沖壓模具設計-帶凸緣圓筒件

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1、 帶凸緣圓筒拉深模設計 班級： 姓名： 學號： 日期： 前言 冷沖壓模具的設計與制造一材料的塑性變形理論為基礎，綜合了塑性力學、機械力學、機械原理與設計、機械設計制造工藝等多學科的應用，是一門理論性和應用性很強的課程。圍繞冷沖模設計，前向有沖壓工藝，后有制造工藝，在數(shù)字化技術應用高度發(fā)展的今天，冷沖模開發(fā)的三個層面已經(jīng)高度集成，緊密融合在一起。通過冷沖壓的理論學習，然后再將理論知識用于實際中，不僅有助于理論知識的消化吸收，也可以提高自身的工程能力。為此，進行必要的冷沖模的課程設計很有必要。 結(jié)合所學到的理論知識和自身掌握的情況，特

2、以帶凸緣的圓筒件來設計冷沖壓模具。此制件結(jié)構(gòu)簡單，容易上手學習，并且涵蓋了所學的知識點，是一個很好的設計素材。 本設計大致分為三個部分，一是制件及模具的參數(shù)確定，一是模具的結(jié)構(gòu)設計，一是制件的成形分析。 目錄 前言 I 一制件工藝分析 1 1.1 制件分析 1 1.2坯料直徑確定 1 1.3 拉深成型次數(shù)計算 1 1.4 凸凹模圓角半徑計算 1 1.5 拉深深度計算 1 1.6 拉深力的計算 1 1.7 凸凹模間隙計算 1 1.8 凸凹模工件尺寸計算 1 1.8.1 凸凹模計算公式 1 1.8.2 公差確定 1 1.9 凸模通氣尺寸 1 二拉深模結(jié)構(gòu)設

3、計 1 2.1 拉深凸凹模結(jié)構(gòu) 1 2.2 模具總體結(jié)構(gòu)的設計 1 三 Dynaform軟件仿真分析 1 3.1網(wǎng)格劃分 1 3.2 毛坯輪廓線計算 1 3.3 制件厚度分析 1 3.4 主應力分布 1 3.5 制件成形情況 1 總結(jié) 1 參考文獻 1 附表 1 一制件工藝分析 1.1 制件分析 所選的制件為帶凸緣圓筒件，剖視圖如下，厚度為2mm，材料為08鋼。 圖1 帶凸緣圓筒件 此帶凸緣圓筒件為旋轉(zhuǎn)體，壁厚為2mm，整個結(jié)構(gòu)尺寸較小，適合沖壓成型。底部外直徑為42mm，筒深大約為60mm,材料為08鋼，拉深性能較好，適合于拉伸成型。 1.

4、2坯料直徑確定 根據(jù)表1以及圖1計算得到坯料的直徑大約為124mm. 其中，d1=32mm，d2=40mm，d3=52mm，d4=80mm，h=50mm，H=60mm，r1=6mm，r2=4mm。 表1 坯料直徑計算公式 1.3 拉深成型次數(shù)計算 根據(jù)冷沖模設計手冊，確定制件的拉深成型次數(shù)。已知，t=2mm，D=124mm，t/D*100%=1.6%（通過附表4.11，1.6介于1.5到2.0之間，不需要壓邊圈）,查表2，可知各次的拉深系數(shù)介于坯料相對厚度為1.5到2.0之間，又=，===0.32，不能滿足一次拉深的要求。 通過嘗試的方法，確定各次的拉深系數(shù)，最終確定出=*

5、**,依次為0.6、0.77、0.83、0.84，一共需要4次拉深，滿足要求。 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圓筒件不使用壓料圈時的極限拉伸系數(shù)（適合08鋼） 1.4 凸凹模圓角半徑計算 凹模圓角半徑=0.8，凸模圓角半徑=(0.6～1.0)。 第一次拉深所需的凹凸模半徑分別為=0.8*=7.9mm≈  8mm，=08*8=6.4mm。以后所用的凸凹模半徑適當?shù)臏p少至最后依次拉深所需的

