盒形件变压边力ansys冲压毕业设计.doc

盒形件变压边力ansys冲压毕业设计第一章 绪 论在现代工业生产中，60%90%的工业产品需要使用模具加工，模具工业已成为工业发展的基础，而模具作为一种高附加值的技术密集型产品直接为高新技术产业化服务，又大量采用高新技术，因此模具已是高新技术产业的重要组成部分。而模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。1.1冲压模具市场情况模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备, 具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业近年来，我国模具工业有了长足的进步。2005年模具产值为610亿人民币，2006年约720亿，平均每年以20%25%的速度增长。模具的技术水平同样有显著提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，而这些优质模具大多数为塑料模和冲压模。现中国模具行业的生产能力约占世界总量的10%，仅次于日本、美国而位列世界第三！除了国有专业模具厂外, 广东的中外合资和外商独资模具企业现有几千家, 乡镇企业也快速崛起; 江苏昆山建成了模具工业群; 浙江黄岩被誉为“模具之乡”。中国模具的“珠江三角洲、长江三角洲和以成都/重庆为代表的西部模具”三足鼎立局面已经基本形成 。冷冲压技术概述：冷冲压是塑性加工的基本方法之一,它是利用安装在压力机上的模具,在室温下对板料施加压力使其变形和分离,从而获得具有一定形状、尺寸的零件的压力加工方法。因为它主要用于加工板料零件,所以也称板料冲压。我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了温长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字）各类冲压模具的生产能力。1.1.1冷冲压的特点：能冲压出其他加工工艺难以加工或无法加工的形状复杂的制件,例如,从仪表仪器小型零件到汽车覆盖件、纵梁等大型零件。冲压质量稳定,尺寸精度高。由于冲压加工是靠模具成形,模具制作精度高,使用寿命长,故冲压件质量稳定,制件互换性好。生产效率高。例如,汽车覆盖件这样的大型冲压件的生产效率,可达每分钟数件高速冲压小型制件,每分钟可达到上千件。材料利用率高。一般为75%85%,因此冲压加工能实现少废料,甚至无废料生产。在些情况下,边角余料也可充分利用。易于实现机械化与自动化生产。由于冲压加工所用毛坯多为条料或带料,又是冷态加工,大批量生产时易于实现机械化和自动化。冷冲压的缺点是模具制造周期长、制造成本高,故不适于单件小批量生产。冷冲压生产多采用机械压力机,由于滑块往复运动快,手工操作时,劳动强度大,易发生事故,故必须特别重视安全生产、安全管理以及采取必要的安全技术措施。1.1.2冷冲压的应用冲压加工的应用范围十分广泛,不仅可以加工金属板料,也可以加工非金属材料,在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表、玩具以及日常生活用品的生产方面,都占有十分重要的地位。另外,在国防工业生产中,如飞机、导弹、各种枪弹与炮弹的生产,冲压加工也占有很大的比例。随着汽车和家用电器等行业的飞速发展,在工业发达国家,对发展冷冲压生产给予了高度重视。据近年来的统计表明,美、日等国的模具工业年产量已经超过机床工业年产值的6%12%。冷冲压模具历史悠久、用途广泛、技术成熟,在各模具中所占比例最大。汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场,占整个模具市场的65% 以上。因此冲压工艺在我国现代化建设中有着非常广阔的发展景。1.1.3冲压工艺与模具制造技术加入WTO 后的中国,全球制造业以垂直整合的模式向亚太地区转移,我国正成为世界制造业的重要基地,中国已成为世界第一制造大国。随着我国国民经济的飞速发展,极大地刺激了机床及模具市场需求快速增长。面对新的国际经济环境,中国机床模具行业将融入世界竞争的新浪潮中。先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程,对模具行业也是如此。质量、成本(价格)和时间(工期)已成为现代工程设计和产品开发的核心因素,现代企业大都以高质量、低价格、短周期为宗旨来参与市场竞争。模具行业必须在设计技术、制造工艺和生产模式等方面加以调整以适应这种要求。模具制造现代化正成为国内外模具业发展的一种趋势。