圆筒件的拉深系数

吉林大学材料科学与工程学院材料成型及控制工程专业（锻压）综合实验题目：圆筒形件最小拉深系数测定及拉深过程模拟分析学号:43090919姓名:崔如坤指导老师:程万军、李欣、张志强时间：2013年3月3日——2013年3月23日目录一、实验过程报告 (1)1、实验目的 (1)2、实验内容 (1)3、实验用具 (1)4、实验步骤 (1)5、实验材料（08AL）性能分析 (2)6、影响材料冲杯实验结果的因素 (2)7、实验数据 (2)二、用DYNAFORM软件模拟实验过程中的拉深试件 (3)1、创建三维模型 (3)2、数据 (3)(1) 创建DYNAFORM数据库 (3)(2)导入模型 (3)(3) 参数设定 (4)3、网格划分 (5)4、网格检查及网格修补 (6)5、自动设置 (7)(1) 初始设置 (7)(2) 定义板料零件“BAN50” (8)(3) 定义凹模零件“AOMO”、凸模零件“TUMO” (10)(4) 定义压边圈零件“YBQ” (10)(5) 工模具初始定位设置 (11)(6) 工模具拉伸行程参数设置 (12)(7) 工模具运动规律的动画模拟演示 (12)(8) 提交LS-DYNA进行求解计算 (13)6、后置处理 (14)7、模拟结果分析 (15)(1) 零件的最终外形图 (15)(2) 最终零件的壁厚变化分布图 (15)(3) 最终零件的FLD图 (16)(4) 最终零件平均应力分布图 (16)8、实验结果模拟分析 (17)(1) 不同直径毛坯的成形极限图 (17)(2) 不同直径毛坯的厚度分布图 (19)(3) 不同直径毛坯的平均应力分布图 (21)(4) 模拟实验结果表 (23)一、实验过程报告1、实验目的（1）掌握最小拉深系数的测定方法。

（2）认识起皱、拉裂现象及其影响因素。

（3）熟悉掌握dynaform软件操作方法，熟悉板料成形模拟原理。

2、实验内容（1）拉深系数m是每次拉深后圆筒形件的直径与拉深前坯料（或工序件）直径的比值。

圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟摘要：在冲压生产中，拉深是广泛使用的工序。

通过拉深可获得筒形、阶梯形、锥形、球形等零件。

平板毛坯拉深成筒状开口零件时口部出现飞边卷口现象，对此进行切边设计。

关键词：筒形件；模具结构；拉深间隙Dynaform作为近年来板料成形数值模拟技术中常用的软件，可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、回弹等，从而帮助设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。

在利用该软件进行模拟分析时，应该采用理论计算和软件模拟共用，以找出合适的成形工艺。

带凸缘的圆筒形件是日常生活中常用的零件，如不锈钢的面盆、压力锅的锅盖等物品，均属于带凸缘的圆筒形件。

本文利用所给的拉深件，首先计算了拉深过程中的部分尺寸，而后在理论计算的基础上，结合Dynaform软件对零件的拉伸过程进行模拟，找出了较为合适的压边力，从而为后续拉深模具设计提供依据。

1、带凸缘圆筒形件拉深尺寸计算图1是带凸缘圆筒形件的零件图，其壁厚为2mm，材料为304不锈钢，精度为IT14级。

本文计算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次数的计算、压边装置的使用与否以及压边力的计算。

1.1带凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算由图1，零件的厚度t=2mm，因此在计算毛坯尺寸时应采用中线尺寸计算。

该零件的相对直径dt/d=380/320=1.18，其中dt为凸缘直径，d为圆筒件底部直径，取修边余量δ=6mm。

由拉深毛坯尺寸的计算公式可知：根据图1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm由此计算出防尘盖毛坯尺寸：1.2是否需要压边装置和拉深次数的计算本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皱条件为：t/D≥（0.09～0.17）（1-m）由图1和D可计算出：t/D=2/527=0.38%，总拉深系数m=d2/D=332/527=0.63。

因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，则t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此该零件拉深时需使用压边圈。

