1、带凸缘圆筒拉深模设计班级:姓名:学号:日期:前言冷冲压模具的设计与制造一材料的塑性变形理论为基础,综合了塑性力学、机械力学、机械原理与设计、机械设计制造工艺等多学科的应用,是一门理论性和应用性很强的课程。围绕冷冲模设计,前向有冲压工艺,后有制造工艺,在数字化技术应用高度发展的今天,冷冲模开发的三个层面已经高度集成,紧密融合在一起。通过冷冲压的理论学习,然后再将理论知识用于实际中,不仅有助于理论知识的消化吸收,也可以提高自身的工程能力。为此,进行必要的冷冲模的课程设计很有必要。结合所学到的理论知识和自身掌握的情况,特以带凸缘的圆筒件来设计冷冲压模具。此制件结构简单,容易上手学习,并且涵盖了所学的
2、知识点,是一个很好的设计素材。本设计大致分为三个部分,一是制件及模具的参数确定,一是模具的结构设计,一是制件的成形分析。I目录前言I一制件工艺分析11.1 制件分析11.2坯料直径确定11.3 拉深成型次数计算11.4 凸凹模圆角半径计算11.5 拉深深度计算11.6 拉深力的计算11.7 凸凹模间隙计算11.8 凸凹模工件尺寸计算11.8.1 凸凹模计算公式11.8.2 公差确定11.9 凸模通气尺寸1二拉深模结构设计12.1 拉深凸凹模结构12.2 模具总体结构的设计1三 Dynaform软件仿真分析13.1网格划分13.2 毛坯轮廓线计算13.3 制件厚度分析13.4 主应力分布13.5
3、 制件成形情况1总结1参考文献1附表1拉深模设计一制件工艺分析1.1 制件分析所选的制件为带凸缘圆筒件,剖视图如下,厚度为2mm,材料为08钢。图1 带凸缘圆筒件此带凸缘圆筒件为旋转体,壁厚为2mm,整个结构尺寸较小,适合冲压成型。底部外直径为42mm,筒深大约为60mm,材料为08钢,拉深性能较好,适合于拉伸成型。1.2坯料直径确定根据表1以及图1计算得到坯料的直径大约为124mm.其中,d1=32mm,d2=40mm,d3=52mm,d4=80mm,h=50mm,H=60mm,r1=6mm,r2=4mm。表1 坯料直径计算公式1.3 拉深成型次数计算根据冷冲模设计手册,确定制件的拉深成型次
4、数。已知,t=2mm,D=124mm,t/D*100%=1.6%(通过附表4.11,1.6介于1.5到2.0之间,不需要压边圈),查表2,可知各次的拉深系数介于坯料相对厚度为1.5到2.0之间,又=,=0.32,不能满足一次拉深的要求。通过尝试的方法,确定各次的拉深系数,最终确定出=*,依次为0.6、0.77、0.83、0.84,一共需要4次拉深,满足要求。可知,第一次拉深后,=0.6*124=74.4mm;第二次拉深后,=0.77*74.4=57.29mm;第三次拉深后,=0.83*57.29=47.55mm;最后依次拉深后,=d=0.84*47.55=40mm。表2圆筒件不使用压料圈时的极
5、限拉伸系数(适合08钢)1.4 凸凹模圆角半径计算凹模圆角半径=0.8,凸模圆角半径=(0.61.0)。第一次拉深所需的凹凸模半径分别为=0.8*=7.9mm8mm,=08*8=6.4mm。以后所用的凸凹模半径适当的减少至最后依次拉深所需的4mm和6mm。1.5 拉深深度计算各次拉深深度的计算公式为=(-)+0.43(+)+(-),则第一次的拉深深度为=(-)+0.43*(6.4+8)+(-)=39.3mm。可知,第一次拉深的最大相对高度=0.52,查附表4.9,0.750.52,满足设计的要求,可以继续设计此后的各次拉深深度。根据以上步骤,并且不断调整凸凹模半径,以后的拉深深度分别为10mm
6、、6mm,最后根据剩余量得到最后一次的拉深深度。1.6 拉深力的计算总的冲压力是拉深力与压边力之和,此制件没有采用压边圈,没有压边力,即冲压力为拉深力大小,已知凸缘相对直径为=1.67,由附表4.19,可知拉深力为=t,其中为材料的抗拉强度,08钢的抗拉强度为400MPa,为筒形件第一次拉深时的系数,查附表4.22可知=0.75,则=3.14*74.4*2*0.75*400=140169.6N。1.7 凸凹模间隙计算拉深模间隙Z/2(单面)一般比毛坯厚度略大一点,其值按以下公式Z/2=+ct,其中c为间隙系数,由附表4.31查得为0.5,=t+,为板料的正偏差,查附表4.32,板料正偏差为0.