为了满足大批量生产的需要,冲压设备己由单工位的低速压力机发展到多工位的高速压力机;在高速压力机上采用多工位的级进模进行冲压加工,使冷冲压生产达到高度自动化:汽车覆盖件可采用自动送料、自动取件、自动传送的流水线生产。采用冲压新工艺。精密冲裁、液压成形、冲压一焊接复合工艺等特种冲压工艺应用,使冲压工艺的应用范围进一步扩大,冲压制件的质量和生产效率大大提高,从而使生产成本进一步降低。1.1.4中国冲压模具人才紧缺2007 年国内汽车模具业销售额出现较大幅度增长, 但身为某汽车模具企业总经理的王先生在高兴之余, 也不免为公司今后的发展表示担忧: “量上去了,但市场拓展越来越难。销售额增长了, 利润几乎没变。模具行业的竞争越来越激烈了。”与汽车零部件又有不同的是, 虽说单套汽车模具的附加值不算低, 但单一品种通常是小批量供货, 难以上大规模, 这样算来其利润大多都要被设备折旧、人员工资以及其他费用抵消。为了争夺市场, 一些恶性竞争的局面也屡屡出现。有企业人士解释道: “你的报价低, 我的报价就要更低。厂家这样做确实没有办法, 起码得保证员工吃饭啊! ”虽然近年来我国模具行业职工队伍发展迅速, 估计目前已达近百万人, 但由于模具企业数量的急剧膨胀、传统教育的力不从心以及模具技师的老龄化, 模具人才远远跟不上行业的发展需求, 主要表现在总量不足。据有关资料, 全国模具从业人员约缺口3050万人, 其中工程技术人员约占20%, 尤其紧缺的是优秀的调试工人和模具开发人员。模具人才出现严重断层, 人才的匮乏已经成为制约我国模具工业持续、快速、健康发展的瓶颈, 因此, 要加快我国模具工业与国际接轨, 必须大力培养模具人才, 建立中国自己的模具人才市场。此外, 在中国的模具人才市场中, 由于当前模具行业处于特殊的发展阶段, 很多模具企业之间乱挖人才的现象也比较普遍, 致使模具人才流动过于频繁, 一方面不利于模具企业和人才的发展, 另一方面也不利于模具经验和技术的积累。因此, 对中国的模具企业来说, 如何更好地管理人才, 如何留住人才, 如何为人才提供足够的平台和发展空间是摆在眼前的一个严峻的、迫切需要解决的课题, 否则, 人才紧缺问题将成为中国模具工业继续高速发展的一个重要障碍。一则来自广东省模具工业协会五届三次理事会议及政策座谈会的消息：日本汽车冲压模具厂商Nagara( 名古屋市) 计划扩大海外模具维护业务。将以中国广州和美国中西部为中心, 每半年一批轮流派遣技术人员。目的是改善日本部件厂商等在上述海外工厂缺乏模具技术人员的状况, 同时也将维护其他公司的模具。计划将目前占销售额近2 成的维护业务培育成新的业务支柱, 争取到2009 年销售额增至5 成。2008年1月, 以进入广州市、武汉市以及美国印地安那州的日本厂商为中心, 派遣十几名技术人员, 在客户企业的工厂, 对该公司供货的模具以及当地模具厂商的产品进行校正及精度检测等, 还将提供校正方法的有偿技术指导。目标是2010年将向海外派遣的技术人员增至目前的2倍, 达到约30人。另外, 还将向印度和巴西派遣技术人员, 目前时间尚未确定。从这则消息中我们可以看出中国在这方面模具人才的紧缺。为什么日本公司不相信我们中国的模具技术，我们真的值得深思！虽然我国冲模在过去的几年中已取得了较为显著的成就，但是就跟两匹马一样，一匹马在追另一匹马的同时，另一匹马也在前进。造成的结局就是：现在中国冲压模具在许多方面还是不如工业发达国家，和他们相比，我们的冲压模具水平还差很大一截！一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍需要进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍需要进口，一些低档次的简单冲模，已供过于求，市场竞争激烈！1.2冲压模具的发展重点与展望1.2.1冲压行业的主要问题及应对策略冲压生产机械化、自动化程度低。如代表当今国际水平的大型多工位压力机，美国680 条冲压线中有70%为多工位压力机，日本在美国35条生产线中69%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而我国汽车工业中多工位压力机的应用则较少。其他如精冲机价格昂贵，是普通压力机的510 倍，阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。冲压件生产集中度低。许多汽车集团大而全，导致冲压件生产规模小，集中度低，低水平重复建设，难以满足专业化分工生产要求。先进冲压工艺应用不多，技术研发投入少。国外汽车企业研发投入占年销售额的3%5%，我国重点企业却不足1%。