4.4 拉深工艺_多工位级进模设计实用手册-QQ阅读男生历史网

书名：多工位级进模设计实用手册
作者名：金龙建
本章字数：10549字
更新时间：2020-06-25 16:33:53

4.4 拉深工艺

连续拉深模是在单工序拉深模上发展起来的，其拉深工艺与单工序拉深工艺基本相同。连续拉深是指制件在带料上沿着一定的方向在一个工位一个工位上连续地拉深变形，冲压出具有一定形状和尺寸要求的空心件。冲压过程中，坯件一直与带料的载体相连，制件外形完成后，再从带料上分离落下。常见薄壁级进模拉深件如图4-28所示。

图4-28 常见薄壁级进模拉深件

4.4.1 拉深变形过程及特点

1.拉深变形过程

在多工位级进模中，首次拉深用带料上的平板圆形坯料拉深成圆筒形件的变形过程，与单工序模首次拉深变形过程基本相同（见图4-29）。拉深凸模和凹模与冲裁凸、凹模不同，拉深凸模和凹模都有一定圆角，而不是锋利的刃口，其间隙一般稍大于板料厚度（除变薄拉深外）。

为了说明拉深时坯料的变形过程，在平板坯料上沿直径方向画出一个局部的扇形区域oab。当凸模下压时，坯料被拉入凹模，扇形oab变为以下三部分：筒底部分———oef；筒壁部分———cdef；凸缘部分———a′b′cd。当凸模继续下压时，筒底部分基本不变，凸缘部分的材料继续转变为筒壁，筒壁部分逐步增高，凸缘部分逐步缩小，直至全部变为筒壁。可见，坯料在拉深过程中，变形主要是集中在凹模面上的凸缘部分，拉深过程的本质就是使凸缘部分逐渐收缩转化为筒壁的过程。坯料的凸缘部分是变形区，底部和已形成的筒壁为传力区。

如果圆形平板坯料的直径为D，拉深后筒形件的直径为d，通常以筒形件直径与坯料直径的比值来表示拉深变形程度的大小，即

图4-29 拉深变形过程

式中 m———拉深系数，m越小，拉深变形程度越大，相反，m越大，拉深变形程度就越小。

为了进一步说明拉深时金属变形的过程，可以进行如下网格法试验：在圆形平板坯料上画许多间距都等于a的同心圆和分度相等的辐射线组成图4-30a所示网格，拉深后网格的变化情况如图4-30b、d所示。从图中可以看出，筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，而筒壁上的网格与坯料凸缘部分（即外径为D、内径为d的环形部分）的网格则发生了较大的变化：原来直径不等的同心圆变为筒壁上直径相等的圆，且间距增大了，越靠近筒形件口部增大越多，即由原来的a变为a₁、a₂、a₃…且a₁>a₂>a₃>…>a；原来分度相等的辐射线变成筒壁上的垂直平行线，其间距也缩小了，越靠近筒形件口部缩小越多，即由原来的b₁>b₂>b₃>…>b变为b₁=b₂=b₃=…=b。如果拿一个小单元来看，在拉深前是扇形，其面积为A₁（见图4-30a），拉深后则变为矩形，其面积为A₂（见图4-30b）。实践证明，拉深后板料厚度变化很小，因此可以近似认为拉深前后小单元的面积不变，即A₁=A₂。

图4-30 拉深前后的网格变化

为什么拉深前的扇形小单元会变为拉深后的矩形呢？这是由于坯料在模具的作用下金属内部产生了内应力，对一个小单元来说（见图4-30c），径向受拉应力σ₁作用，切线方向受压应力σ₃作用，因而径向产生拉伸变形，切向产生压缩变形，径向尺寸增大，切向尺寸减小，结果形状由扇形变为矩形。当凸缘部分的材料变为筒壁时，外缘尺寸由初始的πD逐渐缩小变为πd；而径向尺寸由初始的（D-d）/2逐步伸长变为高度H，H>（D-d）/2。

