（机械设计及理论专业论文）基于展开尺寸计算的拉深工艺分析与模具设计研究.pdf

塑望叁兰塑! ! 兰竺兰羔一摘要拉深件展开尺寸是拉深可行性分析中计算拉深系数与拉深次数的前提条件现有冲压手册或教材对于复杂拉深件的展丌尺寸计算尚未论述。复毋拉深件的冲压生产中，模具设计者凭经验估计拉深ij 行r t ，设汁制造拉深模进行反复试压，根据试压件的形变状态，缺陷形貌，制定坯料腱jr 尺寸和形状，周期较长，因而生产成本高，经济效益不佳。本文提出了复杂拉深件展开尺寸的计算方法。计算方法之一为k 值法：作拉深件水平投影图，在该投影图面积方程中引入k 值，利用面积相等原理解方程，求得k 值，沿水平投影外沿加上k 值，即为毛坯| 冬j 的外廓形状。i 计算方法之二为拉深线法：沿拉深件水平投影图外廓，在任意点作该点切线的法线，在该法线上以该点拉深件的高度为量，在法线上取截点。将沿外廓所作法线上截点点点相连即成为拉深件毛坯的外廓形状。在这两种计算方法获得的展开尺寸和坯料形状的 础上，对椭圆件、斜截面圆筒形件、盒形件等等高非规则、不等高非规则拉深件的拉深工艺分析进行了系统的理论分析和研究，介绍了上述拉深件的拉深可行性分析程序和判断条件，通过计算复杂拉深件拉深系数和拉深次数，制造了试验拉深模具进行了系列的拉深试验，得出了与拉深工艺分析与计算结论较相吻合的拉深结果，同时制定了复杂拉深件冲压生产流程，避免了复杂拉深件拉深过程中的失稳起皱和开裂现象。】对基于复杂拉深件展开尺寸计算的模具设计也作了详细的论述，指出了现有复杂拉深件模具设计制造程序的不合理性，本文在复杂拉深件展开尺寸基础上自动生成冲裁中心、冲裁周长，运用材料力学中杼件强度及抗失稳条件，实现对冲压模具参数的自动计算，简化了冲压模具弹性元件、打料装置的设计过程，给出了冲压模具结构设计流程，使得模具材料核算，制造过程，冲压方式更趋合理，缩短了模具设计制造周期，降低了产品，产成本。利用上述两种计算方法得到的不同类型的拉深结果，应用于实际冲压生产，如汽车制动阀安装板，获得了较理想的装配要求。关键词展开尺寸尺寸计算工艺分析模具设计拉深实验。塑坚查：! = 丝l 兰丝堡兰一一a b s t r a c td r a w i n gp i e c eu n f o l ds i z ei so n eb a s i cc o n d i t i o nu n d e rt h ec a l c u l a t i o no nc o e f f i c i e n t ，n u m b e ro fd r a w i n g ，h a n d b o o k so rb o o k so fp r e s sa r en o tg i v e n ，p r a c t i c ep r e s sp r o d u c t i o n d i ed e s i g n e rd e s i g n sd r a w i n gd j eb ye x p e r i e n c ec a l c u l a t i o n ，a f t e rt e s t i n g ，a c c o r d i n gt od e f o r m a t i o n ，s t a t e ，d e f e c ts h a p eo ft e s t i n gb l a n k ，s h a p ea n du n f o l ds i z ei sr e v i s i n g ，f i n a l l y ，u n f o l ds i z ea n ds h a p eo fb l a n ka r ed e t e r m i n e d ，d e s i g n i n gp e r i o di sl o n g e r ，c o s to fd i ea n dw o r kp i e c ei st or a i s e e c o n o m i cb e n e f i ti st or e d u c e i nt h i sp a p e r ，c a l c u l a t i o nm e t h o do fc o m p l e xd r a w i n gp i e c eo uu n f o l ds i z ei sg i v e n f i r s tc a l c u l a t i o nm e t h o d ：d o i n gh o r i z o n t a lp r o j e c t i o nd r a w i n go nd r a w i n gp i e c e ，kv a l u ei si n t r o d u c e db ya r e ae q u a t i o no fp r o j e c t i o nd r a w i n g ，kv a l u ei so b t a i n e db ya r e ae q u a t i o n ，a l o n go u t l i n eo fp r o j e c t i o nd r a w i n gt oa d dkv a l u e ，t h a ti s ，o u t l i n es h a p eo fb l a n kd r a w i n g ，p r i n c i p l ea r e a - e q u