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(duì)稱(chēng)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(diǎn)，可以將其側(cè)壁分為長(zhǎng)度是A-2r與B-2r的兩對(duì)直邊局部與四個(gè)半徑為的圓角局部圖 4 - 74。壓變形性質(zhì)與直壁圓筒件有一樣之處亦有不同之處。一樣之處是在變形區(qū)都是在徑向拉應(yīng)力與切向拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生拉深變形，而存在著變形區(qū)產(chǎn)生的拉應(yīng)力與傳力 區(qū)的承載能力之間的關(guān)系問(wèn)題。不同之處是盒形件的應(yīng)力狀態(tài)和所產(chǎn)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(diǎn)。根據(jù)盒形件能否一次拉深成形將盒形件分為兩類(lèi)，但凡能一次拉深成形的盒形件稱(chēng)為低盒形件；但凡需經(jīng)屢次拉深才能成

2、形的盒形件稱(chēng)為高盒形件。兩類(lèi)盒形件拉深時(shí) 的變形特點(diǎn)是有差異的，因此工藝過(guò)程設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)中需要解決的問(wèn)題和方法也不 盡一樣。一、盒形件的拉深1.變形特點(diǎn)1盒形件一次拉深成形時(shí)，零件外表網(wǎng)絡(luò)格發(fā)生了明顯變化圖4 - 74，由此明確凸緣變形區(qū)直邊局部發(fā)生了橫向壓縮變形，使圓角處的應(yīng)變強(qiáng)化得到緩和，從而 降低了圓角局部傳力區(qū)的軸向拉應(yīng)力，相對(duì)提高了傳力區(qū)的承載能力。2盒形件拉深時(shí)，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(guò)程度大于直邊處的變形程度。因此，變形區(qū)內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)的位移量直邊處大于圓角處， 導(dǎo)致了這兩處的位移速度的不同，而毛坯的這兩局部又是聯(lián)系在一起的整體，變形時(shí) 必然相互牽

3、制，這種位移速度差會(huì)引起剪切力，這種剪切力稱(chēng)為位移速度誘發(fā)剪應(yīng)力。 雖然，誘發(fā)剪切力在兩處交界面達(dá)到最大值，并由此向直徑和圓角處的中心線(xiàn)逐漸減 小。變形區(qū)內(nèi)應(yīng)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,圓角局部傳力區(qū)內(nèi)軸向拉應(yīng)力減小了一個(gè)剪應(yīng)力值，從而也相對(duì)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(nèi)應(yīng)力狀態(tài)3圖4-75所示的剪應(yīng)力形成的彎矩引起變形區(qū)平面內(nèi)的彎曲變形，從而使變形區(qū) 變得相當(dāng)復(fù)雜。板平面內(nèi)的彎曲變形使變形區(qū)直邊處外緣和圓角處內(nèi)緣形成其皺的危 險(xiǎn)區(qū)，同時(shí)還可能引起盒形件壁裂的產(chǎn)生矩形盒的幾

4、何特征可以用相對(duì)圓角半徑r/B表示，O<r/B < 0.5，當(dāng)r/B=0.5 時(shí)為圓筒形零件。矩形盒拉深時(shí)，毛坯變形區(qū)的變形分布與相對(duì)圓角半徑r/B和毛坯形狀有關(guān)。相對(duì)圓角半徑不同，毛坯變形區(qū)直邊處與圓角處之間的應(yīng)力的相互影響不同，在 實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)矩形盒的相對(duì)圓角半徑r/B和相對(duì)高度 H/r來(lái)設(shè)計(jì)毛坯和拉深工藝。盒形件拉深時(shí)，確定毛坯形狀與尺寸的原如此是在保證零件質(zhì)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(yīng)力應(yīng)變分布不均勻，而且零件 的幾何參數(shù)、材料性能、模具結(jié)等因素對(duì)這種不均勻變形的影響極為復(fù)雜，所以，現(xiàn) 在不能準(zhǔn)確計(jì)算出毛坯形狀和尺寸，使零件的口

5、部非常整齊。另外，欲設(shè)計(jì)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(duì)不同幾何參數(shù) X圍給出較為合理的毛坯形狀。合理毛坯形狀分為三類(lèi)：A型毛坯、B型毛坯和 C型毛坯。三種類(lèi)型毛坯所適用的X圍如圖4 - 76與表4 - 25所示。因此，對(duì)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表4-25盒形件合理毛坯分區(qū)法毛、f-L _ _-<血080.05 0* 130 13-0.17仇27山3535<b8At尙Af Ay*AfB血C47BfC>6j1c曲 H/r)i r/H 的類(lèi)電盒形拉