综合以上所述，拉深变形过程可概括如下：在拉深过程中，由于外力的作用，坯料凸缘区内部的各个小单元体之间产生了相互作用的内应力，径向为拉应力σ₁，切向为压应力σ₃。在σ₁和σ₃的共同作用下，凸缘部分的金属材料产生塑性变形，径向伸长，切向压缩，且不断被拉入凹模中变为筒壁，最后得到直径为d、高度为H的开口空心件。

2.拉深变形特点

通过观察圆筒形件的拉深变形过程并分析拉深件的质量可以看出，圆筒形件的拉深变形具有如下一些特点：

1）拉深过程中，坯料的凸缘部分是主要变形区，其余部分只发生少量变形，但要承受并传递拉深力，故为传力区。

2）变形区受切向压应力和径向拉应力作用，产生切向压缩和径向伸长变形。当变形程度较大时，变形区主要发生失稳起皱现象，如图4-31所示。

3）拉深件的壁部厚度不均匀，口部壁厚略有增厚，底部壁厚略有减薄，靠近底部圆角处变薄最严重，如图4-32所示。当变形程度过大使得壁部拉应力超过材料抗拉强度时，将在变薄最严重的部位产生拉裂，如图4-33所示。

图4-31 起皱现象

图4-32 拉深件的壁厚和硬度变化

图4-33 拉裂现象

4）拉深件各部分硬度也不一样（见图4-32），口部因变形程度大，冷作硬化严重，故硬度较高；而底部变形程度小，冷作硬化小，故硬度较低。

4.4.2 拉深变形中毛坯的应力应变

拉深过程中，毛坯各部分所处的位置不同，它们的变化情况也不同。根据拉深过程中毛坯各部分的应力状况的不同，将其划分为五个部分。

图4-34所示为圆筒形件在拉深过程中的应力与应变状态。

（1）平面凸缘部分———主要变形区在模具作用下，凸缘部分产生了径向拉应力σ₁和切向压应力σ₃。在板料厚度方向，由于模具结构多采用压边装置，则产生压应力σ₂。该压应力很小，一般小于4.5MPa，无压边圈时，σ₂=0。该区域是主要变形区，变形最剧烈。拉深所做的功大部分消耗在该区材料的塑性变形上。

（2）凸缘圆角部分———过渡区圆角部分材料除了与凸缘部分一样，受径向拉应力σ₁和切向压应力σ₃，同时，接触凹模圆角的一侧还受到弯曲压力，外侧则受拉深应力。弯曲圆角外侧是σ_1max出现处。凹模圆角相对半径r_d/t越小，则弯曲变形越大。当凹模圆角半径小到一定数值（一般r_d/t<2）时，就会出现弯曲开裂，故凹模圆角半径应有一个适当值。

（3）筒壁部分———传力区筒壁部分可看做是传力区，是将凸模的拉应力传递到凸缘，变形是单向受拉，厚度会有所变薄。

图4-34 圆筒形件在拉深过程中的应力与应变状态

σ₁、ε₁———径向应力和应变σ₂、ε₂———轴向（厚度方向）应力和应变 σ₃、ε₃———切应力和应变

（4）底部圆角部分———过渡区这部分材料承受径向拉应力σ₁和切向压应力σ₃，并且在厚度方向受到凸模的压力和弯曲作用。在拉、压应力的综合作用下，这部分材料变薄最严重，故此处最容易出现拉裂。一般而言，在筒壁与凸模圆角相切的部位变薄最严重，是拉深时的“危险断面”。

（5）圆筒件底部———小变形区圆筒件底部材料始终承受平面拉伸，变形也是双向拉伸变薄。由于拉伸变薄会受到凸模摩擦阻力的作用，实际变薄很小，因此底部在拉深时的变形常忽略不计。