模具课程设计机械与自动化工程系数控加工专业班级10级数加3班学号XX姓名XX1．零件的工艺性分析如图，该产品是不带凸缘的直壁圆桶形件，厚度为0.3；零件的形状简单、对称，底部最大圆角半径为3.1,最小圆角半径为2.8，满足拉深工艺对形状和尺寸的要求，适合于拉深成行；2．工艺方案确定（1）确定修边余量由h/d=（19.3-0.15）/28.6=0.67，查表4.1得Δh=1.2mm（2）毛胚直径计算由式（4。

1）得D=[d0²＋４d（h+Δh）＋２πrd+8r²]½=[ (28.2×2.95)²+4×28.3×(19.3-0.3-2.95+1.2)+2π×3.1×(28-0.6)+8×3.1²]½=54mm（3）拉深次数确定1）判断是否需要压边圈。

由毛胚相对厚度t/D×100=（0.3/54）×100=0.556。

查表4.6知需要采用压边圈。

2）确定拉深次数。

由t/D×100=0.556。

查表4.4得极限拉深系数[m1]=0.58，[m2]=0.79则各拉深直件直径为:D1=[m1]=0.58×54=31.32mmD2=[m2]=0.79×31.32=24.74mm则两次拉深即可完成(4)方案确定。

该拉深件需要落料、二次拉深、一次冲孔、一次切边才能最终成行。

因此成行该零件的方案有以下几种：方案一：单工序生产，即落料－拉深－拉深－冲孔－切边方案二：首次复合，即落料拉深复合－拉深－冲孔－切边方案三：级进拉深方案一模具结构简单，但首次拉深时毛胚定位比较困难；方案三模具的结构比较复杂；因此方案二比较合适。

３．工艺计算(1)各次拉深半成品尺寸的确定１）半成品直径。

将上述极限拉深系数作调整，现分别如下：ｍ１=0.63 d1=m1D=0.62×54=34.02mmｍ2=0.84 d2=ｍ2D=0.84×34.02=28.6mm2)半成品底部圆角半径 r1=5.5mm r2=3.5mm3)半成品高度H，由式（4.3）计算得H1=0.25(D2/d1-d1)+0.43r1/d1(d1+0.32r1)=[0.25×(54²/34.02-34.7)+0.43×5.5/34.7×(34.7+0.32×5.5)]=15.24mmH2=19.9mm(2)冲压工艺力计算及初选设备拉深力由式(4.8)计算,查表4.8得K2=0.75查表1.3取бb=320Mpa则F压=π(d²1-d²2)P/4=π×(34.02²-28.6²)×1.2/4N=3.2KN选用单动压力机,设备吨位:F设≥F1+F压=21.34+3.2=24.54KN4.模具工作部分尺寸的设计落料凸凹模刃口尺寸计算查表2.11,-б=-0.004mm,+б=+0.006mm. 磨损系数X=0.5凹模刃口尺寸Dd=(D-Z min) +0б=(54－０.5×0.31) +00.006mm=53.85+0.0006mm凸模刃口尺寸寸D=(D d-Z min)0-αP=(53.85-0.01) 0-0.004=53.840-0.004mm拉深(1)模具单边间隙C的确定查表4.13得第二拉深凸凹模之间的单边间隙为 C2=t=1mm(2)凸凹模圆角半径的确定1)凹模圆角半径r d2的确定查表4.12得r d1=8t=2.4mm则r d(n-1)=(0.6-0.8)r d n可得r d2=1.92mm2)凸模圆角半径r p2的确定由于工件圆角半径大于料厚,因此最后一次拉深用的凸模圆角半径应该与工件圆角半径一致,即r p2=2.95mm(3)凸凹模刃口尺寸即尺寸公差的确定零件的尺寸及精度是由最后一道拉深模保证的,因此最后一道拉深用模具的刃口尺寸与公差应由工件决定.由于零件对外形有尺寸要求,因此以凸模为基准,间隙取在凹模上,即:D p2=(d min+0.4×Δ)0－Б=（28+0.4×0.74）－００．００２mm=28.296－００．００２mmD d2=(d p2+2C)＋Б０=(28.296+2)＋００．０３mm=30.296＋００．０３mm式中бp、бd分别是凸凹模的制造公差,由表4.14查得Δ是工件的公差、工件未注公差可以按IT14级取为0.74mm凸模通气孔尺寸确定由表4.15查得.通气孔尺寸为5mm落料拉深复合模尺寸计算1）拉深凸凹模的尺寸计算1 模具单边间隙的确定查表4.13得c1=1.1t=0.33mm2 凸凹模圆角半径的确定凹模圆角半径查表4.12得rd1=2.4mm凸模圆角半径rp1=2.4mm2凸凹模刃口的尺寸及尺寸公差的计算(注:未注公差可按IT14计算)dp1=（dmin+0.4×△）=33.296 mmdd1=（dp1+2c）=33.956 mm3凸模通气孔尺寸的确定查表4.15得5mm2)落料凸凹模的尺寸及尺寸公差的计算根据刃口尺寸计算的露体原则查表2.11 得δp=-0.005 δd=+0.008凹模刃口尺寸Dd=(D-x△) =(55-0.5×0.72) mm=54.64 mm凸模刃口尺寸Dp=(Dd-Zmin) =(54.64-0.01) mm=54.63 mm校核|δp|+|δd|=0.005+0.008=0.013 Zmax-Zmin=0.03-0.01=0.02 满足|δp|+|δd|≤Zmax-Zmin 满足要求冲孔凸凹模刃口尺寸计算查2.11,-б=-0.004mm,+б=+0.006mm,磨损系数X=0.5凸模刃口尺寸D=(d+Δ) 0-αP =21+0.5×0.3) 0-0.004mm=21.150-0.004mm 凹模刃口尺寸Dd=(d p+Z min0б=(21.15+0.01) +00.006mm=21.16+00.006mm模具主要零件设计（1）凸模材料选用Cr12MOV,热处理至56-60HRC（2）凹模材料选用Cr12MOV,热处理至58-62 HRC（3）压边圈材料选用45钢,热处理至43-48HRC（4）垫板材料选用45钢,热处理至43-48 HRC（5）凸模固定板材料选用45钢.。