a la n ds h a p es i m i l a ra r eu s e d s e c o n dc a l c u l a t i o nm e t h o d ：a l o n go u t l i n eo fd r a w i n gp i e c eh o r i z o n t a lp r o j e c t i o nd r a w i n g ，t od on o r m a ll i n eo fp e n e t r a t i o nl i n e f o r w a n t o n l y p o i n t o f t h i s p o i n t ，t oo b t a i nh i g ho f d r a w i n g p i e c e o f f t h i sp o i n tn o r m a l l i n e ，p o i n ta n dp o i n ti st of o r mo u t l i n es h a p eo fb l a n k b a s e do uc a l c u l a t i o nm e t h o do nu n f o l ds i z ea n dp i e c ef o r m ，t h e o r ya n a l y s i sa n dr e s e a r c ha r eg i v e no ne l l i p s e ，c i r c l et u b e ，b o xa se q u a l - h i g h ，i r r e g u l a r , u n e q u a l h i g h ，i r r e g u l a rp i e c e ，p r o c e s sa n dc o n d i t i o no np o s s i b i l i t yo fd r a w i n ga r ei n t r o d u c e d ，t h r o u g hc a l c u l a t i o nc o e f f i c i e n t ，n u m b e ro f d r a w i n g ，d r a w i n gt e s t i n gd i e sa r em a d e ，r e s u l t sa r eg i v e n ，i ti ss i m i l a rt oc a l c u l a t i o nm e t h o d ，i nt h es a m et i m e ，c o m p l e xd r a w i n gp r e s s w o r ki sp l a n e d ，t oa v o i dw r i n k l e ，c r i t i c a li nd r a w i n gp r o c e s s i nt h i sp a p e r ，d i ed e s i g n i n gi si n t r o d u c e db a s e do nc o m p l e xd r a w i n gu n f o l ds i z ec a l c u l a t i o n ，p r e s sc e n t e ri sa u t o m a t i cc a l c u l a t e d ，a p a r t m e n t so fp r e s st o o l sa r ec a l c u l a t e dt o ow i t hm a t e r i a lm e c h a n i c ，p r o d u c t i o np r o c e s sa n dp r e s sf o r ma r eb e t t e r ，p e r i o do fd i ed e s i g n i n gi st or e d u c e d ，a n dc o s to f p r o d u c ti sl o w e r a c c o r d i n gt oa b o v et w oc a l c u l a t i o nm e t h o d ，d i f f e r e n tt y p ed r a w i n gp i e c er e s u l t sa r eo b t a i n e d ，a u t o m o b i l ei n s t a l lp u l lv a l v ef o re x a m p l e ，i su s e db yt h i sc a l c u l a t i o nm e t h o d ，i ti sv e r yu s e f u lt op r a c t i c ep r e s sp r o d u c t i o n i d e a lw o r k p i e c ei so i la s s e m b l eo b t a i n e d k e y w o r du n f o l ds i z es i z ec a l c u l a t i o np r e s s w o r ka n a l y s i sp r e s s t o o l sd e s i g nt e s t i n gr e s e a r c h浙江大学硕士学位论文1 1 引言第一章绪论拉深件的拉深可行性分析，如拉深系数、拉深次数的计算，拉裂、起皱等拉深缺陷产生的可能性，主要取决于拉深件原始展开尺寸与形状。