7、2mm,计算得到Z=6.4mm,单面为3.2mm。1.8 凸凹模工件尺寸计算1.8.1凸凹模计算公式确定凸凹模工作部分尺寸时,应该考虑模具的磨损情况和拉深件的弹复,其尺寸只能在最后一次的工序中加以考虑。对最后一道工序的拉深模,其凸凹模的尺寸及其公差按工件尺寸标注方式的不同,由附表4.33所列的公式来进行计算。为了简洁,便于计算,第一次的凸凹模尺寸也按此公式来计算。1.8.2公差确定由附表4.33可知,凹凸模的外形尺寸分别为=,=,又凸凹模的制造公差可由附表4.34查得,=0.12,=0.08,最后得到=mm,=mm。1.9 凸模通气尺寸工件在拉深时,由于空气压力的作用或润滑油的粘性等因素,使工
8、件很容易粘附在凸模上。为使工件不至于紧贴在凸模上,设计凸模时,应有通气孔,拉深凸模通气孔如图2所示,尺寸选取见表3,选取=8mm。图2 拉深凸模通气孔表3 拉深凸模通气孔尺寸二拉深模结构设计2.1拉深凸凹模结构对于两次以上的拉深,选取的凸凹模形式如图3。图3 模具结构形式2.2 模具总体结构的设计本设计通过计算不需要采用压边圈。根据制件较小、拉深深度居中,并为了卸料简单可行,特采用倒装带凸缘拉伸附加弹性刚性打料外设可调强力弹压装置。这类装置的下模课外设压料、卸料的强力弹压装置,通过弹压力的调节,保证有合适的压边力和足够的卸料力。并且在凸模的中间设有进气孔,保证了气体流动通畅。部分零件图见附图。
9、图4 3D半透明装配图图5 3D半剖装配图图5 装配简图三Dynaform软件仿真分析根据所计算得到的毛坯尺寸,所需的毛坯直径为124mm,第一次拉深后的直径为74.4mm,第二次拉深后的直径为57.288mm,第三次拉深后的直径为47.55mm,最后依次拉深到所需的直径为40mm。3.1网格划分将制件iges格式导入到软件后,划分网格后如图所示。网格质量较好,可以接受。图7 网格划分3.2 毛坯轮廓线计算根据理论计算得到毛坯的理论直径为124mm,得到外径周长为124*3.14=389.4mm;通过软件计算的坯料的轮廓线长度为403.7mm。软件计算的稍微大一点,考虑到修边,前期的设计基本满
10、足要求。图8 轮廓线长度计算3.3 制件厚度分析由图可知,最大的厚度大约为2mm,出现在凸缘部分,最小值大约为1.1mm,且最薄处只出现在底部,总体的厚度在2mm左右。在理论计算时,取得厚度平均值为2mm。说明制件在拉深时,第一次拉深可以满足厚度要求。为此,此分析集中分析第一次拉深,第一次拉深满足要求时,之后的拉深也肯定满足,原因是,之后的拉深深度小,冗余度高。图9 厚度分布图3.4 主应力分布由图可知,主应力最大值出现在边缘地方,这可能会引起褶皱。在实际中可以采用压边圈(结构设计没有采用,但是模具预留了压边圈),以较少起皱的情况。图10 主应力分布3.5 制件成形情况下图为制件成形的成形极限
11、图由图可知,没有出现较危险的区域,起皱的部分也只发生在凸缘和修边部分,可以利用压边圈来消除影响。图11 成形极限图总结通过此次拉伸模设计,对钣金类拉伸件的参数确定、模具结构设计和成型分析有了一定的认识,并初步掌握了薄壁件成形的一般步骤。此设计主要集中在三个方面,一是制件的参数确定,一是模具结构的设计,一是成形分析。难点集中在参数的确定和成形分析。制件的参数确定主要是毛坯的尺寸、拉深系数、拉深次数、拉深深度、凸凹模的尺寸以及其公差等等。在设计过程中,参考了一些设计手册,通过手册中的预选参数,结合制件情况,合理选取,并不断地分析检验参数的合理性。反复选取拉深系数,来满足拉深次数和拉深深度,又反过来
12、让拉深系数满足设计手册中给定材料的设计要求,以求达到一个合理的设计。模具的设计参考现有的拉深模设计手册,并结合制件设计而成,一部分零件采用了标准设计,为了便于模具的加工、节约成本和缩短设计周期。成形分析主要包括网格划分、毛坯轮廓线生成和成形计算分析等等。分析中参数的选取直接影响成形分析的结果好坏,其中网格的划分好坏占很大的影响。由于个人所学的知识有限,在设计过程中,难免会出现错误,希望老师在发现问题时,及时批评指出,我一定会努力改正!参考文献1 周本凯.冲压模具设计实践.化学工业出版社,2008.2 汤酞则.冷冲模课程设计与毕业设计指导.湖南大学出版社,2008.3 丁友生 吴治明等.冷冲模设计与制造.浙江大学出版社,2011.4 杨关全 匡余华.冷冲模设计资料与指导.大连理工大学出版社,2012.5 美国工程技术联合公司.dynaform5.5中文培训手册.ETA,2006.6 佚名.dynaform5.9.X中文版视频教程.不详附表(以下表节选自冷冲模课程设计与毕业设计指导)表4.30 板料偏差21
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