大型、精密、复杂、长寿命的模具大部分依赖进口，模具设计、制造、模具材料都满足不了国内汽车发展的需要。模具标准化程度较低，约为40%45%，而国际上一般在70%左右，中小型已达80%。冲压板材自给率不足，品种规格不配套。汽车薄板只能满足60%左右，其余依赖进口，主要是高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板)1650mm以上）等。针对以上问题，有关专家指出，冲压行业应加速体制改革，走专业化道路，改变目前企业存在的“大而全”现象，这样才能把冲压零部件做大做强。同时，目前汽车车身覆盖件冲压向单机联线自动化、机器人冲压生产线特别是大型多工位压力机方向发展；板材成形设备向自动化、柔性化方向发展；冲压模具设计制造技术向信息化、高速化、高精度、标准化方向发展。这就要求我国的冲压企业，进一步跟踪行业先进技术，加快产、学、研联合步伐，加快科研成果转化为生产力的步伐，使我国冲压行业尽快进入既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环轨道。1.2.2冲压模具的重点发展方向（一）国际模具制造业的技术特点如下：（1）产品专业化车身模具企业向专业化发展，如德国大众公司模具厂、奥迪公司模具厂、SCHULLER公司，意大利COMAU公司，美国AUTODIE、SECKLY，日本丰田公司模具厂、荻原公司、富士公司韩国现代汽车模具中心等。有的专业制造整体侧围模具，有的专业生产四门模具，有的专门生产地板及结构件模具。模具向多工位自动化以及级进模方向发展。（2）制造数字化三维实体设计广泛应用于模具制造中，二维DL图转为三维DL图后可直接用于有限元分析和数控编程，百分之百采用CAE分析。模具设计采用3D参数化设计。实现了不等厚板成形模具设计将同模模具推向生产。模具数控加工技术包括实型铸造技术、精细化编程、高速加工技术、型面数控强化和修补技术。（二）冲压件的成形性和成形工艺的有限元分析目前，美国、德国的几大著名汽车公司已经将冲压零件成形性分析作为开发流程中的一个环节，日本公司则是选择性地进行成形性分析。美国三大汽车公司从1996年就规定新设计的车身冲压件模具，没有经过有限元分析，不准进行模具加工。国内目前有很多企业如一汽、二汽、宝钢等和高校、研究所在冲压成形领域应用CAE技术，并、解决了大量的工程问题。另外，像吉林大学、湖南大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等开发出具有自主知识产权的有限元分析软件，能预测开裂、起皱等缺陷，在一些技术方面有独到之处。但从操作界面的方便性和处理问题的具体细节以及软件运行的可靠性等方面与国外的商业软件相比尚有一定距离。总的来看，国内冲压过程CAE的应用还没有形成真正的规模。一汽技术中心在产品开发流程中开始应用冲压零件成形性分析技术，目前开发的轿车、载货车新产品中有相当一部分复杂冲压零件进行了成形性分析。根据分析结果对零件结构和尺寸进行了调整，提高了零件的成形工艺性。已经实现了拉深成形修边整形或二次拉深翻边整套工艺的连续模拟。逐渐由定性分析向定量分析转变。已具备薄板和厚板以及不等厚板成形有限元分析的能力。本次论文就是将我们的ANSYS分析软件与我们的板料拉深成形结合起来，已达到改善我们的成形工件的性能。(三) 随着乘用车产量的快速增长，大量产能过剩的汽车厂家竞争的结果是各种车型竞相降价，同时汽车轻量化、降能耗、高可靠性、高质量的呼声不断增高，这些对冲压技术提出了越来越高的要求。激光拼焊板、高强度钢板、烘烤硬化板、铝合金材料等相继应用于汽车的生产，CAD/CAE/CAM一体化技术在产品设计、模具设计和制造过程中发挥出越来越大的作用，内高压成形零件以及空气弹簧的应用面在不断扩大，有效地提高了整车的可靠性和舒适性。大量资料表明， 汽车质量每减轻1%， 燃油消耗下降0.6%1.0%。钢板约占轿车材料的75%，车身质量约占整车质量的25%30%，制造轻型或超轻型车身成为众多厂家追逐的目标。目前，我国急需发展汽车覆盖件模，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在供求矛盾突出，发展前景看好。汽车覆盖件模具中，发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。多功能、多工位级进模中，发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中，发展重点是厚板精冲模和大型精冲模，并不断提高其精度。模具技术的未来发展趋势主要是信息化、高速化、高精度化。