圓筒拉深件毛坯尺寸計算.doc

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4 . 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計 　　圓筒形零件是最典型的拉深件，掌握了它的工藝計算方法后，其它零件的工藝計算可以借鑒其計算方法。下面介紹如何計算圓筒形零件毛坯尺寸、拉深次數(shù)、半成品尺寸，拉深力和功，以及如何確定模具工作部分的尺寸等。 4.2.1 圓筒形拉深件毛坯尺寸計算 1.拉深件毛坯尺寸計算的原則 （1）面積相等原則 由于拉深前和拉深后材料的體積不變，對于不變薄拉深，假設(shè)材料厚度拉深前后不變，拉深毛坯的尺寸按“拉深前毛坯表面積等于拉深后零件的表面積”的原則來確定(毛坯尺寸確定還可按等體積，等重量原則)。 （2）形狀相似原則 拉深毛坯的形狀一般與拉深件的橫截面形狀相似。即零件的橫截面是圓形、橢圓形時，其拉深前毛坯展開形狀也基本上是圓形或橢圓形。對于異形件拉深，其毛坯的周邊輪廓必須采用光滑曲線連接，應(yīng)無急劇的轉(zhuǎn)折和尖角。 拉深件毛坯形狀的確定和尺寸計算是否正確，不僅直接影響生產(chǎn)過程，而且對沖壓件生產(chǎn)有很大的經(jīng)濟意義，因為在沖壓零件的總成本中，材料費用一般占到60 %以上。 由于拉深材料厚度有公差，板料具有各向異性；模具間隙和摩擦阻力的不一致以及毛坯的定位不準確等原因，拉深后零件的口部將出現(xiàn)凸耳(口部不平)。為了得到口部平齊，高度一致的拉深件，需要拉深后增加切邊工序，將不平齊的部分切去。所以在計算毛坯之前，應(yīng)先在拉深件上增加切邊余量(表42.1、4.2.2)。 表4.2.1無凸緣零件切邊余量Δh（mm) 拉深件高度h 拉深相對高度h/d或h/B 附圖 >0.5～0.8 >0.8～1.6 >1.6～2.5 >2.5～4 ≤10 >10～20 >20～50 >50～100 >100～150 >150～200 >200～250 >250 1.0 1.2 2 3 4 5 6 7 1.2 1.6 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 1.5 2 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 2 2.5 4 6 8 10 11 12 [img=118,139]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 表4.2.2有凸緣零件切邊余量ΔR（mm) 凸緣直徑dt或Bt 相對凸緣直徑dt/d或Bt/B 附圖 < 1.5 1.5～2 2～2.5 2.5～3 < 25 >25～50 >50～100 >100～150 >150～200 >200～250 >250 1.8 2.5 3.5 4.3 5.0 5.5 6.0 1.6 2.0 3.0 3.6 4.2 4.6 5.0 1.4 1.8 2.5 3.0 3.5 3.8 4.0 1.2 1.6 2.2 2.5 2.7 2.8 3.0 [img=125,125]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 2.簡單形狀的旋轉(zhuǎn)體拉深零件毛坯尺寸的確定(圖4.2.1)  　　對于簡單形狀的旋轉(zhuǎn)體拉深零件求其毛坯尺寸時，一般可將拉深零件分解為若干簡單的幾何體，分別求出它們的表面積后再相加(含切邊余量在內(nèi)) 。由于旋轉(zhuǎn)體拉深零件的毛坯為圓形，根據(jù)面積相等原則，可計算出拉深零件的毛坯直徑。即：  圓筒直壁部分的表面積：[img=103,23]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]（4.2.1） 圓角球臺部分的表面積：[img=172,41]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]（4.2.2） 底部表面積為：[img=111,41]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] （4.2.3） [img=112,199]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖4.2.1毛坯尺寸的確定 工件的總面積：[img=176,41]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 則毛坯直徑為：[img=85,47]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]（4.2.4） [img=309,31]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]（4.2.5） 式中 Ｄ為毛坯直徑(mm)；∑Ai為拉深零件各分解部分表面積的代數(shù)和(mm 2），對于各種簡單形狀的旋轉(zhuǎn)體拉深零件毛坯直徑D，可以直接按表4.2.3所列公式計算。 