托板模具设计及拉深件数值模拟.doc

XXXX 本科毕业论文 设计 1 托板模具设计及拉深件数值模拟 XXX XX 大学 XXXX 学院 XX XXXXXX 摘要摘要 随着中国制造业的飞速发展 特别是汽车行业的发展 导致了模具产业的进步 在这个 过程中 模具扮演了很重要的角色 很多产品的生产都离不开模具 所以模具的质量和精度决 定了产品的质量和精度 由于制造业中计算机技术的广泛运用 比方说 CAD CAM CAE 在本次 毕业设计中 充分运用了 PRO E 的自顶向下设计 TOP DOWN DESIG 的功能对托板模具结 构进行了设计 更值得一提的是 用 DYNAORM 分析软件 这个软件用来预测成形过程中出现 的破裂 起皱 变薄的现象 对带有凸缘的拉深件进行数值模拟 从而缩短了产品开发周期和 降低了成本 关键词关键词 托板 自顶向下设计 DYNAFORM 数值模拟 The splint blanking die design and drawing part numerical simulation SHI Douze College of Engineering and Technology Southwest University Chongqing 400716 China Abstract With the rapid development of manufacturing in China especially the vehicle industry which lead to the great improvement of mould industry mould plays a great role in manufacturing industry This indicates that the manufacture of many products rely on the moulds so the quality and precision of moulds determine the quality of the products For the extensive application of computer technology in manufacturing such as CAD CAM CAE I fully use the way of TOP DOWN DESIGN in the interface of PRO E to design the structure of splint die in my graduation design What is more using the DYNAORM which can predict the cracking wrinkling and thinning effect to simulate the forming process of drawing part it can reduce the prototyping costs and cycle time for product development XXXX 本科毕业论文 设计 2 Keyword splint top down design Dynaform numerical simulation 文献综述 1 模具的基本常识 模具最早的起源应该归于传统铸造 在古时候 很多日常生活中用的容器 如 餐具 酒具 钟具 装饰品等都需要模具来制作的 因此 铸造法是最早发明的铸 件生产方法 在工业生产所使用的模具种类很多 个别领域还不断有创新的模具诞 生 根据模具产业公布的产值比重 模具的种类分为以下五类 1 塑料模 主要是注射模具 用于塑料件成型 将颗粒状塑料原料加热后 用注射机将熔融材料由喷嘴射入型腔成型 待成品冷却后再开模 然后将产品顶出 这类产品大概占 48 2 冲压模 利用塑性变形原理 将金属加工成型 主要用于汽车行业和五金 行业的制造 这类产品占 40 3 压铸模 压铸模具被用于熔融金属 如铝 锌 镁 铜等合金成型 其原 理是 将轻金属材料 由压铸设备加压并压入闭合的压铸模具内 待产品冷却之后 再开模 然后顶出成品 这与塑料模具的制造原理相似 两者只是在材料和后续加 工所使用的工具不同而也 4 锻模 锻造就是将金属成型加工 将金属坯料置于锻造模内 利用锻压或 锤击方式 使置于其中的坯料按设计的形状成型 5 其他模具 如玻璃模 抽线模 金属粉末成型模等 随着模具技术的逐步发展 模具的各部分零件越来越需要精密制造 