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精密儀器

拉伸工藝分析和計算

拉深的變形過程


  用座標(biāo)網(wǎng)格試驗法分析。拉深時壓邊圈先把中板毛坯壓緊,凸模下行,強(qiáng)迫位于壓邊圈下的材料(凸緣部分)產(chǎn)生塑性變形而流進(jìn)凸凹模間隙形成圓筒側(cè)壁。觀察拉深后的網(wǎng)格發(fā)現(xiàn):底部網(wǎng)格基本保持不變,筒壁部分發(fā)生較大變化。


  1. 原間格相等的同心圓成了長度相等,間距增大的圓周線,越接近筒口,間距增大。

  2. 原分度相等的輻射線變成垂直的平行線,而且間距相等。

  3. 凸緣材料發(fā)生徑向伸長變形和切向壓縮變形。


  總結(jié):拉深材料的變形主要發(fā)生在凸緣部分,拉深變形的過程實質(zhì)上是凸緣處的材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生塑性變形,凸緣不斷收縮而轉(zhuǎn)化為筒壁的過程,這種變形程度在凸緣的最外緣為最大。


各種拉深現(xiàn)象


  由于拉深時各部分的應(yīng)力(受力情況)和變形情況不一樣,使拉深工藝出現(xiàn)了一些特有的現(xiàn)象:


  起皺:A. 拉深時凸緣部分的切向壓應(yīng)力大到超出材料的抗失穩(wěn)能力,凸緣部分材料會失穩(wěn)而發(fā)生隆起現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱起皺。起皺首先在切向壓應(yīng)力最大的外邊沿發(fā)生,起皺嚴(yán)重時會引起拉度。B. 起皺是拉深工藝產(chǎn)生廢品的主要原因之一,正常的拉深工藝中是不答應(yīng)的。常采用壓力圈的壓力壓住凸緣部分材料來防止起皺。C. 起皺的影響因素:


   a)相對厚度:t/D 

  其中t-毛坯厚度,D-毛坯直徑  

  判定是否起皺的條件:D-d<=2Zt,d-工件直徑。


  b)拉深變形程度的大小 

  

  但是在拉深變形過程中,切向壓應(yīng)力及凸緣的抗失穩(wěn)能力都是隨著拉深進(jìn)行,切向壓應(yīng)力是不斷增大,變形區(qū)變小,厚度相對增加,變形失穩(wěn)抗力增加,兩種作用的相互抵消,使凸緣最易起皺的時刻發(fā)生于拉深變形的中間階段,即凸緣寬度大約縮至一半左右時較易發(fā)生起皺現(xiàn)象。


  變形的不均勻:拉深時材料各部分厚度都發(fā)生變化,而且變化是不均勻的。凸緣外邊沿材料厚度變化最大,拉深件成形后,拉深件的坯口材料最厚,往里逐漸減薄,而材料底部由于磨擦作用(拉深凸模與底部材料間阻止材料的伸長變形而使底部材料變薄較小,而底部圓角部分材料拉深中始終受凸模圓角的頂力及彎曲作用,在整個拉深中一直受到拉應(yīng)力作用,造成此處變薄最大。


  所以拉深中厚度變薄主要集中于底部圓角部分及圓筒側(cè)壁部分,我們把這一變薄最嚴(yán)重的部位稱作危險斷面。


  拉深過程中,圓筒側(cè)壁起到傳遞凸模拉力給凸緣的作用,當(dāng)傳力區(qū)的徑向拉應(yīng)力超出材料極限,便出現(xiàn)拉破現(xiàn)象。


  材料硬化不均勻:拉深后材料發(fā)生塑性變形,引起材料的冷作硬化。由于各部分變形程度不一樣,冷作硬化的程度亦不一樣,其中口部最大,往下硬化程度降低,拉近底部時,由于切向壓縮變形較小,冷作硬化最小,材料的屈服極限和強(qiáng)度都較低,此處最易產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。