6、4mm和6mm。 1.5 拉深深度計算 各次拉深深度的計算公式為=(-)+0.43(+)+(-)，則第一次的拉深深度為=(-)+0.43*(6.4+8)+(-)=39.3mm。 可知，第一次拉深的最大相對高度==0.52，查附表4.9，0.750.52，滿足設計的要求，可以繼續(xù)設計此后的各次拉深深度。 根據(jù)以上步驟，并且不斷調(diào)整凸凹模半徑，以后的拉深深度分別為10mm、6mm，最后根據(jù)剩余量得到最后一次的拉深深度。 1.6 拉深力的計算 總的沖壓力是拉深力與壓邊力之和，此制件沒有采用壓邊圈，沒有壓邊力，即沖壓力為拉深力大小，已知凸緣相對直徑為=1.67，由附表4.19，可知拉深力為

7、=t，其中為材料的抗拉強度，08鋼的抗拉強度為400MPa，為筒形件第一次拉深時的系數(shù)，查附表4.22可知=0.75，則=3.14*74.4*2*0.75*400=140169.6N。 1.7 凸凹模間隙計算 拉深模間隙Z/2（單面）一般比毛坯厚度略大一點，其值按以下公式Z/2=+ct，其中c為間隙系數(shù)，由附表4.31查得為0.5，=t+，為板料的正偏差，查附表4.32，板料正偏差為0.2mm，計算得到Z=6.4mm，單面為3.2mm。 1.8 凸凹模工件尺寸計算 1.8.1凸凹模計算公式 確定凸凹模工作部分尺寸時，應該考慮模具的磨損情況和拉深件的彈復，其尺寸只能在最后一次的工序中加

8、以考慮。對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標注方式的不同，由附表4.33所列的公式來進行計算。為了簡潔，便于計算，第一次的凸凹模尺寸也按此公式來計算。  1.8.2公差確定 由附表4.33可知，凹凸模的外形尺寸分別為=，=，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 凸模通氣尺寸 工件在拉深時，由于空氣壓力的作用或潤滑油的粘性等因素，使工件很容易粘附在凸模上。為使工件不至于緊貼在凸模上，設計凸模時，應有通氣孔，拉深凸模通氣孔如圖2所示，尺寸選取見表3，選取=8mm。 圖2 拉深凸模通氣孔 表3

9、 拉深凸模通氣孔尺寸  二拉深模結(jié)構(gòu)設計 2.1拉深凸凹模結(jié)構(gòu) 對于兩次以上的拉深，選取的凸凹模形式如圖3。 圖3 模具結(jié)構(gòu)形式 2.2 模具總體結(jié)構(gòu)的設計 本設計通過計算不需要采用壓邊圈。根據(jù)制件較小、拉深深度居中，并為了卸料簡單可行，特采用倒裝帶凸緣拉伸附加彈性剛性打料外設可調(diào)強力彈壓裝置。這類裝置的下模課外設壓料、卸料的強力彈壓裝置，通過彈壓力的調(diào)節(jié)，保證有合適的壓邊力和足夠的卸料力。并且在凸模的中間設有進氣孔，保證了氣體流動通暢。部分零件圖見附圖。  圖4 3D半透明裝配圖 圖5 3D半剖裝配圖 圖5 裝配簡圖 三Dyn

10、aform軟件仿真分析 根據(jù)所計算得到的毛坯尺寸，所需的毛坯直徑為124mm，第一次拉深后的直徑為74.4mm，第二次拉深后的直徑為57.288mm，第三次拉深后的直徑為47.55mm，最后依次拉深到所需的直徑為40mm。 3.1網(wǎng)格劃分 將制件iges格式導入到軟件后，劃分網(wǎng)格后如圖所示。網(wǎng)格質(zhì)量較好，可以接受。 圖7 網(wǎng)格劃分  3.2 毛坯輪廓線計算 根據(jù)理論計算得到毛坯的理論直徑為124mm，得到外徑周長為124*3.14=389.4mm；通過軟件計算的坯料的輪廓線長度為403.7mm。軟件計算的稍微大一點，考慮到修邊，前期的設計基本滿足要求。 圖8 輪廓線

