沖壓模具設(shè)計(jì)帶凸緣圓筒件

1、帶凸緣圓筒拉深模設(shè)計(jì)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：日期：前言沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造一材料的塑性變形理論為基礎(chǔ)，綜合了塑性力學(xué)、機(jī)械力學(xué)、機(jī)械原 理與設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝等多學(xué)科的應(yīng)用，是一門理論性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。圍繞冷 沖模設(shè)計(jì)，前向有沖壓工藝，后有制造工藝，在數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用高度發(fā)展的今天，冷沖模開 發(fā)的三個(gè)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(xué)習(xí)，然后再將理論知識(shí) 用于實(shí)際中，不僅有助于理論知識(shí)的消化吸收，也可以提高自身的工程能力。為此，進(jìn)行必 要的冷沖模的課程設(shè)計(jì)很有必要。合所學(xué)到的理論知識(shí)和自身掌握的情況，特以帶凸緣的圓筒件來設(shè)計(jì)冷沖壓模具。此制件結(jié) 構(gòu)簡單，容易上手學(xué)習(xí)，并且涵蓋

2、了所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)素材。設(shè)計(jì)大致分為三個(gè)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(shè)計(jì)，一是制件的成 形分析。目錄制件工藝分析.1 制件分析 .2坯料直徑確定 .3拉深成型次數(shù)計(jì)算 .4凸凹模圓角半徑計(jì)算 .5拉深深度計(jì)算.6拉深力的計(jì)算.7凸凹模間隙計(jì)算 .8凸凹模工件尺寸計(jì)算 .9凸模通氣尺寸拉深模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).1拉深凸凹模結(jié)構(gòu) .2模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) Dynaform軟件仿真分析 .1網(wǎng)格劃分.2毛坯輪廓線計(jì)算 .3制件厚度分析.4主應(yīng)力分布 .5制件成形情況結(jié)考文獻(xiàn)表一制件工藝分析1.1制件分析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

3、件帶凸緣圓筒件為旋轉(zhuǎn)體，壁厚為2mm，整個(gè)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。1.2坯料直徑確定據(jù)表1以及圖1計(jì)算得到坯料的直徑大約為124mm.中，d仁32mm， d2=40mm， d3=52mm， d4=80mm， h=50mm， H=60mm， r1=6mm， r2=4mm。表1坯料直徑計(jì)算公式1.3拉深成型次數(shù)計(jì)算據(jù)冷沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)， 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

4、數(shù)介于坯料相對(duì)厚度為1.5到2.0之間，又門節(jié) =，I =.=0.32，不能滿足一次拉深的要求。過嘗試的方法，確定各次的拉深系數(shù)， 最終確定出：I=T*二*=2 *=；依次為0.6 0.77、0.83、0.84，一共需要4次拉深，滿足要求。知，第一次拉深后，1 =0.6*124=74.4mm ;第二次拉深后，-=0.77*74.4=57.29mm ;第三次拉深后，嵐，=0.83*57.29=47.55mm ;最后依次拉深后，噸1 =d=0.84*47.55=40mm。表2圓筒件不使用壓料圈時(shí)的極限拉伸系數(shù)（適合 08鋼）1.4凸凹模圓角半徑計(jì)算模圓角半徑 =0.8，凸模圓角半徑：=（0.61.

5、0）。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(dāng)?shù)臏p少至最后依次拉深所需的4mm和6mm。1.5拉深深度計(jì)算0.260.14次拉深深度的計(jì)算公式為），則第一次的拉深=(-)+0.43(+)+ (0.2580衛(wèi)深度為“jy j 2*=* (-)+0.43*(6.4+8)+* (-)=39.3mm。39.3知，第一次拉深的最大相對(duì)高度=/=0.52，查附表4.9，0.7? 0.52，滿足設(shè)計(jì)的要求，可以繼續(xù)設(shè)計(jì)此后的各次拉深深度。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

