第4章拉深 (2)刚性压边装置 图419所示为双动压力机上的刚性压边装置。拉深凸模固定在内滑块上,而压边圈固 定在外滑块上,每次冲压行程开始时,在凸模尚未接触坯料之前,外滑块带动压边圈下降 直至压住坯料并停止于此位置上;接着内滑块再带动凸模下降,进行拉深。拉深结束后凸 模紧跟内滑块回程;待凸模回升到某一高度后,外滑块也带动压边圈回程到上死点位置(参 见图1.28(a)。显然,刚性压边圈的压边作用,并不是靠调节压边力来保证的,而是通过调 整压边圈与凹模平面之间的间隙(外滑块的下死点)来获得的(压边力是由于坯料凸缘变形区 在拉深过程中板厚会增大而产生的),所以在拉深过程中具有压边平稳、压边力不随行程变 化等特点,拉深效果好且模具结构简单, 图4.19双动压力机上的刚性压边 1一内滑块:2—外滑块:3一压边圈:4一凹模:5—凸模 3.压边圈的形式 图420所示是首次拉深模所用的4种压边圈形式。 c) 图4.20首次拉深模所用的4种压边圈形式 图420(a所示为普通平面压边圈,是首次拉深最常用的压边圈形式。 图420b)所示为平锥压边圈,其中压边圈的锥角a的大小应与拉深件壁部增厚规律相 适应,实验研究表明锥角a可按下式计算: a arctan (D-d)/2 式中:【——板料厚度(mm) Z——拉深件壁部增厚系数,取0.2-0.3 D一坯料直径(mm)
第 4 章 拉深 131 (2) 刚性压边装置 图 4.19 所示为双动压力机上的刚性压边装置。拉深凸模固定在内滑块上，而压边圈固 定在外滑块上，每次冲压行程开始时，在凸模尚未接触坯料之前，外滑块带动压边圈下降， 直至压住坯料并停止于此位置上；接着内滑块再带动凸模下降，进行拉深。拉深结束后凸 模紧跟内滑块回程；待凸模回升到某一高度后，外滑块也带动压边圈回程到上死点位置(参 见图 1.28(a))。显然，刚性压边圈的压边作用，并不是靠调节压边力来保证的，而是通过调 整压边圈与凹模平面之间的间隙(外滑块的下死点)来获得的(压边力是由于坯料凸缘变形区 在拉深过程中板厚会增大而产生的)，所以在拉深过程中具有压边平稳、压边力不随行程变 化等特点，拉深效果好且模具结构简单。 图 4.19 双动压力机上的刚性压边 1—内滑块；2—外滑块；3—压边圈；4—凹模；5—凸模 3. 压边圈的形式 图 4.20 所示是首次拉深模所用的 4 种压边圈形式。 图 4.20 首次拉深模所用的 4 种压边圈形式 图 4.20(a)所示为普通平面压边圈，是首次拉深最常用的压边圈形式。 图 4.20(b)所示为平锥压边圈，其中压边圈的锥角 的大小应与拉深件壁部增厚规律相 适应，实验研究表明锥角 可按下式计算： = arctan ( ) / 2 Z t D d - 式中：t ——板料厚度(mm)； Z——拉深件壁部增厚系数，取 0.2~0.3； D——坯料直径(mm)；
中压工艺与模具设计 d一拉深件直径(mm) 平锥压边圈不仅能使压边力调整工作得到一定程度的简化,而且能提高拉深的极限变 形程度。 图420(c)所示为圆弧压边圈,它适用于有凸缘且凸缘直径较小、圆角半径较大的筒形 件,可防止制件在拉深结束时起皱 图420(d所示为首次拉深有限位装置的压边圈,该形式使弹性压边力不随行程增大而 增大,使压边力均衡和防止压边圈将坯料压得过紧。限止距离S=t+(0.05-0.1)mm。 图421为后续各次拉深有限位装置的压边圈。由于后续各次拉深时工序件均为筒形, 其稳定性较好,在拉深过程中不易起皱,因此所需要的压边力较小,而后续各次拉深的高 度一般都较大,显然弹性压边装置可能造成拉深末尾因压边力过大而破裂,所以大多数后 续各次拉深模,在采用弹性压边装置时,都使用此种形式压边圈。通过调节限位杄的高低 可调节压边间隙进而调节压边力的大小 图4.21后续各次拉深有限位装置的压边圈 图422为常用带拉深筋的压边圈。所谓拉深筋,就是在压边圈的压料面上设置突出的 筋条,在凹模面上开有相应的凹槽。在拉深筋的作用下,板料在拉深过程中,可增大径向 拉应力,减小切向压应力以防止起皱发生。拉深非旋转体曲面制件时,通过拉深筋的设置 来调节直边部分和圆角部分拉深时材料流动的进料阻力,并使制件获得一定的胀形变形。 为防止拉深薄板在成形时起皱,拉深筋设计成如图422(a)所示形式:;拉深球形件、锥 形件和抛物面制件的拉深筋设计成如图422(b所示形式:拉深非旋转体大型件时,拉深筋 设计成如图42(c)所示形式。图中R=(46)t;B=(8~10mm;A=(2-3)B:R=(6-10mm R2=(3~5)mm a≤30° 图4.22常用带拉深筋的压边圈形式 边圈(镶件):3-凹模
