圆形工件的弯曲模具设计毕业设计.doc

文华学院毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目：圆形工件的弯曲模具设计 学 生 姓 名： 李小兵 学号： 学 部 （系）： 机械与电气工程 专 业 年 级： 12材料成型及控制工程 指 导 教 师： 朱月亭 职称或学位： 硕士 2016 年 5 月 20 日文华学院毕业设计（论文）目录 摘 要4关键词. 4Abstract5Keywords51.前言61.1冲压的概念特点及分类61.2 冲压模具的现状与发展趋势61.2.1 冲压模具的现状61.2.2 冲压模具的发展趋势71.3 本课题的意义及主要内容81.3.1 选题的意义81.3.2 本课题的主要内容82.圆形工件的工艺分析92.1 工件分析92.2 加工分析103.弯曲工艺方案的确定123.1 弯曲工艺分析比较123.1.1 摆动式圆形弯曲模123.1.2 楔形圆形弯曲模133.2 弯曲工艺选定144.弯曲模具工艺计算154.1 弯曲件毛坯尺寸的计算154.1.1 弯曲应变中性层位置的确定154.1.2 弯曲件毛坯长度计算154.2 弯曲力计算与压力机选用164.2.1 自由弯曲力计算164.2.2 校正弯曲力计算164.2.3 压力机选用164.3 弯曲模工作部分尺寸计算174.3.1 弯曲时凸模与凹模之间的间隙174.3.2 弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸185.弯曲模主要零件的设计185.1 模具主要零件二维三维图纸185.1.1 下模座185.1.2 下垫板195.1.3 凹模固定板205.1.4 凹模215.1.5 芯棒22 5.1.6 上凹模.235.1.7 压料板245.1.8 上凹模固定板255.1.9 上垫板265.1.10 上模座275.2 模具三维总装配图285.3 模具关键冲压零件的工作过程306.弯曲模具数值模拟可行性分析及工艺矫正316.1 DEFORM软件分析流程316.2 DEFORM初次分析结果386.3模具改进后的分析40结束语44参考文献45致谢463圆形工件的弯曲模具设计摘 要圆形工件是工业生产中一种不可或缺的零件，然而作为一种非典型弯曲件，目前对他的研究较少，本论文针对此情况，对圆形工件弯曲进行了细致的分析研究，主要内容为对圆形工件的多种弯曲工艺进行分析，设计一种弯曲工艺的模具，并运用三维软件PRO/E画出模具各零件并进行装配，运用目前比较先进的数值模拟软件DEFORM，对已设计的模具进行冲压模拟，分析其应力分布及可行性并对原始模具做改进，经过多次分析最终确定模具成型部位尺寸，完成整个模具设计过程。关键词：冲压；弯曲模具；PRO/E建模；DEFORM分析Circular workpiece bending die design Abstract Circular workpiece is an integral part of a kind of industrial production, however, as a kind of typical bending parts of his study is less, this thesis aimed at this situation, the circular workpiece bending has carried on the detailed analysis and research, the main content for the various bending process of circular workpiece is analyzed, design a kind of mould of bending process, and using 3D software PRO/E draw mold the parts and assembly, use the more advanced numerical simulation software DEFORM, for the design of die stamping simulation, analyzes the stress distribution and feasibility and do improvement to the original mold, after a lot of analysis of final molding parts size, complete the whole mold design process.Keywords: stamping;Bending die;PRO/E modeling;DEFORM analysis51.