拉深工艺：基本原理和工艺性探究

拉深是利用模具使平板毛坯变成开口的空心零件的冲压加工方法。拉深也称为拉延。

用拉深工艺可以制得筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物面形等旋转体零件，也可制成盒形和其他不规则形状等非旋转体零件，如图3-114所示。

若将拉深与其他成形工艺（如胀形、翻边等）复合，还可加工出形状更为复杂的零件，如汽车车门等。因此拉深的应用非常广泛，是冲压基本工序之一，在汽车、航空航天、电器、仪表、电子、轻工等工业生产中，拉深工艺均占有十分重要的地位。

图3-114 拉深件类型

a）轴对称旋转体拉深件 b）盒形件 c）不对称拉深件

拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。前者拉深成形后的零件，其各部分的壁厚与拉深前的毛坯相比基本不变；后者拉深成形后的零件，其壁厚与拉深前的毛坯相比有明显的变薄，这种变薄是产品要求的，零件呈现底厚、壁薄的特点。在实际生产中，应用较多的是不变薄拉深。

拉深过程中，材料的变形程度由底部向口部逐渐增大，因此拉深过程中毛坯各部分的硬化程度不一，应力与应变状态各不相同。随着拉深的不断进行，留在凹模表面的材料不断被拉进凸、凹模的间隙而变为筒壁，因而即使是变形区同一位置的材料，其应力和应变状态也在时刻发生变化。

图3-115 拉深过程的应力应变状态(www.xing528.com)

1—平面凸缘部分 2—凹模圆角部分 3—筒壁部分 4—凸模圆角部分 5—筒底部分

现以带压边圈的直壁圆筒形件的首次拉深为例，说明在拉深过程中的某一时刻（见图3-115）毛坯的变形和受力情况。假设σ₁、ε₁为毛坯的径向应力与应变，σ₂、ε₂为毛坯的厚向应力与应变，σ₃、ε₃为毛坯的切向应力与应变。

根据圆筒形件各部位的受力和变形性质的不同，将整个毛坯分为以下五个部分：

（1）平面凸缘部分 这是拉深变形的主要变形区，这部分材料在径向拉应力σ₁和切向压应力σ₃的作用下，发生塑性变形而逐渐进入凹模。由于压边圈的作用，在厚度方向产生压应力σ₂的作用。通常，σ₁和σ₃的绝对值比σ₂大得多，材料的流动主要是向径向延展，同时也向毛坯厚度方向流动而加厚，这时厚度方向的应变ε₂﹥0。由于越靠外缘需要转移的材料越多，因此，越到外缘材料变得越厚，硬化也越严重。

如果不用压边圈，则σ₂＝0。此时的ε₂要比有压边圈时大。当需要转移的材料面积较大而板料相对又较薄时，毛坯的凸缘部分，尤其是最外缘部分，受切向压应力σ₃的作用极易失去稳定而拱起，出现起皱。

（2）凹模圆角部分 这属于过渡区，材料变形比较复杂，除有与平面凸缘部分相同的特点外，还有由于承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生的压应力σ₂。

（3）筒壁部分 这部分材料已经变形完毕成为筒形，此时不再发生大的变形。在继续拉深时，凸模的拉深力要经由筒壁传递到凸缘部分，因此是传力区。该部分受单向拉应力σ₁的作用，发生少量的纵向伸长和厚度变薄。

（4）凸模圆角部分 这部分是筒壁和圆筒底部的过渡区，材料除承受径向拉应力σ₁和切向拉应力σ₃外，厚度方向还受到凸模圆角的压力和弯曲作用，产生较大的压应力σ₂，因此这部分材料变薄严重。尤其是在底部圆角稍上处，由于传递拉深力的截面积较小，但产生的拉压力σ₁较大；同时该处所需要转移的材料较少，变形程度很小，加工硬化较弱，而使材料的屈服强度较低；加之该处材料又不像底部圆角处存在较大的摩擦阻力，因此在拉深过程中，该处变薄最为严重，成为整个拉深件强度最薄弱的地方，易出现变薄超差甚至拉裂，是拉深过程中的“危险断面”。

（5）筒底部分 这部分材料与凸模底面接触，直接接收凸模施加的拉深力并传给筒壁，由于凸模圆角处的摩擦制约了底部材料的向外流动，故圆筒底部变形不大，只有1%～3%，一般可忽略不计。但由于作用于底部圆角部分的拉深力，使材料承受双向拉应力，厚度略有变薄。