第四章 拉深工艺及拉深模具设计复习题答案.doc

第四章 拉深工艺及拉深模具设计复习题 答案
一、 填空题
1. 拉深是是利用拉深模将平板毛坯压制成开口空心件或将开口空心件进一步变形的冲压工艺。
2. 拉深凸模和凹模与冲裁模不同之处在于，拉深凸、凹模都有一定的圆角而不是锋利的刃口，其间隙一般稍大于板料的厚度。
3. 拉深系数m是拉深后的工件直径和拉深前的毛坯直径的比值，m越小，则变形程度越大。
4. 拉深过程中，变形区是坯料的凸缘部分。坯料变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩和径向伸长的变形。
5. 对于直壁类轴对称的拉深件，其主要变形特点有：（１）变形区为凸缘部分；（２）坯料变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩与径向的伸长，即一向受压、一向收拉的变形；（３）极限变形程度主要受传力区承载能力的限制。
6. 拉深时，凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。
7. 拉深中，产生起皱的现象是因为该区域内受较大的压应力的作用，导致材料失稳_而引起。
8. 拉深件的毛坯尺寸确定依据是面积相等的原则。
9. 拉深件的壁厚不均匀。下部壁厚略有减薄，上部却有所增厚。
10. 在拉深过程中，坯料各区的应力与应变是不均匀的。即使在凸缘变形区也是这样，愈靠近外缘，变形程度愈大，板料增厚也愈大。
11. 板料的相对厚度t/D越小，则抵抗失稳能力越愈弱，越容易起皱。
12. 因材料性能和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不齐，尤其是经过多次拉深的拉深件，起口部质量更差。因此在多数情况下采用加大加大工序件高度或凸缘直径的方法，拉深后再经过切边工序以保证零件质量。
13. 拉深工艺顺利进行的必要条件是筒壁传力区最大拉应力小于危险断面的抗拉强度。
14. 正方形盒形件的坯料形状是圆形；矩形盒形件的坯料形状为长圆形或椭圆形。
15. 用理论计算方法确定坯料尺寸不是绝对准确，因此对于形状复杂的拉深件，通常是先做好拉深模，以理论分析方法初步确定的坯料进行试模，经反复试模，直到得到符合要求的冲件时，在将符合要求的坯料形状和尺寸作为制造落料模的依据。
16. 影响极限拉深系数的因素有：材料的力学性能、板料的相对厚度、拉深条件等。
17. 一般地说，材料组织均匀、屈强比小、塑性好、板平面方向性小、板厚方向系数大、硬化指数大的板料，极限拉深系数较小。
18. 拉深凸模圆角半径太小，会增大拉应力，降低危险断面的抗拉强度，因而会引起拉深件拉裂，降低极限变形。
19. 拉深凹模圆角半径大，允许的极限拉深系数可减小，但过大的圆角半径会使板料悬空面积增大，容易产生失稳起皱。
20. 拉深凸模、凹模的间隙应适当，太小会不利于坯料在拉深时的塑性流动，增大拉深力，而间隙太大，则会影响拉深件的精度，回弹也大。
21. 确定拉深次数的方法通常是：根据工件的相对高度查表而得，或者采用推算法，根据表格查出各次极限拉深系数，然后依次推算出各次拉深直径。
22. 有凸缘圆筒件的总拉深系数m大于极限拉深系数时，或零件的相对高度h/d小于极限相对高度时，则凸缘圆筒件可以一次拉深成形。
23. 多次拉深宽凸缘件必须遵循一个原则，即第一次拉深成有凸缘的工序件时，其凸缘的外径应等于工件的凸缘直径，在以后的拉深工序中仅仅使已拉深成的工序件的筒壁部分参与变形，逐步减少其直径和圆角半径并增加高度，而第一次拉深时已经成形的凸缘外径不变。为了防止在以后拉深工序中，有凸缘圆筒形件的凸缘部分产生变形，在调节工作行程时，应严格控制拉深高度；在工艺计算时，除了应精确计算工序件的高度，通常有意把第一次拉入凹模的坯料面积多拉5%～10%。这一工艺措施对于板料厚度小于0.5mm的拉深件，效果较为显著。
24. 拉深时，对于单动压力机，除了使其公称压力大于工艺力以外，还必须注意，当拉深行程较大，尤其落料拉深复合时，应使工艺力曲线位于压力机滑块的许用负荷曲线之下。
