设计题目：零件图：前 言从几何形状特点看，矩形盒状零件可划分成 2 个长度为 (A-2r) 和 2 个长度为 (B-2r) 的直边加上 4 个半径为 r 的 1/4 圆筒部分。

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，这可通过网格试验进行验证。

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321L L L ∆=∆=∆，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1所示) 。

这些变化主要表现在：图 1⑴直边部位的变形 直边部位的横向尺寸变形后间距逐渐缩小，愈向直边中间部位缩小愈少，纵向尺寸变形后，间距逐渐增大，愈靠近盒形件口部增大愈多，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。

盒形件拉深有以下变形特点：σ的分布是不均匀的。

在圆角部分最大，直(1) 凸缘变形区内径向拉应力1σ也远小于相应的圆筒形件的拉应力。

边部分最小。

即使在角部，平均拉应力1因此，就危险断面处载荷来说，矩形盒拉深时要小得多；对于相同材料，矩形盒拉深的最大成形相对高度要大于相同半径的圆筒形零件拉深时的最大成形相对高度。

(2) 由于直边和圆角变形区内材料受力情况不同，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变形大，使变形区内两处材料的变形量不同，直边处大于圆角处。

由此引起两处位移速度差，因而必然诱发出切应力（图2），以协调直边与圆角处的变形。

图2 盒形件拉深时的应力分布σ的分布也是不均匀的。

从角部到中间直(3)在毛坯外周边上，切向压应力3σ的数值逐渐减小。

通常情况下，起皱都发生在角部，但是起边部位，压应力3皱的趋势要小于拉深相应圆筒形件时的情况。

常用相对圆角半径r/B表示矩形盒的几何形状特征，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r/B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亦不同。

在实际生产中，应根据矩形盒的相对圆角半斤r/B 和相对高度H/r 来设计毛坯和拉深工艺。

一、拉深工艺分析 1.1 拉深件的材料拉深件材料为304J1是适宜于深拉深的不锈钢。

1.2 拉深件结构零件为带凸缘的盒形件，其中凸缘圆角半径为d r =4mm >1t=1mm ，底部圆角半径为p r =3mm>1t=1mm ，均满足对拉深件的圆角要求。

1.3 拉深件的精度等级零件尺寸工差为自由公差，因此初定公差等级为IT14。

1.4 拉深件工序安排的一般原则（1） 在大批量生产中，在凹、凸模壁厚强度允许的条件下，应采用落科、拉深复合工艺；（2） 当拉深件的尺寸精度要求高或带有小的圆角半径时．应增加整形工序；（3） 修边工序一般安排在整形工序之后；二、毛坯尺寸计算2.1 确定修边余量根据mm B f 85=，33.16485==B B f ，查冲压工艺与模具设计表4-4得到修边余量为：mm 5.3=δ2.2 确定毛坯尺寸由于，39.064/25==Bh，查冲模设计手册得： 当6.0≤Bh时，可按以下步骤求展开图：（1） 直边部分按弯曲件求展开长度（图2-1），即：a f r r h B B l 43.057.020-++-=图2-1⇒ mm l 49.35443.0357.02526485=⨯-⨯++-=（2） 四圆角拼成一带凸缘的圆筒（图2-2），其展开半径为：)(14.0)(86.02202020r r r r r rh R R a a f -++-+=⇒ mm R 36.290=图2-2（3）按求得的l 和0R 得到待修正的展开图后，选用较为简单的修正方法，即做切线修正法，计入修边余量后修正。

展开图的宽度为：)(86.0220a f r r h B K +-++=δ⇒ mm K 98.135= 展开图的长度为：δ22)(86.020+∆-+-+-+=a a f l r r h B B A L⇒ mm L 98.150= （其中a l ∆对于小型工件取2～3mm ，取2.5mm ） 修正后的毛坯展开图如图2-3所示。

图2-3 毛坯图三、拉深次数的确定矩形盒能否一次拉深的成形极限，可以用最大成形相对高度r H /max 表示。

它除受板材的性能影响外，还与零件的几何参数r/B 有关。

r/B 越小，直边部分对圆角部分的影响越大，因此可以获得的最大成形相对高度r H /max 也就越大；反之，r/B 越大，直边部分对圆角部分的影响越小，当r/B=0.5时，方形盒零件变为圆筒形件，最大成形相对高度r H /max 也必然等于圆筒形件的最大成形相对高度。