等高规则形状的拉深件( 如圆筒形件) 展开尺寸一般基子拉深前后面积相等原理、体积相等原理、重量相等原理进行计算。通过计算圆筒形件的坯料尺寸，并根据工件直径与坯料直径之比值，判断拉深可行性，修正拉深系数，制定冲压生产工艺流程及模具设计制造过程。复杂形状的回转体采用久里金法则等进行计算，而对于不等高非规则、等高非规则、不等高规则形状的拉深件展开尺寸的计算难以应用以上方法。对于此类拉深件展开尺寸计算与形状确定一般由冲压工艺人员或模具设计者的经验而定，通过拉深模一次或多次试压修正，确定毛坯尺寸。试压过程中，存在诸多不确定的因素，导致生产周期的延长，或者可能使拉深模具报废。用理论计算复杂拉深件展开尺寸，在冲压技术教材和冲压设计手册及有关文献中，尚无给出。f 6 j 【7 】由于拉深件展开尺寸涉及到冲压工艺过程，冲压件生产成本、周期、模具的设计制造等，因此，模具工业界一直在开展这方面的研究。在冲压生产中，除了圆筒形件尚可以用如面积法、重量法等计算拉深系数和拉深次数外，复杂的拉深件因无法用现有冲压手册或冲压教材给出的方法计算其展开尺寸与形状，事先不能详细地分析拉深件的冲压工艺分析，所以无法及时发现产品设计的结构工艺性，一俟拉深试验失败，很难探究其原因。如果在设计制造拉深模具前，能够根据拉深件的形状与尺寸，用一定的计算方法算出拉深件毛坯尺寸，并能够确定其形状，然后再计算拉深次数和拉深系数，分析拉深可行性，这样，就可以比较可靠地制定冲压工艺生产过程和进行模具设计制造。因此，开展拉深件展开尺寸的理论计算方法的研究是很有必要的，因为它涉及到冲压工艺过程的合理安排、冲压件成本、冲压模具设计制造周期的长短。为了解决这一系列的问题，本文在现有冲压手册或冲压技术教材的基础上，结合长期的冲压实浙江大学硕士学位论文践工作的经验，以比较典型的拉深件为例，提出了其展开尺寸的计算方法，希望这些计算方法对于同类的复杂形状拉深件的冲压工艺分析、冲压过程的合理安排以及冲压模具设计制造有一定的参考价值，并对冲压模具c a d c a m 的软件开发能有一定的帮助。1 2 拉深工艺的定义及分类拉深也称拉延，它是利用模具使平面毛料变成开口的空心零件的冲压工艺方法。拉深工作示意图如图l 一1 所示。拉深件按形状来分，有平底和非平底拉深件两类，平底拉深件的底部是不参与变形的，而非平底拉深件底部一般都参与变形。平底拉深件又分为等高、不等高、规则、非规则拉深件，本文仅讨论平底拉深件的展开尺寸计算方法。p 卢q jr吖译测i湖磨物图1 一l 拉深模示意图1 凸模2 压边圈3 工件4 凹模2浙江大学硕士学位论文披深件的分类如图1 2 所示。图1 2 拉深件的分类1 3 展开尺寸对冲压工艺流程的影响拉深工艺分析即分析零件拉深可行性，而拉深的可行性主要是计算拉深系数，如对于圆筒形件来说，拉深后零件的直径d 与毛料直径d o 之比称为拉深系数m 即拉深系数反应了拉深前后毛料直径的变化量，也就是说，拉深系数m反映了毛料外边缘在拉深时切向压缩变形的大小，因此，拉深系数是拉深时毛料变形程度的一种表示方法。计算的拉深系数大于材料本身的拉深系数，则要。3jl；一o塑坚盔兰夔主兰堡垒壅进行拉深系数的修正，否则，则会产生拉裂、起皱等拉深缺陷，满足不了使用要求。对于简单形状的拉深件，可以参考圆筒形拉深件拉深系数计算方法来计算，对于复杂形状的拉深件，一般用拉深模反复试验，在拉深过程中，存在的不确定因素有：( 1 ) 零件的拉深可靠性如何? 产品设计是否有误?( 2 ) 拉深件坯料尺寸与形状如何? 拉深材料的机械性能是否满足拉深要求?( 3 ) 拉深系数如何计算? 是否有拉深死角?对于复杂零件，由于事先确定落料尺寸较困难，一般通过试模定下毛料尺寸，所以有可能坯料尺寸难以获得，或者根本得不到合适的坯料尺寸，因为零件没有事先进行拉深系数的计算，拉深工艺性也不能进行分析，完全依靠经验，因此，是很不准确的，所设计的模具也存在着报废的可能。如果按照某种方法预先计算出拉深件的展开尺寸与形状就可以进行冲压工艺过程的合理安排，模具设计制造也完全可以按落料一一拉深件的冲压过程来进行，即按照落料模一拉深模这样的程序进行设计，或者落料模拉深模同时设计和制造，采用c a d c a m 的方法可使模具设计制造周期大大加快，至少可缩短模具设计制造周期的二分之一。假如，没有确定拉深件展开尺寸形状，则要根据经验法来确定展开尺寸，就必须要先设计制造拉深模，经反复试模，确定最合适的毛坯，再经过必要的修正，才能确定毛坯的尺寸，接着才能进行落料模设计，如冲裁力计算，弹簧的布置，冲裁功计算等等。事实上，如果不能确定拉深件展开尺寸，从冲压工艺分析开始，到模具的设计制造这么多的环节是不连续的。因此，计算拉深件毛坯尺寸并确定其形状是必要的。1 4 拉深件展开尺寸计算方法旋转体拉深件毛坯尺寸的计算；拉深件毛坯形状与尺寸确定得正确与否，不仅影响材料的合理使用，而且影响拉深的变形过程。确定毛坯形状与尺寸的依据：由于板料在拉深过程中，发生塑性变形。在变形过程中，4浙江大学硕士学位论文材料是以一定的规律转移的。所以：1 毛坯的形状应符合金属在变形时的流动规律。其形状一般与拉深件周边形状相似。毛坯的周边应该是光滑的曲线无急剧转折。