拉深过程中，σ_1max总是出现在凹模圆角处，但不同的拉深时刻，它们的值也是不同的。开始拉深时，随着毛坯凸缘半径的减小，σ_1max增大；当拉深进行到R_t=（0.8～0.9）R₀（R_t为t时刻凸缘半径，R₀为原始凸缘半径）时，σ_1max出现最大值，此时最容易产生“危险断面”的断裂。以后σ_1max又随着拉深的进行逐渐减小。

拉深过程中，越靠近毛坯边缘，σ₃越大，所以σ_3max总是出现在毛坯最外缘处，其大小只与材料有关，σ_3max=1.1σ_m（σ_m为凸缘变形区平均变形抗力）。但随着拉深的进行，材料加工硬化加大，σ_m增加，σ_3max呈递增趋势，这种变化会增加凸缘起皱的危险。

综合以上分析可知，拉深时毛坯各区的应力、应变是不均匀的，且随着拉深的进行时刻在变化，拉深件的壁厚也是不均匀的。拉深时，凸缘区在切向压应力作用下可能产生“起皱”，筒壁传力区上的危险断面可能被“拉裂”，这是拉深工艺能否顺利完成的关键所在。

4.4.3 带料圆筒形连续拉深工艺计算

1.坯料形状和尺寸的确定

（1）形状相似性原则拉深件的坯料形状一般与拉深件的截面轮廓形状近似相同，即当拉深件的截面轮廓是圆形、方形或矩形时，相应坯料的形状应分别为圆形、近似方形或近似矩形。另外，坯料周边应光滑过渡，以使拉深后得到等高侧壁（如果制件要求等高时）或等宽凸缘。

（2）表面积相等原则对于不变薄拉深，虽然在拉深过程中板料的厚度有增厚也有变薄，但实践证明，拉深件的平均厚度与坯料厚度相差不大。由于拉深前后拉深件与坯料重量相等、体积不变，因此，可以按坯料面积等于拉深件表面积的原则确定坯料尺寸。

应该指出，用理论计算方法确定坯料尺寸不是绝对准确的，而是近似的，尤其是变形复杂的拉深件。实际生产中，由于材料性能、模具几何参数、润滑条件、拉深系数以及制件几何形状等多种因素的影响，有时拉深的实际结果与计算值有较大出入，因此，应根据具体情况予以修正。对于形状复杂的拉深件，通常是先做好简易的单工序试制模，并以理论计算方法初步确定的坯料进行反复试模修正，直至得到的制件符合要求时，再将符合实际的坯料形状和尺寸作为制造连续拉深模的依据。

在连续拉深中，无论是有凸缘的还是无凸缘的拉深件，均按有凸缘的拉深工艺计算。由于带料（条料）具有平面方向性，并受模具几何形状等因素的影响，制成的拉深件凸缘周边一般不整齐，尤其是深拉深件，因此在多数情况下还需采取加大带料（条料）中的工序件凸缘宽度的办法，拉深后再修边，以保证制件质量。经验值的修边余量可参考表4-29。

表4-29 连续拉深件的修边余量δ（一）（单位：mm）

注：表中的修边余量直接加在制件的凸缘上，再计算毛坯的展开尺寸。

带料连续拉深修边余量除了以上所列外，也可参考表4-30。

表4-30 连续拉深件的修边余量δ（二）（单位：mm）

注：表中的修边余量加在制件毛坯的外形上，其毛坯计算公式为D=D₁+δ。式中，D指包括修边余量的毛坯直径；D₁为制件毛坯直径。

2.简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定

旋转体拉深件坯料的形状是圆形，所以坯料尺寸的计算主要是确定坯料直径。对于简单旋转体拉深件，可首先将拉深件划分为若干个简单而又便于计算的几何体，并分别求出各简单几何体的表面积，再把各简单几何体的表面积相加即为拉深件的总表面积，然后根据表面积相等原则，即可求出坯料直径。

