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以圆筒形件的冷拉深为例图解冷拉深变形的过程及应力应变状态

用冷拉深制造的零件中,旋转体拉深件最为典型和常见,下面将以圆筒形件的冷拉深为代表,分析拉深变形过程及拉深时的应力、应变状态。
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筒形件拉深如上图所示(图中:1-凸模;2-压边圈;3-凹模)。与冲裁模相比,拉深凸、凹模的工作部分不应有锋利的刃口,而应具有定的圆角,凸、凹模间的单边间隙稍大于料厚。随着凸模的下行,直径为D的毛坯板料逐渐被拉进凸、凹模之间的间隙里,形成圆筒件的直壁部分,而处于凸模下面的材料则成为拉深件的底,当板料全部进入凸、凹模间隙时,拉深过程结束,毛坯变为具有一定直径和高度的圆筒形件。圆筒形件的直壁部分是由毛坯的环形部分(外径为D,内径为d)转变而成的,所以,拉深时毛坯的外部环形部分是变形区;而底部通常是不参加变形的,称为不变形区;被拉入凸、凹模之间的直壁部分是已完成变形部分,称为已变形区。
如果不用模具,将下图所示直径为D的毛坯去掉其中阴影部分,再将剩余部分沿直径为d的圆周弯折起并焊接,就可以得到直径为d,高度为(D-d)/2的圆筒形件。但拉深过程中并没有去掉阴影部分,那么这些“多余的材料”去哪儿了呢?实际上是材料在拉深变形发生了流动,转移到工件直壁上,使拉深结束后工件高度要大于环形部分的半径差(D-d)/2。
筒形件拼装图

为进一步了解材料产生了怎样的流动,可以在拉深前毛坯上画一些由等距离的同心圆和等角度的辐射线组成的网格(见下图),然后进行拉深,通过比较拉深前后网格的变化来了解材料的流动情况。可以发现,拉深后筒底部的网格变化不明显,而侧壁上的网格变化很大,原来的同心圆拉深后变成了与筒底平行的不等距离的水平圆周线,而且越到口部圆周线的间距越大,原来的辐射线拉深后变成了等距离且垂直于底部的平行线。
冷拉深过程中的材料转移图

原来的扇形网格,拉深后在工件的侧壁变成了矩形,且拉深前后的面积相等(见上图,dA1=dA2),说明单元格在拉深中,切向受压缩,径向受拉深,材料发生了向上的转移。越靠近毛坯边缘的单元格拉深后变形越大,说明这部分材料的流动越大,变形越大。
综上所述,拉深变形过程可作以下归纳:处于凸模底部的材料在拉深过程中几乎不发生变化,变形主要集中在(D-d)圆环形部分。该处金属在切向压应力和径向拉应力的共同作用下沿切向被压缩,且越到日部压缩得越多;沿径向伸长,且越到口部伸长得越多。该部分是拉深的主要变形区。

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资料来源:无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢营业部
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