CNC 电火 花 线切割 CNC 点位坐标镗 坐标模 连续轨迹坐标模 多轴联动加工中心以及 快速成形 RPM 的应用为模具工作零件的制造提供了可靠的保证 2 模具工业现状 20 世纪 80 年代之后 我国模具产业发生了巨大的变化 除了国有的模厂之外 其他所有制形式的模具厂家 包括集体企业 合资企业 私营企业等 都得到了快 速发展 其中 集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速 例如 XXXX 本科毕业论文 设计 3 浙江宁波和黄岩地区 从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家 成为我们 国内的 模具之乡 和最具有发展活力的地区之一 在广东 一些大集团公司和迅 速崛起的乡镇企业 为了提高其产品的市场竞争力 纷纷加入了对模具制造的投入 例如 科龙 美的 康佳等知名集团都再此建立了模具中心 目前 在国内已能生产精度达 2 m 的精密多位级进模 工位数最多已到达 160 个 寿命 1 2 亿次 在大型塑料模具方面 已能生产 48 英寸电视的塑料壳模具 6 5 千克大容量洗衣机的塑料模具 以及汽车保险杆 整体仪表盘等模具 在大型精密 模具方面 已能生产自动扶梯整体踏板压铸模 以及汽车后桥齿轮箱压铸模 铝合 金和塑料门窗异形材挤出模等 也都达到较高水平 并可替代进口模具 在我国 人们越来越认识到模具在制造也中的重要基础地位 体会到模具技术 水准的高低成为衡量一个国家制造业水平的重要标志 并在很大程度上决定着产品 质量 效益和新产品的开发能力 因此许多模具企业开始重视技术发展 加大用于 技术进步的投资力度 将技术进步视为企业发展的重要动力 此外 许多研究结构 和大专院校开展模具技术的研究和开发 目前 从事模具技术研究的机构和院校已 达 30 余家 从事模具技术教育的培训院校已超过 50 多家 其中 获国家重点资助 建设的有华中理工大学模具技术研究国家重点实验室 上海交通大学 CAD 国家工程 研究中心 北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国 家工程研究中心等 经过多年的制模技术 新型模具材料等方面取得了显著的进步 而在提高模具质量和缩短模具寿命的方面也作出了贡献 2 1 冲模技术 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得了很大进步 东风 汽车公司模具厂 一汽模具中心等模具厂家 已能生产部分轿车覆盖件模具 设计 制造方法和技术手段方面不断改善 在轿车模具国产化方面迈出了可喜的步伐 多 位级进模和多功能模具是我国重点发展的精密模具品种 目前 可制造具有自动冲 切 叠压 铆和技术 分组 转子铁心扭斜和安全保护的功能的铁心精密自动迭片 多功能模具 生产的电机定转子双回转迭片硬质合金级进模的步距精度可达 20 m 寿命到达一亿次以上 其他的多任务位级进模 例如用于集成电路引线框架 的 20 30 工位的级进模 用于电子枪零件的硬质合金级进模和空调器散热片的级进 模 也达到较高的水平 2 2 塑料模具技术 XXXX 本科毕业论文 设计 4 今年来 塑料模具发展很快 在国内模具工业产值中塑料模具所占的比例不断 扩大 电视机 空调 洗衣机等家用电器所需的塑料模具 基本可立足于国内生产 重量达 10 20 吨的汽车保险杆和仪表盘等塑料模具和多达 600 腔的塑料模具也可以 生产 在精度方面 塑料尺寸精度可达 IT6 7 级 型面的粗糙度达到 Ra 0 05 0 025 m 塑料模具使用寿命达 100 万次 2 3 CAD CAE CAM 技术 目前 国内模具企业中已有相当多的厂家普及了计算机绘图 并陆续引进高档 CAD CAE CAM 软件 如 UG PROE I DEAS 等著名软件 这在我国模具工业应 用中也相当广泛 一些厂家还引进了 Mudflow c flow DYNAFORM 等 CAE 软件 并成功应用于塑料模 冲压模和压铸模的设计中 进年来 我国自主开发的 CAD CAE CAM 系统有很大的发展 如华中理工大学模 具技术国家重点实验室开发的注射模 汽车覆盖件模具和级进模 CAD CAE CAM 软件 上海交通大学模具 CAD 国家工程研究开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和 精冲模 CAD 软件 北航华正软件工程研究所开发的 CAXA 