25. 当任意两相邻阶梯直径之比都大于相应的圆筒形件的极限拉深系数时，其拉深方法为：由大到小拉出，这时的拉深次数等于阶梯数目。
26. 盒形件拉深时圆角部分与直边部分间隙不同，其中圆角部分应该比直边部分间隙大。
27. 一般情况下，拉深件的公差不宜要求过高。对于要求高的拉深件应加整形工序以提高其精度。
28. 在拉深成形中，需要摩擦力小的部位必须进行润滑，凹模表面粗糙度应该小，以降低摩擦力，减小拉应力，以提高极限变形程度。
29. 拉深时，凹模和卸料板与板料接触的表面应当润滑，而凸模圆角与板料接触的表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减小由于凸模与材料的相对滑动而使危险断面易于变薄破裂的危险。
二、选择题（将正确的答案序号填到题目的空格处）
1.拉深前的扇形单元，拉深后变为____B_______。
A、圆形单元 B、矩形单元 C、环形单元
2.拉深后坯料的径向尺寸_____A_____，切向尺寸____A______。
A、增大 减小 B、增大 增大 C、减小 增大 D、减小 减小
3.拉深过程中，坯料的凸缘部分为_____B_____。
A、传力区 B、变形区 C、非变形区
4.拉深时，在板料的凸缘部分，因受_____B_____作用而可能产生起皱现象。
A、径向压应力 B、切向压应力 C、厚向压应力
5.与凸模圆角接触的板料部分，拉深时厚度____B______。
A、变厚 B、变薄 C、不变
6.拉深时出现的危险截面是指_____B_____的断面。
A、位于凹模圆角部位 B、位于凸模圆角部位 C、凸缘部位
7.用等面积法确定坯料尺寸，即坯料面积等于拉深件的_____B_____。
A、投影面积 B、表面积 C、截面积
8.拉深过程中应该润滑的部位是______A、B____；不该润滑部位是_____ C_____。
A、压料板与坯料的接触面 B、凹模与坯料的接触面 C、凸模与坯料的接触面
9._____D_____工序是拉深过程中必不可少的工序。
A、酸洗 B、热处理 C、去毛刺 D、润滑 E、校平
10.需多次拉深的工件，在两次拉深间，许多情况下都不必进行____B______。从降低成本、提高生产率的角度出发，应尽量减少这个辅助工序。
A、酸洗 B、热处理 C、去毛刺 D、润滑 E、校平
11.经过热处理或表面有油污和其它脏物的工序件表面，需要_____A _____方可继续进行冲压加工或其它工序的加工。
A、酸洗 B、热处理 C、去毛刺 D、润滑 E、校平
12.有凸缘筒形件拉深、其中______A____对拉深系数影响最大。
A、凸缘相对直径 B、相对高度 C、相对圆角半径
13.在宽凸缘的多次拉深时，必须使第一次拉深成的凸缘外径等于_____C_____直径。
A、坯料 B、筒形部分 C、成品零件的凸缘
14.为保证较好的表面质量及厚度均匀，在宽凸缘的多次拉深中，可采用______C____ 的工艺方法。
A、变凸缘直径 B、变筒形直径 C、变圆角半径
15.板料的相对厚度t/D较大时，则抵抗失稳能力______A____。
A、大 B、小 C、不变
16.有凸缘筒形件的极限拉深系数_____A_____无凸缘筒形件的极限拉深系数。
A、小于 B、大于 C、等于
17.无凸缘筒形件拉深时，若冲件h/d_____C_____极限h/d，则可一次拉出。
A、大于 B、等于 C、小于
18.平端面凹模拉深时，坯料不起皱的条件为t/D_____C_____。
A、≥(0.09～0.17)(m－l) B、 ≤(0.09～0.17)(l/m－l)
C、≥ (0.09～0017)(1－m)
19.为了使材料充分塑性流动，拉深时坯料形状与拉深件横截面形状是____B______。
A、等同的 B、近似的 C、等面积的
20.当任意两相邻阶梯直径之比()都不小于相应的圆筒形的极限拉深系数时，其
拉深方法是_____B_____ 。
A、由小阶梯到大阶梯依次拉出 B、由大阶梯到小阶梯依次拉出
C、先拉两头，后拉中间各阶梯
21.下面三种弹性压料装置中，____C______的压料效果最好。
A、弹簧式压料装置 B、橡胶式压料装置 C、气垫式压料装置
