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1、盒形件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，矩形盒状零件可以划分为2个长度为（A2r）和2个长度为（B2r）的直边，加4个半径为r的14圆筒部分组成(图4.4.1)。若将圆角部分和直边部分分开考虑，则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
2、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L1=L2=L3，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) 。这些变化主要表现在： 直边部位的变形直边部位的横向尺寸L1，L2，L3变形后成为L1，L2，L3，间距逐渐缩小，愈靠直边中间部位，缩小愈少，即L1L1L2L3。纵向尺寸h，h2，h3变形后成为h1，h2，h3，间距逐渐增大，愈靠近盒形件口部增大愈多，即hh1h2 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
3、，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可以向直边流动，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。同时表明圆角部分的变形也是不均匀的，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1的分布不均匀(
4、如图437)，圆角部分最大，直边部分最小。即使在角部，平均拉应力1m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。所以，对于相同材料，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3的分布也不均匀，圆角最大，直边最小。因此拉深变形时材料的稳定性较好，凸缘不易起皱。（2）由于直边和圆角变形区内材料的受力情况不同，直边处材料向凹模流动的阻力要远小于圆角处。并且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影响的程度，随盒形件形状不同而异。 当其相对圆角半径r/B越小，
5、也就是直边部分所占的比例大，则直边部分对圆角部分的影响越显著。当r/B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，则直边部分也必定会多变形，所以圆角部分的影响也就越大。 随着零件的r/B和H/B的不同，则盒形件毛坯的计算和工序计算的方法也就不同。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则是：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均匀，且圆角部分材料在变形中要转移到直边的特点，应按面积相等的原则，把毛坯形状和尺寸进行修正，使毛坯轮廓成光滑的曲线
6、，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根据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( H0.3B，B为盒形件的短边长度) 所谓低盒形件是指可以一次拉深成形或虽然要两次拉深，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。对于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。计
7、算步骤如下：图4.3.3 低矩形盒毛坯作图法（1）按弯曲计算直边部分展开长度l0l00.57rp （4.4.1）式中，HH0H (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rrp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.
8、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。毛坯尺寸仍根据工件表面积与毛坯表面积相等的原则计算。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，可采用圆形毛坯，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，这样，毛坯的形状就是由两个半圆弧和中间两平行边所组成的长
9、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) 计算。 Rb的圆心距短边的距离为 B/2 。则长圆形毛坯的长度为： (4.4.5) 长圆形毛坯的宽度为： (4.4.6) 然后用 R=K/2 过毛坯长度两端作弧，既与 Rb弧相切，又与两长边的展开直线相切，则毛坯的外形即为一长圆形盒形件多次拉深的工艺计算 1.盒形件初次拉深的成形极限 在盒形件的初次拉深时，圆角部分侧壁内的拉应力大于直边部分。因此，盒形件初次拉深的极限变形程度受到圆角部分侧壁传力区强度的限制，
10、这一点和圆筒形件拉深的情况是十分相似的。但是，由于直边部分对圆角部分拉深变形的减轻作用和带动作用，都可以使圆角部分危险断面的拉应力有不同程度的降低。因此，盒形件初次拉深可能成形的极限高度大于圆筒形零件。盒形件的相对圆角半径rB越小(图4.4.1)，直边部分对圆角部分的影响越强，极限变形程度的提高越显著；反之，rB越大，直边部分对圆角部分的影响越小，而且当 r/B 0.5时，盒形件变成圆筒形件，其极限变形程度也必然等于圆筒形件。 盒形件初次拉深的极限变形程度，可以用盒形件的相对高度r来表示。由平板毛坯一次拉深可能冲压成的盒形件的最大相对高度决定于盒形件的尺寸rB、t和板材的性能，其值可查表4.4
11、.2。当盒形件的相对厚度较小tB0.01，而且1时，取表中较小的数值；当盒形件的相对厚度较大，即tB0.015，而且2时，取表中较大的数值。表4.42中数据适用于拉深用软钢板。表4.4.2盒形件初次拉深的最大相对高度 若盒形件的相对高度Hr不超过表4.4.2中所列的极限值，则盒形件可以用一道拉深工序冲压成功，否则必须采用多道工序拉深的方法进行加工。2.方形盒拉深工序形状和尺寸确定(图4.4.6) 采用直径为D0的圆形毛坯，中间工序都拉深成圆筒形的半成品，在最后一道工序才拉深成方形盒的形状和尺寸。由于最后一道工序从圆形拉深为方形，材料的变形程度大而不均匀，特别是在方形圆角处，必然受到该处材料成形
12、极限的限制。计算时，应采用从n道工序，即倒数第二次拉深开始，确定拉深半成品件的工序直径。D n11.41B0.82r2(4.4.7)式中: D nn道拉深工序所得圆筒形件半成品的直径(mm)；方形盒的内表面宽度(mm)；r方形盒角部的内圆角半径(mm)；方形盒角部壁间距离(mm)。该值直接影响毛坯变形区拉深变形程度是否均匀的最重要参数。一般取（0.20.25)r。图4.4.6 方形盒多工序拉深的半成品形状和尺寸 由于其它各道工序为圆筒形，所以可参照圆筒形零件的工艺计算方法，来确定其它各道工序尺寸。计算时由内向外反向计算，即D n2n1mn1以此类推，直到算出的直径DD0为止。式中，拉深系数mn
13、1由表4.2.4确定。3.长方形盒拉深工序形状和尺寸的确定 长方形盒的拉深方法与正方形盒相似，中间过渡工序可拉深成椭圆形或长圆形，在最后一次拉深工序中被拉深成所要求的形状和尺寸，如图4.4.7所示。其计算与作图同样由n1道(倒数第二次拉深)工序开始，由内向外计算。计算时可把矩形盒的两个边视为4个方形盒的边长，在保证同一角部壁间距离时，可采用由4段圆弧构成的椭圆形筒，作为最后一道工序拉深前的半成品毛坯(是n-1道拉深所得的半成品 ) 。其长轴与短轴处的曲率半径分别用R a（n）和R b（n）表示，并用下式计算： 图4.4.7 高长方形盒多工序拉深的半成品形状和尺寸图4.4.8 n1道工序凸模形状
14、（1）(n)道拉深工序的半成品是椭圆形，其曲率半径用下式计算：R a（n）0.707A0.41r(4.4.8)R b（n）0.707B0.41r(4.4.9)式中，圆弧R a(n)和R b(n1)的圆心，由图4.4.7中的尺寸关系确定，分别为A和B/2。（2）(n1）道工序椭圆形半成品件的长、短边与高度尺寸为An2Rb(n）（）（.4.10)Bn2Ra(n）(A)(4.4.11)Hn0.88H（4.4.12）H为含修边余量在内的盒形件高度。（3）(n2)道工序仍然是椭圆形半成品，其形状和尺寸的确定方法如下：计算壁间距a和b是为了控制从(n)道工序拉深至(n)道工序的变形程度： (4.4.13)即a(0.180.33)a(n） (4.4.14）b(0.180.33)b(n）