软件 吉林汽车覆盖件成型 技术所独立研制的商品化覆盖件分析 KMAX 软件等 在我国模具产业中也拥有不少客 户 2 4 快速成型 快速制模技术 在我国快速成型 快速制模技术已得到重视和发展 许多研究机构致力于这方面 的研究开发 并不断取得新成果 清华大学 华中理工大学 西安交通大学和隆源 自动成型系统公司等单位都自主研究开发了快速成型技术与设备 生产出分层物体 LOM 立体光固化 SLA 熔融沉积 FDM 和选择性烧结 SLS 等类型的快速成型 设备 这些设备在国内应用于新产品开发 精密铸造和快速制模等方面 快速制模 技术也在国内多家单位开展研究 目前研究较多的有电弧喷涂成型模具技术和等离 子喷涂制模技术 中 低熔点合金模和树脂冲压模制造技术已获得成功应用 硅橡 胶模也应用于新产品的开发 3 我国模具技术和产业走向 3 1 模具技术走向 1 愈来愈高的模具精度 10 年前 精密模具一般为 5 m 现在已达 2 3 m 不久 1 m 精度的模具即将上市 随着零件微型化及精度要求的提高 有些模 具的加工精度要求在 1 m 以内 这就要求发展超精加工 日趋大型化的模具这一方 XXXX 本科毕业论文 设计 5 面是由于用模具成形的零件日渐大型化 另一方面也是由于高生产率要求的一摸多 腔 现在有的已达一摸几百腔 所致 2 扩大应用热流道技术 由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产效率 和质量 并能大幅度节约制件的原材料 因此 热流道技术的应用在国外发展较快 许多塑料模具厂所生产的模具 50 以上采用的热流道技术 甚至 80 以上 效果十分 明显 热流道在国内也已用于生产 有些企业使用率达到 20 30 3 进一步发展多功能复合模具 一幅多功能模具除了冲压成形零件外 还担 负着叠压 攻丝 铆接和锁紧等组装任务 这种多功能复合生产出来的不再是单个 零件 二是成批组件 可大大缩短产品的生产及装配周期 对模具材料的性能要求 也越来越高 4 日益增多高档次模具 一是用于汽车 飞机 精密机械的纳米级 m 精 密加工 二是用于磁盘 磁鼓制造的亚微米级 0 01 m 精密加工 三是用于超精密 电子器件的毫微米级 0 001 m 精密加工 5 进一步增多气辅模具及高压注射成型模具 随着塑料成形工艺的不断改进 和发展 为了提高注塑质量 气辅模具及高压注射成型模具也随之发展 6 增大塑料模具比例 随着塑料原材料的性能不断提高 各行业的零件将以 塑代钢 以塑代木的进程进一步加快 使用塑料模具的比例日趋增大 7 增多挤压模及粉末锻模 由于汽车 车辆和电机等产品向轻量化发展 如 以铝代钢 非全密度成形 高分子材料 复合材料 工程陶瓷 超硬材料成形和加 工 新型材料的采用 不仅改变产品结构和性能而使是生产工艺发生了根本变革 相应地出现了液态 半固态 挤压模具及粉末锻模 对这些模具的制造精度要求是 高的 8 日渐广泛应用模具标准件 模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响 模具制造周期 且还能提高模具的质量和降低模具制造成本 大力发展快速制造模 具 目前是多品种小批量生产时代 一方面是产品使用周期缩短 另一方面品种更 新快 这就要求模具生产周期越短越好 因此快速成型模具将越来越引起人们的重 视和关注 3 2 模具产业的走向 巨大的市场需求推动了我们模具产业的发展 1999 年我国大陆制造工业对模具 的总市场需求量约为 330 亿 而后几年仍以每年 10 以上的速度增长 对于大型 XXXX 本科毕业论文 设计 6 精密 复杂 长寿命模具需求的增长将远超过每年 10 的增幅 汽车 摩托车行业 的模具需求将占国内模具市场的一半左右 1999 年 国内汽车年产量为 183 万辆 保有量为 1500 辆 汽车 摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长 特 别是汽车覆盖件模具 塑料模具和压铸模具的发展 例如 到 2007 年汽车行业将需 求各种塑料件 36 万吨 而目前的生产能力仅为 20 多万吨 因此发展空间十分广阔 另外 家用电器 如彩电 冰箱 洗衣机 空调等 在国内的市场也很大 目 前 我国彩电的年产量超过 3200 万台 电冰箱 洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台 家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大 