盒形件的拉深

1、第六節(jié)盒形件的拉深盒形件屬于非軸對稱零件，它包括方形盒件，矩形盒件和橢圓形盒件等，根據(jù)矩形盒幾何形狀的特點，可以將其側壁分為長度是 A-2r 與 B-2r 的兩對直邊部分及四個半徑為 的圓角部分（圖 4 74）。壓變形性質與直壁圓筒件有相同之處亦有不同之處。相同之處是在變形區(qū)都是在徑向拉應力與切向拉應力的作用下產生拉深變形，而存在著變形區(qū)產生的拉應力與傳力區(qū)的承載能力之間的關系問題。不同之處是盒形件的應力狀態(tài)和所產生的拉深變形在周邊上的分布是不均勻的，由次而引起一系列和圓桶形件成型不同的特點。根據(jù)盒形件能否一次拉深成形將盒形件分為兩類，凡是能一次拉深成形的盒形件稱為低盒形件；凡是需經多次拉深才

2、能成形的盒形件稱為高盒形件。兩類盒形件拉深時的變形特點是有差別的，因此工藝過程設計和模具設計中需要解決的問題和方法也不盡相同。一、盒形件的拉深1. 變形特點1）盒形件一次拉深成形時，零件表面網絡格發(fā)生了明顯變化（圖4 74），由此表明凸緣變形區(qū)直邊部分發(fā)生了橫向壓縮變形，使圓角處的應變強化得到緩和，從而降低了圓角部分傳力區(qū)的軸向拉應力，相對提高了傳力區(qū)的承載能力。2）盒形件拉深時，凸緣變形區(qū)圓角處的拉深阻力大于直邊的拉深阻力圓角處的變形過程度大于直邊處的變形程度。因此，變形區(qū)內金屬質點的位移量直邊處大于圓角處，導致了這兩處的位移速度的不同，而毛坯的這兩部分又是聯(lián)系在一起的整體，變形時必然相互牽

3、制，這種位移速度差會引起剪切力，這種剪切力稱為位移速度誘發(fā)剪應力。雖然，誘發(fā)剪切力在兩處交界面達到最大值，并由此向直徑和圓角處的中心線逐漸減小。變形區(qū)內應力狀態(tài)與剪切力分布情況可定性的用圖4 75 示意。由圖 4 75 可知，圓角部分傳力區(qū)內軸向拉應力減小了一個剪應力值，從而也相對地提高了傳力區(qū)的承載能力。由于上述原因，盒形件成形極限高于直徑為2r 的圓筒形件的成形極限。圖 4-75變形區(qū)內應力狀態(tài)3）圖 4-75所示的剪應力形成的彎矩引起變形區(qū)平面內的彎曲變形，從而使變形區(qū)變得相當復雜。板平面內的彎曲變形使變形區(qū)直邊處外緣和圓角處內緣形成其皺的危險區(qū)，同時還可能引起盒形件壁裂的產生。矩形盒的

4、幾何特征可以用相對圓角半徑r/B表示，0<r/B 0.5，當r/B=0.5時為圓筒形零件。矩形盒拉深時，毛坯變形區(qū)的變形分布與相對圓角半徑r/B和毛坯形狀有關。相對圓角半徑不同，毛坯變形區(qū)直邊處與圓角處之間的應力的相互影響不同，在實際生產中，應根據(jù)矩形盒的相對圓角半徑r/B和相對高度H/r 來設計毛坯和拉深工藝。2. 毛坯形狀和尺寸的確定盒形件拉深時，確定毛坯形狀與尺寸的原則是在保證零件質量的前提下，盡可能節(jié)約材料，有利于提高成形極限，由于變形區(qū)周邊上應力應變分布不均勻，而且零件的幾何參數(shù)、材料性能、模具結等因素對這種不均勻變形的影響極為復雜，所以，現(xiàn)在不能精確計算出毛坯形狀和尺寸，使零

5、件的口部非常整齊。另外，欲設計一種理想的毛坯形狀適用于不同幾何參數(shù)的盒形件也是不可能的。因此，只能對不同幾何參數(shù)范圍給出較為合理的毛坯形狀。合理毛坯形狀分為三類：A 型毛坯、 B 型毛坯和C 型毛坯。三種類型毛坯所適用的范圍如圖4 76 及表 4 25 所示。因此，對不同幾何參數(shù)的盒形件，可從圖4 76 或表 4 25 選用一次拉深成形的毛坯形狀。圖 4-76方形盒件一次成形毛坯選用圖表 4-25盒形件合理毛坯分區(qū)法盒形拉深毛坯計算高度可用下式表示：HH 0H式中H 0 盒型件高度H 盒形件修邊余量，查表4-26 。表 4-26盒形件的修邊余量拉深次數(shù)1234修邊高度（0.030.08 ） （