6、一次的拉深深度。1.6拉深力的計(jì)算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(duì)直徑為 L =1.67,由附表4.19，可知拉深力為-/化t . J，其中為材 料的抗拉強(qiáng)度，08鋼的抗拉強(qiáng)度為 400MPa，為筒形件第一次拉深時(shí)的系數(shù)，查附表 4.22可知忍 1=0.75，則匚=3.14*74.4*2*0.75*400=140169.6N。1.7凸凹模間隙計(jì)算深模間隙Z/2 （單面）一般比毛坯厚度略大一點(diǎn)，其值按以下公式Z/2二矗理i+ct,其中c為間隙系數(shù)，由附表4.31查得為0.5，仏:n=t+，為板料的正偏差，查附表4.32，板料正偏差

7、為0.2mm，計(jì)算得至U Z=6.4mm，單面為 3.2mm。1.8凸凹模工件尺寸計(jì)算1.8.1凸凹模計(jì)算公式定凸凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)該考慮模具的磨損情況和拉深件的彈復(fù)，其尺寸只能在最后一 次的工序中加以考慮。對(duì)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(biāo)注 方式的不同，由附表 4.33所列的公式來進(jìn)行計(jì)算。為了簡潔，便于計(jì)算，第一次的凸凹模尺 寸也按此公式來計(jì)算。1.8.2公差確定附表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，圧亍=0.08，最后得到D屈=mm 如=mm1.9凸模通氣尺寸件在拉深時(shí)，由于空氣壓力的作用或潤

8、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(shè)計(jì)凸模時(shí)，應(yīng)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拉深凸模通氣孔尺寸二拉深模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1拉深凸凹模結(jié)構(gòu)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22模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)通過計(jì)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(shè)可調(diào)強(qiáng)力彈壓裝置。這類裝置的下模課外設(shè)壓料、 卸料的強(qiáng)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(shè)有進(jìn)氣孔，保證了氣體流動(dòng)通暢。部

9、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Dynaform軟件仿真分析據(jù)所計(jì)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)格劃分制件iges格式導(dǎo)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(jì)算據(jù)理論計(jì)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(jì)算的坯料的輪廓線長度為403.7mm。軟件計(jì)算的稍微大一點(diǎn)，考慮到修

10、邊，前期的設(shè)計(jì)基本滿足要求。圖8輪廓線長度計(jì)算3.3制件厚度分析圖可知，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(jì)算時(shí)，取得厚度平均值為2mm說明制件在拉深時(shí)，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(shí)， 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(yīng)力分布圖可知，主應(yīng)力最大值出現(xiàn)在邊緣地方，這可能會(huì)引起褶皺。在實(shí)際中可以采用壓邊圈（結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)沒有采用，但是模具預(yù)留了壓邊圈），以較少起皺的情況。圖10主應(yīng)力分布3.5制件成形情況圖為制件成形的

11、成形極限圖圖可知，沒有出現(xiàn)較危險(xiǎn)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)過此次拉伸模設(shè)計(jì)，對(duì)鈑金類拉伸件的參數(shù)確定、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型分析有了一定的認(rèn)識(shí), 并初步掌握了薄壁件成形的一般步驟。設(shè)計(jì)主要集中在三個(gè)方面，一是制件的參數(shù)確定，一是模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一是成形分析。難 點(diǎn)集中在參數(shù)的確定和成形分析。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(shè)計(jì)過程中，參考了一些設(shè)計(jì)手冊(cè)，通過手冊(cè)中的預(yù)選參數(shù)，結(jié)合制件情況，合 理選取，并不斷地分析檢驗(yàn)參數(shù)的合理性。反復(fù)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(shè)計(jì)手冊(cè)中給定材料的設(shè)計(jì)要求，以求達(dá)到一個(gè)合理的設(shè)計(jì)。具的設(shè)計(jì)參考現(xiàn)有的拉深模設(shè)計(jì)手冊(cè)，并結(jié)合制件設(shè)計(jì)而成，一部分零件采用了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 為了便于模具的加工、節(jié)約成本和縮短設(shè)計(jì)周期。形分析主要包括網(wǎng)格劃分、毛坯輪廓線生成和成形計(jì)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。于個(gè)人所學(xué)的知識(shí)有限，在設(shè)計(jì)過程中，難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，希望老師在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)批 評(píng)指出，我一定會(huì)努力改正！參考文獻(xiàn)1 周本凱沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)踐化學(xué)工業(yè)出版社，2008.2 湯酞?jiǎng)t.冷沖模課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)