凸缘圆筒形工件的拉深设计要点凸缘圆筒形工件的拉深设计要点:设计确定拉深模具结构时为充分保证制件的质量及尺寸的精度，凸缘圆筒形工件拉深设计注意点:拉深高度应计算准确，且在模具结构上要留有安全余量，以便工件稍高时仍能适应拉深凸模上必须设有出气孔，并注意出气孔不能被工件抱住面而失去作用3）有凸缘拉深件的高度取决于上模行程，模具中药设计限程器，以便于模具调整4）对于形状复杂，须经多次拉深的零件，需先做拉深模，经试压确定合适的毛坯形状和尺寸再做落料模，并在拉深模上按已定形的毛坯，设计安装定位装置。

5）弹性压料设备必须有限位器，防止压料力过大6）模具结构及材料要和制件批量适应7）模架和模具零件，要尽量是使用标准化8）放入和取出制件必须方便安全2、有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算有凸缘筒形件的拉深原理与一般圆筒形件是相同的，但由于带有凸缘，其拉深方法及计算与一般筒形件有一定差别。

1）有凸缘拉深件可以看成是一般筒形件在拉深未结束时的半成品，即只将毛坯外径拉深到等于法兰边直径d时的拉深过程就结束。

因此其变形力的压力状态和变形特点与筒形件相同。

2）根据凸缘的相对直径有凸缘筒形件可分为：窄凸缘筒形件和宽凸缘筒形件3、宽凸缘筒形件的工艺计算要点1）毛坯尺寸的技术，毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行，其中要考虑修边余量：根据拉深系数的定义，宽凸缘件总拉深系数仍可表示为：2）判断工件是否一次拉成，这只须比较工件实际所需的总拉深系数和h/d与凸缘件第一次拉深系数和极限拉深系数的相对高度即可。

M总>M1，当h/d4、拉深凸模和凹模的间隙拉深模间隙是指单面间隙，间隙的大小对拉深力，拉深件的质量，拉深模的寿命都有影响，若c值大时，凸缘区变厚的材料通过间隙时，校正和变形的阻力增加，与模具表面的摩擦，磨损严重，使拉深力增加，零件变薄，甚至拉破，模具寿命降低。

