【文章內(nèi)容簡介】 系數(shù)表示： 式中 為與圓角部相應(yīng)的圓筒體直徑； D 為與圓角部相應(yīng)的圓筒體展開毛坯直徑。 當(dāng) 時，與圓角部相應(yīng)的圓筒體毛坯直徑為： 則： 式中 為工件底部和角部的圓角半徑； H 為工件的高。 由上式可知初次拉深的變形程度可用盒形件相對高度 H/r 來表示，這在使用中比較方便。 H/r 愈大，表示變形程度愈大。用平板毛坯一次能拉出的最大相對高度值見表 1 。若零件的 H/r 小于表 1 中的值，則可一次拉成，否則必須采用多道拉深。 表 1 盒形件初次拉深的最大相對高度 補充拉深件的變形解析： 從幾何形狀特點看，矩形盒狀零件可劃分成 2 個長度為 (A2r) 和 2 個長度為 (B2r) 的直邊加上 4 個半徑為 r 的 1/4 圓筒部分 (圖 22) 。若將圓角部太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 9 分和直邊部分分開考慮，則圓角部分的變形相當(dāng)于直徑為 2r 、高為 h 的圓筒件的拉深，直邊部分的變形相當(dāng)于彎曲。但實際上圓角部分和直邊部分是聯(lián)系在一起的整體，因此盒形件的拉深又不完全 等同于簡單的彎曲和拉深，有其特有的變形特點，這可通過網(wǎng)格試驗進行驗證。 拉深前，在毛坯的直邊部分畫出相互垂直的等距平行線網(wǎng)格，在毛坯的圓角部分，畫出等角度的徑向放射線與等距離的同心圓弧組成的網(wǎng)格。變形前直邊處的橫向尺寸是等距的，即 ，縱向尺寸也是等距的，拉深后零件表面的網(wǎng)格發(fā)生了 明顯的變化 (如圖 22 所示 ) 。這些變化主要表現(xiàn)在： 圖 22 盒形件的拉深變形特點 ⑴ 直邊部位的變形 直邊部位的橫向尺寸 變形后成為間距逐漸縮小，愈向直邊中間部位縮小愈少，即 縱向尺寸變形后成為 ，間距逐漸增大，愈靠近盒形件口部增大愈多，即 ?？梢?，此處的變形不同于純粹的彎曲。 (2) 圓角部位的變形 拉深后徑向放射線變成上部距離寬，下部距離窄的斜線，而并非與底面垂直的等距平行線。同心圓弧的間距不再相等，而是變大，越向口部越大，且同心圓弧不位于同一水平面內(nèi)。 因此該處的變形不同于純粹的拉深。 根據(jù)網(wǎng)格的變化可知盒形件拉深有以下變形特點： (1) 盒形件拉深的變形性質(zhì)與圓筒件一樣，也是徑向伸長，切向縮短。沿徑太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 10 向愈往口部伸長愈多，沿切向圓角部分變形大，直邊部分變形小，圓角部分的材料向直邊流動。即盒形件的變形是不均勻的。 (2) 變形的不均勻?qū)е聭?yīng)力分布不均勻 (圖 23) 。在圓角部的中點 最大，向兩邊逐漸減小，到直邊的中點處 最小。故盒形件拉深時破壞首先發(fā)生在圓角處。又因圓角部材料在拉深時容許向直邊流動，所以盒形件與相應(yīng)的圓筒件比較，危險斷面處受力小，拉深時可采用小的拉深系數(shù)也不容起皺。 圖 23 盒形件拉深時的應(yīng)力分布 (3) 盒形件拉深時，由于直邊部分和圓角部分實際上是聯(lián)系在一起的整體，因此兩部分的變形相互影響，影響的結(jié)果是：直邊部分除了產(chǎn)生彎曲變形外，還產(chǎn)生了徑向伸長，切向壓縮的拉深變形。兩部分相互影響的程度隨盒形件形狀的不同而不同，也就是說隨相對圓角半徑 r/B 和相對高度 H/B 的不同而不同。 r/B 愈小，圓角部分的材料向直邊部分流得愈多，直邊部分對圓角部分的影響愈大，使得圓角部分的變形與相應(yīng)圓筒件的差別就大。當(dāng) r/B= 時，直邊不復(fù)存在，盒形件成為圓筒件，盒形件的變形與圓筒件一樣。 有限元模擬分析 根據(jù)有限元模擬技術(shù)預(yù)示的成形載荷、板材幾何變形、應(yīng)力應(yīng)變分布和加工條件，調(diào)整模具的幾何形狀、材料等級和邊界條件，對油底殼深拉伸進行模擬分析。 