所以，对于旋转体来说，毛坯的形状无疑是一块圆板，只要求出它的直径。2 拉深前后，拉深件与其毛坯的质量不变、体积不变，对于不变薄拉深，则其面积基本不变。对于旋转体来说，其毛坯直径d 的计算则可以用：重量法：g = 华t y = gtd=式中g 毛坯重量g 一拉深件重量y 一材料重量这对于已有拉深件样品时，使用十分方便。体积法v ；互生f ：v 4。= 厚“。俘式中v 一毛坯体积v 一拉深件体积体积法一般用于变薄拉深件。面积法f ：婴：f t4肚摆f 刘，厅5( 1 2 )( 1 3 )浙江大学硕士学位论文式中f 一毛坯面积f 一拉深件面积在生产中常用的还有图解法、解析法等。一般目前使用的大都基于面积法。但面积法对于复杂零件的展开尺寸计算是十分困难的。1 5 本文工作目前尚无统一的方法来计算等高非规则、不等高非规则这类拉深件的展开尺寸与形状，如果按照经验法确定个别复杂拉深件的展开尺寸与形状，但并不表示其它的复杂拉深件也可用同样的经验来确定其展开尺寸与形状，因为拉深件的形状千变万化，寻求出可以计算所有的复杂拉深件的展开尺寸与形状的方法实际上是十分困难的，也是不可能的，只能是解决某一类复杂拉深件展开尺寸与形状的确定的方法。根据这个设想，本文在面积相等原理和相似原理基础上提出了计算相似值k 的概念，来计算等高非规则拉深件展开尺寸与确定形状，相似值k 的概念是，根据相似原理，在等高非规则拉深件的水平投影上，沿其周边轮廓法线方向均匀增大一个值k ，得到个外轮廓形状，此形状即为拉深件原始坯料，根据拉深前后面积相等，计算出这个k 的数值，进而算出坯料尺寸。如椭圆拉深件可用此法计算。根据拉深件任意点处的拉深线旋转9 0 。在水平面上的投影即为该平面上该点处切线的法线，此法线与不变形区外轮廓必有一交点，从此交点沿法线向外截取线段长等于拉深线实际长度，则线段的该截点即为毛坯上一点，将多个此类点连接起来，即可确定毛坯近似形状。用此方法可以计算不等高非规则这类拉深件的展开尺寸与形状。如汽车制动阀安装板展开尺寸的计算。1 6 本文内容安捧以各种形状的拉深件展开尺寸计算为基点，分别论述其各自的计算方法和冲压工艺分析及对模具设计的影响。希望对冲压工艺安排编制和模具设计人员有一定的帮助。6浙江大学硕士学位论文第一章“绪论”是从整个拉深件展开尺寸计算与形状的确定的国内外研究现状来说明其在冲压工艺与模具设计中的作用。第二章“等高拉深件展开尺寸的计算”是第一章的延续，主要论述了等高规则拉深件( 如圆筒形件) 和等高非规则拉深件( 如椭圆形件) 二者展开尺寸的计算方法的区别，以强调同时采用面积相等和相似原理来计算等高非规则拉深件展开尺寸的必要性。第三章“不等高拉深件展开尺寸计算”针对不等高非规则盒形件从分析其拉深过程中应力应变变化分析入手，提出对这类拉深件用计算拉深线实长的方法来确定展开尺寸形状，同时也指出了在需要一定的条件下，如料厚，越厚抗失稳越好。在冲压生产中，大部分的零件都属于这一类。第四章“基于展开尺寸的拉深工艺分析”根据所述计算方法具体分析了展开尺寸对冲压工艺分析拉深系数计算，以及拉深次数的计算以便获得合理的冲压工艺过程。第五章“基于展开尺寸的模具设计”根据第四章所述内容，论述了在确定冲压工艺过程路线后，可利用展开尺寸，设计落料模、拉深模。本章着重论述了已知展开尺寸后，利用a u t o c a d 快速确定冲裁中心，进行弹簧、打料杆优化布置与设计。第六章“实验结果及总结与展望概括地总结了全文，并提出了在模具设计领域中的发展趋势，必须进一步研究的问题，以及进一步改进并完善复杂拉深件毛坯计算方法的途径。7浙江大学硕士学位论文第二章等高拉深件展开尺寸计算2 1 等高规则拉深件的定义及计算方法等高规则拉深件是指拉深件高度相等，水平投影为规则的几何形状，水平投影可用一个参数或者是相同类型的参数来表示的拉深件。如圆筒形件，毛坯参数只有一个直径，如圆台，其水平投影可用两个不相等的圆( 直径) 来表示等等。故用面积相等法可以很方便地得到其展开尺寸。( 1 ) 简单形状的旋转体拉深计算首先将拉深件划分成若干简单的几何形状，分别求出各部分的面积并相加，可求得拉深件的面积nf = 石+ 五+ 石+ + = 厂：f = f 。= 扩= 厨c ：刊式中各部分简单几何形状表面积计算公式可查阅有关冲压手册。【例2 1 】无凸缘的筒形件如图2 - - 1 所示，可将拉深件分成图2 - - 1 b 处中的三个部分f ：贝f = f l + f 2 + f 3各部分的计算由冲压手册查得：t i = n 世弘f 2 = j l 2 * r ( j id l + 4 r )f产且dlh分别将f 代入式( 2 一1 ) 即得：b- - - 。、。，、浙江大学硕士学位论文z ) =拦c 等+ 三删。仲，：加再五万鬲i 万若以：月= 3 1 4d ：= d 1 2 r , h = h r代入上式得：d = 历五万i 赢万( b )( c )图2 1 筒形件毛坯尺寸的确定9( 2 2 )( 2 3 )r塑垩盔兰塑主兰堡垒塞2 2 等高非规则拉深件的定义及计算方法等高非规则拉深件是指拉深件高度相等，其水平投影虽为规则的几何形状，但是其水平投影不可用一个参数或者是相同类型的参数来表示的拉深件。如椭圆形件，有椭圆长轴和短轴两个参数，采用拉深前后面积相等原理进行计算难以求得其展开尺寸并确定其形状。但是，可以设想将形状和尺寸分别对待，引入相似原理即：毛坯的形状一般与工件截面相似的原理。