间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑，质量好，精度较高。

间隙过大时，对毛坯的校直和挤压作用减小，拉深力降低，模具的寿命提高，但零件的质量变差，冲出的零件侧壁不直。

第5章拉深一、填空1．拉深系数m是筒形直径和坯料直径的比值，m越小，则变形程度越大。

(5-1)2．拉深过程中，变形区是坯料的凸缘部分，其它部分是传力区。

(5-1)3．拉深中，产生起皱现象是因为该区域内受较大压应力的作用，导致材料失稳而引起的。

(5-1)4．影响拉深坯料起皱的主要因素有：材料相对厚度，拉深系数和拉深模工作部分的几何形状和尺寸。

(5-1)5．防止圆筒形件拉深起皱的方法通常是采用压料装置，并采用适当的压边力。

(5-1) 6．利用拉深模将一定形状的平面坯料或空心件制成开口件的冲压工序叫做拉深。

(5-1)7．拉深件的壁厚是不均匀的，下部壁厚略有变薄，上部分却有所增厚。

(5-1)8．板料的相对厚度t/D越小，则抗失稳能力越小，越容易起皱。

(5-1)9．一般情况下，拉深件的尺寸精度应在 IT13级以下，不宜高出 IT11 级。

(5-2)10．实践证明，拉深件的平均厚度与坯料厚度相差不大，由于塑性变形前后体积不变，因此，可以按坯料面积等于拉深件表面积原则确定坯料尺寸。

(5-3)11．拉深件的毛坯尺寸确定依据是等面积法。

(5-3)12．确定拉深件坯料形状和尺寸的原则是久里金法则。

(5-3)13．影响极限拉深系数的因素有：材料的组织与力学性能、板料的相对厚度、拉深工作条件等。

(5-4)14．有凸缘拉深件多次拉深必须遵循一个原则，即第一次拉深成有凸缘的工序件时，其凸缘的外径应等于成品零件的尺寸，在以后的拉深工序中仅仅使已拉深成形的工序件的直筒部分参与变形，逐步减少其直径并增加其高度，而第一次拉深时已成形的凸缘外径必须保持不变。

即在以后的拉深工序中不再收缩。

(5-4)15．为了提高工艺稳定性，提高零件质量，必须采用稍大于极限值的拉深系数。

(5-4)16．窄凸缘圆筒形状零件的拉深，为了使凸缘容易成形，在拉深窄凸缘圆筒零件的最后两道工序可采用锥形凹模和锥形压料圈进行拉深。

(5-4)17．压料力的作用为：防止拉深过程中坯料起皱(5-5)18．目前采用的压料装置有弹性压料和刚性压料装置。

拉深工艺及拉深模设计本章内容简介：本章在分析拉深变形过程及拉深件质量影响因素的基础上，介绍拉深工艺计算、工艺方案制定和拉深模设计。

涉及拉深变形过程分析、拉深件质量分析、圆筒形件的工艺计算、其它形状零件的拉深变形特点、拉深工艺性分析与工艺方案确定、拉深模典型结构、拉深模工作零件设计、拉深辅助工序等。

