盒形零件的拉深

盒形件属于轴对称零件，按盒底面形状分为正方形盒件、矩形盒件和椭圆形盒件等。

6．3．1 盒形件的拉深特点

从几何形状特点看，矩形盒状零件可划分成两个长度为（A－2r）和两个长度为（B－2r）的直边加上4个半径为r的1／4圆筒部分，如图6．14所示。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，有其特有的变形特点，这可采用坐标网格试验法直观了解其金属流动状态。

拉深前，在毛坯的直边部分画出相互垂直的等距离平行线网格，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。

如图6．14所示，拉深后零件表面的网格发生了明显的变化，这些变化主要表现在：

图6．14 盒形件拉深网格试验

①直边部位的横向尺寸ΔL1、ΔL2、ΔL3变形后成为ΔL′1、ΔL2′、ΔL3′，间距逐渐缩小，越向直边中间部位缩小越少，即ΔL′3＜ΔL′2＜ΔL′1。纵向尺寸Δh1、Δh2、Δh3变形后成为Δh′1、Δh′2、Δh′3，间距逐渐增大，越靠近盒形件口部增大越多，即Δh′3＞Δh′2＞Δh′1。可见，此处的变形不同于纯粹的弯曲。

②圆角部位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。

研究网格的变化可知盒形件拉深有以下变形特点：

a．盒形件拉深的变形性质与圆筒件一样，也是径向伸长，切向缩短。沿径向越往口部伸长越多，沿切向圆角部分变形大，直边部分变形小，圆角部分的材料向直边流动，即盒形件的变形是不均匀的。

b．变形的不均匀导致应力分布不均匀（见图6．15）。在圆角部的中点σ1和σ2最大，向两边逐渐减小，到直边的中点处σ1和σ2最小，故盒形件拉深时破坏首先发生在圆角处。又因圆角部材料在拉深时容许向直边流动，所以盒形件与相应的圆筒件比较，危险断面处受力小，拉深时可采用小的拉深系数，也不容易起皱。

图6．15 盒形件拉深时的应力分布

c．盒形件的最大应力出现在圆角部，因而破裂、起皱等现象也多在圆角部产生。在远离圆角部的直边部分一般不会产生起皱。

d．由于直边部分和圆角部分实际上是联系在一起的整体，因此两部分的变形相互影响，结果是：直边部分除了产生弯曲变形外，还产生了径向伸长、切向压缩的拉深变形。两部分相互影响的程度随盒形件形状的不同而不同，也就是说随相对圆角半径r／B和相对高度h／B的不同而不同。

相对圆角半径r／B越小，圆角部分的材料向直边部分流得越多，直边部分对圆角部分的影响越大，使得圆角部分的变形与相应圆筒件的差别就大。当r／B＝0．5时，直边不复存在，盒形件成为圆筒件，盒形件的变形与圆筒件一样。

当相对高度h／B大时，圆角部分对直边部分的影响就大，直边部分的变形与简单弯曲的差别就大，因此盒形件毛坯的形状和尺寸必然与r／B和h／B的值有关。对于不同的r／B和h／B，盒形件毛坯的计算方法和工序计算方法也就不同。

e．盒形零件拉深时，容易出现拉裂的形式，除了在圆角侧壁底部与凸模圆角相切处发生的拉裂外（拉深拉裂），还会因凹模圆角半径过小等原因，引起盒形零件凸缘根部圆角附近侧壁产生拉裂——侧壁破裂。

6．3．2 盒形件的首次拉深极限

盒形件的拉深变形程度，主要受到圆角部分侧壁强度的限制。而其拉深的极限变形程度，可用盒形件的相对高度H／r来表示。毛坯首次拉深可能达到的最大相对高度H／r，取决于盒形件的相对圆角部半径r／B以及毛坯的相对厚度t／B等参数，还取决于材料的力学性能，表6．3给出了平板毛坯首次能拉出的最大相对高度值，若小于表中数值，则可一次拉成，否则必须采用多次拉深。

表6．3 盒形件首次拉深的最大相对高度

相对圆角部半径r／B反映盒形件角部与直边相互影响的大小，r／B越小，影响越大，所允许的H／r也越大。

毛坯的相对厚度t／B，反映盒形件抗失稳的能力强弱，t／B越大，抗失稳能力越强，而允许的H／r也越大。

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称为低盒形件；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。

总而言之，盒形件压变形性质与直壁圆筒件有相同之处也有不同之处。相同之处是在变形区都是在径向拉应力与切向拉应力的作用下产生拉深变形，而存在着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。不同之处是盒形件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。