6、0.040.06 ） （0.050.08 ） （0.060.1 ）HH 0H 0H 0H 0（ 1） A 形毛坯的確定方法A 形毛坯根據(jù)盒形件的相對高度H r 和相對轉角半徑r B 不同又可分成A1 、 A2 、 A3 三種情況。1）A1 形毛坯可用幾何作圖方法將盒形件直邊部分和轉角部分分別展開，使毛坯角部具有光滑過渡的輪廓（圖4-77 ）。計算與作圖方法如下：圖 4-77A1 形毛坯作圖法直邊部分按彎曲變形計算，其展開長度L 由下式確定：無凸緣時LH0.57r p帶凸緣時LHRF 0.43(rd rp )圓角部分按四分之一圓筒形拉深變形，展開的角部毛坯半徑R 用以下各式計算：無凸緣時若 rr

7、p ， 則R2rH若rrp， 則Rr 22rH 0.86r p ( r 0.16 rp2 )帶凸緣時RRF22rH0.86 rp (rdr p ) 0.14( rp2rd2 )作出從圓角部分到直邊部分呈階梯形過渡的平面毛坯ABCDEF。從線段BC、 DE的中點部分分別向半徑為R 的圓弧劃切線，并用圓弧圓滑過渡，使 f1f2 ，最后畫出如圖4-77所示的角部毛坯輪廓線。根據(jù)盒型件的幾何尺寸的不同A1 形毛坯可有如圖4-78所示的三種角部形狀。2） A1形毛坯（圖 4-79 ）計算與作圖方法接前述A1 形毛坯尺寸計算方法展開直邊和圓角部分、得到L和 R。作出從圓角部分到直邊部分的階梯形過渡的平面毛

8、坯。求出修正后的角部毛坯半徑R1R1XR式中X 系數(shù)，由查表4-47查得，也可按下式計算：2RX 0.01850.982r圖 4-78A1 形毛坯的角部形狀求出在知壁部分展開長度上應切去ha 和 hb （圖4-79 ）haYR2A2rR2hbYB2rY 值由表 4-27 查得。圖 4-79A1 形毛坯的確定方法表 4 27 計算盒形件毛坯尺寸用的系數(shù)x 及 y 值角部的相對系數(shù) x 的值系數(shù) y 的值圓角半徑相對拉深高度r0.30.40.50.60.30.40.50.6B0.101.091.121.160.150.200.270.151.051.071.101.120.080.110.170.

9、200.201.041.061.081.100.060.100.120.170.251.0351.051.061.080.050.080.100.120.301.031.041.050.040.060.08對展開尺寸進行修正。即將半徑增大到R1 ，將長度減小ha 和 hb根據(jù)修正后的寬度、長度和毛坯直徑，再用半徑為Ra 、 Rb 的圓弧連接成光滑的外形，就可得所要求的毛坯形狀和尺寸。（上述作法適用于A: B 以下的矩形盒拉深件）圖 4-79A2 形毛坯的確定方法3） A3 形毛坯用于相對尺寸處于圖4-76中區(qū)的盒形件。對于寬度為B 、高度為 H（計入修邊余量）的方盒形件， 毛坯形狀采用圓形（圖

10、 4-80 ）。毛坯。、直徑根據(jù)盒形件表面積與毛坯面積相等的條件，按下式計算當 rrp 時，D01.13B24B( H 0.43r ) 1.72r ( H0.33r )（ 4-23 ）當 r rp 時，D0 1.13 B24B(H 0.43r ) 1.72r (H 0.5r ) 4r p (0.11rp0.18r )（ 4-24）圖 4-80方盒形件A3 形毛坯確定方法圖 4-81矩形盒A3 形毛坯確定方法對于長度為（AB ）高度為H （計入修邊余量）的矩形盒形件，可以把它看作由分成兩半的寬度為B 的方盒件和寬度為B 長度為 (AB) 的中間部分組成的。毛坯形狀是由兩個半徑為的半圓及兩條平行線

11、構成的扁圓形，如圖4-81所示。毛坯長度為：L D0(A B)（ 4-25 ）式中D0 邊長為的方盒形件的毛坯直徑，用式（4-23 ）或式（ 4-24 ）進行計算。（ 2） B （ B ）形毛坯的確定方法符號與作圖法見表4-82 。R0 K1 r 22rh（ 4-26 ）當r B0.13K11rB 0.13K111.2型毛坯（見表 4-82）R0K1K 2 r 22rh（ 4-27）當r B 0.13K 2 2r B0.13K222.5（ 3） C 形毛坯的確定方法C 形毛坯也稱圓切弓形毛坯（圖4-83 ），即在圖形上對應于盒形件四角處切去四方弓形。具體計算方法如下：先按毛坯相等的原則計算圓形

