拉深,第1节__筒形件拉深变形分析（范文推荐）

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　 第一节

　圆筒形件的拉深变形分析

　 一、拉深过程

　 圆形平板毛坯在拉深凸、凹模具作用下，逐渐压成开口圆筒形件，其变形过程如图 4—2 所示。图 a 为一平板毛坯，在凸模、凹模作用下，开始进行拉深。图 b，随着凸模的下压，迫使材料拉凹模，形成了筒底、凸模圆角、筒壁、凹模圆角及尚未拉人凹模的凸缘部分等五个区域。图 c 是凸模继续下压，使全部凸缘的材料拉入凹模形成筒壁所得到的开 E 口圆筒形零件。

　图 4-2

　拉深变形过程 为了进一步说明金属的流动过程。拉深前将毛坯画上等距同心圆和分度相等的辐射(图 4—3)所组成的扇形网格，拉深后观察这些网格的变化发现：拉深件底部的网格基本上保持不变，而筒壁的网格则发生了很大的变化，原来的同心圆变成了筒壁上的水平圆筒线，而且其间的距离也增大了。越靠近筒口增大越多，原来的分度相等的辐射线变成等距的竖线，即每一扇形面积内的材料都各自在其范围内沿着半径方向流动。每一梯形块进行流动时，周围方向被压缩，半径方向被拉长，最后变成筒壁部分。

　图 4-3

　拉深件的网格变化 如果从凸缘上取出一扇形单元体来分析(图 4—4)．小单元体在切向受到压应力吼作用，而径向受到拉应力口。的作用，扇形网格变成了矩形网格，从而使得各处的厚度变得不均匀，如图 4—5所示。筒壁上部变厚、愈靠筒口愈厚，最厚增加达 25％(1.25t)，筒底稍许变薄，在凸模圆处最薄，最薄处约为原来厚度的 87％．减薄了 13％。由于产生了较大的塑性变形，引起了冷作硬化(图 4—5)，零件口部材料变形程度大，冷作硬化严重，硬度也高 a 由上向下愈接近底部硬化愈小，硬度愈

　低，这也是危险断面靠近底部的原因。

　图 4-4 受压缩的凸缘变形

　图 4-5

　 拉深件壁厚和硬度的变化 二、拉深过程的力掌分析

　 拉深过程中，毛坏各部分的应力应变状态是不一样的，由于变形区内的应力、应变状态决定了筒形件成形的变形性质，因此应着重研究变形区的应力、应变状态。

　设在拉深过程中的某一时刻毛坯已处于图 4-6 所示的状态。此时所形成的五个区域的应力应变状态是不同的。

　图 4-6

　拉深过程中毛坯的应力应变状态 （1）凸缘变形区(主要变形区)

　材料在径向拉应力 和切向压应力 的作用下，产生径向伸长和切向压缩变形，在厚度方向，压边圈对材料施加压应力 ，其 的值远小于 和 ，所以料厚稍有增加，如果不压料．料厚增加相对大一些。

　(2 ) 凸缘圆角部分 (过渡区)

　位于凹模圆角处的材料。变形比较复杂·除有与平面凸缘部分相同的特点外，还由于承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生压应力 。

　(3 ) 筒壁部分 (传力区)

　 这部分材料已经变形完毕，此时不再发生大的变形。在继续拉深时，凸模的拉深力经由筒壁传递到凸缘部分，故它承受单向拉应力 的作用，发生少量的纵向伸长和变形。

　(4 )

　底部圆角部分 (过渡区)

　 这部分材料一直承受筒壁传束的拉应力，并且受到凸模的压力和弯曲作用。在拉、压府力综合作用下，使这部分材料变薄严重。最容易产生裂纹，故此处称为危险断面。

　（5）

　筒底部分

　这部分材料基本上不变形，但由于作用于底部圆角部分的拉深力，使材料承受双向拉应力，厚度略有变薄。

　综上所述，拉深时的应力、应变是复杂的，又是时刻在变化的，拉深件的壁厚是不均匀的。因此．拉深件凸缘区在切向压应力作用力将要引起“起皱”和筒壁传力区上危险断面的“拉裂”，所以拉深中的主要破坏失稳形式是起皱和托裂。

