4.8  压边装置和压边力、拉深力的确定

4.8.1 压边装置和压边力

1．压边装置的类型

压边装置有弹性压边装置和刚性压边装置两种类型。

在单动压力机上拉深时一般采用弹性压边装置，其类型有三种。如图4-37所示，其中（a）为橡胶垫式，（b）为弹簧垫式，（c）为气垫式。三种弹性压边装置的压边力和凸模拉深行程的关系如图4-37（d）所示。气垫式压边装置在拉深过程中能使压边力保持不变，压边效果较好，但其结构复杂，需要压缩空气，一般仅在压力机带有气垫附件时才采用。弹簧

垫式和橡胶垫式压边装置的压边力随拉深行程的增加而升高，压边效果受到影响，但它们的结构简单，使用方便，在生产中有广泛应用。

在双动压力机上进行拉深时使用刚性压边装置，模具压边部分安装在压力机的外滑块上，利用外滑块压力进行压边。这种压边方式的优点是可以通过调节压力机外滑块的封闭高度调整压边力的大小，在拉深过程中压边力保持恒定。

图4-37弹性压边装置

刚性压边圈的类型如图4-38所示。（a）、（b）、（c）、（d）用于首次拉深，其中（a）为常用结构，（b）、（c）在拉深凸缘宽度很宽的带凸缘件时采用，（d）可以通过修磨限位钉调整压边力的大小，并使压边力在拉深过程中保持不变。（e）、（f）用于以后各次拉深，（e）采用固定限位柱，（f）采用可调限位柱。

图4-38 压边圈的结构

图中参数C的取值为：

C =（0.2~0.5）t

S的取值为：

拉深铝合金时         S = 1.1t

拉深钢时             S = 1.2t

拉深带凸缘件时       S = t + (0.05~0.1)

此外，在拉伸球形件、锥形件时常采用带拉深筋的压边圈（或凹模）。在拉深复杂拉深件时可以通过拉深筋调节材料的流动能力，

2．压边力的确定

当需要采用压边装置时，压边力的大小必须适当。压边力过大，将导致拉深力过大而使危险断面拉裂；压边力过小，则不能有效防止起皱。在设计压边装置时，应考虑便于调节压

边力，以便在保证材料不起皱的前提下，采用尽可能小的压边力。

设计拉深模时，压边力的大小常按下式核算：

Q = Fq /1000

式中  Q —— 压边力（kN）；

F —— 毛坯在压边圈上的投影面积（mm²）；

q —— 单位压边力（MPa），取值可参考表4-14。

4.8.2 拉深力的计算

拉深力常用下述经验公式计算。

圆筒形件首次拉深：

P = k ₁ p d ₁ t s _b /1000

P = k ₂ p d _i t s _b /1000

矩形或正方形件拉深：

P = （0.5 ~ 0.8）L t s _b /1000

式中  P —— 拉深力（kN）；

d₁、d _i —— {dy}次、以后各次拉深后的直壁直径（mm）；

L —— 拉深件筒部断面周长（mm）；

s _b —— 材料的强度极限（MPa）；

k₁、k₂ —— 修正系数，查表4-15。

使用单动压力机进行拉深时，滑块上除了要承受拉深力P外，还要承受压边力Q，有时还要承受一些其它作用力。在设计拉深模具时，应以拉深工艺总力P_S作为选择压力机规格的依据。拉深工艺总力可用下式计算：

P_S = P + Q + ……

由于拉深工艺的压力行程通常都大于压力机的公称压力行程，因而在选择压力机规格时，应校核压力机的行程负荷曲线，即保证拉深工艺总力的变化曲线被包络在压力机的行程负荷曲线以下。

实际生产中，常按下列经验公式选择压力机的规格：

浅拉深时       P_S≤（0.7~0.8）P_g

深拉深时      P_S≤（0.5~0.6）P_g

式中  P_S —— 拉深工艺总力（kN）；

P_g —— 压力机公称压力（kN）。

使用双动拉深压力机时，应分别校核外滑块和内滑块的压力。

4.9  凸、凹模工作部分的尺寸设计

4.9.1 拉深模间隙

拉深模的凸、凹模间隙对拉深件质量和模具寿命都有重要的影响。间隙取值较小时，拉深件的回弹较小，尺寸精度较高，但拉深力较大，凸、凹模磨损较快，模具寿命较低。间隙值过小时，拉深件筒壁将严重变薄，危险断面容易破裂。间隙取值大时，拉深件筒壁的锥度大，尺寸精度低。

