聚氨酯软凹模拉深——用软凹模代替金属凹模的优势

软模拉深是指用橡胶（包括聚氨酯橡胶）、液体

图2-4-72　M、M′点位置与奥氏体钢合金度的关系

1—毛坯凸缘的有利加热温度 2—危险断面的冷却温度

M—塑料变形时，不产生奥氏体向马氏体转变的最低温度

M′—连续冷却时，不变形，而开始形成马氏体的温度

或气体的压力代替刚性凸模或凹模对板料进行拉深。它又分为软凸模拉深和软凹模拉深，由于该法使模具简单化，特别在成批及小批生产中，获得较为广泛的应用。

1.软凸模拉深

用液体的压力代替金属凸模进行拉深。其变形过程如图2-4-73所示。液体拉深时典型的压力曲线如图2-4-74所示。

图2-4-73 液体凸模拉深的变形过程

图2-4-74 液体凸模拉深时的压力曲线

第一阶段：在液体压力作用下，平板毛坯的中间部分首先受两向拉应力作用产生胀形，其形状由平面变成半球形，压力增加很快。

第二阶段：当液体压力继续增大，径向拉应力达到足以使凸缘变形区产生拉深变形时，材料逐渐进入凹模，并形成筒壁，压力趋于平缓。

第三阶段：在形成平底和小圆角的整形时，压力又急剧上升。

凸缘区材料产生拉深变形所需的液体压力为

用液体凸模拉深时，由于液体与毛坯之间不存在摩擦力，毛坯的稳定性不好，容易偏斜，而且中间部分容易变薄，所以该法应用受到一定限制。但是，由于所用的模具简单，有时不用冲压设备也能进行拉深工作，所以它常用于大尺寸的或形状极为复杂零件的拉深。

软凸模拉深的另一种形式是采用容框式的聚氨酯凸模进行拉深（图2-4-75）。聚氨酯橡胶与钢制凹模的边缘部分在拉深过程中对毛坯施加压力，自然形成压边装置，起到防皱作用，故模具结构特别简单，拉出的零件边缘平整，壁厚均匀，对较浅的拉深件十分有效。

图2-4-75 聚氨酯凸模

1—凹模 2—容框 3—排气孔 4—聚氨酯凸模

2.软凹模拉深

用液体压力或橡胶代替金属凹模的软凹模拉深具有理想的拉深条件，其优点在于：

1）拉深过程中，软凹模以很大的压力将板料紧紧包覆于凸模上。这样，不仅可以提高零件的成形准确度，而且危险断面不断转移（由凸模圆角与筒壁相切处逐渐转移到凹模圆角与筒壁相切处），使传力区抗拉强度提高；并且由于增加了凸模与板料间的有利摩擦力，可使拉出的零件壁厚均匀，变薄率大大减小。

2）可以减少板料与软凹模一侧的相对滑动，从而使有害摩擦力有相当程度地降低。

3）软凹模拉深时，凹模圆角半径r_d不像刚性凹模那样固定不变，而是在拉深过程中由大变小，在变形初始阶段产生峰值压力时，具有大的r_d是有利的，它可降低材料通过凹模圆角半径时的弯曲变形阻力。

4）拉深过程中，软凹模有侧向推动凹缘边缘向内流动的作用，这造成了有利于拉深变形的应力应变状态。

常用的软凹模拉深方法有四种：

（1）液体凹模拉深 如图2-4-76所示，拉深时高压液体使板材紧贴凸模成形，并在凹模与毛坯表面之间挤出，产生强制润滑，也称强制润滑拉深。它与液体凸模拉深相比，其优点是：材料变形阻力小，零件底部不易变薄，毛坯定位较为容易等。