从设计技术来说，发展点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率。特别是板材成形过程的计算机模拟分析技术。板材CAE软件则应向横向拓展、纵向深化和多维感知扩展。为了提高冲模的寿命，模具表面的各种超硬处理(如TD处理等)技术也是发展重点。当然，对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型; 模具制造及计算机辅助应用技术等形成全方面解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。（四）金属板材冲压设备是汽车工业的重大技术装备，它的技术水平影响和制约着汽车工业的发展。而汽车工业的发展也牵引着锻压技术及装备的发展，锻压技术及装备的发展和进步基本上都是围绕着汽车工业的生产特点而进行的。当今世界，大型冲压设备有两大发展趋势：一是侧重于柔性生产的高性能压力机生产线配以自动化上下料机械手，二是采用大型多工位压力机。其中前者具有占用资金少、通用性好、适用于多车型小批量生产的特点，满足了生产中高档轿车需要的高质量冲压件的要求。近十年来，国外著名压力机生产厂家在发展多工位压力机的同时，也都大力进行适于柔性生产的高性能单机联线压力机的研制生产，从而产生了高效率高性能的机电一体化全自动压力机。这些压力机大多采用了一系列先进技术，如具有全自动换模系统，具有功能完善的自动监控系统和良好的人机操作界面，具有高效率所必需的高行程次数，具有高质量生产所必需的高精度，等等。上世纪70年代以来，我国的锻压行业技术进步很快。以济南二机床集团有限公司为代表的国内锻压设备供应商，通过与国际知名公司合作等形式，先后向市场提供了多套冲压自动化生产线以及大型多工位机械压力机产品，并在全自动换模技术、装模高度调节技术、拉伸垫控制技术、现场总线技术等若干关键技术领域取得突破，保持了公司在国内锻压行业的技术领先地位。目前，国内关键冲压设备的技术水平与上世纪90年代相比有了长足进步，如具有大吨位、大行程、大台面，具有大吨位气垫、滑块气垫，具有机械手上下料系统，具有高速度、高精度，具有全自动换模技术，具有功能完善的触摸屏监控技术，等等。近几年，受汽车工业高速发展的推动，板材冲压成形设备也得到了快速发展。一些在该领域处于全球领先地位的厂商，更是加大技术研发投入，使冲压成形新技术、新装备不断涌现。冲压技术是近年来国外兴起的一种新技术，适用于产品迅速换型及一机多用的需要。自动化冲压技术是机械与电子技术的完美结合，其关键技术在于压力机的全自动换模系统，即在触摸屏上设置好模具号，则模具更换的全过程由压力机自动完成，整个换模过程在5min 以内。全自动换模系统的实现包括：气压自动调整系统。采用压力传感器检测、电磁阀控制、PLC编程控制等，实现平衡器和气垫的气压自动调整；装模高度、气垫行程自动调整系统。通过编码器检测位移量、触摸屏设定参数、PLC 编程等手段，实现自动定位调整精度达0.1mm，完全满足自动换模所需工艺要求；模具自动夹紧、放松系统。采用可移动式模具夹紧器，通过夹紧器个数和安装位置的不同，彻底解决了不同规格模具无法在同一台压力机上工作的难题；高速移动工作台自动开进开出系统。采用变频调速器驱动，使移动工作台运行曲线的柔性化满足了定位精度高、移动速度快的要求，速度达到,15m/min，定位精度达0.1mm。安全栅采用电机驱动，并与移动工作台开动连锁，实现了移动工作台的自动开进开出。自动化压力机技术还包括重载负荷液压润滑技术、功能完善的触摸屏技术以及高行程次数、高精度等等。目前，最先进、高效的冲压设备首推大型多工位压力机。但是，大型多工位压力机造价非常昂贵，连同模具费用动辄需要几亿甚至十几亿的投资，加之国内汽车厂商的生产规模还不够大，在这种情况下，采用多连杆技术和大吨位纯气气垫进行大型覆盖件拉深的技术方案，无疑更加适合中国的国情。多连杆压力机克服了传统机械压力机在上下模结合时冲击速度过高、滑块速度递减过快、公称力不能及时完全达到导致无法拉深较深的零件等缺陷，使采用了多连杆技术的机械压力机具有理想的运动曲线，更加适合于冲压生产。多连杆压力机的主要优点为：拉深成形过程中速度低且均匀，而空程运行时速度快，所以生产率高；拉深深度大。在允许的速度内，多连杆压力机拉深深度可达320mm，而一般曲柄压力机只有70mm 左右；以较小的偏心距实现大的滑块行程长度，更好地满足拉深工艺需要和自动化上下料的需要；有效减小了工作过程中对模具的冲击，提高了模具使用寿命，同时提高了零件的成形质量。气垫技术也是目前比较受关注的技术。其中数控气垫以其高效高精、可准确控制等而具有较大优势，但数控气垫造价昂贵，且使用和维护要求高，加之限于我国目前汽车工业的产量规模和车型批量，所以使用大吨位的纯气气垫就成了更加符合国情的选择。