利用相似原理定其“形”而利用面积相等原理定其“量”，二者相辅相成，对等高采用相似原理和面积相等原理，对椭圆拉深件展开尺寸进行计算非规则拉深件毛坯设计是合适且是可行的。具体的计算如下：将椭圆拉深件在水平投影上沿周放大一个数值k ( 图2 2 ) ，可得椭圆毛坯面积：图2 - - 2 椭圆拉深件浙江大学硕士学位论文s 叫争( 争叫等州( 争圳( 2 4 )而椭圆拉深件的面积可视作三部分：直壁部分面积s 。：s 。；( h - r - t ，石c s c 警一圭+ 鲁一言，一；j i i 两，( 2 - - 5 )底部椭圆( 不包括r 圆弧区) s ：s ：= 文詈一，一， ( 鲁一，一，椭圆沿周r 圆弧区s 3 ：( 如图2 3 所示)图2 3 椭圆底部面积( 2 6 )浙江大学硕士学位论文s ：胁烨m 刎一4 ( 2 + r ) - ( 一r + t - x ) 21 惮一f 一，+v 、2令s = s l 十s 2 + s 32故有s = s且为砸积相等即：厅( 警+ 七 ( 鲁+ 七) = s 。+ 是+ 墨( 2 8 )用此式可解出k 的数值，即可计算出椭圆的展开尺寸与图形。椭圆形拉深件毛坯及其试件，请参阅p 2 7 - - 2 8 。图2 4 、2 5 是空气滤清器支架生产产品计算实例。该产品材料为0 8 a l ，厚度为3 r a m ，在直线段2 4 r a m 处和圆弧r 3 0 m m ，r 1 3 0 m m 处需要翻边，且高度为3 0 m m ，该零件的变开区为翻边直边和底部r 5 ( 沿周) 区域，根据相似原理，在翻边水平外轮廓上加上k 值，由面积相等原理，h 线和g 线区域内的面积为翻边变形区，应当等于该零件的变开区为翻边直边和底部r 5 m m ( 沿周)区域面积，因面积相等，可求得k 值为2 4 2 m m ( 计算过程略) ，图2 5 是生产中正在使用的零件展开尺寸图。2 3 本章小结本章给出了等高规则与非规则拉深件的定义与计算方法，对于圆筒形件用面积相等原理可求得其毛坯形状与尺寸，而对于椭圆形件，同时用面积相等原理和相似原理，可求出其展开尺寸与形状。a 向o一塑婆盔堂堡主兰焦笙苎图2 4 空气滤清器支架图2 5 空气滤清器支架展开尺寸1 3f9h浙江大学硕士学位论文第三章不等高拉深件展开尺寸计算3 1 不等高规则拉深件的定义及计算如图3 一l 所示，圆筒形件被一与水平面成一夹角的平面所截，此时，圆筒形件在水平面上的投影为圆，但在平面的法线方向上投影却为一椭圆，这种不等高的圆筒形件采用面积相等法求解毛坯形状与尺寸就变得十分困难了，如果采用工件形状为不变形区与拉深体组成这一方法，可以有效地解决这一问题。；，伊一l一一，f戮，而口剧。d图3 1 斜截面圆筒形件采用工件形状为不变形区与拉深体组成的方法如下，首先确定不变形区由图3 一l 可见，不变形区即为直径d = d - 2 t - 2 r 画的圆。图3 2 所示用双点划线表示不变形区的直径d 的圆。在图3 1 中沿工件直径方向作n 等份，在1 3 等份上任取一条拉深线l i ，见图3 3 。考虑到厚度因素，其位置在材料厚度之半处较为合适，其长度为a a + a a ”= a a ”。对应于工件直径d 上n 等份在不变形区圆上也作n 等份。将拉深线与不变形区圆周的交点与园心联接作射线o a ，并以o a + s a + a a = 0 8 长在射线o a 上截取得点i ，由此类推，可以求得i ，l ，1 3 ，i l l 诸点，再将诸点联接起来，即可求得到毛坯形状。工件外形上任意一点座标1 4塑望奎兰堡主兰垡堡奎一( ) 【i ，y ；) ，均可用通用公式表示。x i = 【( d 2 t - 2 r ) 2 + h t r + ( r 2 + t 4 ) n + ( s h ) i n c o s ( 1 8 0 i n )y i = 【( d 2 t - 2 r ) 2 + h - t - r + ( r 2 + t 4 ) + ( s - h ) i n s i n ( 18 0 i n )( 3 1 )式( 3 一1 ) 即是求解工件上任意点方程。式中) 【i ，y r 工件外形上任意点座标d 工件水平投影外径t 工件厚度r - - 一底部圆角半径s 一工件最大高度h 工件最小高度n 沿工件直径的方向上的等份数i 一任意等份处座标点可变系数i = o ，l 2 ，nal收“、ifo?一- 、一图3 - - 2 斜截面圆筒形件水平投影塑垩查兰堡主堂堡堡苎一一一、睡。l一图3 一3 斜截面圆筒形件立体图为得到该坐标点方程所联接的毛坯形状，编程如下：# i n c l u d e g r a p h i c sh ”# i n c l u d e ”m a t h h ”# i n c l u d e ”c o n i o h ，# ii n c l u d e ”s t d i o h ”# d e f i n ep i3 1 4 1 5 9 2 6# d e f i n e n1 0 0v o i d h e r ( ) f l o a th = 2 0 0r = 5 0 , d = 5 0 0 ，产i 0 ，s 2 5 0 o ；i n tp x - 一3 2 0 ，p y = 2 4 0 ，i j , k , p o i n t 4 * n ；f l o a