其他发展较快的行业 如电子 通信和建筑材料等行业对模具的需求也将对我国模具工业和行业产生巨大 的推动作用 早在 1989 年 在国务院颁布的 关于当前产业政策要点的决定 中 就将模具列为机械工业技术改造序列的首位 1997 年以来 又相继将模具及其 加工技术和设备列入 当前国家重点鼓励发展的产业 产品和技术目录 和 鼓励 外商投资产业目录 经国务院批准 从 1997 年开始对部分模具企业实行了增值税 返还 70 的优惠政策 所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提供 有力支持 1 5 XXXX 本科毕业论文 设计 7 1 引言 本次的毕业设计主要是针对托板模具结构的设计及典型拉伸件的数值模拟分析 通过这次的设计 加深对模具结构认识特别是冲模结构 以及对各种公差的设计和 选用 各种零件之间的配合间隙将影响产品质量和性能 同时充分利用 PRO E 里比 较强大的自顶向下设计 top down design 功能 其次通过 dynaform 对直筒拉深件 的进行数值模拟 以便 CAD CAE 的数据得到充分交换 并且使我们了解了汽车覆盖 件的一系列设计分析过程和金属塑性成型原理 2 零件的工艺性分析 2 1 结构与尺寸 图 2 1 所示 该零件的结构比较简单 形状对称 悬臂宽度大于 1 5 倍的 0 33 0 30 厚度 臂长小于 5 倍臂宽 圆角半径大于 0 35 倍厚度 一系列参数均 0 63 0 155 6 0 0 04 2 适宜于冲裁加工 XXXX 本科毕业论文 设计 8 2 30 0 33 0 25 0 33 0 50 0 46 0 2 R2 0 0 14 R25 0 33 0 155 6 0 63 0 图 2 1 零件图 Fig 2 1 part 2 2 精度 尺寸公差在 0 04 0 63 范围之内 精度要求不是很高 无特殊要求 利用冲裁 方式可以到达图样的精度等级要求 5 2 3 材料 08 钢 具有良好的塑性 性价比划算 综上所述 该零件的工艺性较好 可以冲裁加工 3 确定冲裁工艺方案 该零件只有一道最基本的落料工序 生产类型属于大批量生产 冲件的精度不 高 为了尽量降低模具的成本 可以采用结构简单 制造容易的单工序落料模 4 确定模具总体方案 4 1 模具类型 根据冲裁工艺方案 采用单工序冲裁 4 2 操纵与定位方式 XXXX 本科毕业论文 设计 9 虽然零件的生产量大 但合理安排生产可用手工送料方式达到批量要求 并能 降低模具成本 故采用手工送料方式 为制造简单 操作方便 同时因为零件厚度 较薄 故毛坯定位方式宜采用圆柱头挡料销 4 3 卸料和出件方式 因为零件的厚度较薄 采用弹性卸料方式 冲件直接由凸模从凹模洞口推下的 出件方式 4 4 模架类型 由于冲件精度不高 且采用横向送料方式 故采用后侧导柱模架 5 工艺设计计算 5 1 排样设计与计算 零件具有对称性 采用直对排排样 排样如图 5 1 所示 搭边值均为 2 mm 图 5 1 排样图 Fig 5 1 layout of parts 单个制品的面积计算 因为零件成异性状 计算面积比较繁琐 所以可以借用 pro E 的测量工具直接测出其面积 S 4409 97 mm2 由此可知材料利用率 51 43 0 1 s s 100 6 15781 252 2 97 4409 97 4409 s1 单个零件的面积 s0 材料面积 5 1 5 2 计算力 冲裁力 冲裁力FO的大小取决于冲裁内外周界边的总长度 材料厚度 抗拉强 度 可按下面公式计算 XXXX 本科毕业论文 设计 10 FO KLt 1 3 2 30 25 50 0 25 53 46 23 0 6 250 83791 5 N K 取决于材料的屈强比 一般为取 1 3 5 2 L 冲裁内外周边的总长 t 零件的厚度 材料剪切强度 卸料力 将工件从凸模上卸下的力 可按下面公式计算 F1 K1FO 0 045 83791 5 3770 6N 5 3 由 冲模技术 的表 2 7 查得 K1 0 045 推件力 从凹模内将工件或废料顺冲裁方向推出的力 可按下面公式计算 由 冲模技术 的表 2 7 查得 K2 0 055 凹模刃口直壁高度 h 5mm 可知 n h t 5 0 6 8 33 F2 nk2FO N 5 5 83791 5 0 055 38404 4 0 6 4 总冲裁力 F FO F1 F2 83791 5 3770 6 38404 4 