6、深毛坯計(jì)算咼度可用下式表示:H H0H式中H0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0.030.080.040.060.050.080.060.1HH0H0H0H01A形毛坯確實(shí)定方法A形毛坯根據(jù)盒形件的相對(duì)高度和相對(duì)轉(zhuǎn)角半徑B不同又可分成 A、A、A3三種情況。1 A形毛坯可用幾何作圖方法將盒形件直邊局部和轉(zhuǎn)角局部分別展開(kāi)，使毛坯角部具有光滑過(guò)渡的輪廓圖4-77。計(jì)算與作圖方法如下：Rf圖4-77 A形毛坯作圖法L由下式確定：L H 0.57rpL H Rf 0.43仏 rp）直邊局部按彎曲變形計(jì)算，其展開(kāi)長(zhǎng)度無(wú)凸緣時(shí)帶凸緣時(shí)R用以下各式

7、計(jì)算:圓角局部按四分之一圓筒形拉深變形，展開(kāi)的角部毛坯半徑無(wú)凸緣時(shí)帶凸緣時(shí)假如rrp，如此R2Th假如 r rp，如此 R / 2rH 0-86rp（r 0-16rP）R :用2rH0.86rp（m0.14（ r；r；）作出從圓角局部到直邊局部呈階梯形過(guò)渡的平面毛坯ABCDEF從線(xiàn)段BC DE的中點(diǎn)局部分別向半徑為R的圓弧劃切線(xiàn)，并用圓弧圓滑過(guò)渡,使f1 f2，最后畫(huà)出如圖 4-77所示的角部毛坯輪廓線(xiàn)。根據(jù)盒型件的幾何尺寸的不同A形毛坯可有如圖 4-78所示的三種角部形狀。2A形毛坯圖4-79丨計(jì)算與作圖方法 接前述A1形毛坯尺寸計(jì)算方法展開(kāi)直邊和圓角局部、得到L和R。 作出從圓角局部到直邊

8、局部的階梯形過(guò)渡的平面毛坯。 求出修正后的角部毛坯半徑 式中 X系數(shù)，由查表R 2X 0.01850.982rRR XR4-47查得，也可按下式計(jì)算:圖4-78A形毛坯的角部形狀求出在知壁局部展開(kāi)長(zhǎng)度上應(yīng)切去ha和入圖4-79haR2A 2rhbR2B 2rY值由表4-27查得圖4-79A形毛坯確實(shí)定方法表4 - 27計(jì)算盒形件毛坯尺寸用的系數(shù)x與y值角部的相對(duì)圓角半徑rB系數(shù)X的值系數(shù)y的值相對(duì)拉深高度 對(duì)展開(kāi)尺寸進(jìn)展修正。即將半徑增大到R，將長(zhǎng)度減小ha和hb 根據(jù)修正后的寬度、長(zhǎng)度和毛坯直徑，再用半徑為Ra、凡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

9、以下的矩形盒拉深件a )圖4-79A2形毛坯確實(shí)定方法3A3形毛坯用于相對(duì)尺寸處于圖4-76中區(qū)的盒形件對(duì)于寬度為B、高度為H計(jì)入修邊余量 的方盒形件，毛坯形狀采用圓形 圖4-80 毛坯。、直徑根據(jù)盒形件外表積與毛坯面積相等的條件，按下式計(jì)算當(dāng)r rp時(shí)，Do 2 4B(H 0.43r) 1.72r(H0.33r)4-23當(dāng)r rP時(shí)，Do 1.13 ；B2 4B(H 0.43r) 1.72r(H 0.5r) 4鼻(0.11心 0.18r)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(duì)于長(zhǎng)度為A B高度為H計(jì)入修邊余量的矩形盒形件，可以把它看作由分成兩半的寬