例如，图4-35所示的带凸缘筒形拉深件，将该制件分解成五个部分，分别按表4-31所列公式求出各部分的面积并相加，即得制件总面积为

毛坯面积A₀为

按等面积法A=A₀

故毛坯直径按下式计算

式中 A———拉深件的表面积（mm²）；

A_i———拉深件分解成简单几何形状的表面积（mm²）。

图4-35 带凸缘筒形件毛坯尺寸的计算

表4-31 简单几何形状的表面积计算公式

（续）

计算时，拉深件尺寸均按厚度中心线尺寸计算，但当带料（条料）厚度小于1.0mm时，也可以按制件图标注的外形或内形尺寸计算。

常用旋转体拉深件毛坯直径的计算公式见表4-32。

表4-32 常用旋转体拉深件毛坯直径的计算公式

（续）

4.4.4 带料拉深系数、拉深次数和相对拉深高度

1.拉深系数

在带料上每次拉深后圆筒直径与拉深前毛坯（或半成品）直径的比值称为拉深系数。拉深系数用来表示拉深过程中的变形程度。拉深系数越小，说明拉深前后直径差别越大，即变形程度越大。合理地选定拉深系数可以使拉深次数减少到最小程度。拉深系数是拉深工艺中的一个重要工艺参数。在工艺计算中，只要知道每道工序的拉深系数值，就可以计算出各道工序中制件的尺寸。

式中 m₁、m₂、…、m_n———各次拉深的拉深系数；

d₁、d₂、…、d_n———各次拉深半成品（或制件）的直径（mm）。

在带料上连续拉深时，总拉深系数的计算方法，与带凸缘的圆筒形件拉深系数的计算相同。由于带料连续拉深中间不能进行退火工序，所以在选择此种加工方法时，首先应审查材料不进行中间退火所能允许的最大总拉深变形程度（即允许的极限总拉深系数[m_总]），看是否能满足拉深件总拉深系数的要求，当拉深件的总拉深系数m_总≥[m_总]，可以使用带料连续拉深，否则不能用带料连续拉深。

总拉深系数为

式中 d———制件直径；

D———制件毛坯直径；

m₁、m₂、…、m_n———各次拉深系数。

带料（条料）允许的极限总拉深系数，即许用总拉深系数[m_总]见表4-33。当计算的m_总值大于表中的许用总拉深系数时，可以不用中间退火工序，也就是说可以采用带料（条料）进行连续拉深。

表4-33 连续拉深的许用总拉深系数[m_总]

由于带料连续拉深中，有工艺切口或无工艺切口，材料均受到约束，相互牵连。无工艺切口拉深比有工艺切口拉深材料的受约束和相互牵连要大一些。此外，带料连续拉深时是不能对中间工序的半成品进行退火的，所以带料连续拉深每个工位的材料变形程度相对于单工序拉深要小，即拉深系数应比单工序拉深系数大，所需的拉深次数也多。

无工艺切口的带料连续拉深的第一次拉深系数m₁，见表4-34。最大相对高度h₁/d₁见表4-35。以后各次拉深系数m_n见表4-36。

表4-34 无工艺切口的第一次拉深系数m₁（材料：08、10）

表4-35 无工艺切口第一次拉深的最大相对高度h₁/d₁（材料：08、10）

表4-36 无工艺切口的以后各次拉深系数m_n（材料：08、10）

有工艺切口的带料连续拉深，相似于单个带凸缘件的拉深，但变形比单个带凸缘件的拉深要困难一些，所以首次拉深系数要大一些，其值m₁见表4-37。以后各次拉深系数可取带凸缘件拉深的上限值，其值m_n见表4-38。有工艺切口的各次拉深系数极限值见表4-39。