具体数值参见《冲压工艺与模具设计》表4-17。

当矩形盒的相对厚度t/B<0.01且A/B ≈1时，取表中最小值；当t/B>0.015且A/B ≥2时,取较大值。

由r/B=3/64=0.05,r H /max =25/3=8.3。

由表4-17可知，当0.01≤r/B ≤0.1时，矩形盒一次成型的最大相对高度r H /max 为8～15，因此可知该矩形件可一次拉深成形。

四、冲压力及压力中心的计算4.1 压边力的计算压边力必须适当，如果压边力过大，会增大拉入凹模的拉力，使危险断面拉裂；如果压边力不足，则不能防止凸缘起皱。

实际压边力的大小要根据既不起皱也不被拉裂的原则，并且在试模中加以调整。

设计压边装置时应考虑便于调节压边力，即Ap F Q =⇒ N F Q 38543128483=⨯=（其中单位压边力p 查表4-19得，取3）Q F —压边力（N ）A —在压边圈下毛坯的投影面积（2mm ） p —单位压边力（MPa ）（其中单位压边力p 查表4-19得，取3） 4.2 拉深力的计算由《冲模设计手册》查得：对于矩形、方形，椭圆形等拉深件，按下式计算拉深力：b KLt P σ=K —系数，一般取0.5～0.8，这里取0.7；L —拉深件断面周长（mm ）； t —材料厚度（mm ）； b σ—抗拉强度（MPa ）⇒ N P 10774452012967.0=⨯⨯⨯= 4.3 总压力的计算总压力为：N P F F Q 14628710774438543=+=+=总4.3 压力中心的计算由于工件为对称件，所以该工件的压力中心为几何中心，即压力中心到短边距离为53mm ，到长边距离为42.5mm 。

五、选择冲压设备在冷冲压生产中，材料、模具、设备是冲压的三要素，而压力机是安装冲模的主要成形设备。

每副冲模只能安装在与其相适应的压力机上才能对板料进行施压 ，冲制出合格的制品零件。

因此在设计冲模时，必须选用合适的压力机。

5.1 压力机的选用方法及原则： （1）冲压设备类型的选择：1.中小型冲裁模、弯曲模、拉深模，应选用单柱、开式压力机；2.批量小，材料较厚的大型冲压件的冲模应选用液压机；3.批量大的自动冲模，应选用高速压力机及多工位压力机；4.对于校平，校形模应选用大吨位的双柱或四柱压力机；5.大中型拉深模应选用闭式拉延压力机；6.多孔电子仪器板件冲裁应选用冲模回转头压力机。

（2）压力机规格的选择：1.压力机的工称压力应大于计算的模具冲压力的1.2～1.3倍；2.压力机的行程应满足制品高度尺寸要求，并保证冲压后制品能顺利地从模具中取出，尤其是弯曲、拉深件；3.压力机的装模高度，应满足：)(10521mm H H H +≥≥-模；4.压力机的工作台尺寸，滑块底面尺寸应满足模具的正确安装尺寸，漏料孔尺寸应大于或能通过制品及废品尺寸；5.压力机的行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求；6.压力机的结构应根据工作类别及零件的冲压性质，应具备有特殊装置和夹具，如缓冲器顶出装置，送料或卸料装置等；7.压力机的电动功率应大于冲压所需的功率； 8.压力机应保证使用的方便和安全。

5.2 确定压力机的型号根据压力机的选用方法及原则选用开式曲柄压力机。

由于拉深所需总压力为146.3kN ，压力机的公称压力应为总压力的1.2～1.3倍，则：2.1(=P ～1.3）总F =146.3⨯（1.2～1.3）=175.6～190.2kN根据算的的压力，确定压力机的型号J23—25。

其技术参数如表4-1所示：表5-1 开式曲柄压力机J23—25的技术参数公称压力/kN 250工作台孔尺寸/mm 前后200滑块行程/mm 65 左后290滑块行程次数/1min-55 直径260 最大闭合高度/mm 270垫板尺寸/mm厚度50 闭合高度调节量/mm 55 直径—滑块中心线到机身距离/mm 200模板尺寸/mm直径40 立柱距离/mm 270 深度60工作台尺寸/mm 前后370滑块底面尺寸/mm前后—左右500 左右—机身最大可倾角/（0）30 模柄孔尺寸/mm直径40深度60六、凸模、凹模刃口尺寸计算6.1 确定凸模圆角半径由《模具设计与加工速查手册》可知，凸模尺寸与形状应取为等于盒形零件内表面尺寸与形状。

由于盒形件内底部圆角为3mm，故凸模圆角半径pr取3mm。

而凹模圆角半径ar则按下式确定：=ar（4～10）t =81⨯=8mm6.2 确定凸模与凹模间隙矩形盒零件间隙选择原则：1.矩形盒零件拉深模凸、凹模间隙根据拉深过程中坯料各部位壁厚变化情况而定。

一般直壁部分小些，圆角部分大些。

在选择时，圆角部位应比直壁部位大0.1t左右；2.高矩形盒零件多次拉深时，其前几道工序的凸、凹模间隙可按一般圆筒形零件拉深时确定，而最后一次拉深成形时，按上述原则及下面公式选择适当的间隙值。

盒形件尺寸精度要求较高时：=z （0.9～1.05）t （1） 盒形件尺寸精度要求不高时：=z （1.1～1.3）t （2） 由于矩形件为自由公差，精度要求不高，故按（2）式选择凸、凹模间隙。

即：mm z 2.112.1=⨯=6.3 确定凸模、凹模刃口尺寸及公差由于盒形件只需一次拉深，因此 其凸模、凹模的尺寸及公差应按零件的要求来确定。

（1）当零件要求外形尺寸时：凹模尺寸：d L L d δ+∆-=0)75.0(凸模尺寸：)275.0(p Z L L p δ--∆-=（2）当零件要求内形尺寸时：凸模尺寸：)4.0(p l L p δ-∆+=凹模尺寸：d Z l L d δ++∆+=0)24.0(由零件图尺寸标注方式可知，盒形件要求内形尺寸，因此根据要求内形尺寸时的计算方法求解凸、凹模工作部件的尺寸公差。