拉深过程易出现的缺陷及防止措施

图3-122 毛坯凸缘的起皱情况

1.起皱及防皱措施

拉深过程中，凸缘变形区材料在切向压应力σ₃的作用下，可能产生塑性失稳而起皱（见图3-122），起皱在拉深薄料时更容易发生，而且首先在凸缘的外边缘开始，因为此处的σ₃值最大。实验证明，凸缘起皱最强烈的时刻，基本上也就是σ^max_1max出现的时刻，即大约在拉深进行到R_t＝（0.7～0.9）R₀时。

变形区一旦起皱，对拉深的正常进行是非常不利的。因为毛坯起皱后，拱起的折皱很难通过凸、凹模间隙被拉入凹模，如果强行拉入，则拉应力迅速增大，容易使毛坯受过大的拉力而导致破裂报废；即使模具间隙较大，或者起皱不严重，拱起的折皱能勉强被拉进凹模内形成筒壁，折皱也会留在工件的侧壁上，从而影响零件的表面质量；同时，起皱后的材料在通过模具间隙时与模具间的压力增加，导致与模具间的摩擦加剧，磨损严重，使得模具的寿命大为降低。因此，起皱应尽量避免。

拉深是否失稳，与拉深件受的压力大小和拉深中凸缘的几何尺寸有关。主要取决于下列因素：

（1）凸缘部分材料的相对厚度或（d_t为凸缘外径）凸缘相对厚度越大，即说明t越大，而（d_t-d）越小，即变形区较小、较厚，因此抗失稳能力强，稳定性好，不易起皱；反之，材料抗纵向弯曲能力弱，容易起皱。

（2）切向压应力σ₃的大小 拉深时σ₃的值取决于变形程度，变形程度越大，需要转移的剩余材料越多，加工硬化现象越严重，则σ₃越大，就越容易起皱。

（3）材料的力学性能 板料的屈强比σ_s/R_m小，则屈服极限小，变形区内的切向压应力也相对减小，因此板料不容易起皱。当板料厚向异性系数r﹥1时，说明板料在宽度方向上的变形易于厚度方向，材料易于沿平面流动，因此不容易起皱。

（4）凹模工作部分的几何形状 与普通的平端面凹模相比，锥形凹模允许用相对厚度较小的毛坯而不致起皱。

平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件是

锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是

式中 D——毛坯的直径（mm）；

d——工件的直径（mm）。(www.xing528.com)

生产中，可用式（3-56）、式（3-57）估算拉深件是否会起皱。

如果不能满足式（3-56）、式（3-57）的要求，就要起皱。常见的防皱措施是采用便于调节压边力的压边圈、拉深筋或拉深槛，把凸缘紧压在凹模表面上，强迫材料在压边圈和凹模平面间的间隙中流动，稳定性得到增加，起皱也就不容易发生。

压边装置有刚性和弹性两种。刚性压边装置是在双动压力机上，利用外滑块压边；弹性压边装置用于单动压力机，压边力由气垫、弹簧和橡皮产生。气垫压边力不随凸模行程变化，压边效果较好。

此外，防皱措施还应从零件形状、模具设计、拉深工序的安排、冲压条件以及材料特性等方面考虑。在满足零件使用要求的前提下，应尽可能降低拉深深度，以减小切向压应力；应避免形状的急剧改变；减少零件的平直部分，应使平直部分稍有曲率，或增设凹坑、凸筋，以提高刚性，从而减少出现起皱的可能性。在模具设计方面，应注意压边圈和拉深筋的位置和形状；模具表面形状不要过于复杂。在考虑拉深工序的安排时，应尽可能使拉深深度均匀，使侧壁斜度较小；对于必须深拉深的零件，或者直径相差较大的阶梯零件，可分两（多）道工序进行拉深成形，以减小一次拉深的深度和阶梯差。多道工序拉深时，也可用反拉深防止起皱。应注意提供均衡的压边力和润滑等冲压条件，应尽量选用屈服强度低的材料，增加板料厚度对防止起皱有较大的效果。

2.拉裂

拉深后得到工件的厚度沿底部向口部方向是不同的，如图3-123所示。在圆筒件侧壁的上部厚度增加最多，约为30%；而在筒壁与底部转角稍上的地方板料厚度最小，厚度减少了将近10%，该处拉深时最容易被拉断，通常称此断面为“危险断面”。当该断面的应力超过材料此时的强度极限时，零件就在此处产生破裂。即使拉深件未被拉裂，由于材料变薄过于严重，也可能使产品报废。

为防止拉裂，可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，增加凸模的表面粗糙度，改善凸缘部分变形材料的润滑条件，合理设计模具工作部分的形状，选用屈强比σ_s/R_m小、n值和r值大的材料等。

图3-123 拉深件厚度和硬度的分布

3.硬化

拉深是一个塑性变形过程，材料变形后必然发生加工硬化，使其硬度和强度增加，塑性下降。但由于拉深时变形不均匀，从底部到筒口部塑性变形由小逐渐加大，因而拉深后变形材料的性能也是不均匀的，拉深件硬度的分布由工件底部向口部是逐渐增加的（见图3-123）。这恰好与工艺要求相反，从工艺角度看工件底部硬化要大，而口部硬化要小。

加工硬化一方面使工件的强度和刚度高于毛坯材料，另一方面塑性降低又使材料进一步拉深时变形困难。工艺设计时，特别是多次拉深时，应正确选择各次的变形量，并考虑半成品件是否需要退火，以恢复其塑性。对一些硬化能力强的金属（不锈钢、耐热钢等）更应注意。

4.凸耳

拉深后的圆筒端部，一般有四个凸耳，有时是两个或六个，甚至八个凸耳。产生凸耳的原因是毛坯的各向异性。凸耳需用修边去除掉，这样增加了工序。