22.利用压边圈对拉深坯料的变形区施加压力，可防止坯料起皱，因此，在保证变形区不
起皱的前提下，应尽量选用_____B_____。
A、大的压料力 B、小的压料力 C、适中的压料力
23.有凸缘圆筒形件的拉深系数 ，从上式可以看出参数
_____A_____对拉深系数影响最大。
A、 B、 C、R/d
24.通常用_____C_____值的大小表示圆筒形件拉深变形程度的大小____C______愈大，变形程度愈小，反之亦然。
A、 B、K C、m
25.在拉深工艺规程中，如果选用单动压力机，其公称压力应 _____B_____工艺总压力，且要注意，当拉深工作行程较大时，应使工艺力曲线位于压力机滑块的许用曲线之下。
A、等于 B、小于 C、大于

三、判断题（正确的打√，错误的打×）
1. 拉深过程中，坯料各区的应力与应变是很均匀的。 （ × ）
2. 拉深过程中，凸缘平面部分材料在径向压应力和切向拉应力的共同作用下，产生切向压缩与径向伸长变形而逐渐被拉入凹模。 （ × ）
3. 拉深系数m恒小于1，m愈小，则拉深变形程度愈大。 （ √ ）
4. 坯料拉深时，其凸缘部分因受切向压应力而易产生失稳而起皱。 （ √ ）
5. 拉深时，坯料产生起皱和受最大拉应力是在同一时刻发生的。 （ × ）
6. 拉深系数m愈小，坯料产生起皱的可能性也愈小。 （ × ）
7. 拉深时压料力是唯一的确定值，所以调整时要注意调到准确值。 （ × ）
8. 压料力的选择应在保证变形区不起皱的前提下，尽量选用小的压料力。 （ √ ）
9. 弹性压料装置中，橡胶压料装置的压料效果最好。 （ × ）
10. 拉深模根据工序组合情况不同，可分为有压料装置的拉深模和无压料装置的拉深模。 （ × ）
11. 拉深凸、凹模之间的间隙对拉深力、零件质量、模具寿命都有影响。间隙小，拉深力大，零件表面质量差，模具磨损大，所以拉深凸、凹模的间隙越大越好。 （ × ）
12. 拉深凸模圆角半径太大，增大了板料绕凸模弯曲的拉应力，降低了危险断面的抗拉强度，因而会降低极限变形程度。 （ × ）
13. 拉深时，拉深件的壁厚是不均匀的，上部增厚，愈接近口部增厚愈多，下部变薄，愈接近凸模圆角变薄愈大。壁部与圆角相切处变薄最严重。 （ √ ）
14. 拉深变形的特点之一是：在拉深过程中，变形区是弱区，其它部分是传力区。（ × ）
15. 拉深时，坯料变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向伸长和径向压缩的变形。 （ × ）
16. 拉深模根据拉深工序的顺序可分为单动压力机上用拉深模和双动压力机上用拉深模。 （ × ）
17. 需要多次拉深的零件，在保证必要的表面质量的前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。 （ √ ）
18. 所谓等面积原则，即坯料面积等于成品零件的表面积。 （ √ ）
19. 对于有凸缘圆筒件的极限拉深系数，如果小于无凸缘圆筒形件的极限拉深系数，则可判断：有凸缘圆筒形件的实际变形程度大于无凸缘圆筒形件的变形程度。 （ × ）
20. 拉深的变形程度大小可以用拉深件的高度与直径的比值来表示。也可以用拉深后的圆筒形件的直径与拉深前的坯料 (工序件)直径之比来表示。 （ √ ）
21. 阶梯形盒形件和阶梯形圆筒形件的拉深工艺一样，也可以先拉深成大阶梯，再从大阶梯拉深到小阶梯。 （ × ）
四、问答题
1. 拉深变形的特点？
拉深件的变形有以下特点：
（1）变形区为毛坯的凸缘部分，与凸模端面接触的部分基本上不变形；
（2）毛坯变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩和径向拉伸的“一拉一压”的变形。
（3）极限变形参数主要受到毛坯传力区的承载能力的限制；
（4）拉深件的口部有增厚、底部圆角处有减薄的现象称为“危险断面”（底部的厚度基本保持不变）；
（5）拉深工件的硬度也有所不同，愈靠近口部，硬度愈高（这是因为口部的塑性变形量最大，加工硬化现象最严重）
2. 拉深的基本过程是怎样的?