132 冲压工艺与模具设计 d——拉深件直径(mm)。 平锥压边圈不仅能使压边力调整工作得到一定程度的简化，而且能提高拉深的极限变 形程度。 图 4.20(c)所示为圆弧压边圈，它适用于有凸缘且凸缘直径较小、圆角半径较大的筒形 件，可防止制件在拉深结束时起皱。 图 4.20(d)所示为首次拉深有限位装置的压边圈，该形式使弹性压边力不随行程增大而 增大，使压边力均衡和防止压边圈将坯料压得过紧。限止距离 S=t＋(0.05~0.1)mm。 图 4.21 为后续各次拉深有限位装置的压边圈。由于后续各次拉深时工序件均为筒形， 其稳定性较好，在拉深过程中不易起皱，因此所需要的压边力较小，而后续各次拉深的高 度一般都较大，显然弹性压边装置可能造成拉深末尾因压边力过大而破裂，所以大多数后 续各次拉深模，在采用弹性压边装置时，都使用此种形式压边圈。通过调节限位杆的高低 可调节压边间隙进而调节压边力的大小。 图 4.21 后续各次拉深有限位装置的压边圈 图 4.22 为常用带拉深筋的压边圈。所谓拉深筋，就是在压边圈的压料面上设置突出的 筋条，在凹模面上开有相应的凹槽。在拉深筋的作用下，板料在拉深过程中，可增大径向 拉应力，减小切向压应力以防止起皱发生。拉深非旋转体曲面制件时，通过拉深筋的设置 来调节直边部分和圆角部分拉深时材料流动的进料阻力，并使制件获得一定的胀形变形。 为防止拉深薄板在成形时起皱，拉深筋设计成如图 4.22(a)所示形式；拉深球形件、锥 形件和抛物面制件的拉深筋设计成如图 4.22(b)所示形式；拉深非旋转体大型件时，拉深筋 设计成如图 4.22(c)所示形式。图中 R=(4~6)t；B=(8~10)mm；A=(2~3)B；R1=(6~10)mm； R2=(3~5)mm。 图 4.22 常用带拉深筋的压边圈形式 1—凸模；2—压边圈(镶件)；3—凹模
第4章拉深 拉深筋的数量与位置需视制件外形、拉深深度等因素而定,一般布置在容易起皱的部 位(如图4.23所示) 图4.23拉深筋的合理设置 4.32压边力的计算 如42.1中所述,压边力的大小要根据既不起皱也不被拉裂这个原则,在试模中加以调 整,设计压边装置时应考虑便于调节压边力。 在生产中,压边力为压边面积乘以单位压边力,即 Q-=Fq 式中:PQ—压边力(N) F——在压边圈下坯料的投影面积(mm2) q——单位压边力(MPa),可按表48选取。 表48部分材质的单位压边力q取值 材料名称 单位压边力qMPa 铝 纯铜、硬铝(退火) 软钢 板料厚度K<0.5mm 2.5~3.0 板料厚度1>0.5mm 2.0~2.5 耐热钢(软化状态) 2.8~3.5 高合金钢、高锰钢、不锈钢 3.0~4.5 4.4拉深力与拉深功 为了合理选择冲压设备和设计模具,应该求出拉深力和拉深功 拉深变形的力学分析见41.3,典型的拉深力一凸模行程曲线见图410,可见它与冲裁 力一凸模行程曲线(图2.3)有明显区别,主要体现在拉深行程比冲裁行程长得多。拉深系
第 4 章 拉深 133 拉深筋的数量与位置需视制件外形、拉深深度等因素而定，一般布置在容易起皱的部 位(如图 4.23 所示)。 图 4.23 拉深筋的合理设置 4.3.2 压边力的计算 如 4.2.1 中所述，压边力的大小要根据既不起皱也不被拉裂这个原则，在试模中加以调 整，设计压边装置时应考虑便于调节压边力。 在生产中，压边力为压边面积乘以单位压边力，即 PQ=Fq (4-6) 式中：PQ——压边力(N)； F ——在压边圈下坯料的投影面积(mm2 )； q ——单位压边力(MPa)，可按表 4.8 选取。 