表4.2.3常用的旋轉(zhuǎn)體拉深零件毛坯直徑D計算公式 序號 零件形狀 坯料直徑D 1 [img=109,81]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] [img=184,26]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 或：?? [img=207,26]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 2 [img=124,112]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 當r≠R時 [img=342,24]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 當r=R時 [img=153,26]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 3 [img=113,86]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] [img=128,26]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 4 [img=125,90]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] [img=104,24]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 5 [img=131,76]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] [img=39,22]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 或： [img=56,22]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 6 [img=100,85]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] [img=120,26]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 其它形狀的旋轉(zhuǎn)體拉深零件毛坯尺寸的計算可查閱有關(guān)設(shè)計資料。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 無凸緣圓筒形件的拉深工藝計算 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。圖 4.2.2 所示是用直徑為 D 的毛坯拉成直徑為dn、高度為hn工件的工序順序。第一次拉成d1和h1的尺寸，第二次半成品尺寸為d2和h2，依此最后一次即得工件的尺寸dn和hn。其各次的拉深系數(shù)為： [img=107,120]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]（4.2.6） ? ? ? 工件的直徑dn與毛坯直徑 D 之比稱為總拉深系數(shù)，即工件總的變形程度系數(shù)。 [img=307,45]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] ??拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深比，其值為： [img=133,24]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht [img=385,233]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖 4.2.2 拉深工序示意圖 拉深系數(shù)是拉深工藝的重要參數(shù)，它表示拉深變形過程中坯料的變形程度，m值愈小，拉深時坯料的變形程度愈大。在工藝計算中，只要知道每次拉深工序的拉深系數(shù)值，就可以計算出各次拉深工序的半成品件的尺寸，并確定出該拉深件工序次數(shù)。從降低生產(chǎn)成本出發(fā)，希望拉深次數(shù)越少越好，即采用較小的拉深系數(shù)。但根據(jù)前述力學(xué)分析知，拉深系數(shù)的減少有一個限度，這個限度稱為極限拉深系數(shù)，超過這一限度，會使變形區(qū)的危險斷面產(chǎn)生破裂。