如下图4－1所示的拉深基本过程。拉深所用的模具一般是由凸模1、凹模3、压边圈2（有时可以不带压边圈）三部分构成。其凸模与凹模的结构和形状与冲裁模不同，它们的工作部分没有锋利的刃口，而是做成圆角。凸模与凹模的间隙稍大于板料的厚度。
在拉深开始时，平板坯料同时受凸模的压力和压边圈压力的作用，其凸模的压力要比压边圈的压力大得多。坯料受凸模向下的压力作用，随凸模进入凹模，最后使得坯料被拉深成开口的筒形件。

图4－1 圆筒件的拉深

3. 拉深过程中材料的应力与应变状态是怎样的?
为了分析拉深毛坯在拉深过程中的应力与应变情况，可以做以下的网格实验：
如图4－2所示，在平板毛坯上画上间距相等的同心圆和夹角相同的半径线。然后将该毛坯放在拉深模中进行拉深（为了方便观察网格的变化情况，将画有网格的面与凹模的接触），在拉深后我们发现：工件底部的网格变化很小，而侧壁上的网格变化很大，以前的等距同心圆，变成了与工件底部平行的不等距的水平线，并且愈是靠近工件口部，水平线之间的距离愈大，同时以前夹角相等的半径线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线，如图6-3（b）所示，以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。

（a） (b)
图4－2
产生这样的变化是因为拉深时，毛坯变形区（没有被凸模压住的凸缘部分）在切向压应力的作用下产生压缩，径向在拉应力的作用下伸长的原因，如图4－3所示。工件底部的网格没有明显的变化，说明对拉深来说，工件底部基本不变形。

图4－3 拉深时扇形单元的受力与变形情况
4. 什么是拉深的危险断面?它在拉深过程中的应力与应变状态如何?
拉深件的筒壁和圆筒底部的过渡区，是拉深变形的危险断面。承受筒壁较大的拉应力、凸模圆角的压力和弯曲作用产生的压应力和切向拉应力。
5. 什么情况下会产生拉裂?
当危险断面的应力超过材料的强度极限时，零件就会在此处被拉裂。
6. 试述产生起皱的原因是什么？
拉深过程中，在坯料凸缘内受到切向压应力σ3的作用，常会失去稳定性而产生起皱现象。在拉深工序，起皱是造成废品的重要原因之一。因此，防止出现起皱现象是拉深工艺中的一个重要问题。
7. 影响拉深时坯料起皱的主要因素是什么?防止起皱的方法有哪些?
影响起皱现象的因素很多，例如：坯料的相对厚度直接影响到材料的稳定性。所以，坯料的相对厚度值t/D越大(D为坯料的直径)，坯料的稳定性就越好，这时压应力σ3的作用只能使材料在切线方向产生压缩变形(变厚)，而不致起皱。坯料相对厚度越小，则越容易产生起皱现象。在拉深过程中，轻微的皱摺出现以后，坯料仍可能被拉入凹模，而在筒壁形成褶痕。如出现严重皱褶，坯料不能被拉入凹模里，而在凹模圆角处或凸模圆角上方附近侧壁（危险断面）产生破裂。
防止起皱现象的可靠途径是提高坯料在拉深过程中的稳定性。其有效措施是在拉深时采用压边圈将坯料压住。压边圈的作用是，将坯料约束在压边圈与凹模平面之间，坯料虽受有切向压应力σ3的作用，但它在厚度方向上不能自由起伏，从而提高了坯料在流动时的稳定性。另外，由于压边力的作用，使坯料与凹模上表面间、坯料与压边圈之间产生了摩擦力。这两部分摩擦力，都与坯料流动方向相反，其中有一部分抵消了σ3的作用，使材料的切向压应力不会超过对纵向弯曲的抗力，从而避免了起皱现象的产生。
由此可见，在拉深工艺中，正确地选择压边圈的型式，确定所需压边力的大小是很重要的。
8. 什么是拉深系数?拉深系数对拉深有何影响?
所谓拉深系数，即每次拉深后的断面积与拉深前的断面之比，即：

式中：m—拉深系数；
Fn--拉深后的断面积（mm2）；
--拉深前的断面积（mm2）。
圆筒形件拉深系数即为每次拉深后圆筒形件的直径与拉深前的坯料（或半成品）直径之比。即

9. 影响拉深系数的因素有哪些?