前言 1.1冲压的概念特点及分类 冲压模具的概念：冲压模具是利用安装在冲压设备上的零件对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。由于冲压一般是在常温下对材料进行变形加工，且主要是采用板料来成形所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性成型的主要方法之一1。冲压成形有以下特点：生产效率高、操作简单、容易实现机械化及自动化等过程。加工的工件表面质量好，尺寸精度高、由于材料的形变强化特性，可以获得强度高、而重量轻的零件。适合批量生产，材料利用率高，可节约大量人力物力财力。可得到其它加工方法难以实现的或无法成型的复杂形状零件。这些特点非常符合汽车制造业对于零件强度好质量轻批量生产的要求，因此冲压在汽车行业具有十分重要的地位2。 冲压模具的分类：模具是一种技术密集，资金密集型的产品，在我国国民经济中的地位非常重要。可以说模具生产技术的水平高低，已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。冲压模具按不同的加工出来的工件可以分为：冲裁模，拉伸模，弯曲模，翻边模，胀形模等。而其中的弯曲模又可以分为：U形弯曲模，V形弯曲模，Z形弯曲模，圆形弯曲模等。 1.2 冲压模具的现状与发展趋势 1.2.1 冲压模具的现状 根据考古发现我国在两千多面前，就有用模具制造青铜器的记录，研究显示我国古代模具制造是世界领先的。但现代模具制造，由于我国科学技术长期一直落后于欧美等发达国家，所以模具制造技术虽然产量很大，但是技术一直相对比较落后，只能做一些简单以及尺寸精度要求不高的模具。冲压模具制造是一项综合性的工程，冲压模具结构复杂零件众多，又由于冲压模具效率高的特点，模具的自动化也很重要，这就对一个国家的机械制造及其自动化提出了很高的要求，而这一方面我们与日本德国等差距还较大，我国与发达国家模具制造的差距还体现在模具材料方面，同一种模具日本制造的寿命可达到3到4年甚至5到10年，而我国可能就只有1到2年甚至更低，这其实主要是模具材料造成的，所以我国冲压模具想达到世界先进水平，首先就要在模具材料方面取得突破3。 国外，德国日本模具发展起步较早，模具制造技术处于世界领先地位，这一方面是由于他们的机械制造还有材料技术非常先进，另一方面也得益于先进的模具生产管理技术，例如模具作为一个独立的行业，德国日本美国等都设定了许多行业标准，一个模具虽然零件很多，但不同的模具大多数零件都是一样的，因此有必要对那些标准零件设置一些行业标准。另外CAD/CAE在模具设计中的运用德国日本也比我国更加深入，虽然目前我国的大多数制造业也都运用计算机辅助设计生产水品有所提高，但总体上水平参差不齐与发达国家有所差距还有待提高。 1.2.2 冲压模具的发展趋势虽然当前我国的模具制造技术相对比较落后，但是我国正努力朝着先进制造业大国的目标追赶着，模具作为制造业的基础必然会大力发展。冲压模具的发展趋势，首先在CAD/CAE软件方面，目前国内的大对数制造业都放弃了传统手工作图，采用CAD软件作图，在产品设计的时候也采用计算机三维建模，在完成总体设计之后运用数值模拟技术进行模拟，分析模具的可行性等等，华中科技大学，吉林大学，湖南大学等高校，陆陆续续开发出各自CAD/CAE软件，并且在高等教育中都比较重视计算机技术的学习，等等这些改变在我国的模具制造业中取得显著成绩4。其次机加工技术也正在一步一步提高，一方面大力从国外进口先进的五轴机床等先进的加工机械，淘汰那些落后机床，另一方面我国自己的机床生产技术也在逐步提高，这使得加工的精度越来越高，质量越来越好，而加工精度是影响模具精度寿命的重要因素。