
拉深是使用具有一定圆角半径的模具,将通过冲裁和剪切的平板状坯料制成各种开口式空心零件的冲压工序,拉深模具结构相对简单,最基本的包括凹模,凸模和压边圈,凹模和凸模没有锋利的刃口,与板料相接处的部分具有圆滑过渡的圆角,凹凸模之间具有一定间隙,此间隙一般不小与板料厚度。通过拉深工艺可以制作圆形、锥形、球形以及盒型等多种零件。


拉深是通过凸模运动将坯料压入凹模,凸模持续下降至指定拉深深度,凹模保持不动,凸缘上的材料持续被拉入凹凸模间隙,随着拉深高度增高,凸缘逐渐减少,侧壁高度增加,简而言之,拉深过程就是使凸缘板料逐渐收缩转换为筒壁的过程。

为详细描述拉深过程中的金属流动状态,将拉深前的坯料划分出等间距同心圆a和等分度辐射线b,在经过拉深工序后,筒型件底部的网格基本保持原来的形状,而筒壁部分由原来的同心圆转变为筒壁上的水平线,间距也增大,等分度的辐射线转变为筒壁上的垂直线。

由于拉深过程中金属材料变形程度较高,各处受力不一致,在拉深过程中最主要的不良现象分别是起皱和破裂。起皱是一种金属失稳现象,如在金属两端施加轴向压力P,当压力P超过某一临界值P0时板料就会出现弯曲隆起的现象,这种现象称为受压失稳。起皱会影响产品外观降低客户满意度,因此在实际生产中需避免起皱出现,通常采用压边圈,通过压边圈施加压边力防止起皱现象,压边力应选择保证工件不起皱的最小力量。

破裂是在拉深工艺中不允许出现的严重不良现象,会直接导致产品的功能失效,由于拉深过程中金属各部分的受力状态不一致,壁厚分布也不一致,拉深过程中破裂往往出现在最薄壁厚位置,该处称为危险断面。一般通过优化坯料形状,抛光模具,增加润滑和冲改善冲压工序等方式减小开裂风险。
复杂结构的拉深过程仅凭经验很难准确预测拉深工序是否合理,此时,有限元分析方法为我们提供了一个很好的手段,Dynaform专门用于板料成型数值模拟,可直接评估拉深设计的可行性。
如图所示拉深一个筒型零件,拉深高度为15mm,通过Dynaform对该过程中的破裂风险和成品壁厚进行仿真评估,其结果如下:


通过成型极限图可知,该拉深过程是安全的,破裂风险较低,经过拉深后材料的最薄厚度为1.346mm,最薄位置出现在与凸模接触的圆角位置。
Summary:
1. 通过拉深工艺可以制作多种开口空心零件,拉深过程主要的不良现象是起皱和破裂;
2. 可通过增加压边圈和调整压边力以消除起皱;以及通过优化板料形状、抛光模具、设计合理的拉深工序等方式改善开裂;
3. Dynaform等板料成型数字模拟软件评估成型过程中的开裂和起皱等风险。