虽然纯气气垫没有数控气垫那样方便的调整控制性，但生产中可以通过修模来达到控制拉深成形的目的。因此，采用纯气气垫，同样可以拉深出质量非常好的覆盖件，而且经济适用。单机联线自动化冲压生产线是近年来国内外竞相发展的汽车覆盖件自动化冲压生产工艺技术之一，其发展势头可谓方兴未艾。与大型多工位压力机相比，单机联线自动化冲压生产线通用性好，占用资金少，完全可以满足中高档轿车所需要的高质量零件的要求，更加适合于我国目前汽车工业的规模批量状况。现在已经生产出1 000 t伺服电机压床。这种伺服电机控制的压床可以实现压床速度和工作行程的数字控制，已经受到多家著名汽车公司的重视，并进行了批量订货。这种压床的应用可以进一步减少零件的冲压工序，提高零件的精度，应用范围越来越大，结合氮气缸的应用，必然有非常广阔的发展空间。 第二章 盒形件的工艺分析盒形件为拉深件。拉深（又称拉延）是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一。拉深包括：圆筒形件的拉深、阶梯形件的拉深、曲面形件的拉深、盒形件的拉深等等。盒形件是非旋转体零件，与旋转体零件的拉深相比，其拉深变形要复杂些。盒形件的几何形状是由4个圆角部分和4条直边组成，拉深变形时，圆角部分相当于圆筒形件拉深，而直边部分相当于弯曲变形。但是，由于直边部分和圆角部分是连在一块的整体，因而在变形过程中相互牵制，圆角部分的变形与圆筒形件拉深不完全一样，直边变形也有别于简单弯曲。（一）矩形盒形件工件图： A=80B=50 H0=70r=6 rd=6（二）盒形件材料技术要求:材料：选用盒形件材料为1Cr18Ni8Ti，厚度t=1mm。低碳钢退火组织为珠光体和少量的铁素体其强度和硬度较低，塑性和韧性较好，因此此材料被广为用于拉深。但是其强度、硬度不高，用于制作强度要求不高的机械零件。低碳钢的力学性能：低碳钢为塑性材料.开始时遵守胡克定律沿直线上升，比例极限以后变形加快，但无明显屈服阶段。相反地，图形逐渐向上弯曲。这是因为在过了比例极限后，随着塑性变形的迅速增长，而试件的横截面积逐渐增大，因而承受的载荷也随之增大。材料1Cr18Ni8Ti的机械性能：抗拉强度b(MN/m2) 550MPa屈服强度s(MN/m2) 200MPa第三章 盒形件的工艺计算3.1盒形件拉深次数及方法的确定3.1.1检查相对厚度 t/Bx100=1/50x100=23.1.2检查相对高度 在模具设计中，通常采用一些建立在实践经验基础上的作图法来计算试模用的毛坯形状和尺寸，然后在试拉深中修正。由于盒形件拉深的变形比较复杂，一般不肯不可能直接拉深出口部齐平的零件，尤其是多次拉深。因此，对于口部要求不高的一次拉深成形的低盒形件，拉深后可以不切边；而对于口部要求高或需多次拉深的盒形件，一般都要进行切边，其修边余量见下表：表3-1 盒形件的修边余量总拉深次数1234修边余量h(0.030.05)H(0.040.06)H(0.050.08)H(0.060.1)HH=(1.051.08)H0，其中H0为工件高度。H=1.07H0 （3-1）=1.07x70mm=1.07x70mm=75mm相对高度H/B=75mm/50mm=1.5由下表：表3-2 盒形件多次拉深所能达到的最大相对高度H/B拉深次数毛坯相对厚度t/Dx1000.30.50.50.80.81.31.32.010.500.580.650.7520.700.801.01.231.201.301.62.042.02.22.63.553.03.44.05.064.04.55.06.0根据上表可以知道，该盒形件需要三次拉深。3.1.3拉深方法的确定高矩形盒形件拉深有两种拉深方法：（一）第一种拉深方法：其毛坯和中间工序是椭圆形，由半径分别为R 和R的四个圆弧相接而成，这种方法最后一次拉深材料变形不均匀性较大，容易局部起皱和破裂。因而适用于毛坯相对厚度较大，即t/BX1002,壁间距较小，即b10t的矩形件。（二）第二种拉深方法：其毛坯和中间工序过渡形状为长圆形，这种拉深方法的优点是给最后一次拉深创造了有利条件，拉深方法和工序件尺寸计算与方形件一样，都是从n-1次开始。t/BX100=1/50X100= 2则采用第一种拉深方法。3.2盒形件毛坯尺寸及工序件尺寸的确定3.2.1盒形件毛坯尺寸的确定毛坯直径D的确定：D=1.13 （3-2）D=1.13 =1.13x =147mm盒形件毛坯长度L的确定：盒形件可以看成由宽度为B的两个半正方形和中间宽度为B、长度为（L-B）的槽形所组成。一种是椭圆形毛坯，另一种是长圆形毛坯。