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拉深的变形过程
用座标网格试验法分析。拉深时压边圈先把中板毛坯压紧,凸模下行,强迫位于压边圈下的材料(凸缘部分)产生塑性变形而流进凸凹模间隙形成圆筒侧壁。观察拉深后的网格发现:底部网格基本保持不变,筒壁部分发生较大变化。
1. 原间格相等的同心圆成了长度相等,间距增大的圆周线,越接近筒口,间距增大。
2. 原分度相等的辐射线变成垂直的平行线,而且间距相等。
3. 凸缘材料发生径向伸长变形和切向压缩变形。
总结:拉深材料的变形主要发生在凸缘部分,拉深变形的过程实质上是凸缘处的材料在径向拉应力和切向压应力的作用下产生塑性变形,凸缘不断收缩而转化为筒壁的过程,这种变形程度在凸缘的最外缘为最大。
各种拉深现象
由于拉深时各部分的应力(受力情况)和变形情况不一样,使拉深工艺出现了一些特有的现象:
起皱:A. 拉深时凸缘部分的切向压应力大到超出材料的抗失稳能力,凸缘部分材料会失稳而发生隆起现象,这种现象称起皱。起皱首先在切向压应力最大的外边沿发生,起皱严重时会引起拉度。B. 起皱是拉深工艺产生废品的主要原因之一,正常的拉深工艺中是不答应的。常采用压力圈的压力压住凸缘部分材料来防止起皱。C. 起皱的影响因素:
a)相对厚度:t/D
其中t-毛坯厚度,D-毛坯直径
判定是否起皱的条件:D-d0.5mm,计算时以料厚中线为准。
圆筒形件拉深系数
1.拉深系数的概念
拉深系数是指拉深后工件直径d与拉深前毛坯直径D之比。
M=d/D
A.(Mm1,则可一次拉深成形;如mz< m1,则需多次拉深(两次或两次以上)。
C. 求m1, m2, m3……mn直到体积小于mz为止,为时的n即是拉深的次数。
D. 另一种方法是由工件的相对高度H/d和相对厚度t/D确定。
E. 多次拉深的目的是防止拉裂。
(2)再次拉深的特点
变形仍然是依靠径向拉应力和切向压应力的联合作用。使半成品的直径发生收缩,增加高度。
它与首次拉深的不同主要表现在以下几个方面:
A. 首次拉深,再次拉深。
B. 毛坯:平板(厚度均,机械性能均匀),半成品(厚度不均,各处性能不一)。
C. 变形区:整个凸缘部分始终参与变形,只有台肩部分参与变形。
D. 拉深力:初始阶段较大,以后逐渐减小。
F. 危险断面:拉裂出现在初始阶段,在凸模圆角处 拉裂出现在拉深未尾,在凸模圆角处。
G. 起皱:凸缘易起皱,起皱不易发生,只是在拉深末尾发生。
H. 拉深系数:最小→逐次增大。
(3)工艺计算程序
A. 确定切边余量δ。
B. 计算毛坯的直径D。
C. 确定是否用压边圈。
D. 确定拉深系数与拉深次数。
E. 确定各次拉深的直径
F. 确定各次拉深的凸凹模圆角半径:
ra=0.8 (D-d)t
ran=(0.6~0.9)ran-1
rt=(0.6-1)ra
G.确定各次拉深半成品的高度。
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2.带凸缘筒形件拉深的工艺计算
(1)带凸缘(法兰边)筒形件分类:
A. 凸缘相对直径很小 dt/d=1.1~1.4,相对高度较大 H/d>1,可以按无凸缘筒形件进行工艺计算和拉深,即:首次拉深不留凸缘,再次拉深时留出锥形凸缘,最后工序把凸缘压平。
B. 凸缘相对直径很大 dt/d>4,并且高度H很低,这类零件的变形特点已起出拉深范围,属于胀形。
C. 凸缘相对半径较大 dt/d>1.4,相对高度已较大,这类称宽凸缘筒形件,即带凸缘筒形件,它有两种成形方法:第一种是每次拉深高度不变,改变达到要求;第二种是改变每次拉深的直径来增加高度。
(2)带凸缘筒形件的拉深特点:(原理与不带凸缘筒形件相似)
A. 拉深系数
dt/d——凸缘相对直径
H/d——工件相对高度r/d--底部及凸缘部分相对圆角半径
m由以上三个尺寸因素确定,其中dt/d影响最大,而r/d影响最小,当毛坯直径D及拉深系数一定时,dt/d和H/d不同,则材料的变形程度不同,dt/d越小,H/d越大,则变形程度越大。
B.带凸缘筒形件拉深,凸缘不全转变为筒壁,其可以看作是无凸缘拉深过程中的一个中间状态,因此,其首次拉深系数可小于或即是无凸缘形件的拉深。
由于极限拉深系数m的大小主要取决于最大拉深力出现时是否拉破。当拉到凸缘直径为dt时,出现最大拉深力,则带凸缘的拉深和不带凸缘的拉深的极限拉深系数相同。如当拉到凸缘直径为dt时,未达到最大拉深力(即拉深力未超出材料的屈服极限),则带凸缘的拉深系数还可再小些,其拉深系数可小于不带凸缘拉深时的拉深系数,
C. 首次拉深时,m1=d1/D一定时,dt/d1与H1/d1的关系一定,即dt减小,H1增大,由于d1不变,按体积不变原则,dt与H1的变化关系不变,即变形程度由H1/d1来表示,即可由材料的极限H1/d1(即m1为极限拉深值时)当工件的H/d(1 ~2)t
3.凸凹模工作部分尺寸计算
拉深件尺寸精度主要取决于最后一道工序,拉深凸凹模尺寸,与中间工序尺寸无关,所以中间工序可直接取工序尺寸作为模具工作部分尺寸,而最后一道工序则要根据工件内(外)形尺寸要求和磨损方向来确定凸凹模工作尺寸及公差。
按尺寸标注方式:
标外形:Da=(D-0.75t)+ δn dt=(D-0.75-2Z)- δt
按内形标注:Da=(d+0.4t+2Z)+ δa dt=(d+0.4t) δt
其中δa和δt按IT8~9级精度。
拉深凸模出气孔按d=(5~10)mm
4. 采用压边圈条件及压边圈类型
(1) 不产生起皱的条件是:D-d |
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