表4-37 有工艺切口的第一次拉深系数m₁（材料：08、10）

表4-38 有工艺切口的各次拉深系数m_n（材料：08、10）

表4-39 有工艺切口的各次拉深系数的极限值

有工艺切口带凸缘筒形件第一次拉深的最大相对高度h₁/d₁见表4-40。各种材料拉深系数极限值参考表4-41。

表4-40 有工艺切口带凸缘筒形件第一次拉深的最大相对高度h₁/d₁

注：表中数值适用于10钢，对于比10钢塑性更大的金属，取接近于大的数值；对于塑性较小的金属，取接近于小的数值。

表4-41 各种材料拉深系数极限值（推荐）

2.拉深次数

拉深次数通常是先进行概略计算，然后通过工艺计算来确定。

（1）无工艺切口整体带料连续拉深次数确定从表4-34、表4-36中查出拉深系数m₁、m₂、m₃…初步计算出d₁=m₁D、d₂=m₂d₁、d₃=m₃d₂…至d_n≤d，从而求出所需拉深次数。

（2）带料有工艺切口连续拉深次数确定从表4-37～表4-39中可查出d₁=m₁D、d₂=m₂d₁、d₃=m₃d₂…至d_n≤d，从而求出所需的拉深次数。

（3）调整各次拉深系数拉深次数一般取接近计算结果的整数，使最后一次拉深（工序）的变形程度最小。为使各次拉深变形程度分配合理，确定拉深次数后，需将拉深系数进行合理化调整。

4.4.5 整体带料连续拉深经验计算法

带料连续拉深中的拉深工艺计算是比较繁琐的，通常对于材料厚度t=0.2～0.5mm，制件直径小于10mm的小型空心件，在选用无工艺切口整体带料连续拉深的前提下，可直接按以下简捷的经验公式进行计算，即

式中 d_i———某次拉深的凸模直径；

d_内径———制件的内径；

i———某次拉深的序号，i=1、2、3…；

n———连续拉深总次数；

H_i———某次拉深高度；

h_制件———制件的高度。

使用式（4-41）或式（4-42）时，应先以最后一次拉深（即i=n）为基础直径或基础高度进行计算，以后再用i=n-1、i=n-2等代入公式计算倒数第二次、倒数第三次……的直径或高度，直到计算进行到制件的高度h≤0.5d为止，或计算后的直径可以在第一次拉成时或第一次拉深系数大于表4-34所列的值为止。

4.4.6 各次拉深凸、凹模圆角半径的确定

凸、凹模圆角应随着工序的增加而逐渐减少，原则上最后一次拉深凸模的圆角半径应等于制件底部的圆角半径，拉深凹模的圆角半径等于制件的凸缘圆角半径。在允许条件下，拉深的圆角半径尽可能设计得大一些，圆角半径越大，则拉深力就会越小，但在首次拉深时，有效的压料面积也随之减小，会引起凸缘口部或圆角处发生起皱，不利于拉深。反之，r_d越小，所需的拉深力就越大，容易发生开裂，一般的情况，在不发生起皱的条件下，尽可能加大r_d。一般r_d的采用范围为（4～6）t～（10～20）t，也可按以下经验公式求得：