以正拉伸方式成形，油底殼截面積進行成形過程模擬分析 : 油底殼的成形采用正拉深方式，邊界條件為拉伸筋阻力。采用 平面 應(yīng)變等效太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 11 拉深筋阻力模將胚料料劃分成 500 單元節(jié)點數(shù)為 2503。模擬計算得到的變形終了厚度最薄處為 （ t 為拉深板料厚度， mm），由此可知該零件可以一次拉深成功。 由于此零件法蘭面與側(cè)壁間圓角半徑偏小，不利于之間一次拉伸成形，因此決定在拉深工序后增加一法蘭面與側(cè)壁間圓角部位整形工序，保證一次 拉深成形的工藝需求。 工藝流程的最終確定 通過計算及分析模擬實驗確定了發(fā)動機油底殼成形的拉深次數(shù)。為了有效預(yù)防油底殼法蘭孔面 36 個安裝孔及孔位變移問題，也為了使模具的制造及維修帶來方便；將翻 變、校平工序在一套復(fù)合模中完成，經(jīng)反復(fù)實驗，該方案能同時滿足產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)節(jié)拍要求，工藝流程最終定為 ： 落料 拉深 整形 切邊 翻邊、校平 沖法蘭面孔 沖放油塞孔 落料毛坯尺寸確定 盒型零件拉深毛坯的形狀與尺寸的確定 毛坯形狀和尺寸的確定應(yīng)根據(jù)零件的 r/B 和 H/B 的值來進行，因為這兩個因素決定了圓角和直邊在拉深時的影響程度。當(dāng)相對高度 H/B 大時，圓角部分對直邊部分的影響就大，直邊部分的變形與簡單彎曲的差別就大。因此盒形件毛坯的形狀和尺寸必然與 r/B 和 H/B 的 值有關(guān)。對于不同的 r/B 和 H/B ，盒形件毛坯的計算方法和工序計算方法也就不同。的要求。一次拉深成形的低盒形件與多次拉深成形的高盒形件，計算毛坯的方法是不同的。計算的原則仍然是保證毛坯的面積等于加上修邊量后的工件面積，并盡可能要滿足口部平齊 。 高盒形件 (H ≥) 毛坯的計算 毛坯尺寸仍根據(jù)工件表面積與毛坯表面積相等的原則計算。當(dāng)零件為方盒形且高度比較大，需要多道工序拉深時，可采用圓形毛坯，其直徑為： （ 1） 公式中的符號見圖 24。 對高度和圓角半徑都比較大的盒形件 (H/B≥～ ) ，拉深時圓角部分有大量材料向直邊流動，直邊部分拉深變形也大，這時毛坯的形狀可做成長圓形或橢圓形，如圖 25 所示。將尺寸為 的盒形件，看作由兩個寬度為 B 的半太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 12 方形盒和中間為 (AB) 的直邊部分連接而 成，這樣，毛坯的形狀就是由兩個半圓弧和中間兩平行邊所組成的長圓形，長圓形毛坯的圓弧半徑為： 圖 24 方盒件毛坯的形狀與尺寸 圖 25 高盒形件的毛坯形狀與尺寸 式中 D 是寬為 B 的方形件的毛坯直徑，按式 (1) 計算。 的圓心距短邊的距離為 B/2 。則長圓形毛坯的長度為： (2) 長圓形毛坯的寬度為： (3) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 13 然后用 R=K/2 過毛坯長度兩端作弧，既與 弧相切，又與兩長邊的展開直線相切，則毛坯的外形即為 一長圓形 或是長橢圓形 。 由于矩形件拉深時沿毛坯周邊的變形十分復(fù)雜，當(dāng)前還不可能用數(shù)學(xué)方法進行精確計算，前述的各中間拉深工序的半成品形狀和尺寸的計算方法是相當(dāng)近似的。假若在試模調(diào)整時發(fā)現(xiàn)圓角部分出現(xiàn)材料堆聚，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小圓角部分的壁間距離 。 落料毛坯尺寸 的合理確定對拉深件成形具有極其重要的影響 ，它是影響拉深過程中材料能否均勻流動的關(guān)鍵因素之一。根據(jù) 毛坯尺寸的計算原則 , 遠離四角圓弧尺寸按彎曲成形計算長與寬 (實際中可能稍小 ) 。