125966 5 N 5 5 5 3 压力机公称压力的确定及选择 冲压设备的选择 是冲压工艺及模具设计中的一项重要内容 它将直接关系到 冲压设备的安全和合理使用 也关系到冲压件的生产能否顺利进行和产品质量 模 具寿命 生产率 产品成本的一系列问题 冲压设备的选择选择设备类型和确定设 备规格两项内容 5 3 1 冲压设备类型的选择 因为零件形状简单 对称 生产批量属于大批量生产 精度要求不高 所以应 该选用开式压力机 1 公称压力 吨位 对于冲裁工序 压力公称的压力应大于冲裁时总压力的 1 1 1 3 倍 即 P 1 1 1 3 F 1 1 1 3 125966 5 138 6 163 6 KN 5 6 XXXX 本科毕业论文 设计 11 2 电动机功率 一般在保证了工艺力的情况下 电动机功率是足够 再说本次设计的是简单的 冲裁件 所以常规的电动机功率就可以满足要求 3 装模高度 9 压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时 滑块下表面到工作垫板上表面的 距离 模具的闭合高度是指工作行程终了时 模具上表面到下表面之间的距离 选 择压力机时 必须符合以下原则 模具闭合高度H应大于压力机的最小装模高度 Hmin 小于压力机的最大装模高度H 234 即 maxmin 510HHH 280 5 234 200 10 5 7 4 滑块行程 滑块行程是指滑块从上止点到下止点的距离 取S 160 综合以上的各种因素 压力机的型号 开式双柱可倾式压力机 J23 35 参考 冲压模具设计与制造 P37 3 5 4 求解压力中心 用解析法求解压力中心的坐标 如图 4 3 所示 y O 图 5 3 零件坐标图 Fig 5 3 part in X Y coordinate 在图中有四个圆弧 所以它们的压力中心在圆弧的重心处 即 XXXX 本科毕业论文 设计 12 XO R b l b 弧长在垂直方向的长度 l 弧长 R 半径 5 8 Y0 Xo tan 对于此零件来讲取 450 5 9 参考 冲压模具设计与制造 中 P110 因为零件在 x 方向上是对称的 所以 XS 155 2 77 8 mm 5 3 1 1 22 tan 53 l bR YY 10 5 16 125 0 50 2525 tan 109 l bR YY 11 12 1 12 1 i i i i i O l y l Y 25 5 12 6 105 5 12253023 6 912330 5 1225030 5 1123 23 25 6 91 23 5 1123030 53 YY 25 5 12 6 105 5 12253023 6 912330 5 1225 25 5 1250 6 105 25 5 12 109 YY 5 6 27 98 437 104 12095 12 5 5 计算凸凹模刃口尺寸和公差 由于材料较薄 模具间隙小 故凸 凹模采用配作加工方法为宜 这种加工法 的特点时模具间隙由配制保证 模具公差不受间隙限制 不必校核 模具制造公差 不必查表 直接由零件偏差求得 故应用较广 又因为零件是典型的落料模 应以 凹模尺寸作为基准 间隙取在凸模上靠减少其尺寸来获得 XXXX 本科毕业论文 设计 13 a 落料凹模刃口尺寸 按磨损情况计算 凹模磨损后增大的尺寸 按公式计算 5 d XBBd 0 13 根据查 冷冲压工艺和模具设计 中 P32 表 2 8 磨损系数取 X 0 75 和 0 5 083 0 0 33 0 01 8 29 33 0 75 0 30 4 1 d B 083 0 0 33 0 02 8 24 33 0 75 0 25 4 1 d B 158 0 0 63 0 03 3 155 63 0 5 0 6 155 4 1 d B 115 0 0 46 0 04 8 49 46 05 050 4 1 d B 凹模磨损后减小的尺寸 按公式 计算 5 0 0 XAAd 14 根据查 冷冲压工艺和模具设计 中 P32 表 2 8 磨损系数取 X 0 5 0 04 0 0 14 0 1 2 2 14 0 5 02 4 1 d A 0 083 0 0 33 0 2 2 25 33 0 5 025 4 1 d A 凹模磨损后不变的尺寸 按公式计算 5 dd CC 15 b 凸模刃口尺寸和公差 按公式计算 取间隙值为 0 048 后面有叙述 而 0 min p ZDD dP min Z p 4 为零件公差 5 16 因为是以凹模作为基准件 所以凸模刃口尺寸按实际尺寸配作 