tx 1 1 2 + n 】, y l t 2 + n l ；f i l e f p ；f p - - - f o p e n ( d a t a r , w ) ；f o r ( i = 0 ；i n ；i + + ) x l i 气d ，2 t - r + h + ( 2 + 什t ) p 鹏0 + ( s - h ) + i 0 q 1 ) ) + c o s ( p i + i 0 q - 1 ) ) ；y l i 气d 2 - t - 什h + ( 2 + 什t ) p i 4 ，0 + ( s - h ) i 0 q - 1 ) ) + s i n ( p i i 0 q - 1 ) ) ；x 1 2 * n - i 1 - - x l i j ；y 1 1 2 + n - i - 1 】= - y l i ；) ：1 6浙江大学硕士学位论文f o r ( i = 0 ；i 2 + n ；件+ ) p r i n t f ( ”( 7 3 f , 7 ，3 0 ，x l i ，y l 【i 】) ；i f ( i 5 22 0 ) p r i n t f ( i l ”) ；) ；f o r ( i = 0 j - = 0 ；i 2 + n ；i + + j + = 2 ) p o i n t j l - - x l i + p x ；f o r ( i = 0 j = 1 ；i 2 + n ；i + + j + = 2 ) p o i m j = y l i + p y ；f o r ( k = o ；k o ，。 0 ，。 o ，由于底板上相当于周边受均匀拉伸的圆板，故底板上画上网格( 也可用中3 的小圆) 在拉深前后基本没有什么变化，即径向辐射线在r = o a ”处拉深前后基本保持原长。筒壁区：磊段，有：塑垩查茎堡主兰堡垒苎盯，= o ，仃，= i 1 仃，g 口= o ，占， o所以竖直线a a 拉长。凸模圆角区：a a 圆弧段，有s ， o ， o ，仃， o ，知= 0 ，占f 0 ，在凸模圆角处圆弧a a 伸长。经过分析可知，因为有占，凸 0 ，6 f , l t o ，占旅0故有a = ( l + o a ”) a o差值对毛坯精度将产生一定的影响，精度要求较低的冲压件般不需要进行修正，即可直接与其它组件拼装；或是在随后的矫正工序中给以矫正，矫正后再进行装配。而精度要求较高的冲压件，除施以矫正外，还要进行机械加工，以获得其最后尺寸精度，从而保证装配质量。对精度要求较高的冲压件，采用电测法可以测得应力与变量，计算差值，从对毛坯的计算进行修正。盒形件的分析计算如图3 9 ，此盒形件可作为由无数条拉深线l = c c + o c ”和底部不变形区组成，或由拉深线l 绕底部不变形区一周而形成的，拉深线经过盒形件圆角1 - 处情况和圆筒形件类似，拉深线l 旋转9 0 。在x o y 平面上的投影直线在c 点的切线t t 的法线衄上，0 为盒形件转角圆弧圆心，法线n r l 必经过圆心o ；同样，拉深线c l 点的投影直线在与c i 的切线t t 的法线1 1 1 1 上。取o p ，= l ，o d p 2 = l ，此处因盒形件无高变化，故有l = o p lm o l p 2 ，且p i 点h 点为盒形件毛坯外形上的点，同理可求得多个此类点，经连接而成盒形件毛坯外形和尺寸( 图3 - - 9 ) f o ) 。综合筒形件和盒形件拉深变化分析可知，拉深件任意点处的拉深线旋转9 0 。在水平面上的投影即为该平面上该点处切线的法线，此法线与不变形区外轮廓必有一交点，从此交点沿法线向外截取线段长等于拉深线实际长度，此截点即为毛坯外形上一点，将此类截点点点相连即可确定毛坯近似尺寸与形状。浙江大学硕士学位论文图3 9 盒形件拉深件( a ) 盒形件拉深后拉深线( b ) 盒形件拉深线投影和毛坯3 2 2 不等高非规则拉深件展开尺寸的计算根据以上对圆筒形件，盒形件椭圆件及斜截面园筒形件的分析计算，并取得计算方法。这样就可以对不等高非规则拉深件进行计算了。现以汽车制动阀安装板这个零件为例，进行分析计算。该零件是运用相似原理及面积相等原理综合进行分析计算法而设计毛坯，先进行落料模设计再进行拉深模设计的不等高非规则零件的典型零件。该零件已批量投产，取得了较好的经济效益。由于该计算方法具有一定的新颖性创造性可以在试制过程中取得了省教育厅基金的资助，并获产品生产单位东风公司好评。如图3 一l o ，为汽车制动阀安装板零件图。该零件底部沿周边圆角半径r= 6 ( r a m ) ，拉深线上的弧长为2 p 4 ：5 5 ( m m ) ，式中p = r + x t = 2 5 + 0 2 8 * 3 5= 3 4 8 ( 咖) 。求解方法如下：塑望查堂堡主堂垡堡塞( 1 ) 以双点划线画出底部不变形区，即沿周圆角半径r = 6 ( m m ) 范围以内；( 2 ) 任取零件上轮廓边缘上的点如ii i ii i 并作这些点的切线t i t l 、t 1 t 1t n t 、t n t i i 和法线n i l l l 、n i n i、n 1 1 ，n r i l l ：( 3 ) 取p l p 2 = p ，p 4 = ( 3 0 6 ) + 5 5 = 2 9 ，5 ( 1 n r n ) 只p 6 2 p 7 p 8 鼍8 _ 6 ) + 5 5 = 7 5 ( m m ) ：( 4 ) 则p 2p ，p 8 p 3 即为零件的毛坯外形上的点，图3 - - 1 0 所示：( 5 ) 同理可求得其余各点：( 6 ) 连接各点后可得该零件的毛坯形状和尺寸，如图3 1 l 所示。 