四角圓弧處屬于圓筒形和部分直邊變形的結(jié)合 , 比圓筒形拉伸尺寸稍小 , 毛坯盡量用近 似圓弧方法保證拉伸流動。中間拉伸對某些部位材料流動不產(chǎn)生影響 , 可考慮由于底面的不平整對于所需材料流動不同 ,進行合理設(shè)計 。根據(jù) 制件成形特點，依據(jù)毛坯面積與拉深面積（加工修邊余量）相等的原則，經(jīng)過理論計算后 用試沖法得知油底殼的毛坯尺寸如下： 圖 26 落料毛坯圖 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 14 第三章 拉深及 法 蘭 面 沖孔的 工藝分析和 模具 設(shè)計 落料 若使材料沿封閉曲線相互分離，封閉曲線以內(nèi)的部分作為沖裁件時，稱為落料 。 如果模具間隙正常，沖裁變形過程大致可分為如下三個階段 ： (a)．彈性變形階段 (圖 Ⅰ ) 在凸模壓力下，材料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸和彎曲變形，凹模上的板料則向上翹曲，間隙越大，彎曲和上翹越嚴重。同時，凸模稍許擠入板料上部，板料的下部則略擠入凹模洞口，但材料內(nèi)的應(yīng)力末超過材料的彈性極限。 (b)．塑性變形階段 (圖 Ⅱ ) 因板料發(fā)生彎曲，凸模沿寬度為 b的環(huán)形帶繼續(xù)加壓，當(dāng)材料內(nèi)的應(yīng)力達到屈服強度時便開始進入塑性變形階段。凸模擠入板料上部，同時板料下部擠入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。隨凸模擠入板料深度的增大，塑性變形程度增大，變形區(qū)材料硬化加劇，沖裁變形抗力不斷增大，直到刃口附近側(cè)面的 材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋時，塑性變形階段便告終，此時沖裁變形抗力達到最大值。由于凸、凹模間存在有間隙，故在這個階段中板料還伴隨著彎曲和拉伸變形。間隙越大，彎曲和拉伸變形也越大。 (c)．?dāng)嗔逊蛛x階段 (圖 Ⅲ 、 Ⅳ 、 Ⅴ ) 材料內(nèi)裂紋首先在凹模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生，緊接著才在凸模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生。已形成的上下微裂紋隨凸模繼續(xù)壓入沿最大切應(yīng)力方向不斷向材料內(nèi)部擴展，當(dāng)上下裂紋重合時，板料便被剪斷分離。隨后，凸模將分離的材料推人凹模洞口。 從圖 所示沖裁力 凸模行程曲線可明顯看出沖裁變形 過程的三個階段。圖中 OA 段是沖裁的彈性變形階段； AB 段是塑性變形階段， B 點為沖裁力的最大值，在此點材料開始剪裂， BC 段為微裂紋擴展直至材料分離的斷裂階段，CD段主要是用于克服摩擦力將沖件推出凹?？卓跁r所需的力。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 15 圖 沖裁變形過程 圖 沖裁力曲線 沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光潔、毛刺小。尺寸精度應(yīng)該保證在圖紙規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。零件外形應(yīng)該滿足圖紙要求；表面盡可能平直，即拱彎小。影響零件質(zhì)量的因素有：材料性能、間隙大小及均勻性、刃口鋒利程度、模具精度以及模具結(jié)構(gòu)形式等。 沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素 由于沖裁變形的特點，沖裁件的斷面明顯地分成四個特征區(qū)，即圓角帶a、光亮帶 b、斷裂帶 c 與毛刺區(qū) d，如圖 所示。 