10、度為B的方盒件和寬度為 B長(zhǎng)度為（AB）的中間局部組成的。毛坯形狀是由兩個(gè)半徑為的半圓與兩條平行線(xiàn)構(gòu)成的扁圓形，如圖4-81所示。毛坯長(zhǎng)度為:L Do(A B)4-25式中D0邊長(zhǎng)為的方盒形件的毛坯直徑，用式4-23丨或式4-24丨進(jìn)展計(jì)算。2B B '形毛坯確實(shí)定方法符號(hào)與作圖法見(jiàn)表4-82。K1 1Ki11.2R0心、r2 2rh4-26r B 0.13r. B 0.13型毛坯見(jiàn)表4-82R0K1K. r22rh4-270.13K22r B 0.13K222.53C形毛坯確實(shí)定方法C形毛坯也稱(chēng)圓切弓形毛坯圖4-83，即在圖形上對(duì)應(yīng)于盒形件四角處切去四方弓形具體計(jì)算方法如下:先按毛坯

11、相等的原如此計(jì)算圓形毛坯直徑。D0 1.13 B2 4B(H 0.43rp) 1.72(H 0.5r) 4rp(0.18r 0.11rp)4-28式中r盒形件的轉(zhuǎn)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)與放大后的直徑：根據(jù)盒形件的相對(duì)圓角半徑值查表4-28可得出和值，如此弓形毛坯直徑D D0K圖4-83 C形毛坯確實(shí)定方法圖4-82 B B '形毛坯確實(shí)定方法表4 - 28 圓形切弓形毛坯的形狀參數(shù) K和H/D“盒形件相對(duì)轉(zhuǎn)角半徑KH0/D00.039 0求切去的的弓高 h:當(dāng)弓高h(yuǎn)由h/D和直徑D相乘得到。3.低盒形件拉深時(shí)的成形極限盒形件拉深

12、時(shí)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(dá)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Hr或K B第一次成形的最大高度表示，也可用極限拉深系數(shù)g表示。1極限高度Hr或HB表4-29與表4-30給出的是低碳鋼一次拉深的相 對(duì)極限高度表4 - 29低盒形件一次拉深的相對(duì)極限高度H / r r / Bh / R232.8 44681210 15表4 - 30 低盒形件一次拉深的相對(duì)極限高度 H / B 相對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角相對(duì)厚度t / Dx 100%半徑r / B2拉深系數(shù)mn與極限拉深系數(shù)口1丨拉深系數(shù) mn，在零件的相

13、對(duì)高度較大的情況下才能涉與成形極限問(wèn)題，只有在這種情況下，討論拉深系數(shù)才有意義。這時(shí)所有的毛坯應(yīng)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(jīng)過(guò)分析，如此可寫(xiě)出拉深系數(shù)I If gcdef'g' rfdg a于是盒形件拉深系數(shù)可用下式確定:mnr0.5D h 0.71B 1.41r4-29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)叫根據(jù)盒形件拉深的變形特點(diǎn)，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)的關(guān)系。對(duì)不同相對(duì)轉(zhuǎn)角半徑的盒形件，其極限拉深系數(shù)叫可用下式表示：mnK,.; b ?mhV B 4-30

14、式中 K、b 與材料拉深比例關(guān)系的常數(shù)見(jiàn)表 4-31丨；m同種材料的圓筒形件的極限拉深系數(shù)（參見(jiàn)表4-20）圖4-84拉深系數(shù)定義的方法表4 - 31 K值與b值材料K值B值材料K值B值低碳鋼0.07 0不銹鋼黃鋼鋁、高盒形件的拉深當(dāng)零件的相對(duì)高度 H；r超過(guò)一次成形的極限高度即H汀H r時(shí)，或者拉深系數(shù) mn小于極限拉深系數(shù)mn即mn mn時(shí)，這類(lèi)盒形件不能一次拉深成形，必須經(jīng)過(guò)屢次拉深，才能拉到合格的零什，需屢次拉深的盒形件稱(chēng)高盒形件。高盒形件屢次拉深的變形情況，不僅與圓筒形件屢次拉深不同，向且與低盒形件一次拉深中的變形也有很大差異。所以確定其變形參數(shù)以與處理工序數(shù)目、工序順序和 模具設(shè)汁

15、等問(wèn)題都必須考慮高盒形件屢次拉深的變形特點(diǎn)。1高盒形件屢次拉深變形特點(diǎn)盒形件再次拉深時(shí)所用的中間毛坯是已經(jīng)形成直立側(cè)壁的空心體，其變形情況如圖 4-85所示。毛坯的底部和已經(jīng)進(jìn)人凹模高度為h2的側(cè)壁是不應(yīng)產(chǎn)生塑性變形的傳力區(qū)；與凹模端面接觸的寬度為b的環(huán)形凸緣是變形區(qū).高度為hl的直立側(cè)壁是不變形區(qū)。當(dāng)空心體半成品形狀與尺寸不適宜時(shí)，會(huì)在變形區(qū)內(nèi)沿周邊產(chǎn)生嚴(yán)重的不均勻變形。沿寬度的縱向不均勻伸長(zhǎng)變形受到毛坯直立側(cè)壁幾的阻礙，從而引起附加應(yīng)力。附加拉應(yīng)力引起材料的過(guò)渡變薄或破裂；附加壓應(yīng)力如此引起材料橫向 堆聚或起皺.使拉深變形斟難。甚至失敗。所以，高盒形件屢次拉深時(shí)，必須遵循均 勻變形的原如此