因此，每次拉深選擇使拉深件不破裂的最小拉深系數(shù)，才能保證拉深工藝的順利實現(xiàn)。 2. 影響極限拉深系數(shù)的因素 極限拉深系數(shù)mmin與下列的因素有關(guān)： （1）材料方面 ①材料的力學(xué)性能和組織 材料的塑性好、組織均勻、晶粒大小適當、屈強比σs／σb小、塑性應(yīng)變比值大時，板料的拉深成形性能好，可以采用較小的極限拉深系數(shù)。  ②毛坯的相對厚度t/D相對厚度t/D小時，拉深變形區(qū)易起皺，防皺壓邊圈的壓邊力加大而引起摩擦阻力也增大，因此變形抗力加大，使極限拉深系數(shù)提高。反之，t/D大時，可不用壓邊圈，變形抗力減小，有利于拉深，故極限拉深系數(shù)可減少。 ③材料的表面質(zhì)量 材料的表面光滑，拉深時摩擦力小而容易流動，所以極限拉深系數(shù)可減小。 （2）模具方面 ①拉深模的凸模圓角半徑rp和凹模圓角半徑rd 凸模圓角半徑rp過小時，筒壁和底部的過渡區(qū)彎曲變形大，使危險斷面的強度受到削弱，極限拉深系數(shù)應(yīng)取較大值；凹模圓角過小時，毛坯沿凹?？诓炕瑒拥淖枇υ黾樱脖诘睦瓚?yīng)力相應(yīng)增大，極限拉深系數(shù)也應(yīng)取較大值。 ②凹模表面粗糙度 凹模工作表面(尤其是圓角)光滑，可以減小摩擦阻力和改善金屬的流動情況，可選擇較小的極限拉深系數(shù)值。 ③模具間隙c 模具間隙小時，材料進入間隙后的擠壓力增大，摩擦力增加，拉深力大，故極限拉深系數(shù)提高。 ④凹模形狀 圖4.2.3所示的錐形凹模，因其支撐材料變形區(qū)的面是錐形而不是平面，防皺效果好，可以減小包角α，從而減少材料流過凹模圓角時的摩擦阻力和彎曲變形力，因而極限拉深系數(shù)降低。 [img=168,134]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖4.2.3錐形凹模 (3) 拉深條件 ①是否采用壓邊圈 ??拉深時若不用壓邊圈，變形區(qū)起皺的傾向增加，每次拉深時變形不能太大，故極限拉深系數(shù)應(yīng)增大。 ②拉深次數(shù) ??第一次拉深時材料還沒硬化，塑性好，極限拉深系數(shù)可小些。以后的拉深因材料已經(jīng)硬化，塑性愈來愈低，變形越來越困難，故一道比一道的拉深系數(shù)大。 ③潤滑情況 ??潤滑好則摩擦小，極限拉深系數(shù)可小些。但凸模不必潤滑，否則會減弱凸模表面摩擦對危險斷面處的有益作用(盒形件例外) 。 ④工件形狀 工件的形狀不同，則變形時應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)不同，極限變形量也就不同，因而極限拉深系數(shù)不同. ⑤拉深速度 一般情況下，拉深速度對極限拉深系數(shù)的影響不太大，但對變形速度敏感的金屬(如鈦合金、不銹鋼和耐熱鋼等)拉深速度大時，應(yīng)選用較大的極限拉深系數(shù)。 以上分析說明，凡是能增加筒壁傳力區(qū)拉應(yīng)力和能減小危險斷面強度的因素均使極限拉深系數(shù)加大；反之，凡是可以降低筒壁傳力區(qū)拉應(yīng)力及增加危險斷面強度的因素都有利于毛坯變形區(qū)的塑性變形，極限拉深系數(shù)就可以減小。 但是，實際生產(chǎn)中，并不是所有的拉深都采用極限拉深系數(shù)mmin。因為采用極限值會引起危險斷面區(qū)域過渡變簿而降低零件的質(zhì)量。所以當零件質(zhì)量有較高的要求時，必須采用大于極限值的拉深系數(shù)。 3.拉深系數(shù)的值與拉深次數(shù) 生產(chǎn)上采用的極限拉深系數(shù)是考慮了各種具體條件后用試驗方法求出的。通常m1=0.46～0.60，以后各次的拉深系數(shù)在0.70～0.86之間。直壁圓筒形工件有壓邊圈和無壓邊圈時的拉深系數(shù)分別可查表4.2.4 和4.2.5 。實際生產(chǎn)中采用的拉深系數(shù)一般均大于表中所列數(shù)字，因采用過小的接近于極限值的拉深系數(shù)會使工件在凸模圓角部位過分變薄，在以后的拉深工序中這變薄嚴重的缺陷會轉(zhuǎn)移到工件側(cè)壁上去，使零件質(zhì)量降低。 表4.2.4圓筒形件帶壓邊圈的極限拉深系數(shù) 各次拉深 系數(shù) 毛坯相對厚度t/D×100 2～1.5 1.5～1.0 1.0～0.6 0.6～0.3 0.3～0.15 0.15～0.08 m1 m2 m3 m4 m5 0.48～0.50 0.73～0.75 0.76～0.78 0.78～0.80 0.80～0.82 0.50～0.53 0.75～0.76 0.78～0.79 0.80～0.81 0.82～0.84 0.53～0.55 0.76～0.78 0.79～0.80 0.81～0.82 0.84～0.85 0.55～0.58 0.78～0.79 0.80～0.81 0.82～0.8 0.85～0.86 0.58～0.60 0.79～0.80 0.81～0.82 0.83～0.85 0.86～0.87 0.60～0.63 0.80～0.82 0.82～0.84 0.85～0.86 0.87～0.88 注：1.