23矩形件的拉伸

第二十四讲：矩形件的拉伸

教学目的：通过本节课的学习，使学生能够理解矩形件的拉伸方法

教学重难点：矩形件的拉伸方法

教授班级：06m1－06m3

授课学时：2学时

一、盒形件属于非轴对称零件，它包括方形盒件，矩形盒件和椭圆形盒件等。根据矩形盒几何形状的特点，可以将其侧壁分为长度是A-2r与B-2r的两对直边部分及四个半径为r的圆角部分，如图所示。

盒形件的冲压变形性质与直壁圆筒件有相同之处，亦有不同之处。相同之处是指在变形区都是在径向拉应力与切向压应力的作用下产生拉深变形，并且都有变形区产生的拉应力与传力区的承载能力之间的关系问题。不同之处是指盒形件变形的应力状态和所产生的拉深变形在周边上的分布是不均匀的，由此而引起一系列和圆筒形件成形不同的特点。

盒形件拉深变形特点

根据盒形件能否一次拉深成形，将盒形件分为两类，凡是能一次拉深成形的盒形件为低盒形件；凡是需经多次拉深才能成形的盒形件称为高盒形件。两类盒形件拉深时的变形特点是有差别的，因此工艺过程设计和模具设计中需要解决的问题和方法也不尽相同。

1.低盒形件的拉深

1)低盒形件拉深时的变形特点

在盒形件一次拉深成形时，零件表面网格发生了明显变化(见图6-49)，由此表明凸缘变形区直边部位发生了横向压缩变形，使圆角处的应变强化得到缓和，从而降低了圆角部分传力区的轴向拉应力，相对提高了传力区的承载能力。

盒形件拉深时，凸缘变形区圆角处的拉深阻力大于直边处的拉深阻力，圆角处的变形程度大于直边处的变形程度。因此，变形区内金属质点的位移量直边处大于圆角处，导致了两处的位移速度的不同。而毛坯的这两部分又是联系在一起的整体，变形时必然相互牵制，这种位移速度差会引起剪应力，这种剪应力称为位移速度诱发剪应力。虽然诱发剪应力在两处交界面达到最大值，但由此向直边和圆角处的中心线却逐渐减小。变形区内应力状态与剪应力分布情况可定性地用图6-49示意。由图6-49可知，圆角部分传力区内轴向拉应力减小了一个剪应力值，从而也相对地提高了传力区的承载能力。由于上述原因，盒形件成形极限高于直径为2r的圆筒形件的成形极限。的剪应力形成的弯矩引起变形区平面内的弯曲变形，从而使变形区内的变形变得相当复杂。板平面内的弯曲变形使变形区直边处外缘和圆角处内缘形成起皱的危险区，同时还可能引起盒形件壁裂的产生。

矩形盒的几何特征可以用相对圆角半径r/B表示，且0＜r/B＜0.5。当r/B＝0.5时为圆筒形零件。矩形盒拉深时，毛坯变形区的变形分布与相对圆角半径r/B和毛坯形状有关。相对圆角半径不同，毛坯变形区直边处与圆角处之间的应力应变间的相互影响不同。在实际生产中，应根据矩形盒的相对圆角半径r/B和相对高度H/r来设计毛坯和拉深工艺。

2)低盒形件拉深时的成形极限程度

盒形件拉深时的成形极限是在一次拉深成形中，在传力区不破坏的条件下，变形区所能达到的最大变形程度。它是表示盒形件能否一次拉深成形的判据。

盒形件的成形极限用一次拉深成形所能得到的相对极限高度H/r或H/B(第一次成形的最大高度)来表示。表6-22及表6-23给出的是低碳钢一次拉深的相对极限高度［H/r］和［H/B］。如果盒形件的相对高度H/r或H/B不超出表6-22和表6-23所列的极限值，则盒形件可以一次拉深成形，否则须要多次拉深才能成形。

低盒形件一次拉深的相对极限高度［H/r］

3)A1毛坯形状和尺寸的确定

A形毛坯根据盒形件的相对高度H/r和转角半径r/B不同，又可分成A1、A2和A3三种形式。本书仅介绍前面两种。A1形毛坯可用几何作图方法将盒形直边部分和转角部分分别展开，使毛坯角部具有光滑过渡的轮廓(见图6-51 )。

盒形件拉深时，确定毛坯形状与尺寸的原则是在保证零件质量的前提下，尽可能节约原材料，有利于提高成形极限。由于变形区周边上应力应变分布不均匀，而且零件的几何参数、材料性能、模具结构等因素对这种不均匀变形的影响极为复杂，所以，现在不能精确计算出毛坯的形状和尺寸，使零件的口部非常整齐。另外，欲设计一种理想的毛坯形状适用于不同几何参数的盒形件也是不可能的。因此，只能针对不同几何参数的范围给出相应的、较为合理的毛坯形状。

低矩形盒毛坯的作图法

对于相对圆角半径r/B较小的低盒形件，其变形特点是只有少量材料转移到直边部分。在拉深过程中，直边部分的高度几乎没有增加，其毛坯尺寸确定方法如下。

(1)按弯曲计算直边部分的展开长度L。

无凸缘时：

L＝H＋0.57rp

有凸缘时：

L＝H＋RF－0.43(rd－rp)

rp——凸缘底角；

rd——凸缘圆角；

H——筒形件高度；

ＲF——筒形件的轴线到凸缘的半径。

(2)圆角部分按1/4圆筒形件拉深变形计算，展开的角部毛坯半径R用以下各式计算。

无凸缘时：若r＝rp，则

若r≠rp，则

有凸缘时：

(3)作出从圆角部分到直边部分呈阶梯形过渡的平面毛坯ABCDEF。分别从线段BC和线段DE的中点向半径为R的圆弧划切线，并用圆弧圆滑过渡，使f1＝f2，最后画出如图所示的角部毛坯轮廓线。

4)A2毛坯形状和尺寸的确定

A2形毛坯用于相对尺寸处于图所示的方盒形件。

其毛坯直径可由面积不变原则求出，如图所示。

二、矩形件的拉深

1)矩形件拉深毛坯尺寸的确定

就尺寸为A×B的矩形盒拉深件而言，可以看作由两个宽度为B的半正方形和中间为(A-B)的直边所组成。

毛坯形状可以是两个半圆弧和中间两个平行边所组成的长圆形，如图所示。长圆形毛坯的圆弧半径为：

式中，D按式计算；Rb的圆心离工件短边距离为B／2。

图6-56 矩形盒毛坯的形状与尺寸计算

(a) 长圆形毛坯形状；(b) 椭圆形毛坯形状

长圆形毛坯的长度为：

L＝2Rb+(A－B)＝D+(A－B)

长圆形毛坯的宽度为：