简要说明
拉深 是将材料拉入模具的常规工序。 深拉深 是指深度相对于直径较大的情况,因此材料需要流动较长距离,必须使用压边圈。 再拉深 在第二或第三次冲程中再次减小直径。 变薄拉深 有意减薄壁厚。 旋压 和 液压成形 是不同工艺,因成品件外观相似而常与拉深混淆。
1. 为什么这些术语容易混淆
两种冲突造成了大部分混淆。
第一种是“图纸”与“拉深”的混淆。 在工程领域,drawing(图纸)是文件 — 零件的带尺寸图纸。在金属成形中,drawing(拉深)是一道工序。因此搜索 钣金拉深 会同时混入寻找 CAD 图纸模板的人和寻找成形工艺的人。两者都合理,但不是同一个问题。
第二种是浅拉深与深拉深之间的混淆。 两者都将材料拉入模具。区别在于材料需要移动多少,这决定了是否需要压边圈、零件需要几次冲程,以及模具成本。
2. 各工序对比
| 术语 | 材料变化情况 | 壁厚 | 典型零件 |
|---|---|---|---|
| 拉深 (浅拉深) | 板料被拉入凹模;深度相对直径较小 | 基本不变 | 浅盘、盖、罩 |
| 深拉深 | 板料长距离流入凹模;深度大致超过直径的一半 | 壁厚接近板料厚度;底部和圆角处会变化 | 杯形件、壳体、外壳、套筒 |
| 再拉深 | 第二道或第三道拉深进一步减小直径 | 原则上不变;加工硬化不断累积 | 细长拉深件 |
| 变薄拉深 | 杯形件被推过间隙减小的凹模,有意减薄壁厚 | 有意减薄,通常按公差控制 | 饮料罐、电磁阀壳体 |
| 金属旋压 | 旋转的圆板料在芯模上用滚轮成形 | 滚轮作用处金属变薄 | 大型、小批量圆形件 |
| 液压成形 | 用液体压力使板料成形,而不是靠实体凸模 | 一般不变;应变非常均匀 | 复杂管状件和板件形状 |
3. 深径比规则
车间实际采用的分界线是深径比。
| 深度 ÷ 直径 | 通常代表什么 |
|---|---|
| 约 0.5 以下 | 浅拉深成形;通常一次行程完成,可能不需要压边圈 |
| 约 0.5 – 1.0 | 典型深拉深;需要压边圈,钢和铝通常一次行程完成 |
| 约 1.0 – 2.0 | 多次拉深,可能需要中间退火 |
| 约 2.0 以上 | 多次拉深加退火;工艺路线和模具成本会有显著变化 |
该比值是经验法则,不是极限。真正的极限取决于材料:r 值、加工硬化指数和当前状态决定它在拉裂前能拉深到什么程度。
4. 深拉深与变薄拉深不是一回事
这一区别最常影响零件成本。深拉深使材料流动,壁厚接近原始厚度。变薄拉深 刻意 通过迫使拉深杯穿过间隙小于壁厚的模具来减薄壁厚。
这在商业上很重要。图纸规定内径、外径和壁厚公差的零件——例如电磁阀壳体——通常可以采用拉深加变薄拉深生产,而不必先冷挤压再车削。变薄拉深无需机加工就能保证内外径尺寸和表面光洁度。
深入了解: 深拉深完整指南 — 拉深比、毛坯尺寸、拉深力和模具间隙,以及常见缺陷及其对策。
5. 术语的由来
这些工业术语源于19世纪的金属包装。用于食品保存的拉深金属容器是最早的批量应用之一,对廉价、无缝容器的需求同时推动了压力机和模具技术的发展。后来,饮料罐行业将变薄拉深推向了工业标准,因为罐壁必须比拉深成型的罐底更薄。
20世纪,汽车行业以不同的规模将板料拉深工业化:车身覆盖件、壳体和结构件,通常在多工位传递线和级进模线上生产,而不是单工位压力机。
自20世纪90年代以来,有限元模拟使模具设计摆脱了纯粹的试错法。现在,拉深比、毛坯形状和回弹在模具加工前就能计算出来,因此现代拉深工艺评审可以在试模前预测开裂或起皱,而不是等到试模后才发现。
6. 术语表
- 毛坯 — 拉深前裁剪到尺寸的平板料。
- 拉深比 — 一次行程中毛坯直径除以凸模直径。
- 极限拉深比 (LDR) — 材料在一次行程中不拉裂所能承受的最大比值。
- 压边圈(压料圈) — 约束凸缘、防止起皱的环形件。
- 拉延筋 — 模具中的筋条,用于控制材料流入量。
- 变薄拉深 — 将杯形件通过减小间隙的模具,使壁厚减薄。
- 回弹 — 凸模卸载后的弹性恢复;铝材和高强钢的回弹更大。
- 退火(中间退火) — 在拉深工序之间对加工硬化件进行软化。
- 制耳 — 板材平面各向异性导致的波浪形上边缘。
7. 常见问题解答
深拉深和拉深是一回事吗?
不是。拉深是通用术语;深拉深是指深度相对直径较大的情况,材料流动距离长,因此需要压边圈。
拉深和变薄拉深有什么区别?
拉深使材料流动,壁厚基本保持接近原板厚。变薄拉深通过减小模具间隙强制杯形件壁厚减薄。很多壳体两种工艺都用:先拉深,再变薄拉深,以达到直径和壁厚公差。
金属板材旋压和拉深是一回事吗?
不是。旋压用滚轮将旋转圆板在芯模上成形,不需要拉深模。它适合大型、小批量圆形件;拉深适合模具可摊销的较高批量。
成形到多大深度才算拉深?
常用经验法则是深度大于约直径的一半;这也是凸缘开始起皱、必须使用压边圈的临界点。
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参考文献与延伸阅读
- 深拉深 — en.wikipedia.org,通用定义与工艺说明
- 拉深 — AHSS 指南 — 先进高强钢的成形模式与材料行为
- 深拉深:关键设计原则 — The Fabricator,实用设计规则
- Balford 自有工程参考: 完整的深拉深指南 以及 拉深力计算器