1.凹模圆角半径的确定

1）经验公式。首次拉深凹模的圆角半径按经验公式计算，即

式中 r_d———凹模圆角半径（mm）；

D———毛坯直径（mm）；

d———凹模内径（mm）；

t———材料厚度（mm）。

2）查表法（见表4-42）。

表4-42 拉深凹模圆角半径r_d的数值（一）（单位：mm）

（续）

注：D—第1次拉深时的毛坯直径，或第n-1次拉深后的制件直径（mm）；

d—第1次拉深后的制件直径，或第n次拉深后的制件直径（mm）。

3）拉深凹模的圆角半径也可以根据制件材料的种类与厚度来确定，见表4-43。

表4-43 拉深凹模圆角半径r_d的数值（二）

注：1.对于第1次拉深或较薄的材料，应取表中的最大极限值。

2.对于以后各次拉深或较厚的材料，应取表中的最小极限值。

一般对于钢的拉深件，r_d=10t；对于有色金属（铝、黄铜、纯铜）的拉深件，r_d=5t。

4）以后各次拉深时，r_d值应逐渐减小，可以按下式计算：

5）对于首次拉深，如采用带料厚度大于2mm而拉深直径又小时，通常把首次拉深凸模的工作端加工成球面形。

2.凸模圆角半径的确定

凸模圆角半径可以根据以下几点来选取：

1）除最后一次拉深外，其他所有各次拉深工序中，凸模圆角半径r_P可取与凹模圆角半径相等或略小一点的数值，即

2）在最后一次拉深工序中，凸模圆角半径应与制件底部的内圆角半径相等。但当材料厚度小于5mm时，其数值不得小于（2～3）t；当材料厚度大于5mm时，其数值不得小于（1.5～2）t。

3）如果制件要求的圆角半径很小，则在最后一次拉深工序后，须加一道整形工序。

3.无工艺切口连续拉深凸、凹模圆角半径的确定

1）首次拉深凸、凹模圆角半径的确定。采用无工艺切口拉深时，首次拉深的凸模工作部分也可加工成球面形。但一般首次拉深凸、凹模圆角半径按下式计算取得。

首次拉深凸模圆角半径，即

首次拉深凹模圆角半径，即

式中 r_P1———首次拉深凸模圆角半径；

r_d1———首次拉深凹模圆角半径；

t———材料厚度。

2）以后各次拉深凸、凹模圆角半径的确定。以后各工序间的凸、凹模圆角半径应均匀递减，使其逐步接近制件圆角半径。一般可按下式计算，即

凸、凹模圆角半径在实际生产中需通过模具的调试作必要的修正，因此，在设计时尽量取小值。

4.4.7 拉深高度计算

当带料连续拉深件的次数和各工序（半成品）的直径确定后，便应确定拉深凹模圆角半径和拉深凸模的圆角半径，最后计算出各工序的拉深高度。

带料连续拉深过程中，只是将首次拉深进入凹模部分的材料面积作重新分布（而凸缘直径保持固定不变），随着拉深直径的减小和凸、凹模圆角半径的减小，各工序直径和高度改变。当直径减小时，可使其拉深高度增加，而当其圆角半径减小时，反而使其拉深高度减小。

带料连续拉深每道工序的拉深高度，可根据如下相关公式计算。

（1）首次拉深高度计算拉深高度时，首次拉深拉入凹模的材料，对于无工艺切口的带料连续拉深约比成品制件的表面积大10%～15%，而对于有工艺切口的带料连续拉深约比成品制件的表面积大4%～6%（工序次数多时取上限值，工序次数少时取下限值），以此确定实际拉深假想毛坯直径和首次拉深的实际高度。

首次拉深假想毛坯直径：

首次拉深高度：

（2）计算第二次至第n-1次拉深的高度首次拉深进入凹模的面积增量x，在第二次拉深及以后的拉深中逐步返回到凸缘上。D₂、D₃、…、D_n-1是考虑到去除遗留在凸缘中的面积增量以后的假想毛坯直径，以便准确地确定H₂、H₃、…、H_n-1。n是拉深次数。

第二次拉深高度：

其中第二次假想毛坯直径：

第n-1次拉深的高度：

其中第n-1次拉深的假想毛坯直径：

式中 D———毛坯直径（mm）；

D₁、D₂、…、D_n-1———首次拉深、第二次拉深及第n-1次拉深的假想毛坯直径（mm）；

r₁———凸模圆角半径（mm）；

R₁———凹模圆角半径（mm）；

t———材料厚度（mm）；

x、x₁、…、x_n-1———对于无工艺切口的带料，首次连续拉深取10%～15%，对于有工艺切口的带料，首次连续拉深取4%～6%（工序次数多时取上限值，工序次数少时取下限值），由于首次拉深进入凹模的面积增量x在第二次拉深及以后的拉深中逐步返回到凸缘上，因此x₁、…、x_n-1也随着逐步减小。

