压紧弹簧座冲压模具设计及数值模拟

1、xx大学本科毕业论文（设计）压紧弹簧座冲压模具设计及数值模拟xxxxx大学xxxx学院，xx xxxxx摘要：本文讲述了压紧弹簧座冲压模具的设计过程，包括落料拉深复合模、二次拉深整形模、冲孔模及切边模。在本次设计中，充分运用了pro/e自顶向下设计技术对模具进行开发，即按照先确定工艺设计参数、用pro/e绘三维零件模型及装配图、反向修改零件参数、生成二维工程图的顺序逐步进行。最后为防止零件在拉深过程中可能会出现的起皱、破裂等现象，本设计用冲压模拟软件dynaform进行数值仿真模拟，从而提高了设计的正确性、缩短了产品开发周期和降低了成本。关键词：凸缘筒形件；工艺设计；数值模拟stamping

2、die design and numerical simulation of compacting spring bracketyang junpingcollege of engineering and technology, southwest university, chongqing 400716, chinaabstract: it introduces the structure and the technological process of the compress spring bracket in this paper, including the blanking- dr

3、awing compound die, the second drawing- plastic mold, piercing and the trimming die. in this paper, it is adequately using the pro/e top-down design technology to develop mold, firstly it defines the technical parameters, uses the pro/e to draw three-dimensional model parts and then modifies the par

4、ts parameters adversely and produces out the two-dimensional engineering drawings. finally, in order to avoid the problems of the crinkling and the rupture etc in this design, it uses the stamping simulation software dynaform to do the numerical simulation, in this way to improve the accuracy of des

5、ign, cut down the time of the products design and the cost. key words: flange tube; process design; numerical simulation文献综述模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”、在德国被称为“金属加工业中的帝王”。 我国模具工业发展十分迅速，19962002年间，模具产值年平均增速在14%左右6。冲压模具是应用最

6、广泛的模具品种之一，因此我们学习和研究冲压技术具有非常重要的意义。1 冲压的概念、特点及应用5冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具是在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。冲压加工具有以下特点：冲压生产率高和材料利用率高;生产的制件精度高、复杂程度高、一致性高;模具加工精度高、技术要求高、生产成本高。由于冷冲压加工具有上述突出的优点，因此在批量生产中得到

7、了广泛的应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高（约占产品成本的10%30%）的特点。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。2 冲压工序的分类冲压加工因制件的形状、尺寸和精度的不同，所采用的工序也不同。根据材料的变形特点可将冷冲压工序分为分离工序和成形工序。分离工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限b以后，使坯料发生断裂而产生分离。分离工序主要有落料和冲孔

8、等。成形工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限s，但未达到强度极限b，使坯料产生塑性变形，成为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、胀形等。3 冲模的分类 冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要特征分类：3.1 根据工艺性质分类    （1）冲裁模 沿封闭

9、或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。    （2）弯曲模 使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。    （3）拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。    （4）成形模 是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。3.2 根据工序组合程度分类  

10、60; （1）单工序模 在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。    （2）复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。    （3）级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。4 我国冲压技术现状及发展趋势目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国

11、模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大6。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（cad）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（cad/cam）技术转变。4.1 冲压成形理论及冲压工艺加强冷冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法，正确地确定冲压工艺参数和模具工作部分

12、的几何形状与尺寸，解决冷冲压变形中出现的各种实际问题，进一步提高冲压件的质量。研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺以及其它高效率、经济成形工艺等，进一步提高冷冲压技术水平。值得特别指出的是，随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，通过分析数值技术结果，帮助设计人员实现优化设计。4.2模具先进制造工艺及设备模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融

13、合，对其实施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的发展主要体现在如下方面： 1 高速铣削加工 普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有高效 、高精度 、高的表面质量 、可加工高硬材料等优点 。2 电火花铣削加工 电火花铣削加工（又称为电火花创成加工）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统用成型电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削加工一样，电火花铣削加工采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、昂贵的成型电极。日本三菱公司最近推出的edscan8e电火花创成加工机床，配置有电极

14、损耗自动补偿系统、cad/cam集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花创成加工机床的水平。3 慢走丝线切割技术 目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。最大切割速度已达300mm/min，加工精度可达到±1.5m，加工表面粗糙度ra0.10.2m。直径0.030.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30°以上锥度的精密加工。 4 磨削及抛光加工技术 磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低