表 4.8 部分材质的单位压边力 q 取值 材 料 名 称 单位压边力 q/MPa 铝 纯铜、硬铝(退火) 黄铜 0.8～1.2 1.2～1.8 1.5～2.0 软钢 板料厚度 t＜0.5mm 2.5～3.0 板料厚度 t＞0.5mm 2.0～2.5 镀锌钢板 耐热钢(软化状态) 高合金钢、高锰钢、不锈钢 2.5～3.0 2.8～3.5 3.0～4.5 4.4 拉深力与拉深功 为了合理选择冲压设备和设计模具，应该求出拉深力和拉深功。 拉深变形的力学分析见 4.1.3，典型的拉深力—凸模行程曲线见图 4.10，可见它与冲裁 力—凸模行程曲线(图 2.13)有明显区别，主要体现在拉深行程比冲裁行程长得多。拉深系
冲压工艺与模具设计 数(变形程度)、压边力、润滑条件、材料特性等都会影响拉深力一凸模行程曲线的走向 ˉ般概念上的拉深力是指其峰值,理论计算复杂繁琐,实用性不良。生产实际中常用 经验公式进行近似计算 筒形件有压边圈拉深时的拉深力 P=kidto (4-7) 式中:P一一拉深力(N) d一—筒形件直径(mm) t——板料厚度(mm) 材料强度极限(MPa) K一一修正系数,见表49。首次拉深用K1,后续各次拉深用K2l。 表4.9修正系数K的值 m0.55057 0620.650670.70 0.770.80 0.93 0790.7210.660.60 0450.40 m|070072075077080085090 m 对于横截面为矩形、椭圆形等形状的拉深件,拉深力也可应用上式原理求得 式中:L一一横截面周边长度。 一般单动压力机拉深时,压边力(弹性压边装置)与拉深力是同时产生的,所以,压力 机吨位的大小应根据拉深力和压边力的总和来选择,即 P=P+Pc 当拉深行程较大,特别是采用落料拉深复合模(参见图7.39)时,不能简单地将落料力 与拉深力叠加上去选择压力机,而应确保冲压力一行程曲线位于压力机许用负荷曲线以下 否则很可能出现压力机超载损坏。如图424所示情况,虽然落料力与拉深力之和小于公称 压力,但在模具工作的早期(落料时)已超载了 a(曲轴转角) 图4.24冲压力曲线、弹性压边装置压边力曲线与压力机许用负荷曲线 l一压力机许用负荷曲线:2一拉深力:3一落料力:4—气垫压边力:5一橡胶垫压边力:6一弹簧垫压边力 为了选用方便,一般可按下式概略估算
134 冲压工艺与模具设计 数(变形程度)、压边力、润滑条件、材料特性等都会影响拉深力—凸模行程曲线的走向。 一般概念上的拉深力是指其峰值，理论计算复杂繁琐，实用性不良。生产实际中常用 经验公式进行近似计算。 筒形件有压边圈拉深时的拉深力 P K d t = b (4-7) 式中：P ——拉深力(N)； d ——筒形件直径(mm)； t ——板料厚度(mm)； b ——材料强度极限(MPa)； K ——修正系数，见表 4.9。首次拉深用 K [1]，后续各次拉深用 K [2]。 表 4.9 修正系数 K 的值 m [1] 0.55 0.57 0.60 0.62 0.65 0.67 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 K [1] 1.00 0.93 0.86 0.79 0.72 0.66 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 m [2] 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 0.85 0.90 0.95 K [2] 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.70 0.60 0.50 对于横截面为矩形、椭圆形等形状的拉深件，拉深力也可应用上式原理求得 P = (0.5~0.8)Lt b 式中：L——横截面周边长度。 一般单动压力机拉深时，压边力(弹性压边装置)与拉深力是同时产生的，所以，压力 机吨位的大小应根据拉深力和压边力的总和来选择，即 P =P＋PQ (4-8) 当拉深行程较大，特别是采用落料拉深复合模(参见图 7.39)时，不能简单地将落料力 与拉深力叠加上去选择压力机，而应确保冲压力—行程曲线位于压力机许用负荷曲线以下， 否则很可能出现压力机超载损坏。如图 4.24 所示情况，虽然落料力与拉深力之和小于公称 压力，但在模具工作的早期(落料时)已超载了。 0 图 4.24 冲压力曲线、弹性压边装置压边力曲线与压力机许用负荷曲线 1—压力机许用负荷曲线；2—拉深力；3—落料力；4—气垫压边力；5—橡胶垫压边力；6—弹簧垫压边力 为了选用方便，一般可按下式概略估算
