变形过程中的力学分析

用拉深工艺制造的零件中，旋转体最为典型和常见。下面将以筒形件为代表，分析拉深变形过程中的材料受力和蠕变方向。

筒形件如图4-1所示，与冲裁模相比，拉深凸、凹模的工作部分不应有锋利的刃口，而应代之以数倍于材料厚度的圆角，凸、凹模的单边间隙大于料厚。随着凸模的下行，直径为D的毛坯板料被逐渐拉进凸、凹模之间的间隙里，形成圆筒件的直壁部分，而处于凸模下面的部分则成了拉深件的底。当板料全部进入凸、凹模的间隙时，拉深过程结束，毛坯变成具有一定直径和高度的圆筒形件。圆筒件的直壁部分是由平板坯料的环形部分（外径为D，内径为d）转变而成的，所以拉深时毛坯的外圈部分属于变形区，而底部在拉深过程中受到来自凸缘部分的拉力作用，呈扩张的趋势，其变形量一般不大，如果不作记号，在外观上肉眼难于察觉，在过去都被粗略地认为属于不变形区。

图4-1 拉深示意图

1—凸模 2—压边圈 3—毛坯

如果不用模具，将图4-2所示的直径为D的毛坯去掉其中阴影部分，再将剩余部分沿直径的d圆周弯折起来并焊接，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，那些“多余的材料”去哪儿了呢？实际上，材料在拉深变形中发生了流动，经蠕合后转移到工件直壁上，使拉深结束后工件高度要大于（D－d）／2。

为进一步了解材料的流动情况，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（见图4-3），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。(www.xing528.com)

图4-2 筒型件拼装成形

图4-3 拉深过程中的材料转移

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，如图4-3所示，其中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，发生变化较小，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伸应力的共同作用下沿切向被压缩，越到口部压缩得越多；沿径向伸长，越到口部伸长得越多。该部分是拉深的主要变形区。