表中拉深系數(shù)適用于08、10和15Mn等普通的拉深碳鋼及黃鋼H62。對拉深性能較差的材料，如20、25、Q215、Q235 硬鋁等應(yīng)比表中數(shù)值大（1.5～2.0）%；對塑性更好的，如05、08，10等深拉深鋼及軟鋁應(yīng)比表中數(shù)值?。?.5～2.0）%。 ２．表中數(shù)值適用于未經(jīng)中間退火的拉深，若采用中間退火工序時，可取較表中數(shù)值小2～３％。 ３．表中較小值適用于大的凹模圓角半徑，rd＝（８～１５）t。較大值適用于小的凹模圓角半徑，rd＝（４～８）t。  表4.2.5圓筒形件不用壓邊圈的極限拉深系數(shù) 毛坯相對厚度t/D×100 各次拉深系數(shù) m1 m2 m3 m4 m5 m6 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 ＞3 0.80 0.75 0.65 0.60 0.55 0.53 0.50 0.88 0.85 0.80 0.750.75 0.750.70 0.90 0.84 0.80 0.80 0.800.75 0.87 0.84 0.84 0.840.78 0.90 0.87 0.87 0.870.82 0.90 0.90 0.90 0.85 注：此表使用要求與表4.2.5相同。 判斷拉深件能否一次拉深成形，僅需比較所需總的拉深系數(shù)m總與第一次允許的極限拉深m1的大小即可。當m總＞m1時，則該零件可一次拉深成形，否則需要多次拉深。表4.2.6為拉深相對高度H/d與拉深次數(shù)的關(guān)系。 表4.2.6拉深相對高度H/d與拉深次數(shù)的關(guān)系（無凸緣圓筒形件） 相對高度 ???? H/d 拉深次數(shù) 毛坯相對厚度(t/D)×100 2～1.5 1.5～1.0 1.0～0.6 0.6～0.3 0.3～0.15 0.15～0.06 1 0.94～0.77 0.84～0.65 0.77～0.57 0.62～0.65 0.52～0.45 0.46～0.38 2 1.88～1.54 1.60～1.32 1.36～1.1 1.13～0.94 0.96～0.83 0.9～0.7 3 3.5～2.7 2.8～2.2 2.3～1.8 1.9～1.5 1.6～1.3 1.3～1.1 4 5.6～4.3 4.3～3.5 3.6～2.9 2.9～2.4 2.4～2.0 2.0～1.5 5 8.9～6.6 6.6～5.1 5.2～4.1 4.1～3.3 3.3～2.7 2.7～2.0 注：本表適于08、10等軟鋼。 4．后續(xù)各次拉深的特點 后續(xù)各次拉深所用的毛坯與首次拉深時不同，不是平板而是筒形件。因此，它與首次拉深比，有許多不同之處： (1)首次拉深時，平板毛坯的厚度和力學(xué)性能都是均勻的，而后續(xù)各次拉深時筒形毛坯的壁厚及力學(xué)性能都不均勻。 （2）首次拉深時，凸緣變形區(qū)是逐漸縮小的，而后續(xù)各次拉深時，其變形區(qū)保持不變，只是在拉深終了以后才逐漸縮小。 ? ? ? 無凸緣圓筒形拉深件的拉深次數(shù)和工序件尺寸的計算 （3）首次拉深時，拉深力的變化是變形抗力增加與變形區(qū)減小兩個相反的因素互相消長的過程，因而在開始階段較快的達到最大的拉深力，然后逐漸減小到零。而后續(xù)各次拉深變形區(qū)保持不變，但材料的硬化及厚度增加都是沿筒的高度方向進行的，所以其拉深力在整個拉深過程中一直都在增加，直到拉深的最后階段才由最大值下降至零（圖 4.2.4）。 [img=204,136]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 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）后續(xù)各次拉深時的危險斷面與首次拉深時一樣，都是在凸模的圓角處，但首次拉深的最大拉深立發(fā)生在初始階段，所以破裂也發(fā)生在初始階段，而后續(xù)各次拉深的最大拉深立發(fā)生在拉深的終了階段，所以破裂往往發(fā)生在結(jié)尾階段。 （5）后續(xù)各次拉深變形區(qū)的外緣有筒壁的剛性支持，所以穩(wěn)定性較首次拉深為好。只是在拉深的最后階段，筒壁邊緣進入變形區(qū)以后，變形區(qū)的外緣失去了剛性支持，這時才易起皺。 (6) 后續(xù)各次拉深時由于材料已冷作硬化 , 加上變形復(fù)雜 ( 毛坯的筒壁必須經(jīng)過兩次彎曲才被凸模拉入凹模內(nèi) ) ，所以它的極限拉深系數(shù)要比首次拉深大得多，而且通常后一次都大于前一次。 