保证双向间隙值 0 048mm 04 0 0 04 0 01 15 2 048 0 2 2 p A 083 0 0 083 0 02 15 25 048 0 2 25 p A 0 187 0 0 187 0 1 75 29 048 0 8 29 p B 0 187 0 0 187 0 2 75 24 048 0 8 24 p B XXXX 本科毕业论文 设计 14 0 158 0 0 158 0 3 25 155 048 0 3 155 p B 0 115 0 0 115 0 4 75 49 048 0 8 49 p B 5 6 间隙对冲裁工作的影响 间隙值关系到冲裁时弯曲 拉深 挤压等附加变形的大小 因而对冲裁工序影 响大 主要有以下几个方面 1 间隙对模具寿命的影响 冲裁过程中 凸凹模刃口受到材料对它的作用力 其方向与材料受到的作用力相反 在这些力的作用下模具的失效形式一般有 磨损 崩刃 变形 胀裂 断裂等 间 隙主要对模具的磨损核胀裂有影响 模具受到制造误差核装配精度的限制 凸模不 可能绝对垂直与凹模平面 间隙也不会绝对分布均匀 过小的间隙会引起冲裁力 侧压力 摩擦力 卸料力 推件力增大 甚至使材料粘连刃口 这就加剧了刃口的 磨损 因此过小的间隙对模具寿命极为不利 间隙增大 可使冲裁力 卸料力等减 小 从而刃口磨损减小 但是间隙过大 零件毛刺增大 卸料力增大 反而使刃口 磨损增大 2 间隙对零件质量的影响 模具间隙是影响断面质量的主要因素 提高断面质量的关键在于推迟裂纹的产 生 以增大光亮带宽度 其主要途径就是减小间隙 影响尺寸精度的因素有 模具 的制造精度 材料性能 零件形状与尺寸以及凸 凹模间隙 其中影响的主要因素 是间隙 因此间隙是影响零件质量的主要因素 3 间隙对冲裁力的影响 间隙增大 材料所受的拉应力增大 材料容易断裂分离 冲裁力有一定程度的 降低 继续增大间隙值 会因从凸 凹模刃口处产生的裂纹不相重合的影响 冲裁 力下降变缓 但单向间隙介于料厚的 5 20 时 冲裁力的降低并不显著 不超过 5 10 间隙减小 材料所受拉应力减小 压应力增大 材料不易产生撕裂 使冲 裁力增大 在间隙合理的情况下 冲裁力最小 间隙对卸料力 推件力或顶件力的影响比较显著 间隙增大后 从凸模上卸料 或从凹模孔中推料都省力 一般单向间隙增大到料厚的 15 25 时 卸料力几乎为 零 但当间隙继续增加时 因毛刺增大等因素 会引起卸料力 推件力迅速增大 因此 合理的选择间隙值是最好重要的环节 参考 冷冲压工艺及模具设计 XXXX 本科毕业论文 设计 15 P25 表 2 2 最佳的间隙值为 0 048mm min Z 6 设计和选用模具零部件 装配图用 pro e 进行 TOP DOWN design 以 便试模之前发现结构上的干涉问题 6 1 设计凹模 凹模采用矩形板结构 并直接通过螺钉 销钉与下模座固定 6 1 1 凹模轮廓尺寸的确定 初步计算尺寸 凹模轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 L B H 分别为长 宽 厚度 从凹模刃口到凹模外边缘的最短距离称为 C 对与简单的对称形状刃口的凹 模 由于压力中心即为刃口对称中心 所以凹模的平面尺寸即可沿刃口型孔向四周 扩大的凹模壁厚来确定 即 L l 2C B b 2c 凹模厚度H 6 8 201 0 5 837911 0 33 F 1 由于下模座没有采用垫板 所以凹模的实际厚度尽量要比计算尺寸大一些 因为零件尽量采用标准件 所以根据 GB2858 81 取外形尺寸为 在28160250 模具设计大典里的冲模部分查到 6 1 2 凹模刃口的结构形式 凹模的型孔的形状一般由锥形和圆柱形两种 锥形凹模型孔的刃口锐利 因稍 有锥度 孔口内不宜积存工件或废料 孔口的磨损和胀裂力均小 刃口每次的修磨 量较小 使用寿命相对长 但刃口强度低 刃口尺寸随修磨而略有增大 而圆柱形 凹模型孔刃口强度高 制造容易 刃磨后型孔尺寸不变 但型孔内容易积存工件或 废料 由于零件形状简单 材料较薄 精度要求不高 属于典型的冲裁件 故采用 有锥形孔刃壁 斜度 30 参考 中的 P376 6 1 3 凹模结构的确定 凹模的结构形式较多 按外形可分为标准圆凹模和板状凹模 按结构分为整体式 和镶拼式 按刃口式又分为平刃和斜刃 由于零件结构简单宜采用板状 整体式 斜刃口凹模结构 固定方式采用螺钉和销钉定位 这样节省很多成本 同时影响模 XXXX 本科毕业论文 设计 16 具寿命不大 6 1 4 