切邊余量


  是由于模具間隙不均勻,板厚變化,磨擦阻力不等,定位不準(zhǔn)及材料,機(jī)械性能的方向性等,造成拉深件口部高低不齊,對于要求高的拉深件,需增加一道切邊工序。而多次拉深就更明顯。


毛坯尺寸計算


  主要根據(jù)塑變體積不變原理,并略往拉深中的壁厚的變化。拉深前后毛坯與工件表面積相等的原則進(jìn)行,此種方法稱作等面積法。但這種計算方法只是近似的。若旋轉(zhuǎn)體毛坯料厚>0.5mm,計算時以料厚中線為準(zhǔn)。

 

圓筒形件拉深系數(shù)


1.拉深系數(shù)的概念 

  拉深系數(shù)是指拉深后工件直徑d與拉深前毛坯直徑D之比。


  M=d/D


  A.(M<1)拉深系數(shù)M反映了拉深時材料變形程度的大小,M越小,表明變形程度越大。

  B. 拉深系數(shù)M是拉深工藝中的一個重要參數(shù),是拉深工藝計算和模具設(shè)計的重要依據(jù)。

  C. 實際生產(chǎn)中,為減少拉深次數(shù),M一般取最小值。

  D. 當(dāng)M小到一定值時,凸緣外邊沿便會出現(xiàn)起皺現(xiàn)象,但可用增加壓力圈的壓邊力防止起皺的出現(xiàn)。

  E. 當(dāng)M 小到一定值時,出現(xiàn)拉破現(xiàn)象,拉破一般出現(xiàn)在拉深力快出現(xiàn)峰值時,即拉深的初始階段。

  F. 極限拉深系數(shù),在危險斷面不被拉破的條件下所能采用的最小拉深系數(shù)。


2.影響拉深系數(shù)的因素


  A. 材料的機(jī)械性能。材料的塑性好,屈服比σs/σb小的材料,m可小些,因σs小,說明材料易變形,σb大,說明危險斷面承載能力高,不易拉斷。

  B. 毛坯的相對厚度t/D。

  C. 拉深方式:有壓力圈時,拉深系數(shù)M可小些。

  D. 模具結(jié)構(gòu):拉深模的凸,凹模圓角的大小,及凸,凹模之間的間隙大小,對拉深系數(shù)影響很大。

  E.磨擦與潤滑條件:要求凹模、壓力圈與毛坯接觸面應(yīng)光滑,要求潤滑,但凸模與毛坯接觸面要粗糙些好,不要潤滑,以增加磨擦力,減少拉裂的可能性。


3.拉深系數(shù)的確定

  由于影響材料拉深系數(shù)的因素很多,理論計算與實際相差太大,各種材料的拉深系數(shù)都是由實驗方法獲得的。


拉深模的分類


1.再次拉深模

  它是半成品毛坯套在壓力圈上定位,上模下降,下模上的凸模把半成品毛坯拉進(jìn)凹模中,使半成品直徑減少,主要區(qū)別:是壓邊圈與首次拉深的壓邊圈不同。


2.復(fù)合拉深模

  其中其拉深凹模又起到落料凸模的作用。


圓筒形拉深工藝計算


1.無凸緣筒形件拉深的工藝計算

 ?。?) 拉深次數(shù)的確定

  A. 求出工件的拉深系數(shù):mz=d/D。

  B. 假如mz>m1,則可一次拉深成形;如mz< m1,則需多次拉深(兩次或兩次以上)。

  C. 求m1, m2, m3……mn直到體積小于mz為止,為時的n即是拉深的次數(shù)。

  D. 另一種方法是由工件的相對高度H/d和相對厚度t/D確定。

  E. 多次拉深的目的是防止拉裂。


 ?。?)再次拉深的特點

  變形仍然是依靠徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的聯(lián)合作用。使半成品的直徑發(fā)生收縮,增加高度。


  它與首次拉深的不同主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

  A. 首次拉深,再次拉深。

  B. 毛坯:平板(厚度均,機(jī)械性能均勻),半成品(厚度不均,各處性能不一)。

  C. 變形區(qū):整個凸緣部分始終參與變形,只有臺肩部分參與變形。

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