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 試確定圖4.2.5所示零件(材料08鋼，材料厚度t=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Δh 根據(jù)h＝200，h/d＝200/88=2.28，查表4.2.1，并?。害＝7（mm）。? 2.按表4.2.3序號1的公式計算毛坯直徑 D ＝[img=207,26]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]?≈283(mm) [img=106,192]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 3.確定拉深次數(shù) ? ?⑴ 判斷能否一次拉出?? 判斷零件能否一次拉出，僅需比較實際?? 圖4.2.5零件圖所需的總拉深系數(shù)m總和第一次允許的極限拉深系數(shù)m1的大小即可。當m總＞m1，說明拉深該工件的實際變形程度比第一次容許的極限變形程度要小，工件可以一次拉成。若當m總＜m1，則需要多次拉深才能夠成形零件。對于圖4.2.5的零件，由毛坯的相對厚度： t/D×100=0.7 從表 4.2.4中查出各次的拉深系數(shù) ：m1=0.54，m2=0.77，m3=0.80，m4=0.82。則該零件的總拉深系數(shù)m總=d/D=88/283=0.31。 即 ：m總＜m1，故該零件需經(jīng)多次拉深才能夠達到所需尺寸。 ? ? ⑵ 計算拉深次數(shù) ??計算拉深次數(shù) n 的方法有多種，生產(chǎn)上經(jīng)常用推算法輔以查表法進行計算。就是把毛坯直徑或中間工序毛坯尺寸依次乘以查出的極限拉深系數(shù)m1，m2，m3…，mn，得各次半成品的直徑。直到計算出的直徑dn小于或等于工件直徑 d 為止。則直徑dn的下角標n即表示拉深次數(shù)。例如由： [img=249,96]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 　　可知該零件要拉深四次才行。計算結(jié)果是否正確可用表4.2.6校核一下。零件的相對高度H/d＝207/88=2.36，相對厚度為 0.7，從表中可知拉深次數(shù)在3～4 之間，和推算法得出的結(jié)果相符，這樣零件的拉深次數(shù)就確定為 4 次。 2.半成品尺寸的確定 包括半成品的直徑dn、筒底圓角半徑rn和筒壁高度hn。 (1) 半成品的直徑dn??? 拉深次數(shù)確定后，再根據(jù)計算直徑dn應(yīng)等于工件直徑 d 的原則，對各次拉深系數(shù)進行調(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)。 設(shè)實際采用的拉深系數(shù)為m1′，m2′，m3′…，mn′，應(yīng)使各次拉深系數(shù)依次增加，即： [img=147,25]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 且m1－m1′≈m2－m2′≈m3－m3′≈…≈mn－mn′。據(jù)此，圖4.2.5所示零件實際所需拉深系數(shù)應(yīng)調(diào)整為：m1=0.57，m2=0.79，m3=0.82，m4=0.85。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。圖4.2.5所示零件的各次半成品尺寸為： [img=224,81]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] (2) 半成品高度的確定 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。計算高度前，應(yīng)先定出各次半成品底部的圓角半徑，現(xiàn)取r1=12，r2=8，r3=5 (見 4.6.2節(jié)) 。計算各次半成品的高度可由求毛坯直徑的公式推出。即： [img=220,58]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]? ?? ?? ?? ?? ?? ? （4.2.8） 式中： d1,d2,d3為各次拉深的直徑(中線值)；r1，r2，r3 為各次半成品底部的圓角半徑(中線值)；d10,d20,d30 為各次半成品底部平板部分的直徑；h1，h2，h3為各次半成品底部圓角半徑圓心以上的筒壁高度；D為毛坯直徑。 　　將圖4.2.5所示零件的以上各項具體數(shù)值代人上述公式，即求出各次高度為： [img=264,103]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 各次半成品的總高度為： [img=228,104]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 拉深后得到的各次半成品如圖4.2.6所示。