凹模刃口尺寸公差 见 5 5 6 1 5 材料 T10A 6 1 6 凹模加工工艺 备料 将毛坯锻成 255 165 35 热处理 退火 铣 在铣床上铣六面 磨 在平面磨床上磨上限尺寸 磨侧面作为下面工序的基准 钳工 划各型孔 销孔位置线 划落料孔轮廓线 钻 在钻床上钻四个螺孔及两个销孔 热处理 淬火 回火 使 HRC 到达 60 左右 磨 磨厚度及侧面 线切割 按图纸切割落料孔 成型磨削 磨锥形凹模型孔刃口 扩孔 落料孔按图纸要求扩 2mm 钳工 抛光各型孔和落料孔 检验 6 2 凸模固定板设计 凸模固定板起固定凸模的作用 它与凸模的配合间隙将会影响凸模运动的稳定 性 从而影响零件的制造精度 所以选择合理的间隙是很关键 由于考虑到磨损的 问题 在参考经验的基础上尽量采用基孔制配合 H7 m6 凸模的基本尺寸作为凸 模固定板的基本尺寸 参考互换性与测量技术基础 P16 尺寸公差计算 1 0 021 0 29 75 0 040 0 155 25 0 021 0 24 75 0 025 0 49 75 0 021 0 25 15 010 0 0 15 2 2 025 0 0 025 0 0 75 45 1675 29 040 0 0 040 0 0 25 171 1625 155 XXXX 本科毕业论文 设计 17 025 0 0 025 0 0 75 40 1675 24 030 0 0 030 0 0 75 65 1675 49 018 0 0 018 0 0 75 17 815 25 6 3 设计凸模 6 3 1 凸模轮廓尺寸的确定 凸模的外形尺寸主要是由零件本身确定 其尺寸公差在凹模尺寸的基础上减去 双向间隙值 这里主要要计算的是凸模的长度值 因为凸模为非圆形结构 所以不 好采用标准件 只能自行设计其结构 凸模的长度主要取决于弹簧自由长度 凸模 固定板厚度 弹性卸料板厚度 即 L L1 L2 L3 a 32 55 17 104 6 2 L1 为凸模固定板厚度 L2 为弹簧自由长度 L3 为卸料板厚度 a 附加长度 它包括凸模的修模量 凸模进入凹模的深度及凸 模固定板与卸料板的安全距离 以上这些值的计算过程在下面的章节中提到 6 3 2 凸模公差值计算 由于凸模固定板和凸模采用 H7 m6 配合 故公差值计算如下 参考 互换性与 测量技术基础 P23 和 P16 025 0 25 171 040 0 015 0 公差值为 016 0 75 40 025 0 009 0 公差值为 019 0 75 65 030 0 011 0 公差值为 011 0 75 17 081 0 070 0 公差值为 6 3 3 凸模强度计算 由于材料很薄 凸模长度也不算很长 所以凸模的强度可以不作计算 XXXX 本科毕业论文 设计 18 6 3 4 凸模的结构形式 主要分为由固定台阶式和无固定台阶式 其结构与凸模固定方式有关 综合各 因素 所以要采用由固定台阶式的凸模 其具体结构见附带的 CAD 图里 6 3 5 凸模的固定的形式 凸模在上模的正确固定方法是既要保证凸模工作可靠和良好的稳定性 还要使 凸模在更换或修理时拆装时方便 由于零件的长宽比系数小 导致了凸模的长宽比 系数也小 所以采用凸模固定板固定方式最佳 6 4 圆柱螺旋压缩弹簧设计 冲模上常用圆柱螺旋压缩弹簧 模具设计时只需安标准选用 一般选用原则是 在满足模具结构要求的前提下 保证所选的弹簧能够提供所需的压力和行程 6 4 1 初定弹簧个数 取N 4 则每个弹簧的预压力为 Fy F1 N 3770 6 4 842 6 N 6 3 6 4 2 初选弹簧规格 按 2 Fy估算弹簧的极限工作压力 Fj Fj 2 Fy 3770 6 2 1685 N 6 4 查 机械设计师手册 P546 P551 GB T 2089 1994 弹簧规格为 d D2h0 6 32 55 右旋 hj 55 6 4 3 计算所选弹簧的预压量为 hy hy Fy hj Fj 842 6 55 1685 27 5 6 5 6 4 4 较核所选弹簧是否合适 卸料板的工作行程 hx 1 8 取凸模刃磨量 hm 6 h 为弹簧工作时的总压缩量 h hy hx hm 27 5 1 8 6 34 7 0 st 0 2 PLANE STRAIN O C 线 板料只在一个方向中被伸展 应变 和应力为 为各向同性材料 Emaj Et 在厚度方向中 Emin 0 Smaj Smin 0 St 0 3 UNIXIAL TENSION O B 线 板料它在一个方向中伸长而在另 一个方向中收缩 