此盒形件用的是第一种拉深方法，则中间工序是椭圆形，则椭圆形毛坯宽度尺寸按以下求的：L=D+（A-B） （3-3）=147mm+（80-50）=177mm盒形件毛坯宽度K的确定 K=D(B-2r)+B+2(H-0.43rd)(A-B)/(A-2r) （3-4）= 147x(50-2x6)+50+2(75-0.43x6)(80-50)/(80-2x6)=147x38+50+2x72.4x30=168mm盒形件毛坯半径R、R的确定R=0.5D=0.5x147mm=73.5mmR=0.25(L+K)- LR/(K-2 R) （3-5） =0.25(177+168)-177x73.5/(168-2x73.5) =89mm3.2.2盒形件工序件尺寸的确定（一）计算n-1次工序件尺寸拉深比例系数：X=（K-B）/(L-A) （3-6）=(168-50)/(177-80)=118/97=1.2 工序间距离的确定：b取决于r/B及拉深次数。由于r/B=6/50-0.12，拉深次数为三次拉深成形。查冲压工艺与模具设计郑展主编、机械工业出版社 图4-24得：b=8.7t=8.7x1mm=8.7mma= Xx b=1.2x8.7mm=10.44mmn-1次拉深尺寸： A=A+2 b （3-7）=80mm+2x8.7mm=97.4mmB=B+2a （3-8）=50mm+2x10.44mm=70.88mm n-1次拉深半径R=0.5B+ b （3-9）=0.5x50mm+8.7mm=33.7mm R=0.25(A+ B)- A R/( B-2 R) （3-10）=3627.68mm-3282.38mm/3.48=99mmn-1次拉深高度H=0.88H=0.88x75mm=66mm检查R与R的关系m= R/ R （3-11）=33.7mm/73.5mm=0.458m查冲压工艺与模具设计郑展主编、机械工业出版社表4-18得到m=0.58可见毛坯在与n-1次道工序之中需要增加引申工序。（二）计算n-2次工序尺寸 n-2次拉深尺寸 R= 0.5Dm=42.63mm a=(R- R) X （3-12）=(42.63mm-33,7mm)x1.2=10.7mm b= R- R （3-13）=42.63mm-33.7mm=8.93mm A=A+2（b+b） （3-14）=80mm+2(8.7mm+8.93mm)=115mmB=B+2(a+a) （3-15）=50+2(10.44mm+10.7mm)=92.3mmR=0.25(A+B)- A R/( B-2 R) （3-16） =(5436-4902.45)/7.04 =75.8mm n-2次拉深高度 H=0.86H=0.86x66mm=56.76 检查R与R的关系 m= R/ R=42.63mm/73.5mm=0.58可见在毛坯与n-2道工序中不必增加引申工序，用三次拉深工序可以获得所需要的零件。 最后一次拉深时角的间隙=b+0.41r-0.207B (3-17) =8.7mm+0.41x6mm-0.207x50 =0.81mm工序图如下：3.3盒形件拉深力的确定盒形件的拉深力计算公式：F=KLt （3-18）式中：K拉深系数，K=0.50.8L盒形件周长（mm）材料抗拉强度（MPa）F拉深力第一次拉深拉深力：F=KLt （3-19）=0.5X2X(115mm+92.3mm)X1mmX320 MPa =66336NF= KLt=0.5X2X(97.4mm+70.88mm)X1mmX320 MPa =53849.6NF= KLt=0.5X2X(80mm+50mm)X1mmX320 MPa =41600N3.4盒形件拉深压力机公称压力的确定根据最大的拉深力F=66336 N来确定。为了解决拉深过程中的起皱问题，生产中主要采用压料圈的方法。压料力应该适当，压料力太小则防皱效果不好，如果压料力过大则会增大传力区危险断面的拉应力，引起严重变薄甚至拉裂。压料力F=AP （3-20）F=（177-115）X10X(168-92.3)X10X2.7X10=12672.18N在采用弹性压料装置进行拉深时，压料力是同时产生的，所以计算拉深工艺总压力F时，应为拉深力加上压料力，即：F=F+ F （3-21）=66336 N+12672.18N=79008.18N式中:F工艺总压力；F拉深力；F压料力。 为了选用方便，可以按下式确定压力机的公称压力： 浅拉深 F(1.61.8) F 深拉深 F(1.82.0) F本题中第一次拉深高度为56.75mm则为深拉深，则F(1.82.0) F=2.0X79008.18N=158016.36N第四章 盒形件拉深模设计4.1凸、凹模工作部分的尺寸及公差我们制造模具尺寸为七级公差，则相应的尺寸公差为第一次拉深时尺寸：115的公差为=0.035；92.3的公差为=0.035；第二次拉深时尺寸：97.4的公差为=0.035；70.88的公差为=0.03；第三次拉深时尺寸：80的公差为=0.03；50的公差为=0,025. 