第四次拉深即為零件的實際尺寸，不必計算。 [img=371,175]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖4.2.6所示零件各次拉深的半成品尺寸 ? ? ? 4.2.4 帶有凸緣圓筒形件的拉深 4.2.4 帶有凸緣圓筒形件的拉深 有凸緣筒形件的拉深變形原理與一般圓筒形件是相同的，但由于帶有凸緣(圖4.2.7)，其拉深方法及計算方法與一般圓筒形件有一定的差別。 1.有凸緣圓筒形件一次成形拉深極限 有凸緣圓筒形件的拉深過程和無凸緣圓筒形件相比，其區(qū)別僅在于前者將毛坯拉深至某一時刻，達到了零件所要求的凸緣直徑dt時拉深結(jié)束；而不是將凸緣變形區(qū)的材料全部拉入凹模內(nèi)。所以，從變形區(qū)的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)看兩者是相同的 。 [img=178,189]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]??????????? [img=195,203]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖4.2.7有凸緣圓形件與坯料圖????????????? 圖4.2.8拉深時凸緣尺寸的變化 在拉深有凸緣筒形件時，在同樣大小的首次拉深系數(shù)m1＝d ／Ｄ的情況下，采用相同的毛坯直徑D和相同的零件直徑d 時，可以拉深出不同凸緣直徑dt1、dt2和不同高度h1 、h2的制件(圖4.2.8)。從圖示中可知，其dt值愈小，h值愈高，拉深變形程度也愈大。因此m１＝d／Ｄ并不能表達在拉深有凸緣零件時的各種不同的dt和h 的實際變形程度。 　　根據(jù)凸緣的相對直徑dt/d比值的不同，帶有凸緣筒形件可分為窄凸緣筒形件(dt/d=1.1～1.4)和寬凸緣筒形件(dt/d>1.4)（）。窄凸緣件拉深時的工藝計算完全按一般圓筒形零件的計算方法，若h/d大于一次拉深的許用值時，只在倒數(shù)第二道才拉出凸緣或者拉成錐形凸緣，最后校正成水平凸緣，如圖4.2.9所示。若h/d較小，則第一次可拉成錐形凸緣，后校正成水平凸緣。 [img=348,177]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖4.2.9 窄凸緣件拉深 ? ? ? 下面著重對寬凸緣件的拉深進行分析，主要介紹其與直壁圓筒形件的不同點。 當R=r時( 圖 4.2.7) ，寬凸緣件毛坯直徑的計算公式為(表4.2.3)： [img=163,31]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht ? ? ? 根據(jù)拉深系數(shù)的定義，寬凸緣件總的拉深系數(shù)仍可表示為： [img=252,52]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]4.2.10) 式中： D—— 毛坯直徑（mm） dt—— 凸緣直徑（包括修邊余量） (mm) ； d—— 筒部直徑 (中徑)(mm) ； r—— 底部和凸緣部的圓角半徑 (當料厚大于1 mm時，r值按中線尺寸計算)。 從式4.2.10知，凸緣件總的拉深系數(shù)m，決定三個比值。其中dt／d 的影響最大，其次是h／d ，由于拉深件的圓角半徑r較小，所以r／d 的影響小。當dt／d 和h／d 的值愈大，表示拉深時毛坯變形區(qū)的寬度愈大，拉深成形的難度也大。當兩者的值超過一定值時，便不能一次拉深成形，必須增加拉深次數(shù)。表4.2.6是帶凸緣圓筒形件第一次拉深成形可能達到的最大相對高度h／d值。 表4.2.6帶凸緣筒形件第一次拉深的最大相對高度h/d 凸緣相對直徑dt/d 毛坯的相對厚度t/D ×100 ≤2～1.5 ＜1.5～1.0 ＜1.0～0.6 ＜0.6～0.3 ＜0.3～0.15 ≤1.1 ＞1.1～1.3 ＞1.3～1.5 ＞1.5～1.8 ＞1.8～2.0 ＞2.0～2.2 ＞2.2～2.5 ＞2.5～2.8 ＞2.8～3.0 0.90～0.75 0.80～0.65 0.70～0.58 0.58～0.48 0.51～0.42 0.45～0.35 0.35～0.28 0.27～0.22 0.22～0.18 0.82～0.65 0.72～0.56 0.63～0.50 0.53～0.42 0.46～0.36 0.40～0.31 0.32～0.25 0.24～0.19 0.20～0.16 0.70～0.57 0.60～0.50 0.53～0.45 0.44～0.37 0.38～0.32 0.33～0.27 0.27～0.22 0.21～0.17 0.17～0.14 0.61～0.50 0.53～0.45 0.48～0.40 0.39～0.34 0.34～0.29 0.29～0.25 0.23～0.20 0.18～.15 0.15～0.12 0.52～0.45 0.47～0.40 0.42～0.35 0.35～0.29 0.30～0.25 0.26～0.22 0.21～0.17 0.16～0.13 0.13～0.10 注：1.