彤且、吨图3 1 0 汽车制动阀安装板毛坯求解轧h 塑堑查兰堡圭兰焦丝苎3 3 本章小结图3 1 1 汽车制动安装板毛坯本节提出了用计算拉深线实长并展开的计算方法，来计算不等高规则与非规则的拉深件展开尺寸并确立形状，进行了适当的理论分析，对于冲压工艺及模具设计具有一定的参考价值。这一部分内容在现有冲压技术教材和手册及有关文献资料尚未见过介绍或论述。其计算方法具有探索的意义。将进一步进行实验或结合冲压生产实际，考虑工件几何形状、材料冶金因素、车间工况以及动态应力状态诸因素的影响修正并完善计算方法对提高毛坯精度做进一步的研究。新江大学硕士学位论文第四章基于展开尺寸的拉深工艺分析4 1 圆筒、椭圆形拉深工艺分析圆筒形件的拉深工艺分析主要是计算拉深系数和拉深次数，根据拉深前后面积相等的原理计算出坯料直径，如工件直径与坯料直径的比值( 计算拉深系数) ，大于材料本身的拉深系数，则工件可以一次拉深，否则需要多次拉深，并且要分配各次的拉深系数及半成品件的直径，圆筒形件的拉深工艺分析可用如下程序框图表示：形参说明：d 一一拉深件直径t 一一拉深件厚度开始0输入圆筒件参数d ，l l i n , 1 1上计算直径d 0计算拉深系数m 10i 进行工艺分析硼d o m d v 。m l1 l输出：毛坯直径砜拉深次数n半成品直径d i图4 一l 圆筒形件拉深工艺分析程序框图浙江大学硕士学位论文r 一一拉深件底部内圆角半径h 一一一一一拉深件高度m 一一材料本身的拉深系数，与材料性质有关n - - 一一一一一拉深次数椭圆拉深件的展开尺寸计算是一个一元二次方程，椭圆件的拉深工艺分析比圆筒复杂，在拉深过程中，金属材料在椭圆长轴处的流动和盒形件直边的拉深过程类似，如不安装拉深肋，则材料拉深阻力较小，而短轴处的拉深情况与圆筒件相似，圆弧变化小，拉深阻力较大，二者在拉深过程中材料流动的速度不等，在短轴的顶端易生产堆积，在椭圆的长短轴之比不大时( 一般为2 5 ) ，而工件的长、短轴与椭圆坯料的长、短轴之比大于材料本身的拉深系数时，说明工件拉深的变形程度在材料拉深变形程度的许可范围之内，可以一次拉深，反之，则要修正拉深系数，椭圆件的拉深工艺分析可用如下程序框图求解：图4 - 2 椭圆件拉深工艺分析程序框图浙江大学硕士学位论文框图中形参说明如下：a 0 一椭圆长轴b n 一椭圆短轴a 一毛坯椭圆长轴b 一毛坯椭圆短轴r _ 椭圆底部沿周圆角半径h 一椭圆高度t 一椭圆板料厚度m 一椭圆板料的首次拉深系数k 一椭圆相似数值根据计算，在实验室进行拉深试验，并对试件进行分析。图4 3 ，图4 4均为椭圆拉深件参数为t = l m m ，h = 1 0 n u n ，a = 5 0 n u n ，b = 2 5 m m ，r = 5 m m ，用程序解得：a = 6 0 5 m m ，b = 3 6 5 n u n ，毛坯尺寸是用相似原理和面积相等原理计算出的，其材料分别为0 8 和1 c r l s n i 9 。图4 5 ，图4 6 均为椭圆拉深件，毛坯尺是用计算拉深线实长法算出的，a p a = a - 2 t 一2 r + 2 ( h t r ) + ( r + l n ) = 6 3 2 7 r a m ，b = b 一2 t 一2 r + 2 ( h t r ) + ( r + 1 2 ) = 3 8 2 7 m m ，材料和上述材料相同。图4 - - 7 是委托浙江大学贺田模具有限公司制造的椭圆拉深模具，试验压力机为6 3 吨四柱万能液压机。浙江大学硕士学位论文图4 4 椭圆拉深件( i c r l 8 n i 9 钢，k 值法)3 0塑坚奎兰婴主兰堡笙奎图4 6 椭圆拉深件( 1 c r l 8 n i 9 钢)3 1浙江大学硕士学位论文图4 7 拉深模具4 2 斜截面圆筒形件拉深工艺分析斜截面圆筒形件拉深工艺分析可参考椭圆的拉深工艺分析，但要求拉深件水平投影的直径与展开尺寸的水平投影的最大尺寸与及最小尺寸之比均小于拉深件均大于其材料本身的拉深系数，则可以进行拉深，反之，则不可以进行拉深。一般来说，斜截面圆筒形件拉深也比圆筒形件困难，所以都是要求一次拉深的。下面给出分析程序框图。图4 8 斜截面圆筒形件拉深工艺分析程序框图塑堡查兰堕圭兰垡堡苎一说明：m 一一材料本身的拉深系数d x 展开尺寸的x 轴最大尺寸d y 展开尺寸的y 轴最大尺寸图4 9 是斜截面圆筒形件展开的毛坯图。图4 - 9 斜截面园筒形件展开毛坯4 3 不等高非规则盒形件拉深工艺分析不等高非规则盒形件的展开尺寸计算一般用作图法，但十分繁琐。而且容易出错。可利用a u t o c a d 来进行求解，具体方法为用如下框图表示：浙江大学硕士学位论文设置类似于坐标网格的始状态士用交互输入图形参数生成三图形在水平图形投影的外轮廓为基准生成内外若干个偏移环1 li 确定包含沿周内圆角半径的环j 在垂直图上读取一定的高度在水平投影上在该点处沿法线方向截取其长度等于读取的高度将多个此类点连成多义线即为展开图形并同时得到展开尺寸打印输出展开图形和尺寸图4 一1 0 非规则盒形件展开尺寸求解方法非规则盒形牛的拉深工艺分析就是比较方便的，圆角部分的拉深工艺分析可参考圆筒件。