无压边装置的拉深模的间隙可按下式取值：

（1~1.1）t _max

式中  Z —— 拉深模的凸、凹模间隙；

t _max —— 毛坯厚度的{zd0}极限尺寸；

（1~1.1）——系数，对于末次拉深或尺寸精度要求较高的拉深件取较小值，对于首次和中间各次拉深，或尺寸精度要求不高的拉深件取较大值。

有压边装置时拉深模的间隙可按表4-17取值。

4.9.2 拉深凸、凹模工作部分尺寸

末次拉深的凸、凹模工作尺寸，应保证拉深件的尺寸精度符合图纸要求，并且保证模具有足够的磨损寿命。

对于标注外形尺寸的拉深件，如图4-39（a）所示，应当以凹模为基准，先计算确定凹模的工作尺寸，然后通过减小凸模尺寸保证凸、凹模间隙，计算公式如下：

图4-39 拉深凸凹模工作尺寸计算

对于标注内形尺寸的拉深件，如图4-39（b）所示，应当以凸模为基准，先计算确定凸模的工作尺寸，然后通过增大凹模尺寸保证凸、凹模间隙，计算公式如下：

对于首次和中间各次拉深，半成品的尺寸无须

严格要求，凸、凹模工作尺寸可按下列公式计算：

式中  D _d、d _d —— 凹模的基本尺寸（mm）；

D _p、d _p —— 凸模的基本尺寸（mm）；

D_max —— 拉深件外径的{zd0}极限尺寸（mm）；

d _min —— 拉深件内径的最小极限尺寸（mm）；

D _i —— 首次和中间各次拉深半成品的外径的基本尺寸（mm）；

D —— 拉深件的制造公差（mm）；

d _d 、d _p —— 凹模和凸模的制造公差（mm），可按表4-18取值；

Z —— 拉深模间隙（mm）。

拉深凹模的工作表面的表面粗糙度应达到Ra0.8mm，口部圆角处的表面粗糙度一般要求为Ra0.4mm；凸模工作部分的表面粗糙度一般要求为Ra1.6~0.8mm。

4.10  带料级进拉深

筒部直径d≤50mm，厚度t≤2mm，大批量生产的多工序拉深件可以采用带料级进拉深。这种拉深方法的特点是生产效率高，但模具结构复杂。由于带料级进拉深不能进行中间退火，因此要求拉深件材料必须具有优良的拉深性能。

常用于带料级进拉深的材料有：08F、10F钢；H62、H68黄铜；M1紫铜；LF21软铝等。

4.10.1 带料级进拉深的方法

带料级进拉深可分为整带料级进拉深和带料切槽（切口）级进拉深两种。图4-40（a）所示为整带料级进拉深，（b）、（c）所示为带料切槽（切口）级进拉深。

图4-40 带料级进拉深

整带料级进拉深时，相邻两个拉深件之间相互牵连，材料的纵向流动比较困难，变形程度大时容易拉破。为了避免拉破，每次拉深都应采用比单工序拉深大的拉深系数。整带料级进拉深一般应用于：（t / D）×100 > 1、d _f  / d = 1.1 ~ 1.5 、h / d ≤ 1时。

带料切槽（切口）级进拉深是在前后两个拉深件相邻处用切槽或切口将材料切断，以减小相邻两个拉深件在拉深时的相互影响。与整带料级进拉深相比，带料切槽（切口）级进拉深时材料的纵向流动较容易，每次拉深可以采用较小的拉深系数（略大于单工序拉深），工步数较少，但材料消耗较多。带料切槽（切口）级进拉深一般应用于：（t / D）×100<1、d _f  / d = 1.3 ~ 1.8、h / d > 1时。

4.10.2 带料级进拉深的拉深系数

1．总拉深系数

采用带料级进拉深时，应审查材料在不进行中间退火时所能达到的{zd0}变形程度，即校核材料的极限总拉深系数是否满足拉深件总拉深系数的要求。

拉深件的总拉深系数为：

m _S  = m _1˙m _2˙m ₃ …… m _n

式中  d —— 拉深件筒部直径；

D —— 毛坯直径；

m₁、m₂、m₃…… m _n—— 各次拉深系数。

材料允许的极限总拉深系数参见表4-19，m _S 应大于或等于表中数值。

2．整带料级进拉深的拉深系数

整带料级进拉深可以看成是宽凸缘件的拉深，但由于相邻两个拉深件变形时相互牵制，变形比较困难，因此，其拉深系数要大一些。首次拉深系数m ₁和首次拉深的极限相对高度H ₁ / d ₁可参考表4-20，以后各次拉深系数m _n可参考表4-21。

3．带料切口级进拉深的拉深系数

带料切口级进拉深与整带料级进拉深相比，材料流动能力有所改善，但与带凸缘件单工序拉深相比，材料变形仍然较为困难。因此，带料切口级进拉深的极限拉深系数要比带凸缘件单工序拉深大，比整带料级进拉深小。带料切口级进拉深的首次拉深系数m ₁ 和{zd0}相对高度H ₁ / d ₁见表4-22，以后各次拉深系数见表4-23