11、長度計算 3.3 制件厚度分析 由圖可知，最大的厚度大約為2mm，出現(xiàn)在凸緣部分，最小值大約為1.1mm，且最薄處只出現(xiàn)在底部，總體的厚度在2mm左右。在理論計算時，取得厚度平均值為2mm。說明制件在拉深時，第一次拉深可以滿足厚度要求。為此，此分析集中分析第一次拉深，第一次拉深滿足要求時，之后的拉深也肯定滿足，原因是，之后的拉深深度小，冗余度高。  圖9 厚度分布圖 3.4 主應力分布 由圖可知，主應力最大值出現(xiàn)在邊緣地方，這可能會引起褶皺。在實際中可以采用壓邊圈（結(jié)構(gòu)設計沒有采用，但是模具預留了壓邊圈），以較少起皺的情況。 圖10 主應力分布  3.5

12、制件成形情況 下圖為制件成形的成形極限圖 由圖可知，沒有出現(xiàn)較危險的區(qū)域，起皺的部分也只發(fā)生在凸緣和修邊部分，可以利用壓邊圈來消除影響。 圖11 成形極限圖  總結(jié) 通過此次拉伸模設計，對鈑金類拉伸件的參數(shù)確定、模具結(jié)構(gòu)設計和成型分析有了一定的認識，并初步掌握了薄壁件成形的一般步驟。 此設計主要集中在三個方面，一是制件的參數(shù)確定，一是模具結(jié)構(gòu)的設計，一是成形分析。難點集中在參數(shù)的確定和成形分析。 制件的參數(shù)確定主要是毛坯的尺寸、拉深系數(shù)、拉深次數(shù)、拉深深度、凸凹模的尺寸以及其公差等等。在設計過程中，參考了一些

13、設計手冊，通過手冊中的預選參數(shù)，結(jié)合制件情況，合理選取，并不斷地分析檢驗參數(shù)的合理性。反復選取拉深系數(shù)，來滿足拉深次數(shù)和拉深深度，又反過來讓拉深系數(shù)滿足設計手冊中給定材料的設計要求，以求達到一個合理的設計。 模具的設計參考現(xiàn)有的拉深模設計手冊，并結(jié)合制件設計而成，一部分零件采用了標準設計，為了便于模具的加工、節(jié)約成本和縮短設計周期。 成形分析主要包括網(wǎng)格劃分、毛坯輪廓線生成和成形計算分析等等。分析中參數(shù)的選取直接影響成形分析的結(jié)果好壞，其中網(wǎng)格的劃分好壞占很大的影響。 由于個人所學的知識有限，在設計過程中，難免會出現(xiàn)錯誤，希望老師在發(fā)現(xiàn)問題時，及時批評指出，我一定會努力改正！

14、  參考文獻 [1] 周本凱.沖壓模具設計實踐.化學工業(yè)出版社，2008. [2] 湯酞則.冷沖模課程設計與畢業(yè)設計指導.湖南大學出版社，2008. [3] 丁友生 吳治明等.冷沖模設計與制造.浙江大學出版社，2011. [4] 楊關全 匡余華.冷沖模設計資料與指導.大連理工大學出版社，2012. [5] 美國工程技術聯(lián)合公司.dynaform5.5中文培訓手冊.ETA，2006. [6] 佚名.dynaform5.9.X中文版視頻教程.不詳 附表 (以下表節(jié)選自《冷沖模課程設計與畢業(yè)設計指導》)   表4.30 板料偏差