表中數(shù)值適用于10號鋼，對于比10號鋼塑性好的金屬，取較大的數(shù)值，差的金屬，取較小的數(shù)值； 2.表中大的數(shù)值適用于大的圓角半徑，小的數(shù)值適用于底部及凸緣小的圓角半徑。 帶凸緣圓筒形件首次拉深的極限拉深系數(shù)，可見表4.2.7。后續(xù)拉深變形與圓筒形件的拉深類同，所以從第二次拉深開始可參照表4.2.4確定極限拉深系數(shù)。 表4.2.7? 帶凸緣筒形件第一次拉深的極限拉深系數(shù)m１(適用于08、10銅) 凸緣相對直徑dt／d 毛坯的相對厚度ｔ／D×100 ≤2～1.5 ＜1.5～1.0 ＜1.0～0.6 ＜0.6～0.3 ＜0.3～0.15 ≤1.1 ＞1.1～1.3 ＞1.3～1.5 ＞1.5～1.8 ＞1.8～2.0 ＞2.0～2.2 ＞2.2～2.5 ＞2.5～2.8 ＞2.8～3.0 0.51 0.49 0.47 0.45 0.42 0.40 0.37 0.34 0.32 0.53 0.51 0.49 0.46 0.43 0.4 0.38 0.35 0.33 0.55 0.53 0.50 0.47 0.44 0.42 0.38 0.35 0.33 0.57 0.54 0.51 0.48 0.45 0.42 0.38 0.35 0.33 0.59 0.55 0.52 0.48 0.45 0.42 0.38 0.35 0.33 　　在拉深寬凸緣圓筒形件時，由于凸緣材料并沒有被全部拉入凹模，因此同無凸緣圓筒形件相比，寬凸緣圓筒形件拉深具有自己的特點： ①寬凸緣件的拉深變形程度不能僅用拉深系數(shù)的大小來衡量； ②寬凸緣件的首次極限拉深系數(shù)比圓筒件要小; ③寬凸緣件的首次極限拉深系數(shù)值與零件的相對凸緣直徑df /d 有關(guān)。 2.寬凸緣圓筒形零件的工藝設(shè)計要點 （1）毛坯尺寸的計算 ??毛坯尺寸的計算仍按等面積原理進行，參考無圓凸緣筒形零件毛坯的計算方法計算。毛坯直徑的計算公式見表4.2.3，其中dt要考慮修邊余量ΔR，其值可查表 4.2.2。 (2)判別工件能否一次拉成? ?這只需比較工件實際所需的總拉深系數(shù)和h/d與凸緣件第一次拉深的極限拉深系數(shù)和極限拉深相對高度即可。當 m總＞m1，h/d≤h1/d1時，可一次拉成，工序計算到此結(jié)束。否則則應(yīng)進行多次拉深。 凸緣件多次拉深成形的原則如下： 按表4.2.6和表4.2.7確定第一次拉深的極限拉深高度和極限拉深系數(shù)，第一次就把毛坯拉到凸緣直徑拉到工件所要求的直徑dt(包括修邊量) ,并在以后的各次拉深中保持dt不變 ,僅使已拉成的中間毛坯直筒部分參加變形，直至拉成所需零件為止。 凸緣件在多次拉深成形過程中特別需要注意的是: dt一經(jīng)形成，在后續(xù)的拉深中就不能變動。因為后續(xù)拉深時 , dt的微量縮小也會使中間圓筒部分的拉應(yīng)力過大而使危險斷面破裂。為此，必須正確計算拉深高度，嚴格控制凸模進入凹模的深度。為保證后續(xù)拉深凸緣直徑不減少，在設(shè)計模具時，通常把第一次拉深時拉入凹模的材料表面積比實際所需的面積多拉進 3％～10％（拉深工序多取上限，少取下限），即筒形部的深度比實際的要大些。這部分多拉進凹模的材料從以后的各次拉深中逐步分次返回到凸緣上來（每次1.5%～3%。這樣做既可以防止筒部被拉破，也能補償計算上的誤差和板材在拉深中的厚度變化，還能方便試模時的調(diào)整。返回到凸緣的材料會使筒口處的凸緣變厚或形成微小的波紋，但能保持dt不變，產(chǎn)生的缺陷可通過校正工序得到校正。 (3)拉深次數(shù)和半成品尺寸的計算 ??凸緣件進行多道拉深時，第一道拉深后得到的半成品尺寸，在保證凸緣直徑滿足要求的前提下，其筒部直徑d1應(yīng)盡可能小，以減少拉深次數(shù)，同時又要能盡量多地將板料拉入凹模。 寬凸緣件的拉深次數(shù)仍可用推算法求出。具體的做法:先假定dt/d的值,由相對材料厚度從表4.2.7中查出第一次拉深系數(shù)m1，據(jù)此求出d1，進而求出 h1，并根據(jù)表4.2.6的最大相對高度驗算m1的正確性。若驗算合格，則以后各次的半成品直徑可以按一般圓筒形件的多次拉深的方法，按表4.2.4的拉深系數(shù)值進行計算。即第n次拉深后的直徑為： [img=80,24]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht 式中dn為第 n 次拉深系數(shù), 可由表 4.2.4 查得；dn-1為前次拉深的筒部直徑（mm）。 