對拉深工藝過程的研究及探討

李建

【摘 要】拉深是沖壓的一種工藝，俗稱拉延。拉深工藝過程主要是指沖壓工藝中的三大工序——沖裁、拉深、彎曲，在模具設計及制造中占有十分重要的地位。本文詳細分析探討了拉深工藝過程。

【關鍵詞】拉深 ? ? ?起皺 ? ? 拉裂 ? ? 工藝

一、拉深的概念、分類及現狀

拉深是指將一定形狀的平板通過拉深模具沖壓成各種開口空心件，或以開口空心件為毛坯通過拉深進一步改變其形狀和尺寸的一種冷沖壓工藝方法。按照拉深件的形狀，拉深工藝可分為旋轉體件拉深、盒形件拉深和復雜形狀件拉深三類。其中，旋轉體件拉深可分為無凸緣筒形件、帶凸緣筒形件、半球形件、錐形件、拋物線型件、階梯形件和復雜旋轉體件拉深等。

目前，我國沖壓技術與工業發達國家相比還相當落后，在沖壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業發達國家相比還存在相當大的差距。隨著工業產品質量的不斷提高，沖壓產品生產正呈現多品種、少批量、復雜、大型、精密、更新速度快等特點，沖壓模具正向高效、精密、長壽命、大型化方向發展，為適應市場變化，隨著計算機技術的迅速發展，沖壓模具設計與制造技術正由手工設計、依靠人工經驗向計算機輔助設計制造轉變。

二、拉深工藝過程分析

1.概述

拉深是用拉深模把金屬平面坯料拉壓成空心體，或把開口空心體拉壓成外形更小而板料厚度無明顯變化的空心制作的沖壓工序，俗稱拉延。在成形工序中，拉深工序是非常重要的一個工序，在冷沖模設計中，拉深模占主要地位。從外觀上講，圓筒型拉深、矩（方）形拉深占主導地位，拉深工藝過程也具有代表性。由于拉深工藝可以加工出薄壁殼體零件，因此拉深工藝廣泛用于電器、儀表、汽車、生活用品各個領域中。拉深工藝的好壞直接影響產品的質量，因此有必要探討一下拉深工藝過程。

2.在拉深過程中材料流動（或轉移）的主要問題

我們可以從一個易拉罐試驗做起。易拉罐是由圓盤形毛坯料在拉深模作用下基本成形，我們暫不談整個拉深變形過程，反向思維，從另一個角度考慮一下。假若易拉罐只有圓筒底、筒壁而無上蓋，在筒底不變動情況下，把筒壁沿軸向方向均勻分成若干份，換句話說，把筒壁均勻刻劃出平行線條，分筒壁成若干個細長條，然后沿刻劃線剪開，再把各細長條向筒地平面鋪展開，你會發現圍繞筒底鋪開是呈輻射狀的若干個長方條，中間有空缺材料部位，把長條重新垂直折起來還原成一個完整筒壁。但實際情況是這樣的，制成易拉罐的毛胚是完整的圓盤狀，若同樣劃出筒底部分，在筒底圓以外部分也可以劃出若干條均勻輻射狀長方條，但明顯各長方條之間無空缺部分。這和我們剛才分解鋪平易拉罐出現的材料空缺部分相比，似乎多出了材料，這些材料毫無疑問在拉深模作用下進行了流動，發生了轉移。

3.其他

在工程上，為了防止金屬拉深起皺，常在模具中設置壓邊圈。它可以在拉深過程中，將材料（凸緣部分）壓住，但不能過于壓緊。否則，材料在凹模與壓邊圈之間受到過大摩擦力，導致拉深力過大，而在筒壁下端部位與凸模圓角接觸部位，由于一直承受筒壁傳力區的拉應力，還受到凸模壓應力，變形是徑向伸長，厚度減薄量比較大，稱“危險部位”，拉深件可能在此處產生拉裂，導致出現廢品。起皺和破裂是拉深工藝中兩個主要的問題，它與材料的性能、模具結構、模具潤滑條件以及工藝安排等種多因素有關。

三、拉深過程中存在的問題與解決方案

1.拉深過程中存在的問題

在進行拉深時，有許多因素將影響到拉深件的質量，甚至影響到拉深工藝能否順利完成。常見的拉深工藝問題包括平面凸緣部分的起皺、筒壁危險斷面的拉裂、口部或凸緣邊緣不整齊、筒壁表面拉傷、拉深件存在較大的尺寸和形狀誤差等，其中平面凸緣部分的起皺和筒壁危險斷面的拉深是拉深的兩個主要工藝問題。

2.解決方案

在拉深工序中，不但材料塑性變形強烈，而且材料模具工作表面之間存在很大的摩擦力和相對滑動。可采用潤滑劑降低摩擦力，相對提高變形程度，保護模具工作表面不被破壞。

（1）起皺

起皺是平面凸緣部分材料受切向壓應力錯用而失去穩定性的結果。拉深時是否產生起皺與拉深力的大小、材料厚度、變形程度等因素有關，要準確判定比較困難，但可以通過加壓邊圈的方法限制毛坯拱起，達到限制起皺的目的。

起皺并不表示板料變形達到了極限，因為通過加壓邊圈等措施變形程度仍然可以提高。隨著變形程度的提高，變形力也相對提高，當變形力大于筒形件壁部的承載能力時拉深件則被拉裂。

（2）拉裂

筒壁危險斷面是否被拉裂取決于拉深力的大小和筒壁材料的強度。凡是有利于減小拉深力，提高筒壁材料強度的措施，都有利于防止拉裂的發生。

四、結論

總之，拉深過程是金屬板料在拉深模瞬間作用下一個復雜的變化過程。由于設備不同、材料不同、模具結構差異、工作環境不同、工藝過程變化等因素，可能引起不同的拉深狀況。本文分析了拉深工藝的發展現狀并討論了其發展前景，總結了拉深工藝過程中通常會遇到的問題，在分析問題的同時給出了解決實際問題的方法。

【參考文獻】

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