除此之外模具材料往往是模具好坏的关键性因素，长期以来我国都从日本德国大量进口模具材料，近年来我国逐步重视新材料的开发，在市场的驱动下，各大材料生产企业也加紧材料的研发，试图抢占国内市场，在国家的支持下各大高校也纷纷加大材料方面的投入，目前在许多方面已经取得了可喜成绩。最后模具的后处理也是重要的部分，往往采用先进的热处理，可以大大提高材料的寿命，例如将加工好的模具零件采用等离子喷涂处理后其寿命可提高百分之20左右，当前的发展趋势是鼓励各种新的先进的材料处理技术运用到模具后处理上来。最后模具的检测设备也十分重要，由于先进的超高精度检测仪器价格昂贵，一般的中小型企业资金实力比较薄弱，在检测仪器方面不重视，这就导致了模具的尺寸精度不高，进而影响模具的使用寿命5。总得来说我国离先进模具制造大国还有一段距离，但在国家大力鼓励创新建立创新型国家的战略下，目前模具行业各方面都正在蓬勃发展，相信在不久的将来我国的模具制造业会到达世界先进国家的行列。 1.3 本课题的意义及主要内容 1.3.1 选题的意义 冲压模具是制造业中非常重要的一部分，从事这一方面研究学习的人员也非常的多，然而各大高校和职业院校及一些其他模具学校等，在教学及教材的选用上对于U,V形这两种比较典型的弯曲模讲述较多，而对于圆形弯曲模讲解较少或没有讲解。随着工业技术水平的经进一步发展，对于圆形件的运用越来越广且要求越来越高。因此对圆形工件弯曲模具进行专门且详细的研究就显得非常必要了。本论文在比较不同的圆形弯曲模工艺基础上，选取一种最简单模具最稳定的弯曲工艺进行了细致分析，希望能对圆形弯曲成型提供比较科学的参考6。 进入21世纪在计算机普及的下模具制造业正在迅速发展，近年来圆形工件的弯曲模具正逐步受到重视。其中，小半径弯管是研究的一个热点，这是因为小半径弯管件有着非常广泛的应用，尤其是在航空航天、汽车等高技术领域，小半径弯管件已成为了一个关键的零件。通过对非典型 U 形冲压件（如圆形工件）冲压成形工艺过程的模拟，寻找出合理而有效的运用 CAD、CAE 技术进行选择、并有针对性的改进成形工艺参数以应对成形过程中可能出现的缺陷等方法，这种方法对于其他冲压件的成形过程也具有一定的理论指导价值15。通过计算机的高效的运算能力来分析模具设计过程中存在的问题与缺陷，并有针对性的对这些缺陷加以改进确保了模具设计的合理性与科学性，不仅节省人力，物力还会缩短设计到生产的周期，确保模具行业向着周期短、成本低、产品质优的方向发展7。1.3.2 本课题的主要内容本课题的主要研究内容：通过查阅文献和相关资料，初步了解冲压模具的工作原理和相关知识。熟悉模具设计的流程，能独立设计一套简单模具。学习分析各种圆形件弯曲工艺的优劣，选取一种简单实用的工艺做细致的研究，对非典型弯曲件圆形件的各个冲压零件尺寸进行合理计算，选取压力机，冲压工艺原理等。运用PRO/E软件建立圆形工件弯曲模具各个零件的三维模型，并进行组装，并利用有限元模拟软件DEFORM进行数值模拟，对模拟结果进行分析，为圆形工件弯曲模具的实际应用提供相应的理论依据16。通过本课题的研究，巩固学生所学的知识，培养学生的独立工作能力与创新能力，以及学生的专业基本能力和工程师素质，为将来从事工程技术工作奠定基础8。2.圆形工件的工艺分析2.1 工件分析材料：45钢单位：mm图2-1工件尺寸图 图2-2 工件该零件如图2-3所示结构比较简单，从图2-2可以看出工件为长10mm，内径10mm，外径12m的不封闭圆管，通常由厚度1mm板料弯曲成型，但其属于非典型冲压件，一般不容易一次冲压成型，常规的做法是先把板料弯成U型再弯成圆型，或先弯成波浪型再弯成圆型，但这样操作两次比较麻烦，现将两步结合一起完成。2.2 加工分析1. 材料选用：在冲压模具设计时，选取冲压工件的材料是及其重要的，一般情况下，冲压模具的工艺及其模具材料的选用都是根据工件材料来选取的，冲压材料众多，但是不同的冲压类型，选取的材料往往不同。冲压材料选取的好坏，不仅仅直接影响冲压工艺设计，还与工件的精度模具的寿命有关，对于控制成本十分重要。因此在选取冲压件材料时不仅仅要考虑它的冲压性能，还要考虑满足冲压工艺以及后续的工作流程。下表2-1给出了一些常见的冲压材料选择。表2-1 常见冲压材料选择 注：表中t为板料厚度。根据表2-1，从工件在实际中的性能要求，以及冲压工艺的要求，和工件生产经济性考虑，该工件的材料选用45钢。