拉深变形过程与特点

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：为了说明拉深时坯料的变形过程，在平板坯料上沿直径方向画出一个局部的扇形区域oab。综合以上所述，拉深变形过程可概括如下：在拉深过程中，由于外力的作用，坯料凸缘区内部的各个小单元体之间产生了相互作用的内应力，径向为拉应力σ1，切向为压应力σ3。

1.拉深变形过程

在多工位级进模中，首次拉深用带料上的平板圆形坯料拉深成圆筒形件的变形过程，与单工序模首次拉深变形过程基本相同（见图4-29）。拉深凸模和凹模与冲裁凸、凹模不同，拉深凸模和凹模都有一定圆角，而不是锋利的刃口，其间隙一般稍大于板料厚度（除变薄拉深外）。

为了说明拉深时坯料的变形过程，在平板坯料上沿直径方向画出一个局部的扇形区域oab。当凸模下压时，坯料被拉入凹模，扇形oab变为以下三部分：筒底部分———oef；筒壁部分———cdef；凸缘部分———a′b′cd。当凸模继续下压时，筒底部分基本不变，凸缘部分的材料继续转变为筒壁，筒壁部分逐步增高，凸缘部分逐步缩小，直至全部变为筒壁。可见，坯料在拉深过程中，变形主要是集中在凹模面上的凸缘部分，拉深过程的本质就是使凸缘部分逐渐收缩转化为筒壁的过程。坯料的凸缘部分是变形区，底部和已形成的筒壁为传力区。

如果圆形平板坯料的直径为D，拉深后筒形件的直径为d，通常以筒形件直径与坯料直径的比值来表示拉深变形程度的大小，即

图4-29 拉深变形过程

式中 m———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。

为了进一步说明拉深时金属变形的过程，可以进行如下网格法试验：在圆形平板坯料上画许多间距都等于a的同心圆和分度相等的辐射线组成图4-30a所示网格，拉深后网格的变化情况如图4-30b、d所示。从图中可以看出，筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，而筒壁上的网格与坯料凸缘部分（即外径为D、内径为d的环形部分）的网格则发生了较大的变化：原来直径不等的同心圆变为筒壁上直径相等的圆，且间距增大了，越靠近筒形件口部增大越多，即由原来的a变为a₁、a₂、a₃…且a₁>a₂>a₃>…>a；原来分度相等的辐射线变成筒壁上的垂直平行线，其间距也缩小了，越靠近筒形件口部缩小越多，即由原来的b₁>b₂>b₃>…>b变为b₁=b₂=b₃=…=b。如果拿一个小单元来看，在拉深前是扇形，其面积为A₁（见图4-30a），拉深后则变为矩形，其面积为A₂（见图4-30b）。实践证明，拉深后板料厚度变化很小，因此可以近似认为拉深前后小单元的面积不变，即A₁=A₂。

图4-30 拉深前后的网格变化

为什么拉深前的扇形小单元会变为拉深后的矩形呢？这是由于坯料在模具的作用下金属内部产生了内应力，对一个小单元来说（见图4-30c），径向受拉应力σ₁作用，切线方向受压应力σ₃作用，因而径向产生拉伸变形，切向产生压缩变形，径向尺寸增大，切向尺寸减小，结果形状由扇形变为矩形。当凸缘部分的材料变为筒壁时，外缘尺寸由初始的πD逐渐缩小变为πd；而径向尺寸由初始的（D-d）/2逐步伸长变为高度H，H>（D-d）/2。

综合以上所述，拉深变形过程可概括如下：在拉深过程中，由于外力的作用，坯料凸缘区内部的各个小单元体之间产生了相互作用的内应力，径向为拉应力σ₁，切向为压应力σ₃。在σ₁和σ₃的共同作用下，凸缘部分的金属材料产生塑性变形，径向伸长，切向压缩，且不断被拉入凹模中变为筒壁，最后得到直径为d、高度为H的开口空心件。

2.拉深变形特点

通过观察圆筒形件的拉深变形过程并分析拉深件的质量可以看出，圆筒形件的拉深变形具有如下一些特点：

1）拉深过程中，坯料的凸缘部分是主要变形区，其余部分只发生少量变形，但要承受并传递拉深力，故为传力区。

2）变形区受切向压应力和径向拉应力作用，产生切向压缩和径向伸长变形。当变形程度较大时，变形区主要发生失稳起皱现象，如图4-31所示。

3）拉深件的壁部厚度不均匀，口部壁厚略有增厚，底部壁厚略有减薄，靠近底部圆角处变薄最严重，如图4-32所示。当变形程度过大使得壁部拉应力超过材料抗拉强度时，将在变薄最严重的部位产生拉裂，如图4-33所示。