以上式中未表示出的符号如图4-36所示。

4.4.8 各次拉深凸、凹模间隙的确定

连续拉深凸、凹模间隙是指凸、凹模横向尺寸的差值，通常叫拉深间隙。单边间隙用C来表示（见图4-37）。凸、凹模间隙过小，制件质量较好，但拉深力大，制件易拉断，模具磨损严重，寿命低；凸、凹模间隙过大，拉深力小，模具寿命提高了，但制件易起皱，变厚，侧壁不直，出现锥度，口部边线不齐，口部的变厚得不到消除。

图4-36 带凸缘拉深有关尺寸

图4-37 凸、凹模间隙

因此拉深的凸、凹模间隙值可以按如下条件选用：

1）拉深的凸模及凹模的单边间隙为

式中 C———凸、凹模之间的单边间隙（mm）；

d_d———凹模直径（mm）；

d_P———凸模直径（mm）。

2）拉深凸、凹模的单边间隙也可按以下经验公式计算，即

式中 t_max———板料厚度的最大极限尺寸（mm）；

t———板料厚度的公称尺寸（mm）；

K———间隙系数，按表4-44选取。

表4-44 间隙系数K

注：1.表中数值适用于一般精度（按未注公差尺寸的极限偏差）的拉深件。

2.末道工序括弧内的数字适用于较精密拉深件（IT11～IT13）。

3）材料厚度公差小或制件精度要求较高的，应取较小的间隙。有压边圈拉深时的单边间隙值按表4-45选取。

4）当拉深件公差等级要求达到IT11～IT13时，其最后一次拉深工序的间隙值取C=（1～0.95）t（黑色金属取1，有色金属取0.95）。

表4-45 有压边圈拉深时的单边间隙值

（续）

注：1.t为材料厚度，取材料允许偏差的中间值。

2.当拉深精密制件时，最后一次拉深间隙C=t。

4.4.9 拉深凸、凹模工作部分尺寸确定

确定凸模和凹模工作部分尺寸，应考虑模具的磨损和拉深件的弹复，其尺寸公差只在最后一道工序中考虑。

1.最后一道工序凸、凹模工作部分尺寸

应按拉深件尺寸标注方式的不同，由表4-46所列公式进行计算。

表4-46 拉深凸、凹模工作部分尺寸的计算公式

2.凸、凹模的制造公差

1）圆形凸、凹模的制造公差根据制件的材料厚度与制件直径来选定，其数值见表4-47。

表4-47 圆形凸、凹模的制造公差（单位：mm）

（续）

注：1.表中数值用于未精压的薄钢板。

2.如用精压钢板，则凸模及凹模的制造公差等于表中数值的20%～25%。

3.如用有色金属，则凸模及凹模的制造公差等于表中数值的50%。

2）非圆形凸、凹模的制造公差可根据制件公差来选定。若拉深件的公差等级为IT13以上，则凸、凹模制造公差采用的标准公差等级为IT9；若拉深件的公差等级为IT14以下，则凸、凹模制造公差等级采用IT10。若采用配作时，只在凸模或凹模上标注公差，另一方则按间隙配作。如拉深件是标注外形尺寸，则在凹模上标注公差，反之，标注内形尺寸时，则在凸模上标注公差。

4.4.10 压边力及拉深力的计算

1.压边力

压边力的作用是防止拉深过程中坯料起皱。压边力的大小应适当，压边力过小时，防皱效果差；压边力过大时，则会增大传力区危险断面上的拉应力，从而引起严重变薄甚至拉裂、断裂现象。因此在保证坯料变形区不起皱的前提下，尽量选用较小的压边力。

压边力的大小应允许在一定范围内调节。一般来说，随着拉深系数的减小，压边力许可调节范围减小，这对拉深工作是不利的，因为当压边力过大时，就会产生破裂，压边力过小时，会产生起皱，即拉深的工艺稳定性不好。相反，拉深系数较大时，压边力可调节范围增大，拉深工艺稳定性较好。这也是拉深时采用的拉深系数应尽量比极限拉深系数大一点的原因。