2. 冲压工艺方案：圆形工件弯曲模设计一般分为大直径弯曲模具与小直径弯曲模具，大小不同其弯曲工艺也不同，一般情况下d20mm的工件为大直径工件，通常的做法是现将板料弯成一定的波浪形然后在弯曲成圆形，弯曲工艺过程如图2-5所示。图2-3所示工件为小直径工件，一般的做法是先弯曲成U形，再由U形弯曲成圆形，工艺过程如图2-4所示。但是这样弯曲两次用两套模具生产效率太低，一般的工厂都采用将两步弯曲工艺合成在一起的模具。图2-3小圆弯曲图2-4大圆弯曲图2-3所示工件为小批量生产，由于弯曲件一般会有回弹且不可避免，故工件的精度要求一般，将尺寸切好的45钢板料置于模具指定位置，打开开关，模具运行先将板料冲成U型，然后模具继续运行，将板料冲成圆型。模具上行，抽出芯棒取下工件，冲压过程完成9。3.弯曲工艺方案的确定 3.1 弯曲工艺分析比较3.1.1 摆动式圆形弯曲模 圆形工件弯曲模具种类众多，有两种模具多次弯曲直至成圆形，也有一套模具多次弯曲成圆形，还有的是将板料卷成圆形。在此我们只列举几套比较常见的模具进行比较。图3-1摆动弯曲模 该套模具的工作原理是：将板料放置在摆动式凹模上，液压机下行带动上凸模下行，先将板料冲压成U形，凸模继续下行，凹模开始摆动，将U形弯曲成圆形。 这种弯曲模具加工速度比较快，比较适合大直径的工件。加之凹模摆动设计比较复杂，摆动时工件的精度也难以保证。 3.1.2 楔形圆形弯曲模 除了上面的摆动式弯曲模具，还有一种楔形弯曲模具，其结构设计如图所示：图3-2楔形弯曲模该模具的工作原理是：将毛坯放置在模具上，液压机下行带动凸模下行，首先与工件接触将工件冲成U形，然后U形件两边的活块向中间移动，直至将U形夹至圆形。48该模具结构复杂，零件众多，要保证工作环境干净，否则冲压过程及其容易出现故障，但是该模具成型质量好，效率也比较高10。3.2 弯曲工艺选定 前面介绍了两种弯曲工艺，结构都比较复杂，对于模具设计初学者来说不易掌握，也很难设计好，对于工件精度要求不高，模具经费较低的情况下，这里介绍另外一种弯曲模具。该模具结构简单，模具工作较稳定不容易出故障。本论文研究的就是该模具，其结构如图所示：图3-3弯曲模该模具的工作原理是：先将板料放置在下凹模上，第一次冲压芯棒下行将工件冲成U形，此时芯棒不动，上凹模下行将U形工件冲成圆形，模具上行取下芯棒工件即可掉落，至此冲压过程全部完成。4.弯曲模具工艺计算4.1 弯曲件毛坯尺寸的计算4.1.1 弯曲应变中性层位置的确定分析该工件特征，可认为弯曲件中性层在弯曲过程中长度不变。由于板料在冲压弯曲过程中，中性层位置会产生内移，但在实际生产中，通常采用经验公式来计算应变中性层的曲率半径11。r=Kt （4-1） 式中，K为应变中性层位移系数，其值可参考表4-1选择。表4-1 弯曲中性层位移系数Kr/t0.20.30.40.50.60.70.811.2k0.220.230.240.250.260.280.30.320.33r/t1.31.522.534568k0.340.360.380.390.40.420.440.460.54.1.2 弯曲件毛坯长度计算由于工件弯曲时材料变薄不严重且畸变较小，故认为其应变中性层长度等于毛坯长度来计算，公式为： L=(r+kt)/180 (4-2)R 弯曲件弯曲半径；k 层位移系数； 弯曲件的弯曲带中心角弯曲件展开长度：L=360（5+0.51）180 =33.92mm4.2 弯曲力计算与压力机选用4.2.1 自由弯曲力计算自由弯曲力的计算公式如下：F1=0.7kbt2b（r+t） (4-3) F 自由弯曲力 N;b 弯曲件的宽度 mm； t 弯曲件的材料厚度 mm； b 材料的抗拉强度 MPa； k 安全因数，一般取k=1.3。 自由弯曲力：F1=0.71.3101350(5+1) 530N4.2.2 校正弯曲力计算 校正弯曲力计算公式如下： F2=qA (4-4)F2 校正弯曲力 N；q 单位校正力 MPa；A 工件被校正部分垂直于 运动方向上的投影面积 mm2；F2=2010（10+2）2400N4.2.3 压力机选用表4-2压力机参数1.单臂液压机具有结构刚性好，导向性能好，速度快等特点。2.方便的手动调整机构可调整压头或上工作台在行程中任意位置压制，也可在设计 行程内任意调整快进和工进行程的长短；3.