整个拉深件的拉深工艺分析，是取拉深件的最小水平投影尺寸与拉浙江大学硕士学位论文深件展开的最大尺寸之比是否大于材料本身的拉深系数，如大于其拉深系数则可以拉深，反之，则不可以拉深。用图4 一l o 的程序框图的方法求出汽车安装板的展开尺寸并确定毛坯形状。该毛坯经拉深后，制成成品。经技术检验，产品的形状和尺寸均满足图纸技术要求。图4 - 1 1 为汽车制动阀安装板产品照片。4 4 本章小结图4 一1 1 汽车制动f 困安装板拉深件成品照片对于不等高规则非规则的拉深件的展开尺寸与形状的确定，可采用拉线深实长法计算之。但对于等高规则非规则的拉深件展开尺寸与形状的确定，则可用相似原理和面积相等原理来计算。在确定了展开尺寸后，就可以进行拉深工艺分析在本章所述的拉深件展开尺寸与形状确定后的拉深件，经拉深工艺分析，用实验的拉深模拉深，与设想的结果较为吻合，并且在冲压生产实际中也已得到了应用。浙江大学硕士学位论文第五章基于展开尺寸的模具设计5 1 展开尺寸及冲裁件冲裁中心的自动生成在用上述的方法计算出了拉深件展开尺寸与形状确定之后，就可以进行冲压工艺过程的合理安排。可以从下面几个方面考虑安排的合理性：( 1 )确定冲压工艺过程，落料模一拉深模一一后续模具工序的安排。( 2 )落料模成本计算，拉深模的成本计算，模具制造周期，所用加工设备。( 3 )冲压设备的选择，作业方式，冲压件产量、成本。( 4 )是否采用模具e t ，根据产量，是否采用a f实际上，从计算拉深件展开尺寸开始，一直到冲压件的生产作业的完成，可以是一个连续的过程。传统的模具设计与制造过程为：图5 1 模具设计制造过程传统的模具制造过程实际上是一个开放的系统，对于复杂形状的拉深件来讲，由于无法知道拉深件的展开尺寸，只能靠试模来确定，所以，这部分模具制造周期是不确定的，而且模具的制造精度也无法提高。同时，还要进一步考虑模具的管理、存放和运输。这里仅就落料模冲裁中心计算，特别是在a u t o c a d三维环境下的落料模冲裁中心计算问题进行讨论。浙江大学硕士学位论文1 冲裁力合力的作用点称为模具的压力中心。如果模具的压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏裁，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命，严重时甚至会损坏模具和设备，造成冲压事故。所以设计模具时，应使模具的压力中心与压力机滑块中心相重合。但实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲压件形状的特殊性，从模具结构考虑不宜于使压力中心在冲压过程中心与滑块中心重合，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机所允许的范围。2 冲模压力中心的计算可采用空间平行力系和合力作用线( 平面投影为作用点) 的求解方法，即根据“各分力对某轴力矩之和等于其合力对该轴之矩的力学原理求得。具体计算方法如下：( 1 ) 单凸模压力中心的计算首先，将与凸模对应的凹模刃口图形( 即凸模投影图) 置于x o y 坐标平面内，把组成图形的轮廓线划为分为若干线段l 。、l ：、l 。，分别计算其冲裁力p 。p 2 “这些力是垂直于图面方向的平行力系，即为分力，由各分力之和算出合力。然后算出( 或量出) 各线段的中心至轴和的距离，分别为x 。、x 2 、x 。和y 、y 2 y 。再将以上数据按上述求解原理列式计算，即可求出压力中以坐标( x , y ) ：e p ，z = 鼍- e p ，l - le p 乃多= p lt - i( 5 一1 )( 5 2 )浙江大学硕士学位论文事实上，冲裁力与线段长度( 冲裁长度) 成正比例关系，因此可以用线段长度1 ，、1 ：1 0 代替冲裁力p 。、t h p n 于是，压力中以坐标公式可用如下两式慨j ：土l，( 5 3 )厶l，砂fy = ，f表示：根据( 5 3 )和( 5 4 )式可以求出各种图形冲裁的压力中心，如 任意直线段，压力中心在线段中点。 圆弧线的压力中心( 图5 - - 2 )y = r 考斋( 5 - 5 )x图5 2 圆弧线的压力中心，影y霪浙江大学硕士学位论文式中y 一圆弧线的压力中心与圆心间的距离( m m )r 圆弧的半径( m m )n 圆弧的中心半角( o ) 扇形的压力中心( 图5 3 )一：!翌!ry2 = 2 “( 1 + ，r a 1 8 0 o )图5 3 扇形的压力中心式中y 扇形的压力中心与圆心间的距离( m m )rn扇形的圆弧半径( m m )扇形的中心半角( o )例如求图5 4 所示的单凸模的压力中心。解：由( 5 3 ) 式和( 5 4 ) 式解得该模具的压力中心为：二：! ! 苎1 2 兰：! ! 三! ! 竺： l l + 1 2 + + l ，+ r 露多= 号慧警浙江大学硕士学位论文( 2 ) 多凸模的压力中心计算设在平面内有个凸模的投影图形，各图形的轮廓总长分别为各图形的压力中心坐标用式( 5 3 ) 和式( 5 - - 4 ) 求得，则整副冲模的压力中心坐标为：一1 1h + l l x 2 + + l 。x m= _ _ 。一“l i + t 2 + + i m多=