拉深盒型件拉深工艺

拉深盒型件拉深工艺

盒形件属于非旋转体零件，包括方形盒、矩形盒和椭圆形盒等。与旋转体零件的拉深相比，盒形件拉深时，毛坯的变形分布要复杂得多。

盒形件拉深变形特点

从几何形状的特点，矩形盒状零件能够划分为2个长度为〔A－2r〕和2个长度为〔B—2r〕的直边，加4个半径为r 的1／4圆筒部分组成(图4.4.1)。假设将圆角部分和直边部分分开考虑，那么圆角部分的变形相当于直径为2r、高为h的圆筒件的拉深，直边部分的变形相当于弯曲。但实际上圆角部分和直边部分是联系在一起的整体，因此盒形件的拉深又不完全等同于简单的弯曲和拉深复合，有其特有的变形特点，这可通过网格试验进行验证。

图4.4.1 盒形件拉深变形特点

拉深前，在毛坯的直边部分画出相互垂直的等距平行线网格，在毛坯的圆角部分，画出等角度的径向放射线与等距离的同心圆弧组成的网格。变形前直边处的横向尺寸是等距的，即ΔL1=ΔL2=ΔL3，纵向尺寸也是等距的，拉深后零件表面的网格发生了明显的变化(如图4.4.1所示) 。这些变化要紧表现在：

⑴直边部位的变形直边部位的横向尺寸ΔL1，ΔL2，ΔL3变形后成为ΔL1′，ΔL2′，ΔL3′，间距逐步缩小，愈靠直边中间部位，缩小愈少，即ΔL1＞ΔL1′＞ΔL2′＞ΔL3′。纵向尺寸△h１，△h2，△h3变形后成为△h1′，△h2′，△h3′，间距逐步增大，愈靠近盒形件口部增大愈多，即△h１＜△h1′＜△h2′＜△h3′。可见，此处的变形不同于纯粹的弯曲。

(2) 圆角部位的变形 ??拉深后径向放射线变成上部距离宽，下部距离窄的斜线，而并非与底面垂直的等距平行线。同心圆弧的间距不再相等，而是变大，越向口部越大，且同心圆弧不位于同一水平面内。因此该处的变形不同于纯粹的拉深。

从以上可知，由于有直边的存在，拉深时圆角部分的材料能够向直边流淌，这就减轻了圆角部分的变形，使其变形程度与半径r相同，高度h相等的圆筒形件比较起来要小。同时说明圆角部分的变形也是不平均的，即圆角中心大，相邻直边处变形小。从塑性变形力学观点看，由于减轻了圆角部分材料的变形程度，需要克服的变形抗力也相应减小，危险断面破裂的可能性也减小。盒形件的拉深特点如下：

图4.4.2 盒形件拉深时的应力分布

〔1〕凸缘变形区内，径向拉应力σ1的分布不平均(如图4—37)，圆角部分最大，直边部分最小。即使在角部，平均拉应力σ1m也远小于相应圆筒形件的拉应力。因此，就危险断面处的载荷来说，盒形件拉深要小得多。因此，关于相同材料，盒形件拉深的最大成形相对高度要大于相同半径的圆筒形零件。切向压应力σ3的分布也不平均，圆角最大，直边最小。因此拉深变形时材料的稳固性较好，凸缘不易起皱。

〔2〕由于直边和圆角变形区内材料的受力情形不同，直边处材料向凹模流淌的阻力要远小于圆角处。同时直边处材料的径向伸长变形小，而圆角处材料的径向伸长变形大，从而使变形区内两处材料的位移量亦不同。

〔3〕直边部分和圆角部分相互阻碍的程度，随盒形件形状不同而异。

当其相对圆角半径r/B越小，也确实是直边部分所占的比例大，那么直边部分对圆角部分的阻碍越显著。当r/B＝０时，盒形件实际上已成为圆形件，上述变形差别也就不再存在了。当相对高度H/B越大，在相同的r下，圆角部分的拉深变形大，转移到直边部分的材料越多，那么直边部分也必定会多变形，因此圆角部分的阻碍也就越大。

随着零件的r/B和H/B的不同，那么盒形件毛坯的运算和工序运算的方法也就不同。

盒形零件拉深毛坯的形状与尺寸确定

盒形件毛坯确定的原那么是：保证毛坯的面积应等于加上修边余量后的零件表面积。另外，由于盒形件拉深时周边的变形不平均，且圆角部分材料在变形中要转移到直边的特点，应按面积相等的原那么，把毛坯形状和尺寸进行修正，使毛坯轮廓成光滑的曲线，在拉深以后尽可能保证零件口部高度的一致性。

毛坯的形状和尺寸应依照零件的相对圆角半径r/B和相对高度H/B的值来进行设计，因这两个参数决定了圆角部分材料向直边部分转移的程度和直边高度的增加量。

1.低盒形件毛坯尺寸与形状的确定( H≤0.3B，B为盒形件的短边长度)

所谓低盒形件是指能够一次拉深成形或尽管要两次拉深，但第二次拉深工序仅用来整形以减小壁部转角及底部圆角的盒形件。关于r/B小的低盒形件，其变形时只有少量材料转移到直边相邻部位。拉深时直边部分可认为是简单弯曲变形，按弯曲展开；圆角部分只拉深变形，按圆筒形拉深展开；再用光滑曲线进行修正即得毛坯，该类零件常用图 4.4.3 所示的作图法。运算步骤如下：

图4.3.3 低矩形盒毛坯作图法

〔1〕按弯曲运算直边部分展开长度l0

l0＝Ｈ＋

0.57rp 〔4 .4.1〕

式中，H＝H0＋△H (不修边时，不加△H)，修边余量见表4.4.1。

〔2〕将圆角部分当作直径为d=2r，高度为H的圆筒形件展开，其半径为：

(4.4.2)

当r＝rp时，有〔4.4.2)

〔3〕通过作图用光滑曲线连接直边和圆角部分，即得毛坯的形状和尺寸。具体作图步骤如下：

以ab线段中点c向圆弧R作切线，再以R为半径作圆弧与直边及切线相切，相切后毛坯补充的面积＋f与切除的面积－f近似相等。此方法，在模具设计合理时，拉深件高度尺寸精度要求不高，不需进行修边即可满足零件要求时可不加切边余量△h。

表4.4.1矩形盒切边余量△H〔mm)

〔2〕多次拉深高盒形件毛坯形状和尺寸的确定

该类零件的变形特点是在多次拉深过程中，直边与圆角部分的变形相互渗透，其圆角部分将有大量材料转移到直边部分。毛坯尺寸仍依照工件表面积与毛坯表面积相等的原那么运算。当零件为正方盒形且高度比较大，需要多道工序拉深时，图4.4.4，可采纳圆形毛坯，其直径为：

〔4.4.3〕

公式中的符号见图4.4.4 。

当r=rp时：〔4.4.4〕

对高度和圆角半径都比较大的长方形盒形件，如图 4.4.5 所示。将尺寸看作由两个宽度为 B 的半方形盒和中间为(A-B) 的直边部分连接而成，如此，毛坯的形状确实是由两个半圆弧和中间两平行边所组成的长圆形，长圆形毛坯的圆弧半径为：

图 4.4.4 方盒件毛坯的形状与尺寸图 4.4.5 高盒形件的毛坯形状与尺寸

Rb=D/2

式中 D 是宽为 B 的方形件的毛坯直径，按式 (4.4.3) 运算。 Rb的圆心距短边的距离为 B/2 。那么长圆形毛坯的长度为：

(4.

4.5)

长圆形毛坯的宽度为：

(4.4.6)