整体焊接的坚固开式结构可使机身保持足够刚性的同时拥有最方便的操作空间12又因为压力机公称压力FF1F2，所以压力机选择Y41X-6.3型。4.3 弯曲模工作部分尺寸计算4.3.1 弯曲时凸模与凹模之间的间隙 U形件弯曲模的凹凸模之间需要保持合适的间隙，该间隙值对工件的质量和弯曲力有很大影响。间隙过小，弯曲力增大，并且料厚减薄还可能出现划痕，从而降低模具使用寿命；间隙太大，则工件精度降低，弯曲回弹增加13。通常间隙值可有如下公式得到： C=t+kt （4-5）C 弯曲时凹模凸模之间的间隙；t 材料的公称厚度；k 间隙系数，查表; 板料厚度的正偏差当工件精度要求较高时凸凹模的间隙值应取小一些，c=t=1mm。4.3.2 弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸 用内形尺寸标注，因此以凸模为基准件，凸模尺寸可由如下公式得到： L凸=（L+2 ）=33.93+10.742 34.3mm L凹按凸模尺寸配制，保证双面间隙为2c，凹模尺寸可由如下公式计算： L凹=（L凸+2c）=34.3 + 2 = 36.3mmL凸 L凹 弯曲凸凹模的宽度尺寸 mm； 弯曲件的尺寸公差 mm；L 弯曲件的外形或内形公称尺寸 mm；C 凸模与凹模的单面间隙 mm5.弯曲模主要零件的设计 5.1 模具主要零件二维三维图纸 5.1.1 下模座 下模座的轮廓尺寸主要根据压力机工作台大小，不能大于工作台，也不能太小以至于不便于操作，还要根据冲压零件的大小综合考虑 ，工件尺寸大时冲压力大，下模座相应尺寸较大以保证模具强度与平稳性。本论文设计的模具要加工的工件较小，冲压力也较小，根据已选取的压力机工作台大小等因素，综合分析设计如图5-1所示下模座轮廓尺寸为270mm130mm40mm ，上面有六个M10用来固定下模座垫板凹模固定板用的螺钉孔。横向孔距70mm，纵向孔距90mm。 单位：mm 图5-1 下模座5.1.2 下垫板下垫板的作用主要是保证模具工作高度，提高模具抗冲击强度，与下模座一起固定凹模固定板。其外形尺寸一般以下模座尺寸为基准设计，其厚度一般根据冲压力大小设计，冲压力大时应设计的较厚，但也不宜太大以免增加模具高度，使液压机滑块行程不够。由于该模具冲压力较小，液压机行程也比较大，从节省材料的角度考虑现设计，如图5-2所示垫板外形尺寸为200mm130mm20mm，M106孔的位置应与下模座对齐，单位：mm 图5-2 下垫板5.1.3 凹模固定板凸模固定板主要是作为凹模的固定安装板，是用来固定凹模的，它有几个作用，一是固定凹模通过一定的装配关系使凹模垂直于模具的平面，确保在冲压工作时凹模能够垂直的用于冲压。另外凹模固定板可以保证凹模的相对位置，不会发生相对的移动，使芯棒下行时能配合上凹模将工件冲成U形而不至于损坏板料，还可以抵抗工作时的冲击，使模具在长时间工作后模具尺寸不变形仍能正常运行。其外形轮廓尺寸一般参照垫板设计。中间部位有一个33.93mm10mm的凹槽是用来放置凹模的，由于它比凹模高度深，因此放置完成后还有1mm的凹槽是用来放置胚料，如图5-3所示凹模固定板外形尺寸为： 单位：mm图5-3 凹模固定板 5.1.4 凹模 凹模是主要成型部件，其设计结构尺寸如图5-4所示，理论上讲凹模上的R=12的半圆形凹槽圆心应在凹模上表面上，但是根据后期DEFORM模拟的结果，这样冲不出U形件二是V形件，显然V形件上凹模下行是不可能冲成圆形的，因此必须对凹模进行该进，改进后的结果是将凹模的R=12mm的半圆凹槽圆心位于凹模上表面2.5mm的下面，再进行数值模拟，结果可以冲出完好U形件。具体过程在第六章再详细阐述。单位：mm 图5-4 凹模 5.1.5 芯棒 芯棒也是主要的成型部件，冲压时固定在压料板的芯棒下行，和凹模配合将工件冲成U形，为后来的冲压做准备，冲压过程全部完成后取下芯棒工件即可掉落。因此其外形尺寸如图5-5所示设计为直径为10mm，长度为200mm的实心金属棒。图5-5 芯棒 5.1.6上凹模 上凹模的主要作用是当芯棒将工件冲成U形后，上凹模在压力机继续下行带动上凹模继续下行，将工件冲成圆形。由于上模下行并不能保证U形件上部板料向内闭合，因此上凹模的工作部分必须设计一弧度，当工作时使工件能按我们需要的方向闭合。