学习目的与要求：1．了解拉深变形规律、掌握拉深变形程度的表示；2．掌握影响拉深件质量的因素；3．掌握拉深工艺性分析。

重点：1. 拉深变形特点及拉深变形程度的表示；2．影响拉深件质量的因素；3．拉深工艺性分析。

难点：1．拉深变形规律及拉深变形特点；2．拉深件质量分析；3．拉深件工艺分析。

拉深：利用拉深模将一定形状的平面坯料或空心件制成开口空心件的冲压工序。

拉深工艺可以在普通的单动压力机上进行，也可在专用的双动、三动拉深压力机或液压机上进行。

拉深件的种类很多，按变形力学特点可以分为四种基本类型，如图5-1所示。

图5-1 拉深件示意图5.1 拉深变形过程分析5.1.1 拉深变形过程及特点图5-2所示为圆筒形件的拉深过程。

直径为D、厚度为t的圆形毛坯经过拉深模拉深，得到具有外径为d、高度为h的开口圆筒形工件。

图5-2 圆筒形件的拉深1．在拉深过程中，坯料的中心部分成为筒形件的底部，基本不变形，是不变形区，坯料的凸缘部分（即D-d的环形部分）是主要变形区。

拉深过程实质上就是将坯料的凸缘部分材料逐渐转移到筒壁的过程。

2．在转移过程中，凸缘部分材料由于拉深力的作用，径向产生拉应力，切向产生压应力。

在和的共同作用下，凸缘部分金属材料产生塑性变形，其“多余的三角形”材料沿径向伸长，切向压缩，且不断被拉入凹模中变为筒壁，成为圆筒形开口空心件。

3．圆筒形件拉深的变形程度，通常以筒形件直径d与坯料直径D的比值来表示，即m=d/D（5-1）其中m称为拉深系数，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。

5.1.2 拉深过程中坯料内的应力与应变状态拉深过程是一个复杂的塑性变形过程，其变形区比较大，金属流动大，拉深过程中容易发生凸缘变形区的起皱和传力区的拉裂而使工件报废。

4 . 2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计圆筒形零件是最典型的拉深件，掌握了它的工艺计算方法后，其它零件的工艺计算可以借鉴其计算方法。

下面介绍如何计算圆筒形零件毛坯尺寸、拉深次数、半成品尺寸，拉深力和功，以及如何确定模具工作部分的尺寸等。

4.2.1 圆筒形拉深件毛坯尺寸计算 1.拉深件毛坯尺寸计算的原则<1）面积相等原则由于拉深前和拉深后材料的体积不变，对于不变薄拉深，假设材料厚度拉深前后不变，拉深毛坯的尺寸按“拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面积”的原则来确定(毛坯尺寸确定还可按等体积，等重量原则>。

<2）形状相似原则拉深毛坯的形状一般与拉深件的横截面形状相似。

即零件的横截面是圆形、椭圆形时，其拉深前毛坯展开形状也基本上是圆形或椭圆形。

对于异形件拉深，其毛坯的周边轮廓必须采用光滑曲线连接，应无急剧的转折和尖角。

拉深件毛坯形状的确定和尺寸计算是否正确，不仅直接影响生产过程，而且对冲压件生产有很大的经济意义，因为在冲压零件的总成本中，材料费用一般占到60 %以上。

由于拉深材料厚度有公差，板料具有各向异性；模具间隙和摩擦阻力的不一致以及毛坯的定位不准确等原因，拉深后零件的口部将出现凸耳(口部不平>。

为了得到口部平齐，高度一致的拉深件，需要拉深后增加切边工序，将不平齐的部分切去。

所以在计算毛坯之前，应先在拉深件上增加切边余量(表42.1、4.2.2>。

表4.2.1无凸缘零件切边余量Δh<mm>拉深件高度h拉深相对高度h/d或h/B附图>0.5～0.8 >0.8～1.6 >1.6～2.5 >2.5～4≤10>10～20 >20～50 >50～100 >100～150 >150～200 >200～250>250 1.01.22345671.21.62.53.856.37.58.51.522.53.856.37.58.522.5468101112[img=118,139]mhtml:file://F:\冲压\4 _ 2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计.mht![/img]表4.2.2有凸缘零件切边余量ΔR<mm>凸缘直径dt或Bt相对凸缘直径dt/d或Bt/B附图< 1.5 1.5～2 2～2.5 2.5～3< 25>25～50 >50～100 >100～150 >150～200 >200～250>250 1.82.53.54.35.05.56.01.62.03.03.64.24.65.01.41.82.53.03.53.84.01.21.62.22.52.72.83.0[img=125,125]mhtml:file://F:\冲压\4 _ 2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计.mht![/img]2.简单形状的旋转体拉深零件毛坯尺寸的确定(图4.2.1>对于简单形状的旋转体拉深零件求其毛坯尺寸时，一般可将拉深零件分解为若干简单的几何体，分别求出它们的表面积后再相加(含切边余量在内> 。