拉深系数是拉深工艺中一个重要参数。合理地选定拉深系数，可以减少加工过程中的拉深次数，保证工件加工质量。
影响拉深系数的因素有以下几方面：
（1）材料的性质与厚度：材料表面粗糙时，应该取较大的拉深系数。材料塑性好时，取较小的拉深系数。材料的相对厚度t/D×100对拉深系数影响更大。相对厚度越大，金属流动性能有较好的稳定性，可取较小的拉深系数；
（2）拉深次数：拉深过程中，因产生冷作硬化现象，使材料的塑性降低。多次拉深时，拉深系数应逐渐加大；
（3）冲模结构：若冲模上具有压边装置，凹模具有较大的圆角半径，凸、凹模间具有合理的间隙，这些因素都有利于坯料的变形，可选较小的拉深系数；
（4）润滑：具有良好的润滑，较低的拉深速度，均有利于材料的变形，可选择较小的拉深系数。但对凸模的端部不能进行润滑，否则会削弱凸模表面摩擦对危险断面的有益影响。
上述影响拉深系数的许多因素中，以坯料的相对厚度影响最大，生产中常以此作为选择拉深系数的依据。
10. 为什么有些拉深件必须经过多次拉深?
拉深过程中，若坯料的变形量超过材料所允许的最大变形程度，就会出现工件断裂现象。所以，有些工件不能一次拉深成形，而需经过多次拉深工序，使每次的拉深系数都控制在允许范围内，让坯料形状逐渐发生变化，最后得到所需形状。
11. 采用压边圈的条件是什么?
拉深中，是否采用压边圈装置，主要取决于拉深坯料的相对厚度大小，具体选择方法可参照下表所列的条件决定。
采用压边圈的条件
拉深方法
第一次拉深
以后各次拉深
t/D×100
m1
t/D×100
mn
用压边圈
可用压边圈
不用压边圈
＜1.5
1.5～2.0
＞2.0
＜0.6
0.6
＞0.6
＜1
1～1.5
＞1.5
＜0.8
0.8
＞0.8
12. 盒形件拉深时有何特点?
非旋转体直壁工件又称盒形件，其形状有正方形和矩形等多种(均简称为盒形件)。此这类工件从几何形状特点出发，可以认为是由圆角与直边两部分组成的。其拉深变形同样认为其圆角部分相当于圆筒形件的拉深，而其直边部分相当于简单的弯曲变形。但是这两部分并不是相互分开而是相互联系的，因此在拉深时，它们之间必然有相互作用和影响，这就使得它们的变形，并不能单纯地认为是圆筒形件的变形和简单的直边弯曲。
13. 拉深过程中工件热处理的目的是什么?
在拉深过程中材料承受塑性变形而产生加工硬化，即拉深后材料的机械性能发生变化，其强度、硬度会明显提高，而塑性则降低。为了再次拉深成形，需要用热处理的方法来恢复材料的塑性，而不致使材料下次拉深后由于变形抵抗力及强度的提高而发生裂纹及破裂现象。
冲压所用的金属材料，大致上可分普通硬化金属材料和高硬化金属材料两大类。普通硬化金属材料包括黄铜、铝及铝合金、08、10、15钢等，若工艺过程制订得合理，模具设计与制造得正确，一般拉深次数在3～4次的情况下，可不进行中间退火处理。对于高硬化金属材料，一般经1～2次拉深后，就需要进行中间热处理，否则会影响拉深工作的正常进行。
14. 拉深过程中润滑的目的是什么?如何合理润滑?
坯料在拉深时，润滑的目的有以下几方面：
（1）降低材料与模具间的磨擦系数，从而使拉深力降低。经验证明，有润滑剂与无润滑剂相比，拉深力可降低30%左右。
（2）提高材料的变形程度，降低了极限拉深系数，从而减少拉深次数。
（3）润滑后的冲模，取件容易。
（4）保护模具表面并易使模具冷却，从而提高模具寿命。
（5）保证工件表面质量，不致使表面擦伤。
使用润滑剂时，一般在凹模与材料之间加润滑剂，而对于筒形件内表面，在与凸模接触的毛坯部分及凸模可不必涂润滑剂，这样对拉深工作是有好处的，有助于降低拉深系数。
15. 拉深过程中工件为什么要进行酸洗？酸洗的工艺过程是怎样的?
退火后的金属工件表面有氧化皮及其它杂质等，这对拉深工序极为不利，因此必须进行酸洗清理。
酸洗工艺过程为：
工件退火冷却—稀酸中浸蚀—冷水中冲洗—弱碱中中和—热水冲洗—烘干。