上凹模的外形尺寸如图5-6所示：单位：mm图5-6上凹模 5.1.7 压料板 压料版是重要结构部件，一方面固定芯棒，另一方面还是对上凹模有导向作用对冲压弹簧有固定作用。在冲压时液压柱下行压缩弹簧压料版下行芯棒下行使工件先冲成U形，液压柱继续下行，弹簧继续压缩，上凹模下行，使工件弯曲成圆形。其结构设计如图5-6所示。单位：mm 图5-7 压料板5.1.8 上凹模固定板 上凹模固定板与上垫板配合主要是用来固定凹模的与弹簧的，与压料板一起保证四个弹簧的相对位置，和垫板一起保证上凹模垂直于冲压平面。其外形尺寸如图5-7所示。单位：mm图5-8 上凹模固定板 5.1.9 上垫板 上垫板的的主要是抵挡弹簧与凹模，它有几个作用，一是固定凹模保证其能垂直于模具的平面，保证在工作时能够垂直的用于冲压、冲孔、冲裁、落料，还可以抵抗工作时的冲击。其外形与尺寸如图5-8所示。单位：mm图5-9 上垫板5.1.10 上模座 上模座主要作用是连接液压机与冲压模具，也对导柱弹簧柱有导向作用，液压柱下行将力传递给下模座，下模座再将力传递给其他工作零件。其结构设计如图5-9所示。单位：mm 图5-10 上模座5.2 模具三维总装配图 运用PRO/E软件先将模具各零件设计出来，再运用PRO/E的装配功能将其装配起来，再运用视图工具将模具刨开得到如图5-10所示：图5-11装配图1-下模座 2-下垫板 3-凹模固定板 4-下凹模 5-压料版 6-芯棒 7-导套8-导柱 9-上凹模 10-弹簧 11-弹簧导柱 12-上凹模固定板 13-上垫板14-上模座 15-液压柱 将毛坯放置在凹模4上，液压机下行推动上模下行，首先芯棒6接触板料，弹簧10开始压缩板料开始弯曲直至成U形，上模继续下行，垫板13继续下行推动上凹模继续下行，弹簧10继续压缩，上凹模9开始接触U形板料，板料继续弯曲直至成圆形，液压机上行带动上模上行，模具打开取下芯棒工件即可掉落，至此冲压过程全部结束。 图5-12 模具装配效果图 5.3 模具关键冲压零件的工作过程 模具冲压过程是模具的各个零件分工合作的过程，冲压模具零件一般比较多，冲压过程中零件运动比较复杂，但是冲压模具的主要工作是由成型零件完成的，因此冲压的过程实质上是工作零件的冲压过程，其他模具零件只是为了使工作零件做特定动作的辅助零件。该冲压模具的关键工作零件为下凹模，芯棒，上凹模，其工作时的过程如下图所示： 第一步 第二步 第三步图5-13关键零件工作过程6.弯曲模具数值模拟可行性分析及工艺矫正 6.1 DEFORM软件分析流程传统的模具设计和制造是在以往经验的基础上，通过模具制造后期的反复调试并终极完成的。这种凭经验和试制的方法不仅使模具制造周期过长，而且本钱过高，质量也得不到保证。随着冲压产品的逐步复杂化以及对其精度要求的不断进步，建立一套科学的板料成形分析系统来分析、猜测冲压件的变外形态和材料活动行为并将其作为模具设计时的依据是非常必要的14。第一步：问题描述与分析 首先要确定要分析的对象，DEFORM软件的分析功能比较强大，可分析的问题种类较多，但是一般我们只需要分析其中几个方面。对于该模具的分析，我们主要是通过数值模拟分析矫正模具下凹模与上凹模外形尺寸。第二步：创建新项目在分析之前需要指出的是，先要把设计好的零件转化成STL格式保存在一个文件夹里，并且零件的相对位置关系，在建模时应该确定好。打开DEFORM软件，进入DEFORM软件主界面如图6-1所示，按操作完成新项目的创建。进入DEFORM前处理界面图6-1主界面 第三步：设置模拟控制初始条件 在这里更改模拟分析标题；单位制有英制和国际单位制两种根据实际情况选取，这里我们选取国际单位制；定义模拟类型，DEFORM可以模拟在高温下的冲压，由于该模具是在常温下加工，这里不勾选此选项。如图6-2所示图6-2模拟信息对话框第四步：输入对象模型 按操作输入我们已设计好的模型，这里的模型前面已经说过，是在建模时根据他们的坐标关系其相对位置已经确定了的，因此导入后零件的位置关系即如图6-3所示，此时仍然可以并对各零件进行拖动修改，但是操作起来不方便。图6-3模型导入界面第五步：划分网格 根据工件的大小，对分析结果精度的要求，还要考虑计算机的运算能力等等划分网格，确定之前可以先预览，如果结果可行再单击确定，这里我们设置为6000,结果如下图6-4所示。