)毛坯面積等于拉深件面積的原則來確定。由于材料的各項(xiàng)異性以及拉深時金屬流動條件的差異，為了保證零件的尺寸，必須留出修邊余量，在計(jì)算毛坯尺寸時，必須計(jì)入修邊余量，修邊余量的數(shù)值可查表44和45。表 4 – 4 無凸緣圓筒形拉深件的修邊余量δ （單位：mm）工件高度h工價的相對高度h/d附 圖～～～～4≤1010～2020～5050～100100～150150～200200～25025023456752589102468101112表 4 – 5 有凸緣圓筒形拉深件的修邊余量δ （單位：mm）凸緣直徑d凸凸緣的相對直徑 d凸/d附 圖～22 ～≤2525～5050～100100～150150～200200～250 2506543毛坯直徑按下式確定：（44）式中—— 包括修邊余量的拉深件的表面積； —— 拉深件各部表面積的代數(shù)和。例如圖421有凸緣和圓筒拉深件的毛坯直徑計(jì)算,可先將該零件分解成五個簡單的幾個形狀，按表46所列公式求得、然后再按公式(44)求出。圖421 筒形見毛坯尺寸的確定表46 簡單幾何形狀表面積的計(jì)算公式圖示計(jì)算公式圖示計(jì)算公式對于常用的拉深件．可選用表47所列公式直接求得其毛壞直徑。表47 常用旋轉(zhuǎn)體拉深件毛坯直徑的計(jì)算公式序號零件形狀圖毛坯直徑12345678 9101112 1314或151617