冲压模具设计-带凸缘圆筒件

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。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 制件成形情况1总结1参考文献1附表1一制件工艺分析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、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0.2mm，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。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