图6-4划分网格第六步：定义材料 DEFORM软件的材料名称是美国牌号，我们只需定义板料材料，该工件为45钢对应美国牌号为“AISI-1045,COLD70F(20C)”,模具默认为刚性体不需设置，也可以自定义材料,根据实际需要设置材料的各种性能。在如下图6-5所示对话框中选取一种材料即可。 图6-5材料选用第七步：设置驱动条件 芯棒是模具的运动零件，选取芯棒需要对它的运动进行定义，首先定义驱动类型，选中“speed”；定义运动方向，选中“-y”；定义运动速度，在“constant value”输入“1”。该模具下模是不动的，因此只需定义芯棒，结果是芯棒匀速向下运动，结果如下图6-6所示：图6-6驱动条件第八步：设置模拟控制信息 该模块主要是定义模拟起始步（模拟分析过程开始的起点）；定义模拟步数（表示整个分析过程有多少步）；定义存储数据库的间隔步数（表示每隔几步DEFORM便将中间结果写入数据库）；设置主模具（表示哪个零件是运动主模具）；设置模拟计算步长。如图6-7所示图6-7模拟动作设置第九步：设置对象间的关系 前面设置正确这步按操作设置即可，无需做更改。如图6-8所示图6-8对象间关系第十步：生成数据库文件 数据库生成后前处理全部结束。如图6-9所示图6-9生成数据库第十一步：分析求解 关闭前处理界面，点击“run”开始运算。如图6-10所示图6-10运算界面第十二步：后处理 DEFORM后处理功能非常强大，可分析的项目很多，该模具主要分析等效应力分析观察板料弯曲过程中的应力是否超过许用值。如图 6-11所示图6-11后处理界面6.2 DEFORM初次分析结果 最初模具的下凹模是由如下图6-12所设计的，R=12的半圆凹槽圆心位于凹模上表面。单位：mm图6-12原始凹模运用DEFORM软件分析可得到如下结果图6-13初次模拟1图6-14初次模拟2图6-15初次模拟3 可以明显看出理论上板料应该被冲成U形，但事实上并非如此，因此应对凹模进行改进，否则上凹模下行不可能将该工件冲成圆形。6.3模具改进后的分析 将下凹模的R=12的半圆形凹槽圆心往下放置2.5mm后，即可解决问题，该进后的设计如下图6-16所示单位：mm图6-16改进凹模运用DEFORM软件分析可得图6-17改进模拟1图6-18改进模拟2图6-19改进模拟3 可以看出改进后的凹模可以满足工作条件。 由于该模具有两次冲压过程，第一次冲压模拟完成后，只需在其基础上重新导入工件模具将上面的步骤重复即可，其结果如下图所示，可以看出改进后的模具完全可以冲出理想的工件。图6-20二次冲压1图6-21二次冲压2图6-22二次冲压3结束语 经过数个月的学习与工作，在朱月亭老师的悉心指导和严格要求下，现已基本完成了圆形工件弯曲模具的设计。为了优秀的完成此次毕业设计，前期准备工作时，我在图书馆查阅的大量的冲压模具方面的书籍，由于市面上的模具学习书籍大多对圆形工件弯曲模具介绍较少，对U形V形弯曲模具介绍较多，网上的资源也几乎没有，这对我的工作有很大障碍，但这也因此让我更加的想做好本次设计，豪不夸张的说我几乎翻遍了文华图书馆的每一本冲压模具的书籍。本次设计还需要用到PRO/E建模以及模具装配还有冲压过程仿真模拟，为此我还网上下载了学习光盘，毕业设计做完了我的软件操作也大有进步。在我完成了这些工作向朱月亭老师汇报的时候，朱月亭老师更加有先见的鼓励我做一点数值模拟，但是就是这一点数值模拟的部分让我切身明白了好事多磨的道理，虽然以前接触过铸造的数值模拟，但是塑形成型这一块却是一片空白，加上软件全是英文版，又没有老师教，相关书籍图书馆也很少，照着网上资料尝试了很多次也都失败了，所以一度进展很慢，走了不少弯路甚至想到了放弃。在朱月亭老师的鼓励下，经历多次失败的我也渐渐的静下心来，借了图书馆唯一的一本DEFORM学习书，认真的看了下书中的讲解，做了上面的几个例子之后才恍然大悟，又陆陆续续做了一些其他的例子，也对本模具进行了分析，虽然中途也有各种磕磕碰碰，但在经历了前一段时间的沉淀，总的来说很顺利，同时我也意识到了数值模拟的在塑形成型中的重大意义。介于问题的复杂性，以及作者水平的关系，关于冲压模具设计，DEFORM模拟还有许多问题没有探讨，但是经过本次毕业设计对于模具设计的大致流程我已基本掌握。