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沖壓模具設計帶凸緣圓筒件.docx

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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。 結合所學到的理論知識和自身掌

2、握的情況,特以帶凸緣的圓筒件來設計冷沖壓模具。此制件結構簡單,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,一是模具的結構設計,一是制件的成形分析。 I 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

3、 1 二拉深模結構設計 1 2.1 拉深凸凹模結構 1 2.2 模具總體結構的設計 1 三 Dynaform軟件仿真分析 1 3.1網格劃分 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 1 參考文獻 1 附表 1 拉深模設計 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體,壁厚為2mm,整個結構尺寸較小,適合沖壓成型。底部外直徑為42mm,筒深大約為60mm,材料為0

4、8鋼,拉深性能較好,適合于拉伸成型。 1.2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

5、試的方法,確定各次的拉深系數(shù),最終確定出=***,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

6、用的凸凹模半徑適當?shù)臏p少至最后依次拉深所需的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

7、徑為=1.67,由附表4.19,可知拉深力為=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

8、拉深件的彈復,其尺寸只能在最后一次的工序中加以考慮。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

9、。 圖2 拉深凸模通氣孔 表3 拉深凸模通氣孔尺寸 二拉深模結構設計 2.1拉深凸凹模結構 對于兩次以上的拉深,選取的凸凹模形式如圖3。 圖3 模具結構形式 2.2 模具總體結構的設計 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

10、剖裝配圖 圖5 裝配簡圖 三Dynaform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網格劃分 將制件iges格式導入到軟件后,劃分網格后如圖所示。網格質量較好,可以接受。 圖7 網格劃分 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

11、期的設計基本滿足要求。 圖8 輪廓線長度計算 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(結構設計沒有采用,但是模具預留了壓邊圈),以較少起皺的情況。

12、 圖10 主應力分布 3.5 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 通過此次拉伸模設計,對鈑金類拉伸件的參數(shù)確定、模具結構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,一是模具結構的設計,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

13、尺寸以及其公差等等。在設計過程中,參考了一些設計手冊,通過手冊中的預選參數(shù),結合制件情況,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果好壞,其中網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,

14、及時批評指出,我一定會努力改正! 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 21

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