12、毛坯直徑。1 2D01.13 B24B( H0.43r p )1.72( H0.5r )4r p (0.18 r0.11r p )（ 4-28 ）式中r 盒形件的轉角半徑B 盒形件的寬度H 盒形件加修邊余量的高度rp 盒形件底角半徑求直徑放大系數(shù)及放大后的直徑：根據(jù)盒形件的相對圓角半徑值查表4-28 可得出和值，則弓形毛坯直徑DD0K圖 4-82B （ B ）形毛坯的確定方法圖 4-83C 形毛坯的確定方法表 4 28圓形切弓形毛坯的形狀參數(shù)K 和 H/Dr B 盒形件相對轉角KH0/D0半徑1.037 0.048 00.101.0320.0431.032 0.043 0.10 0.251.0

13、270.0391.027 0.25 0.500.039 01.0求切去的的弓高h ：當弓高h 由 h / D 和直徑 D 相乘得到。3. 低盒形件拉深時的成形極限盒形件拉深時的成形極限是在一次拉深成形中，在傳力區(qū)不破壞的條件下，變形區(qū)所能達到的最大變形程度。它是表示盒形件能否一次拉深成形的判據(jù)。盒形件的成形極限采用一次拉深成形能得到的極限高度（H r ）或（ H B ）（第一次成形的最大高度）表示，也可用極限拉深系數(shù) mn 表示。（ 1）極限高度（H r ）或（ H B ） 表 4-29 及表 4-30 給出的是低碳鋼一次拉深的相對極限高度表 4 29低盒形件一次拉深的相對極限高度 H / r

14、r / B0.40.30.20.10.05h / R232.8 44681210 15表 4 30低盒形件一次拉深的相對極限高度 H / B 相對轉轉角相對厚度（ t / D ）× 100半徑2.0 1.5 1.0 r / B0.5 0.21.51.00.51.2 1.1 1.0 0.300.9 0.851.00.950.91.0 0.9 0.85 0.200.8 0.70.90.80.70.9 0.8 0.75 0.150.7 0.60.750.70.650.8 0.7 0.65 0.100.6 0.450.60.550.50.7 0.6 0.55 0.050.5 0.350.50

15、.450.40.5 0.45 0.4 0.020.35 0.250.40.350.3（ 2）拉深系數(shù)mn 與極限拉深系數(shù) mn 1 ）拉深系數(shù)mn ，在零件的相對高度較大的情況下才能涉及成形極限問題，只有在這種情況下，討論拉深系數(shù)才有意義。這時所有的毛坯應處于C 形毛坯區(qū)，所以要用 C 形毛坯區(qū)作為確定拉深系數(shù)的依據(jù)。拉深系數(shù)定義的方法如圖4-48 所示，經過分析，則可寫出拉深系數(shù)mn于是盒形件拉深系數(shù)可用下式確定：f ' g'f ' g'rcdefdgamnr0.5Dh0.71B1.41r（ 4-29 ）式中D放大后的毛坯直徑h 切去的弓形高度2）極限拉深系數(shù)

16、 mn 根據(jù)盒形件拉深的變形特點，可找到盒形件中極限拉深系數(shù) mn 與圓筒形件的極限拉深系數(shù) mn 的關系。對不同相對轉角半徑的盒形件，其極限拉深系數(shù) mn 可用下式表示：mn Krb m1B（ 4-30 ）式中K 、 b 與材料拉深比例關系的常數(shù)（見表4-31 ）； m1 同種材料的圓筒形件的極限拉深系數(shù)( 參見表 4-20) 。圖 4-84拉深系數(shù)定義的方法表 4 31K 值與b 值材材K 值B值K 值B 值料料低不0.1 碳 1.5銹1.230.07 00.16鋼鋼0.37 黃1.560.12 鋁0.860.45鋼0.02二、高盒形件的拉深當零件的相對高度H r 超過一次成形的極限高度即

17、H r > H r 時，或者拉深系數(shù)mn 小于極限拉深系數(shù) mn 即 mn < mn 時，這類盒形件不能一次拉深成形，必須經過多次拉深，才能拉到合格的零什，需多次拉深的盒形件稱高盒形件。高盒形件多次拉深的變形情況，不僅與圓筒形件多次拉深不同，向且與低盒形件一次拉深中的變形也有很大差別。所以確定其變形參數(shù)以及處理工序數(shù)目、工序順序和模具設汁等問題都必須考慮高盒形件多次拉深的變形特點。1 高盒形件多次拉深變形特點盒形件再次拉深時所用的中間毛坯是已經形成直立側壁的空心體，其變形情況如圖4-85 所示。 毛坯的底部和已經進人凹模高度為h2 的側壁是不應產生塑性變形的傳力區(qū)；與凹模端面接觸的