第4章拉深 浅拉深时 P≤(0.70.8)P0 深拉深时 P≤(0.5-0.6)P0 式中:P—一拉深力、压边力及其他变形力总和 Po——压力机的公称压力。 同样,因为拉深行程较冲裁行程要长得多,仅仅按拉深力进行设备的选择并不一定很 保险。因为有时设备的吨位足够,但因拉深行程很长,设备具备的功不一定能满足拉深功 的要求。遇到这种情况,可能出现拉深时,压力机的行程速度减缓,甚至会损坏设备的电 动机,为此还需对拉深功进行核算 理论上拉深功是拉深力一凸模行程曲线下的面积积分,精确计算同样繁琐。生产实践 中,常将最大拉深力折算成平均力来计算,即Pm=(0.6-0.8)P,所以,拉深功 A=(0.6-0.8Ph×103 式中:A—一拉深功(J) P—最大拉深力(N h——拉深深度(凸模工作行程mm) 压力机电动机功率(kW)可按下式校核计算 Pa=nk A/(61 200n, n,) 式中:k—一不均衡系数,取12~14 n——压力机每分钟行程次数: 7——压力机效率,取0.6-0.8 n—电动机效率,取0.90.95。 4.5筒形件拉深模工作部分设计 拉深件的尺寸精度主要取决于拉深模工作部分的制造精度,合理的拉深系数也必须靠 模具工作部分的尺寸来保证。拉深模凸一凹模间隙和凸、凹模圆角半径对起皱、拉裂等拉 深件质量问题的产生都有直接的影响。因此,正确设计拉深模工作部分,是设计拉深模的 重要内容。 4.5.1凹模圆角半径和凸模圆角半径 1.凹模圆角半径r 一般来说,大的和可以降低极限拉深系数,而且还可以提高拉深件的质量,所以西尽 可能大些。但徊太大会削弱压边圈的作用,可能引起起皱现象 筒形件首次拉深时的可由下式确定: =C1C2 m=0.8(D- Dum) (4-11)
第 4 章 拉深 135 浅拉深时 P ≤(0.7~0.8)P0 深拉深时 P ≤(0.5~0.6)P0 式中： P——拉深力、压边力及其他变形力总和； P0 ——压力机的公称压力。 同样，因为拉深行程较冲裁行程要长得多，仅仅按拉深力进行设备的选择并不一定很 保险。因为有时设备的吨位足够，但因拉深行程很长，设备具备的功不一定能满足拉深功 的要求。遇到这种情况，可能出现拉深时，压力机的行程速度减缓，甚至会损坏设备的电 动机，为此还需对拉深功进行核算。 理论上拉深功是拉深力—凸模行程曲线下的面积积分，精确计算同样繁琐。生产实践 中，常将最大拉深力折算成平均力来计算，即 Pm=(0.6~0.8)P，所以，拉深功 A=(0.6~0.8)Ph×10－3 式中：A——拉深功(J)； P ——最大拉深力(N)； h ——拉深深度(凸模工作行程)(mm)。 压力机电动机功率(kW)可按下式校核计算 Pd =nk A/ (61 200 1 2 ) (4-9) 式中：k——不均衡系数，取 1.2~1.4； n——压力机每分钟行程次数； 1——压力机效率，取 0.6~0.8； 2 ——电动机效率，取 0.9~0.95。 4.5 筒形件拉深模工作部分设计 拉深件的尺寸精度主要取决于拉深模工作部分的制造精度，合理的拉深系数也必须靠 模具工作部分的尺寸来保证。拉深模凸—凹模间隙和凸、凹模圆角半径对起皱、拉裂等拉 深件质量问题的产生都有直接的影响。因此，正确设计拉深模工作部分，是设计拉深模的 重要内容。 4.5.1 凹模圆角半径和凸模圆角半径 1. 凹模圆角半径 r凹 一般来说，大的 r凹 可以降低极限拉深系数，而且还可以提高拉深件的质量，所以 r凹 尽 可能大些。但 r凹 太大会削弱压边圈的作用，可能引起起皱现象。 筒形件首次拉深时的 r凹 可由下式确定： r凹 =C1C2t (4-10) 或 r凹 = 0.8 ( ) D D t - 凹 (4-11)