16、.也就是必須保證變形區(qū)各處的伸長(zhǎng)變形趨于相等。（1）高方形盒件屢次拉深圖4-86所示高方形盒屢次拉深時(shí) 中間各工序的半成品形狀與尺寸確實(shí)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成品零件的形狀和尺寸。先計(jì)算倒數(shù)第二道 （即n 1道）工序拉深所得半成品的直徑。設(shè)計(jì)計(jì)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(zhuǎn)角半徑，.求出相對(duì)轉(zhuǎn)角半徑rB; 利用成形極限圖 （圖4-87）或表4 -32，選定適宜的轉(zhuǎn)角相對(duì)壁間距r B當(dāng)采用圖4-48所示的成形過(guò)程時(shí).可以保證沿毛坯變形區(qū)周邊產(chǎn)生適度而均勻變形的角部間距之值為：a(0.2

17、0.25)r圖4-85高盒形件再次拉深時(shí)的變形分析尺寸圖4-86高方盒形件多工序拉深的半成品的形狀與表4 - 32 轉(zhuǎn)角極限相對(duì)壁間距r /B卜 按下式計(jì)算 n 1道圓筒直徑:dn 1 1.41 B 0.82r 2(4_31)式中B 方盒寬度(按內(nèi)面積)；r方盒角部的內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑；轉(zhuǎn)角壁間距、即圓筒形半成品內(nèi)外表到零件(盒形件)內(nèi)外表在圓角處的距離。 根據(jù)常規(guī)的圓筒形件拉深工藝的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)由毛坯D拉深出直徑dni的圓筒件的拉深工藝過(guò)程。圖4 87r B與r對(duì)破壞形式的影響(2) 高矩形盒多工序拉深對(duì)于高矩形盒的屢次拉深，由于長(zhǎng)寬兩邊不等，在對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)邊中心與轉(zhuǎn)角中心的變形區(qū)內(nèi)拉深變形差異較大。

18、而且隨著矩形盒長(zhǎng)寬 比A/B的增加，這種差異增大。為了保證高矩形盒的順利拉深成形，必須遵循 均勻變形原如此，而保證均勻變形的條件是選用合理的角間距：(0.2 0.25)r高矩形盒屢次拉深工藝的計(jì)算過(guò)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(gòu)成的橢圓形。其長(zhǎng)軸與短軸處的曲率半徑分別用Ra(n1)與Ra(n1)表示，并用下式計(jì)算 (圖4-88)。Ra(n 1)0.705B 0.41rRb(n 1)0.705A 0.41r式中A、B矩形盒的長(zhǎng)度與寬度橢圓長(zhǎng)半軸1，和短半軸bn 1可分別用下式求得：an 1 Ra(n 1) (A B) 2bn 1 Rb(n 1) (A B) 2由于n

19、1道工序的形狀是橢圓筒，所以高矩形盒屢次拉深 工藝計(jì)算問(wèn)題又可歸結(jié)為高橢圓筒的屢次拉深問(wèn)題。(3) 橢圓形筒拉深工藝計(jì)算橢圓筒拉深時(shí)，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(duì)曲率 較大地方的變形有很大影響，變形特點(diǎn)類(lèi)似于矩形盒拉深時(shí)的情況。隨著橢圓 度(軸比)a/b的增加，曲率小處對(duì)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(yīng)使長(zhǎng)、短軸兩處的變形區(qū)寬度比例恰當(dāng)，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(shè)長(zhǎng)、短軸處變形區(qū)寬度分別為 wa( Raa)和Wb( Kwa)。其中Ra按半徑ra的圓筒形件 展開(kāi)毛坯計(jì)算：4-33R.;ra2 2raH 0.68匚億 0.16q)根據(jù)比值ra艮和橢圓度ab，由圖4 90查出合理的 K值計(jì)算毛坯的長(zhǎng)半軸a0和短