查冲压工艺与模具设计表4-22有压料圈拉深时的单边间隙，根据我们此盒形件由三次拉深成形，则单边间隙如下：第一次拉深：Z=1.2t=1.2mm第二次拉深：Z=1.1t=1.1mm第三次拉深：Z=1t=1mm对于需要多次拉深成形的零件，由于最后一道拉深是成型的尺寸，因此只对最后一道拉深应按有关尺寸及公差考虑。由于制件为内形尺寸，则公式如下：第三次拉深凸模、凹模尺寸: 查冲压工艺与模具设计表4-23.当拉深件A为80mm，材料厚度为1mm时，查得公差： =0.04；=0.05; 当拉深件B为50mm，材料厚度为1mm时，查得公差： =0.03；=0.04.d=(d+0.4) （4-1）=（80+0.4X0.03）=80.012d=(d+0.4+2Z) （4-2）=82.012 式中d、d分别为凸模、凹模的基本尺寸。d=(d+0.4)=(50+0.4X0.025)=50.01d=(d+0.4+2Z)=52.41对于需要多次拉深成形的制件，工序件尺寸无需严格要求，所以中间各个工序的凸凹模尺寸可以按以下公式计算：第一次拉深凸模、凹模尺寸：查冲压工艺与模具设计表4-23，当拉深件为115，材料厚度为1mm时，查得公差： =0.04； =0.05;当拉深件为92.3mm时，材料厚度为1mm时，查得公差： =0.04； =0.05.d=d （4-3）=115d=(d+2Z) （4-4）=117.4d=92.3d=94.5第二次拉深凸模、凹模尺寸：查冲压工艺与模具设计表4-23，当拉深件为97.4，材料厚度为1mm时，查得公差： =0.04；=0.05. 当拉深件为70.88，材料厚度为1mm时，查得公差： =0.04；=0.05.d=d=97.4d=(d+2Z)=99.6d=70.88d=72.884.2盒型件拉深凸模和凹模圆角半径凸模和凹模圆角半径对拉深过程影响很大，尤其是凹模圆角半径，毛坯经过凹模圆角拉入凹模洞口，经过弯曲和重新拉直的变化，如果凹模圆角半径过小，势必引起拉应力的增大和模具圆角部分的磨损，影响模具的使用寿命，或者使制件壁部变薄甚至拉裂，也可能使拉深过程中凸缘起皱，所以应尽肯能避免采用过小的凹模圆角半径。凸模圆角半径过小，会降低拉深件传力区危险断面的强度，在危险断面处材料变薄甚至破裂，使拉深件圆角处弯曲痕迹较为明显。局部变薄和弯曲的痕迹在经过多次拉深工序后，必然留在制件的侧面，影响制件的表面质量。但是，凸凹模圆角半径也不能太大，否则，在开始拉深时，凸凹模之间的毛坯的悬空部分太大，容易起皱。尤其在拉深后期，毛坯过早地脱落压料圈也容易起皱。因此，必须根据实际的情况，确定适当的凸、凹模圆角半径。凹模圆角半径的选用原则是在不起皱的前提下愈大愈好。需要多次拉深时，首次拉深凸模和凹模圆角半径为最大，以后各次逐渐减小。 凹模圆角半径盒形件首次拉深凹模圆角半径可以按如下计算：R=(48)t=8t=8mm以后各次拉深凸模圆角半径逐渐减小，一般按照以下公式确定：R=（0.60.8）RR=0.8 R=6.4mmR=6mm与工件圆角半径尺寸相同 凸模圆角半径最后一次拉深凸模半径R即等于制件圆角半径R。如果制件圆角半径RFileChange Title,弹出Change Title对话框，输入lzyANALYSIS,在New log and error files 中选择Yes。单击OK按钮确认 3、过滤图形界面为了简化菜单和功能，应用Main MenuPreferences命令，在弹出的图形界面过滤对话框中选用Structure和LS-DYNA Explicit, 并单击OK按钮确认。如图5-1所示。图5-1 图形界面过滤对话框4、定义的单元类型 （1）单元类型的选择 图5-2 SHELL163单元几何图形 SHELL163薄壳单元是一个4节点显示结构薄壳单元，有弯曲和膜特征，可加平面和法向载荷。单元在每个节点上有12个自由度：在节点x、y和z方向的平动，加速度，速度和绕z轴的转动。该单元支持显示动力学分析所有非线性特征。