第4章 拉深工艺与拉深模设计 > 4.4圆筒形件的拉深工艺计算

    1.拉深系数的定义

图4.4.1 圆筒形件的多次拉深
在制定拉深工艺时,如拉深系数取得过小,就会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。因此拉深系数减小有一个客观的界限,这个界限就称为极限拉深系数。极限拉深系数与材料性能和拉深条件有关。从工艺的角度来看,极限拉深系数越小越有利于减少工序数。
2.影响极限拉深系数的因素

    (3)拉深工作条件

    
图4.4.2 凸凹模圆角半径对极限拉深系数的响
但凸、凹模圆角半径也不宜过大,过大的圆角半径,会减少板料与凸模和凹模端面的接触面积及压料圈的压料面积,板料悬空面积增大,容易产生失稳起趋。
凸、凹模之间间隙也应适当,太小,板料受到太大的挤压作用和摩擦阻力,增大拉深力;间隙太大会影响拉深件的精度,拉深件锥度和回弹较大。
2)摩擦润滑 凹模和压料圈与板料接触的表面应当光滑,润滑条件要好,以减少摩擦阻力和筒壁传力区的拉应力。而凸模表面不宜太光滑,也不宜润滑,以减小由于凸模与材料的相对滑动而使危险断面变薄破裂的危险。
3)压料圈的压料力 压料是为了防止坯料起皱,但压料力却增大了筒壁传力区的拉应力,压料力太大,可能导致拉裂。拉深工艺必须正确处理这两者关系,做到既不起皱又不拉裂。为此,必须正确调整压料力,即应在保证不起皱的前堤下,尽量减少压料力,提高工艺的稳定性。
此外,影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等。采用反拉深、软模拉深等可以降低极限拉深系数;首次拉深极限拉深系数比后次拉深极限拉深系数小;拉深速度慢,有利于拉深工作的正常进行,盒形件角部拉深系数比相应的圆筒形件的拉深系数小。
3.极限拉深系数的确定
由于影响极限拉深系数的因素很多,目前仍难采用理论计算方法准确确定极限拉深系数。在实际生产中,极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验方法得出的。表4.4.1和表4.4.2是圆筒形件在不同条件下各次拉深的极限拉深系数。
在实际生产中,并不是在所有情况下都采用极限拉深系数。为了提高工艺稳定性和零件质量,适宜采用稍大于极限拉深系数的值。

    1.拉深次数的确定

    注:
1.表中拉深数据适用于08钢、10钢和15Mn钢等普通拉深碳钢及黄铜H62。对拉深性能较差的材料,如20钢、25钢、Q215钢、Q235钢、硬铝等应比表中数值大1.5%~2.0%;而对塑性较好的材料,如05钢、08钢、10钢及软铝等应比表中数值小1.5%~2.0%。
2. 表中数据适用于未经中间退火的拉深。若采用中间退火工序时,则取值应比表中数值小2%~3%。
3.表中较小值适用于大的凹模圆角半径〔rA=(8~15)t〕,较大值适用于小的凹模圆角半径〔rA=(4~8)t〕。

    注:此表适用于08钢、10钢及15Mn钢等材料。其余各项同表4.4.1之注。

 

    (1)查表法 根据工件的相对高度即高度H与直径d之比值,从表4.4.3中查得该工件拉深次数。
    注:
1.大的H/d值适用于第一道工序的大凹模圆角〔rA (8~15)t〕。
2.小的H/d值适用于第一道工序的小凹模圆角〔rA (4~8)t〕。
3.表中数据适用材料为08F钢、10F钢。
     (3)计算方法 拉深次数的确定也可采用计算方法进行确定,其计算公式如下:
    2.各次拉深工序件尺寸的确定
(1)工序件直径的确定
确定拉深次数以后,由表查得各次拉深的极限拉深系数,适当放大,并加以调整,其原则是:
无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程如图4.4.3所示。
图4.4.3 无凸缘圆筒形件拉深工序计算流程

    例4.4.1
求图4.4.4所示筒形件的坯料尺寸及拉深各工序件尺寸。材料为10钢,板料厚度t=2mm。

图4.4.4 无凸缘圆筒形件

    
    以上计算所得工序件有关尺寸都是中径尺寸,换算成工序件的外径和总高度后,绘制的工序件草图如图4.4.5所示。
1.压料装置与压料力
为了解决拉深过程中的起皱问题,生产实际中的主要方法是在模具结构上采用压料装置。常用的压料装置有刚性压料装置和弹性压料装置两种(详见4.7)。是否采用压料装置主要看拉深过程中是否可能发生起皱,在实际生产中可按表4.4.4来判断拉深过程中是否起皱和采用压料装置。
图4.4.5 拉深工序件草图
    压料装置产生的压料力FY大小应适当,FY太小,则防皱效果不好;FY太大,则会增大传力区危险断面上的拉应力,从而引起材料严重变薄甚至拉裂。因此,实际应用中,在保证变形区不起皱的前提下,尽量选用小的压料力。
随着拉深系数的减小,所需压料力是增大的。同时,在拉深过程中,所需压料力也是变化的,一般起皱可能性最大的时刻所需压料力最大。理想的压料力是随起皱可能性变化而变化,但压料装置很难达到这样的要求。
    2.拉深力与压力机公称压力
(1) 拉深力
    (2)压力机公称压力
单动压力机,其公称压力应大于工艺总压力。

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