當計算到dn≤d(工件直徑)時，總的拉深次數(shù) n 就確定了。 各次拉深后的筒部高度可按下式計算： [img=320,43]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]（4.2.12） 式中： Dn——考慮每次多拉入筒部的材料量后求得的假想毛坯直徑； dt——零件凸緣直徑 (包括修邊量)； dn——第n次拉深后的工件直徑； rpn——第n次拉深后圓筒側(cè)壁與底部間的圓角半徑； rdn——n次拉深后凸緣與圓筒側(cè)壁間的圓角半徑。 3.寬凸緣零件的拉深方法 寬凸緣件的拉深方法有兩種：一種是薄料、中小型(dt＜200㎜)零件，通常靠減小圓筒形壁部直徑，增加高度來達到尺寸要求，即圓角半徑rp和rd在首次拉深時就與dt一起成形到工件的尺寸，在后續(xù)的拉深過程中基本上保持不變，如圖 4.2.10a 所示。這種方法拉深時不易起皺，但制成的零件表面質(zhì)量較差，容易在直壁部分和凸緣上殘留中間工序形成的圓角部分彎曲和厚度局部變化的痕跡，所以最后應(yīng)加一道壓力較大的整形工序。 另一種方法如圖 4.2.10b 所示。常用在dt＞200㎜的較大型拉深件中。零件的高度在第一次拉深時就基本形成，在以后的拉深過程中基本保持不變，通過減小圓角半徑rp和rd，逐漸縮小圓筒形直徑來拉成零件。此法對厚料更為合適。用本法制成的零件表面光滑平整，厚度均勻，不存在中間工序中圓角部分的彎曲與局部變薄的痕跡。但在第一次拉深時，因圓角半徑較大，容易發(fā)生起皺，當零件底部圓角半徑較小，或者對凸緣有不平度要求時，也需要在最后加一道整形工序。在實際生產(chǎn)中往往將上述兩種方法綜合起來用。 [img=404,161]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖 4.2.10 寬凸緣零件的拉深方法 ? ? ? 4.2.5階梯形零件的拉深 4.2.5階梯形零件的拉深 階梯圓筒形件(圖4.2.11)從形狀來說相當于若干個直壁圓筒形件的組合，因此它的拉深同直壁圓筒形件的拉深基本相似，每一個階梯的拉深即相當于相應(yīng)的圓筒形件的拉深。但由于其形狀相對復(fù)雜，因此拉深工藝的設(shè)計與直壁圓筒形件有較大的差別。主要表現(xiàn)在拉深次數(shù)的確定和拉深方法上。 1.拉深次數(shù)的確定 階梯圓筒形件的沖壓工藝過程、沖壓工序次數(shù)、工序的先后順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的形狀和尺寸區(qū)別對待。首先應(yīng)判斷零件是否能一次拉深成形。如圖4.2.11階梯形零件，當材料相對厚度t/D×100＞1，且階梯之間的直徑之差和零件的高度較小時，可一次拉深成形。即： [img=168,161]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img]　　[img=329,151]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖4.2.11階梯形零件　　圖4.2.12 階梯形多次拉深方法 a) 由大階梯到小階梯的拉深；b) 先小直徑后大直徑的拉深 （h１＋h２＋h３＋…h(huán)n／dn≤h／dn（4.2.13） 式中：h１、h２、h３、…、hn——各個階梯的高度（㎜）； dn——最小階梯筒部的直徑； h／dn——為帶凸緣圓筒形件第一次拉深的最大相對高度(見表4.2.6)。 若公式（4.2.13）成立，則可以一次拉深成形，否則需采取多次拉深。 2.多次拉深工序的順序安排 （1）當相鄰階梯的直徑比d2／d1、d3／d2… 、d n/d n-1均大于或等于相應(yīng)的圓筒形件的極限拉深系數(shù)，即表4.2.4中的值時，其工序安排由大階梯到小階梯的順序，每次拉深出一個階梯，階梯的數(shù)目就是拉深次數(shù)(圖4.2.12 a)。 （2）當某相鄰兩個階梯直徑的比值d n／d n-1小于相應(yīng)圓筒形零件的極限拉深系數(shù)時，這個階梯的拉深應(yīng)采用有凸緣圓筒形零件的拉深工藝，即先拉深小直徑d n，再拉深大直徑d n-1，圖4.2.12 b）中d2／d1小于相應(yīng)圓筒形零件的極限拉深系數(shù)，故d2先拉成形后，再拉深在d1。 　 （3）具有大小直徑差別較大的淺階梯形拉深件，當其不能一次拉深成形時，可以采用先拉深成球面形狀或大圓角筒形的過渡形狀，然后再采用校形工序得到零件的形狀和尺寸要求，如圖4.2.13所示。 [img=425,213]mhtml:file://F:\沖壓\4 _ 2 直壁旋轉(zhuǎn)體零件拉深工藝的設(shè)計.mht![/img] 圖4.2.13 直徑差較大的淺階梯形件的拉深方法 16