同时这个单元，可以使用绝大部分材料模型，包括：Isotropic Elastic各向同性弹性；Orthotropic Elastic各向正交异性弹性；Bilinear Kinematic双线性随动强化；Plastic Kinematic塑性；Blatz-Ko Rubber；Bilinear Isotropic双线性各向同性；Temperature Dependent Bilinear Isotropic；Power Law Plasticity；Strain Rate Dependent Plasticity；Composite Damage；Piecewise Linear Plasticity；Modified Piecewise Linear Plasticity；Mooney-Rivlin Rubber；Barlat Anisotropic Plasticity；3-Parameter Barlat Plasticity；Transversely Anisotropic Elastic Plastic；Rate Sensitive Power Law Plasticity；Transversely Anisotropic FLD；Elastic Viscoplastic Thermal；Johnson-Cook Plasticity；Bamman。(2) SHELL163单元算法的选择SHELL163单元的算法很多，其通用的单元算法有：Hughes-Liu 单元(KEYOPT(1) = 1)公式基于退化的连续表述。 这种表述导致了大量计算的代价,但在预见的大变形中十分有效。这种表述能精确地根据配置识别翘曲而不能通过碎片修补检验。 这种表述使用和Belytschko-Tsay 相同的沙漏控制进行一点积分。Belytschko-Tsay 单元(默认)(KEYOPT(1) = 0 or 2)是最快速的显示动力学可单元。它基于Mindlin-Reissner假设,包括了横向剪切力。 它不能精确的处理翘曲因此不能在粗网格模型中使用. 使用沙漏控制可进行一点积分。沙漏参数有一个默认值。 当沙漏出现时,你应该增加这个参数值以避免沙漏。 它不能通过碎片修补检验。 BCIZ 三角壳单元公式(KEYOPT(1)= 3) 基于Kirchhoff 塔板理论并使用空间立体速度场。 在每个单元处使用三组积分点, 因此计算相对较慢。 仅当网格是由三组平行线构造的模型可通过碎片修补检验。 C0 三角壳单元公式(KEYOPT(1) = 4)基于Mindlin-Reissner 塔板理论并使用线速度场。在单元表述中使用一个积分点。这种表述相当呆板,因此不能用它来构成一个完整的网格, 仅用于网格间的过渡。 Belytschko-Tsay 膜单元公式(KEYOPT(1) = 5)与 Belytschko-Tsay公式相同仅不包括挠度。 S/R Hughes-Liu 单元公式 (KEYOPT(1) = 6)与Hughes-Liu单元相同, 不同的是用可选则的简化积分代替了使用沙漏控制的一点积分。 这通过一个3-4的因数增加了时间, 单避免了某种沙漏模式; 单仍能造成某种弯曲沙漏模式。 S/R corotational Hughes-Liu 单元公式 (KEYOPT(1) = 7)除了使用局部坐标系外与S/R Hughes-Liu单元相同。 Belytschko-Leviathan 壳公式(KEYOPT(1) = 8)与 Belytschko-Wong-Chiang相同具有一点积分但它使用物理沙漏控制,因此不需要用户输入沙漏控制参数。 全积分Belytschko-Tsay 膜单元公式(KEYOPT(1) = 9)除了使用2 x 2 积分代替了一点积分外与Belytschko-Tsay 膜单元相同。 这个公式在单元弯曲的情况仍然有效。 The Belytschko-Wong-Chiang公式(KEYOPT(1) = 10)除了在弯曲情况下无效外与Belytschko-Tsay单元相同。 多花费10%时间。 最快速的(corotational) Hughes-Liu公式 (KEYOPT(1) = 11)除了使用局部坐标系外与 Hughes-Liu 相同。 全积分 Belytschko-Tsay 壳单元公式 (KEYOPT(1) = 12)在壳面使用2 x 2积分且比KEYOPT(1) = 2少2.5倍时间。 在预防沙漏方面很有效。剪切锁通过对横向剪切假设而进行弥补。在12个壳单元公式中,仅KEYOPT(1) = 1, 2, 6, 7, 8, 9, 10, 11, and 12显式到隐式顺序求解有效。 对于金属成型分析, 为了合理的解释扭曲，设置KEYOPT(1) = 10 and 12。一般使用最快速的（corotational）Hughes-Liu单元算法或全积分的Belytschko-Tsay壳单元算法。本次设计不采用局部坐标系，且容易产生翘曲问题，故采用采用与Belytschko-Tsay壳单元算法相似的Belystchko-Wong-Chiang算法。 （3）积分规则的选择积分规则（常用于标准积分规则，即积分规则标志位标准积分），它包括：高斯规则