（1）压边圈的结构形式压边力是为了保证制件侧壁和凸缘不起皱而通过压边装置对制件施加的力，压边力的大小直接关系着拉深过程能否顺利进行。而拉深过程中制件是否起皱主要取决于毛坯的相对厚度，或以后各次拉深半成品的相对厚度。在实际生产中是否需要采用压边装置可根据表4-48所列的条件确定。但在连续拉深模首次拉深中，一般情况下，都采用有压边装置的，只是可用可不用或不用压边装置的，在设计中可以考虑轻一些的压边力，它是为了带料（条料）能平直，使连续送料过程更顺畅。

表4-48 采用或不采用压边装置的条件

为了更准确地估算是否需要压边装置，还应考虑拉深系数的大小。因此，可根据图4-38来确定是否采用压边装置，在区域Ⅰ内采用压边装置，在区域Ⅱ内可不采用压边装置。

常用压边装置的形式有以下几种：

1）平面压边圈。最简单的平面刚性压边圈的结构形式可以与板料或半成品内部轮廓一致（见图4-39）。图4-39a用于首次拉深的压边圈；图4-39b用于以后各次拉深的压边圈，此压边圈不但在压边作用，而且在以后各工序中起定位作用。

图4-38 根据毛坯厚度和拉深系数确定是否使用压边装置

图4-39 简单压边圈结构

2）带限位装置的压边圈。如果在整个拉深过程中要保持压边力均衡，防止压边圈将毛坯压得过紧（特别是拉深材料较薄和宽凸缘的制件），则需采用带限位装置的压边圈，如图4-40所示。图4-40a适用于第一次拉深，图4-40b、c适用于二次及二次以后的拉深。

图4-40 带限位装置的压边圈

在连续拉深过程中，压边圈和凹模制件始终保持一定的距离s，一般s取t+（0.05～1）mm；拉深铝合金时，s取1.1t；拉深钢件时，s取1.2t。

3）曲线形压边圈。在连续拉深宽凸缘制件时，当板料逐渐进入凹模以后，坯料的外径逐渐缩小，这时即使压边力是定值，也会由于受压面积减小而使坯料凸缘部位单位面积上的压边力逐渐增大。这样，坯料的凸缘部分就受到了越来越大的摩擦力，相应地增大了拉深力，由此造成了制件侧壁变薄和高度增加，甚至还可能使制件拉裂。

为了避免出现上述情况，可以将压边圈的轮廓做成图4-41所示曲线形结构，压边圈在坯料直径以内的接触部分做成带有锥形的圆弧形斜坡。这样，压边力的作用位置一直是随着板料凸缘部分直径的缩小和边缘部分的变厚而向内移动，坯料凸缘受力的部位永远是一个接近边缘的圆环。

其锥形斜坡的尺寸h可取（0.2～0.5）t或由下式计算：

式中 D———毛坯直径；

d———在坯料直径范围内的任意直径值；

t———板料厚度；

h———相对于d位置上压边圈和坯料之间应该留的间隙。

但实际上加工出上述曲线形状的压边圈是相当困难的，因此往往只是近似地做成一个斜面的形式。

图4-41 压边圈的改进形式

（2）压边力的确定拉深时，压边力过大会增大拉深力，引起拉深时制件破裂；反之，压边力过小，制件在拉深时会出现边壁或凸缘起皱。因此，压边力的大小是很重要的。但压边力的计算是为了确定压边装置，一般情况下，在生产中通过试模调整来确定压边力的大小。在模具设计时，压边力可按表4-49公式计算，拉深时单位压边力数据可按表4-50查得。

2.拉深力

拉深力应根据材料塑性力学的理论进行计算，但影响拉深力的因素相当复杂，计算出的结果往往和实际相差较大，因此在实际生产中多按表4-51～表4-54进行计算。表4-51中的公式以危险断面所产生的拉应力必须小于该断面的强度极限为依据。

表4-49 圆筒形拉深件压边力的计算