对于各向同性材料 应变和应力为 Emaj 2 Emin 2 Et Smaj 0 Smin 0 St 0 4 PURE SHEAR O D 在一个方向伸展 在另一个方向中有一个相 等量的压缩应变与之平衡 应变和应力为 Emaj Emin et 0 Smaj 0 Smin 0 Smin 0 St 0 根据图 7 5 所示的成形极限图 附有播放文件 可以看出板料总体的变形区 红色代表破裂区 黄色代表危险区 绿色代表安全区等 基本上没有红色区域 由 此说明成形过程中基本上没有破裂现象 但明显可以看出 在凸缘平面区呈粉色 说 明这里明显发生起皱现象 并且在凸缘圆角区处于起皱趋势区 分析原因及防治措施 因为是首次拉深 没有出现破裂现象 这种情况符合理 论分析的 但是在凸缘平面区发生起皱现象 可能主要有三个原因 压边力过小 凸凹模间隙过大 材料塑性差 有效的防治措施 增大压料圈面积或者压料力 减 小拉深间隙值 更换材料 图 7 5 为成形极限图 Fig 7 5 FTD forming limit diagram 4 变薄图 Thickness 为了更深入的了解板料的变形情况 变薄图是很好 的选择 在厚薄图中我们可以通过不同颜色代表的数值定量看出板料不同区域变厚 变薄情况 如图 7 6 的厚薄图所示 蓝色区域为厚度最大区域 由蓝色区域到红色 区域厚度值逐步递减 并且能够定量看出厚度值的大小 由下图可以明显看出 底 部圆角区域出现了变薄显现 并且靠近圆角区域的筒壁也有少量的变薄现象 大概 XXXX 本科毕业论文 设计 27 可以估计其厚度值 底部圆角处为 0 86mm 左右 而在靠近圆角区的筒壁处大概为 0 948434 左右 分析原因及防治措施 底部圆角区由于受到的径向的拉应力和切向的拉应力的 共同作用 加之厚度方向受到凸模圆角的压力和弯曲作用 所以此处产生的变薄现 象比较明显 而靠近底部圆角区的筒壁的变薄主要是受底部圆角的变薄辐射 与之 对应的主要防治措施为 可以适当增大凸凹模圆角半径 降低拉深力 在实际当中 可以添加润滑剂的办法来消除这些现象 图 7 6 变薄图 Fig 7 6 Thickness 5 第一主应变图 Major strain 从第一主应变图中更能看到应变的大小 红色显示的区域为最大应变形区域 是变形最严重的区域 也是问题最容易出现的 区域 图 7 7 第一主应变所示 凸缘圆角区是红色区域 说明了这里是第一主应变 区域 成形过程中最容易出问题 所以是重点关注的地方 定量可以读出应变量 0 473959 6 其他图形和功能 Dynaform 的后处理除了以上几个功能之外 还有提供了 minor strain 最小主应变图 contour 等值线图 vector 矢量图 Circulars XXXX 本科毕业论文 设计 28 grid 圆形网格图 及 blank tool distance 毛坯工具距离 功能等 因为前面的几个 工程基本上能够反映变形情况 所以这儿不做说明 图 7 7 第一主应变图 Fig 7 7 first major strain 7 4 第二次拉深模拟分析 7 4 1 预处理 把第一次拉深成形件作为毛坯 并且把它导入 同时进行网格处理和网格检查 步骤与第一次拉深差不多 7 4 2 后处理 1 成形效果图 附带播放问文件 如图 7 8 所示 2 第二次拉深成形极限图 附带播放文件 如图 7 9 第二次拉深成形极限 图所示 红色代表破裂区 黄色代表危险区 绿色表安全区等 在筒底出出现了两 个特别小的破裂点 并且集中在网格密集点 这并不是拉深参数设置出现的问题 很大的可能是网格在这个太集中 造成此处应力集中 但实际当中这是可以避免的 所以没有必要重新调整拉深参数 要得到更好的数值模拟效果图的话 只要在网格 太集中的筒底进行网格处理 使网格得到优化 这样就可以避免出现图中的很小的 破裂点 另外在靠近凸缘的筒壁处出现了起皱现象 主要问题在于压料面不够大 XXXX 本科毕业论文 设计 29 通过增大压边圈的接触面积来提高压边力的大小 也可以进行重新模拟来得到更好 的模拟效果 图 7 8 第二次成形过程效果图 Fig 7 8 second drawing part forming process XXXX 本科毕业论文 设计 30 图 7 9 成形极限图 Fig 7 9 FTD forming limit diagram 3 变薄图 附带有播放文件 如图 7 10 所示为第二次拉深变薄图 靠近凸缘 的筒壁处的厚度值为 1 16mm 左右 处于稍微增厚现象 而在筒底区域