拉深

制作杯形件的冲压成形工艺

拉深，也称拉延、压延等，是指利用模具，将冲裁后得到的一定形状平板毛坯冲压成各种开口空心零件或将开口空心毛坯减小直径，增大高度的一种机械加工工艺。用拉深工艺可以制造成筒形、阶梯形、锥形、球形、盒型和其他不规则形状的薄壁零件。与翻边、胀形、扩口、缩口等其他冲压成形工艺配合，还能制造形状极为复杂的零件。因此在汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、电子等工业部门的生产过程中，拉深工艺占有相当重要的地位。

简介

用平面板坯制作杯形件的冲压成形工艺﹐又称拉延。通过拉深可以制成圆筒形﹑球形﹑锥形﹑盒形﹑阶梯形﹑带凸缘的和其他复杂形状的空心件。采用拉深与翻边﹑胀形﹑扩口﹑缩口等多种工艺组合﹐可以制成形状更复杂的冲压件。汽车车身﹑油箱﹑盆﹑杯和锅炉封头等都是拉深件。拉深设备主要是机械压力机。在圆筒形工件的拉深过程中﹐板坯由初始直径D 0 缩小为冲压件的圆筒直径。表示拉深变形的大小﹐称为拉深变形程度。变形程度很大时﹐拉深所需变形力可能大于已成形零件侧壁的强度﹐而把工件拉断。为了提高拉深变形程度以制出满意的工件﹐常常把变形程度较大的拉深分为两道或多道成形﹐逐步缩小直径﹑增加高度。

原理

由于拉深件几何形状特点不同，在拉深过程中变形区的位置、变形的性质、变形的分布以及毛胚各部位的应力状态和分布规律有相当大的、甚至本质的差别。

以直壁回转体圆筒形零件为例，说明拉深过程的工作原理（如图1所示）。

平板或空心毛胚在凸模作用下，置于凹模和压边圈之间的毛胚环形部分产生塑性变形并不断被凸模拉入凸模和凹模之间的间隙而形成零件。将平板毛胚拉深成空心零件的过程称为首次拉深，将较大直径的空心毛胚拉深成直径更小的空心零件称为再次拉深。

首次拉深过程的变形发生在环形部分，称为法兰变形区，毛胚在变形区的变形圆周方向（切向）是压缩变形，径向为伸长变形；再次拉深的变形区域也为环形区域，在较长一段时间内变形区的宽度保持不变，只待变形区的高度不断减小，已变形区不断增加。当待变形区的高度为零后，变形区的宽度逐渐减小，直至变形结束，变形区内的变形性质与首次拉深相似，切向为压缩变形，径向为伸长变形。

特点

拉深工艺生产率高、材料利用率高，具有一定的尺寸精度和较低的表面粗糙度，能够制造小到几毫米（如空心铆钉），大到几米（如汽车覆盖件）的拉深件和其它加工方法不易成形的薄壁且复杂的制件。在机械、电子、电器、仪表、汽车、航空、军工产品和人民日常生活用品的生产中占有很重要的地位。

拉深方法

低筒形件的拉深

对于高度较浅的拉深件，一般用落料拉深模进行拉深或带挤边的拉深模拉深方法（图2a）；对于高度较深且表面质量要求较高的拉深件可采用拉深、校形、修边方法（图2b）；或拉深后进行摆动修边或车床修边方法（图2c）。

高筒形件的拉深

对于高筒形拉深件，一般采用多次再次拉深方法，包括不带法兰的再次拉深方法（图3a）、带小法兰的再次拉深方法（图3b）和再次拉深后反拉深方法（图3c）。

基本结构

拉深件几何形状可分为旋转体件拉深、盒形件拉深和复杂形状件拉深等三类。其中，旋转体拉深件又可分为无凸缘圆筒形件、带凸缘圆筒形件、半球形件、锥形件、抛物线形件、阶梯形件和复杂旋转体拉深件等。

为实现拉深工艺所使用的具叫做拉深模。与冲裁模比较，拉深模结构相对较简单，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度，如图4所示。

工艺问题

平面凸缘部分的起皱

平面凸缘部分的起皱是指在拉深过程中，该部分材料沿切向产生波浪形的拱起。起皱现象轻微时，材料在流入凸、凹模间隙时能被凸、凹模挤平；起皱现象严重时，起皱的材料无法被凸、凹模挤平，继续拉深时将因拉深力的急剧增加导致危险端面破裂，即使被强行拉入凸、凹模间隙，也会在拉深件筒壁留下折皱纹或沟痕，影响拉深件的表面质量。

起皱是平面凸缘部分材料在拉深时受切向压应力的作用而失去稳定性的结果。拉深时是否产生起皱与变形程度和拉深力的大小、材料的厚度和厚向异性指数、压边条件等因素有关。变形程度越大，则拉深力越大，起皱就越容易产生。

材料的相对厚度(t/D)×100越大，表示材料的稳定性越好，起皱就越不容易产生。材料厚向异性指数r如大于1，则表明材料向宽度方向的变形比向厚度方向变形更容易，拉深时就不易产生起皱。r值越大，起皱的可能性越小。

在拉深模中采用刚性压边装置或弹性压边装置，拉深时对平面凸缘部分材料施加压边力，能够有效防止起皱。

筒壁危险断面的拉裂

通过对拉深过程的应力应变分析，可近似认为筒壁部分受单向拉应力作用。变形开始时，凹模口处的胚料变薄最大，靠近凹模圆角的材料拉深开始包向凸模圆角时，沿凸模圆角发生弯曲及胀形变形，使其厚度继续变薄。在凸模圆角于直壁交界处形成了拉深件第一个厚度极小值；而凹模圆角发生反复弯曲后再度减薄形成拉深件厚度的第二个极小值。

当拉深力过大,筒壁材料的应力达到抗拉强度极限时,筒壁将被拉裂。由于在筒壁部分与底部圆角部分的交界面附近材料的厚度最薄、硬度最低，因而该处是发生拉裂的危险断面。拉深件的拉裂一般都发生在危险断面。

防止拉裂，一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。

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