　 图 4-7 拉深毛坯各部分的受力关系 拉深过程受力关系如图 4-7，由凸模作用的力 F 引起的筒壁扯应力 ，，它应克服凸缘变形区的变形阻力 、变形区上、下两个表面上的摩擦阻力 和毛坯沿凹模圆角滑动所引起的弯曲变形抗力和摩擦损失的附加阻力 ．其筒壁扣应力的总和为：

　（4-1）

　式中

　——

　凸缘变形区利料塑性变形的径向拉应力，与材料力学性能和拉深变形 程度有关， 13221321PMMW21( )P M We       1

　——

　变形区由于压力 引起的表面摩擦阻力所必须增加的应力 ( —— 拉深件后筒形件直径)；

　——

　 毛坯沿凸模圆角滑动所引起的弯曲阻力所增加的应力，近似取 ，（

　——凹模圆角半径)；

　——毛坯沿凹模圆角滑动时的摩擦阻力系数，近似取

　式 ( 4-1) 可写成为

　 （4-2）

　在整个拉深过程中 最大时．筒壁的拉应力也最大 ，最大的扭探力 为：

　当筒壁拉应力 超过筒壁材料的抗拉强度时，筒壁就产生破裂。筒壁危险断面在凸模圆角与直壁相切处，该处的实际抗拉强度 为：

　式中

　—— 凸模圆角半径 n

　 当

　>

　 拉深件就破裂。

　三、 起皱与拉裂

　 圆筒形件拉深过程顺利进行的两个主要障碍是凸缘起皱和筒擘的拉裂。

　起皱主要是由于凸缘切向压应力超过了板材临界压应力所引起的，与压杆失稳类似(图 4-8)。凸缘起皱不仅取决于切向压应力的大小，而且取决于凸缘的相对厚度。

　拉深时产生破裂的原因，是筒壁总拉应力 增大，超过了筒壁最薄弱处(即筒壁的底部转角处)的材料强度时，拉深件产生破裂(图 1-9)，所以此处的承载能力的大小是决定拉深成形能占顺利进行的关键。

　MQ2MQdtdW 2bWdtr t dr2e21 1 1.62e    1( )(1 1.6 )P M W        12( )(1 1.6 )2bdt Qdt r t    1maxmax PFmax PF dt   PK1.1552bK bdtr t   PrPKP

　 图 4-8

　拉深时毛坯的起皱现象

　图 4-9 拉深时毛坯的破裂

　由前面成形毛坯的应力、应变分析可知，圆筒形件拉深变形的特点是毛坯变形区在拉应力作用下产生伸长变形，在切向压应力作用下产生压缩变形，而在变形区上绝对值最大的主应力是压应力，因此拉深变形属于压缩类变形。压缩类变形的破坏形式主要是传力区(筒壁)受拉失稳破裂和变形区(凸缘)受压失稳起皱。所以提高圆筒形件拉深中的成形极限的措施是：

　(1) 防止失稳起皱

　 如在拉深中采用压边装置，是常用的防皱措施。设计具有较高抗失稳能力的中间半成品形状．以及采用厚向异性指数 大的材料等，都有利于提高圆筒形件的成形极限。

　(2) 防止传力区(筒壁)破裂

　通常是在降低凸缘变形区变形抗力摩擦阻力时，同时提高传力区的承载能力．即使传力区承载能力和变形区变形抗力的比值得到提高。采用屈强比( )低的材料，以实现“承载能力高，变形抗力低”易于成形的目的。通过建立不同的温度条件而改变传力区和变形区的强度性能的拉深方法，亦可提高拉深成形的极限变形程度。

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