图2-4-76 液体凹模拉深示意图

1—溢流阀 2—凹模 3—毛坯 4—模座 5—凸模 6—润滑油

液体凹模拉深时，液压与拉深件的形状、变形程度和材料性能等有关。表2-4-85列出了由试验得出的所需最高液压力。

表2-4-85 几种材料所需最高液体压力

注：拉深系数m=0.4。

（2）橡胶凹模拉深 橡胶凹模结构如图2-4-77所示。橡胶装在上模的容框内，凸模可根据工件的形状进行更换，拉深开始时毛坯被压边圈和橡胶压紧，拉深后压边圈起顶件器作用，将工件从凸模上卸下。橡胶拉深常在液压机上进行。

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图2-4-77 橡胶凹模拉深

1—容框 2—橡胶 3—压边圈 4—凸模座 5—缓冲器顶杆 6—凸模

所需橡胶的单位压力随拉深系数和毛坯相对厚度的大小而异。表2-4-86所列为拉深硬铝时橡胶的单位压力。

表2-4-86 拉深硬铝时橡胶的最大单位压力 （单位：MPa）

表2-4-87所列为橡胶压力为40MPa、凸模圆角半径r_p=4t的情况下，圆筒形件的极限拉深系数和拉深深度。

表2-4-87 橡胶极限拉深圆筒形件的拉深系数和拉深深度

注：D—毛坯直径；d₁—拉深直径；t—料厚。

在用橡胶拉深矩形或方形盒件时，其角部的最小圆角半径推荐值：

盒件高度h≤100mm时，最小圆角半径r_角=0.25b（b—盒形件宽度）

h=100～125mm时，r_角=0.20b

h=125～150mm时，r_角=0.17b

橡胶拉深圆筒形件时凸模最小圆角半径列于表2-4-88。

表2-4-88 橡胶拉深圆筒形件时凸模最小圆角半径（橡胶单位压力为40MPa）

注：d₁、t同表2-4-87。

（3）聚氨酯凹模拉深 由于聚氨酯具有高强度、高弹性、高耐磨性和易于机械加工等特性，已成为最理想的软模材料。聚氨酯凹模拉深的形式可以是型腔式（图2-4-78），也可以是容框式（图2-4-79）。

图2-4-78 型腔式凹模

1—顶件器 2—凸模 3—橡胶 4—压边圈 5—聚氨酯凹模

图2-4-79 容框式凹模

1—活塞 2—溢流阀 3—液压缸 4—凸模 5—压边圈 6—容框 7—层状聚氨酯

聚氨酯硬度选择很重要，对于型腔式凹模采用硬度很高的聚氨酯（硬度约为邵氏90A），而对于容框式凹模宜采用较软的聚氨酯（以邵氏80A为宜）。

（4）橡胶液囊凹模拉深 这种方法由专用设备上的橡胶液囊作为凹模，为一橡胶容框内充液体的橡胶囊。凸模与压边圈为专用的、刚性的，其工作过程如图2-4-80所示。将平板毛坯1置于刚性压边圈2上，弹性凹模4下行，使毛坯与橡胶垫5接触。然后凹模继续下降，迫使压边圈向下运动，凸模3即将毛坯拉入凹模腔内逐渐拉深出工件。

拉深过程中，液囊内的单位压力p是变化的，并要求可以控制调节。

单位压力p的变化范围随拉深件的形状、变形程度和材料性质而不同。表2-4-89所列数据为拉深不同材料、不同拉深系数的筒形件时，单位压力的变化范围。拉深比较复杂的零件，例如盒形、锥形、球形、底部或凸缘有凹陷的零件以及非对称件等，所需最大单位压力会更大。

现将以上几种拉深方法所能达到的极限拉深系数列表比较如下，见表2-4-90。

图2-4-80 橡胶液囊凹模拉深过程

a）原始位置 b）拉深进行中 c）拉深完，压边圈上升，推出工件

1—毛坯 2—压边圈 3—凸模 4—液囊弹性凹模 5—橡胶垫

表2-4-89 单位压力p的变化范围（加工板厚t=1mm） （单位：MPa）

表2-4-90 不同拉深方法的极限拉深系数

① 表列数据为试验值，其余均为生产推荐使用值。