参考文献1 冲模设计实例详解 周玲 编著，化学工业出版社2 冲压工艺及冲模设计瓮其金 徐新成主编，机械工业出版社3 DEFORM在金属塑形成型中的应用张莉 李升军编，机械工业出版社4 AZIZI R, ASSEMPOUR A. Application of linear inverse finite element method in prediction of the optimum blank in sheet metal formingJ.Materials & Design, 2008, 29:1965-1972.5 TURNER M J, CLOUGH R W, MARTIN H C. Stiffness and Deflection Analysis ofComplex Structures J.J. Aero. Sci, 1956, 23: 805-823.6 WOO D M. On the complete solution of the deep drawing problemJ. J. Mech. Sci,1968, 10: 89-94.7 WANG N M. Large plastic deformation of a circular sheet caused by punch stretchingJ.J. Appl. Mech, ASME, 1970, 37: 431-440.8 吴建军，周维贤.板料成形性基本理论M.西安：西北工业大学出版社，2010.9 ZHOU D, WAGONER R H. Development and application of sheet-forming simulationJ. Journal of Materials Processing Technology, 1995(50)：1-16.10 GUPTA K K，MEEK J L. A brief history of beginning of the finite element methodJ.International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1996, 39.11 SHIMIZU T, SANO T. An application of a penalty method contact and frictionalgorithm to a 3-dimensional tool surface expressed by a B-spline patchJ.Mater.Process. Technol, 1995, 48: 207-213.12 HARTLEY P，PILLINGER I. Numerical simulation of the forging processJ.Comput.Methods Appl. Mech. Engrg, 2006, 195: 66766690.13 WEBB R D, HARDT D E. A transfer function description of sheetmetal forming for process control J. Journal of Engineering for Industry. 1991, 133: 44-52.14 陶宏之，何丹农. 多次拉深成形有限元建模关键技术研究J.模具技术，1999, (5):102.15 郑家贤编著.冲压模具设计实用手册M.北京：机械工业出版社，2007.16 张秉璋，板料冲压模具设计，西北工业大学出版社，1997，西安.致谢 本论文是在朱月亭老师的细心指导下完成的。在论文完成期间，朱月亭老师一直对我寄予厚望，希望我能做出一篇优秀的毕业设计。她不仅向我讲述专业方面的知识，更注重启发我的思维方式和工作方法，培养我的科研能力，从她那里学到的知识和方法将使我终生受益。朱月亭老师认真细心精益求精的科研精神以及严谨的治学态度和渊博的学识给我留下了深刻的印象，这些将激励学生在今后的工作和生活中坚持细心认真踏实的人生态度。在这里谨向朱月亭老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！ 最后，作者向在本科期间所有曾给予过我关心与帮助的老师和同学们表示真心的感谢！感谢诸位老师、教授在百忙之中抽出时间阅读本文！