18、寬度為b 的環(huán)形凸緣是變形區(qū)高度為h1 的直立側壁是不變形區(qū)。當空心體半成品形狀與尺寸不合適時，會在變形區(qū)內沿周邊產生嚴重的不均勻變形。沿寬度的縱向不均勻伸長變形受到毛坯直立側壁h1 的阻礙，從而引起附加應力。附加拉應力引起材料的過渡變薄或破裂；附加壓應力則引起材料橫向堆聚或起皺使拉深變形斟難。甚至失敗。所以，高盒形件多次拉深時，必須遵循均勻變形的原則也就是必須保證變形區(qū)各處的伸長變形趨于相等。2. 拉深方法(1) 高方形盒件多次拉深圖 4-86 所示高方形盒多次拉深時·中間各工序的半成品形狀與尺寸的確定方法。采用直徑為D 的圓形毛坯，中間各次拉深成圓筒形，最后一道拉深工序得到方形盒

19、成品零件的形狀和尺寸。先計算倒數(shù)第二道( 即 n 1 道 ) 工序拉深所得半成品的直徑。設計計算步驟如下：首先按等面積法確定毛坯尺寸D( 包括修邊余量) ；根據(jù)零件寬度B 和轉角半徑，求出相對轉角半徑r B ；利用成形極限圖( 圖 4-87) 或表 4 -32 ，選定合適的轉角相對壁間距r B 當采用圖4-48 所示的成形過程時可以保證沿毛坯變形區(qū)周邊產生適度而均勻變形的角部間距之值為：a(0.2 0.25)r圖 4-85 高盒形件再次拉深圖 4-86 高方盒形件多工序拉深時的變形分析的半成品的形狀與尺寸表 4 32轉角極限相對壁間距 r /0.10.20.30.40.5B r 0.62 0.

20、52 0.46 0.420.37按下式計算n 1 道圓筒直徑：dn 11.41B 0.82r 2(4-31)式中 B 方盒寬度 ( 按內面積 ) ；r 方盒角部的內轉角半徑；轉角壁間距、即圓筒形半成品內表面到零件( 盒形件 ) 內表面在圓角處的距離。根據(jù)常規(guī)的圓筒形件拉深工藝的計算方法，設計由毛坯D 拉深出直徑d n 1 的圓筒件的拉深工藝過程。圖 4 87r B 及 r 對破壞形式的影響(2) 高矩形盒多工序拉深對于高矩形盒的多次拉深，由于長寬兩邊不等，在對應于長邊中心與轉角中心的變形區(qū)內拉深變形差別較大。而且隨著矩形盒長寬比 A B 的增加，這種差別增大。為了保證高矩形盒的順利拉深成形，必

21、須遵循均勻變形原則，而保證均勻變形的條件是選用合理的角間距：(0.2 0.25)r高矩形盒多次拉深工藝的計算過程，也是從末道向前推算。其末前道工序的形狀，是由四段圓弧構成的橢圓形。其長軸與短軸處的曲率半徑分別用Ra (n 1) 及Rb( n 1) 表示，并用下式計算( 圖 4-88) 。Ra(n 1)0.705B0.41rRb(n 1)0.705A0.41r式中A、B矩形盒的長度與寬度橢圓長半軸an 1 ，和短半軸bn 1 可分別用下式求得：an 1Ra( n 1)( AB) 2bn 1Rb( n 1)( AB) 2由于 n 1道工序的形狀是橢圓筒，所以高矩形盒多次拉深工藝計算問題又可歸結為高

22、橢圓筒的多次拉深問題。(3) 橢圓形筒拉深工藝計算橢圓筒拉深時，沿變形區(qū)周邊的變形分布也是不均勻的，曲率較大處的變形較大，變形阻力也大。短軸處的曲率大小對曲率較大地方的變形有很大影響，變形特點類似于矩形盒拉深時的情況。隨著橢圓度 ( 軸比 ) ab 的增加，曲率小處對曲率大處變形的影響增加，不均勻變形程度也加大，為此，橢圓形筒一次拉深用的毛坯，應使長、短軸兩處的變形區(qū)寬度比例恰當，以保證得到口部較為平齊的拉深件。圖4 89 示出了“ K 值法”，設長、短軸處變形區(qū)寬度分別為展開毛坯計算：wa (Ra ra ) 和 wb ( Kwa ) 。其中 Ra 按半徑 ra 的圓筒形件Rara22ra H 0.68rp (ra 0