圓角帶 a ：該區(qū)域的形成是當(dāng)凸模刃口壓入材料時，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形，材料被拉入間隙的結(jié)果； 光亮帶 b ：該區(qū)域發(fā)生在塑形變形階段，當(dāng)刃口切入材料后，材料與凸、凹模切刃的側(cè)表面擠壓而形成的光亮垂直的斷面。通常占全斷面的 1/21/3； 斷裂帶 c ：該區(qū)域是在斷裂階段形成。是由刃口附近的微裂紋在拉應(yīng)力作用下不斷擴展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色 ，且略帶有斜度。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 16 毛刺區(qū) d ：毛刺的形成是由于在塑性變形階段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度時，刃口正面材料被壓縮，刃尖部分是高靜水壓應(yīng)力狀態(tài)，使裂紋的起點不會在刃尖處發(fā)生，而是在模具側(cè)面距刃尖不遠的地方發(fā)生，在拉應(yīng)力的作用下，裂紋加長，材料斷裂而產(chǎn)生毛刺， 裂紋的產(chǎn)生點和刃口尖的距離成為毛刺的高度。在普通沖裁中毛刺是不可避免的 。 a） 沖孔件 b）落料件 圖 沖裁區(qū)應(yīng)力、變形和沖裁件正常的斷面狀況 在四個特征區(qū)中，光亮帶越寬，斷面質(zhì)量越好。但四個特征區(qū)域的大小和斷面上所占的比例大小并非一成不變，而是隨著材料性能、模具間隙、刃口狀態(tài)等條件的不同而變化。 間隙對剪切裂紋與斷面質(zhì)量的影響 模具間隙的影響 沖裁時，斷裂面上下裂紋是否重合，與凸、凹模間隙值的大小有關(guān)。當(dāng)凸、凹間隙合適時，凸、凹模刃口附近沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生的裂紋在沖裁過程中能會合，此時盡管斷面與 材料表面不垂直，但還是比較平直、光滑、毛刺較小，制件的斷面質(zhì)量較好（圖 ）所示）。 當(dāng)間隙增大時，材料內(nèi)的拉應(yīng)力增大，使得拉伸斷裂發(fā)生早，于是斷裂帶變寬；光亮帶變窄；彎曲變形增大，因而塌角和拱彎也增大。 當(dāng)間隙減小時，變形區(qū)內(nèi)彎矩小、壓應(yīng)力成分高。由凹模刃口附近產(chǎn)生的裂紋進入凸模下面的壓應(yīng)力區(qū)而停止發(fā)展；由凸模刃口附近產(chǎn)生的裂紋進入凹模上表面的壓應(yīng)力區(qū)也停止發(fā)展。上、下裂紋不重合。在兩條裂紋之間的材料將被第二次剪切。當(dāng)上裂紋壓入凹模時，受到凹模壁的擠壓，產(chǎn)生第二光亮帶，同時部太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 17 分材料被擠出，在表面形成薄 而高的毛刺（圖 a）所示）。 當(dāng)間隙過小時，雖然塌角小、拱彎小，但斷面質(zhì)量也有缺陷。如斷面中部出現(xiàn)夾層，兩頭呈光亮帶，在端面有擠長的毛刺。 當(dāng)間隙過大時，因為彎矩大，拉應(yīng)力成分高，材料在凸、凹模刃口附近產(chǎn)生的裂紋也不重合。分離后產(chǎn)生的斷裂層斜度增大，制件的斷面出現(xiàn)二個斜角 α1和 α2 ，斷面質(zhì)量也不理想。而且，由于塌角大、拱彎大、光亮帶小、毛刺又高又厚，沖裁件質(zhì)量下降。如圖 所示。因此， 模具間隙應(yīng)保持在一個合理的范圍之內(nèi)。另外，當(dāng)模具裝配間隙調(diào)整得不均勻時，模具會出現(xiàn)部分間隙過大和過小的質(zhì) 量現(xiàn)象。因此，模具設(shè)計、制造與安裝時必須保證間隙均勻。 ａ）間隙過小ｂ）間隙合理ｃ）間隙過大 圖 間隙對剪切裂紋與斷面質(zhì)量的影響 工藝分析 該制件形狀簡