4.10.3 带料级进拉深的工艺计算

1．   毛坯尺寸计算

带料级进拉深时，为了确定带料宽度和送料步距，需要计算毛坯尺寸。圆筒形件级进拉深的毛坯尺寸按下式计算：

D = D ₁ + d

式中  D —— 毛坯直径（mm）；

D ₁ —— 未考虑修边余量的毛坯直径（mm），根据拉深件图按等面积条件计算；

d —— 修边余量，其值见表4-24。

2．带料宽度和送料步距计算

整带料级进拉深时，带料宽度和送料步距按下列公式计算：

B =（1.1 ~ 1.2）D + 2 n ₁

L = （0.8 ~ 0.9）D

式中  B —— 带料宽度（mm）；

L —— 送料步距（mm）；

D —— 毛坯直径（mm）；

n ₁ —— 侧搭边宽度，其值见表4-25。

图4-41 切槽、切口类型

带料切槽（切口）拉深常见的切槽、切口类型如图4-41所示。（a）型、（b）型用于拉深材料较薄（t < 1mm）的圆筒形件或正方形件。其中，（a）型为常用类型，（b）型在拉深时材料有更好的流动能力，并且带料宽度在拉深过程中保持不变，可用导正销定位，但模具制造较复杂，费料多，仅用于拉深件质量要求高时。（c）型、（d）型用于拉深材料较厚的圆筒形件或正方形件，（c）型为常用类型，（d）型有利于材料流动，用于拉深件质量要求高时。（e）型、（f）型用于拉深矩形件，其中（e）型用于薄料，（f）型用于厚料。

带料切槽（切口）拉深的带料宽度计算公式如下：

（a）型                    B = D + 2 n ₂ 

（b）型                    B = D + 2 n ₃ + 2 n ₂ 

（c）型                    B = C + 2 n ₂ 

                           C = （1.02 ~ 1.05）D

（d）型                    B = D

（e）型、（f）型             B = L + 2 n ₂ 

带料切槽（切口）拉深的送料步距计算公式如下：

（a）、（c）、（d）型           l = D + n

（b）型                    l ≈D + 2 n ₃ + n

（e）型                    l = K

（f）型                    l = K + n

式中  B —— 带料宽度（mm）；

D —— 毛坯直径（mm）；

L —— 矩形件拉深毛坯长度（mm）；

K —— 矩形件拉深毛坯宽度（mm）；

C —— 切槽长度（mm），其值见表4-25；

n  —— 相邻切口间的搭边宽度或切槽宽度（mm），其值见表4-25；

n ₁ ——切槽宽度（mm），其值见表4-25；

n ₂ —— 侧面搭边宽度（mm），其值见表4-25；；

n ₃ —— 前后切口和侧面切口间的搭边宽度（mm），其值见表4-25。

3．工位数和工位尺寸计算

带料级进拉深的工位内容包括切槽（或切口）、拉深成形、冲孔、落料等。其中，拉深成形的工位数和工位尺寸按带凸缘拉深件单工序拉深的计算方法进行计算，但应注意首次拉深多拉入凹模的材料量应为：带料切口级进拉深为4% ~ 6%，整带料级进拉深为8%~10%。

因为带料级进拉深的有关工艺计算属于拉深的范畴，而带料级进拉深模则包含有切槽、切口及落料等工序，属于多工位级进模的范畴，故将带料级进拉深模的结构放在多工位级进模中叙述。

4.11 拉深时的润滑和材料软化处理

4.11.1 润滑处理

润滑能减小坯料和模具工作表面之间的摩擦，减小拉深力和危险断面拉裂的可能性，防止拉深件表面擦伤，减小模具工作表面的磨损，从而有利于保证拉深件质量，提高模具寿命。

拉深常用各种配方润滑剂进行润滑，拉深不同材料时应选用不同的润滑剂。

拉深低碳钢所用的润滑剂参考有关手册。

润滑剂应均匀地涂抹在凹模端面和口部圆角处，拉深厚料时与凹模接触的毛坯表面也应涂抹润滑剂。凸模和与凸模相接触的坯料表面不宜涂润滑剂，否则会使材料沿凸模表面滑动而使材料变薄。

4.11.2 材料软化热处理

在多工序拉深时，前道工序拉深产生的冷作硬化会降低材料的塑性，可能导致半成品在后续拉深时被拉裂。因此，有时需在拉深工序间安排材料软化热处理工序，以xx冷作硬化，提高材料的塑性。如果原材料在轧制时存在严重的冷作硬化现象，则在首次拉深前需安排毛坯的软化处理工序。

拉深用的的金属材料按硬化率可分为普通硬化材料和高度硬化材料两类。普通硬化材料如08、10、15号钢、黄铜和软铝等，高度硬化材料如不锈钢、高温合金、紫铜等。对于普通硬化材料，如工艺过程制定得正确，模具设计合理，一般不需要进行软化热处理。对于高度硬化材料，一般在一、二次拉深工序之后，就需进行软化热处理工序。

材料软化热处理工序主要有低温退火和高温退火两种。低温退火通过材料的再结晶，使材料的冷作硬化xx，塑性得到恢复，以便于继续进行拉深。对于部分材料或拉深件，如采用低温退火达不到要求时，可采用高温退火提高软化处理效果。

各种材料低温退火、高温退火的规范可参考金属材料热处理方面的有关手册。