15、等特点，在精密模具加工中广泛应用。目前，精密模具制造广泛使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹座标磨床及自动抛光机等先进设备和技术。 5 数控测量 产品结构的复杂，必然导致模具零件形状的复杂。传统的几何检测手段已无法适应模具的生产。现代模具制造已广泛使用三坐标数控测量机进行模具零件的几何量的测量，模具加工过程的检测手段也取得了很大进展。三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。模具先进制造技术的应用改变了传统制模技术模具质量依赖于人为因素，不易控制的状况，使得模具质量依赖

16、于物化因素，整体水平容易控制，模具再现能力强。4.3 模具新材料及热、表处理随着产品质量的提高，对模具质量和寿命要求越来越高。而提高模具质量和寿命最有效的办法就是开发和应用模具新材料及热、表处理新工艺,不断提高使用性能,改善加工性能。1 模具新材料 冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢d2（相当于我国cr12mov）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8crmo2v2si、日本大同特殊钢公司的dc53(

17、cr8mo2siv)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。 2 热处理、表处理新工艺 为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（cvd）、物理气相沉积（pvd）以及盐浴渗金属（td）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。4.4 模具cad/cam技术计算机技术、机械设计与制造技术的迅速发展和有机结

18、合，形成了计算机辅助设计与计算机辅助制造（cad/cam）这一新型技术。cad/cam是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具cad/cam能显著缩短模具设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量已成为人们的共识。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程（ce）的模具cad/cam技术正成为发展方向，它能实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，使设计、制造一体化。4.

19、5快速经济制模技术为了适应工业生产中多品种、小批量生产的需要，加快模具的制造速度，降低模具生产成本，开发和应用快速经济制模技术越来越受到人们的重视。目前，快速经济制模技术主要有低熔点合金制模技术、锌基合金制模技术、环氧树脂制模技术、喷涂成形制模技术、叠层钢板制模技术等。应用快速经济制模技术制造模具，能简化模具制造工艺、缩短制造周期（比普通钢模制造周期缩短70%90%）、降低模具生产成本（比普通钢模制造成本降低60%80%），在工业生产中取得了显著的经济效益。对提高新产品的开发速度，促进生产的发展有着非常重要的作用。4.6先进生产管理模式随着需求的个性化和制造的全球化、信息化，企业内部和外部环境

20、的变化，改变了模具业的传统生产观念和生产组织方式。现代系统管理技术在模具企业正得到逐步应用，主要表现在：应用集成化思想，强调系统集成，实现了资源共享；实现由金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变，由传统的顺序工作方式向并行工作方式的转变；实现以技术为中心向以人为中心的转变，强调协同和团队精神。先进生产管理模式的应用使得企业生产实现了低成本、高质量和快速度，提高了企业市场竞争能力。1 引言模具工业是现代加工制造业的一个重要组成部分，对今后国民经济和社会的发展将起到越来越重要的作用。国际生产技术协会预计在21世纪，机器零部件中60%的粗加工，80%的精加工要由模具来完成，采用模具生产零件

21、具有效率高、质量好、节能降耗、生产成本低等一系列优点。目前我国模具技术人员短缺，模具设计与制造技术人才已经成为“紧缺人才”。因此我们学习模具设计与制造具有十分重要的意义。毕业设计是我们大学学习的一个重要实践环节，是对大学所学知识的综合运用。通过毕业设计可以锻炼我们综合运用所学知识解决具体问题的能力，增强我们开拓创新的意识和提高我们的专业技术水平。本次毕业设计选择在中批量生产条件下，完成压紧弹簧座的冲压加工工艺设计及数值仿真模拟。2 零件分析2.1 零件的生产纲领弹簧座的生产纲领为5000件/年，生产类型为中批量生产，所以在制定工艺方案时应充分考虑大批量生产的特点，制定合适的冲压工序，选择合适的

22、冲压设备，设计合理的模具结构，以便提高生产效率，降低成本。2.2 零件的工艺性分析图加工零件图fig.1 machining parts该零件如图1所示为带凸缘圆筒形件，要求内形尺寸，料厚t=2mm，没有厚度不变的要求；零件的形状简单对称，底部圆角半径r=2=t，凸缘处圆角半径r=3mm=1.5t，故除底部的孔外零件满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求；尺寸、为it14级精度，为it15级精度，满足拉深工艺对精度等级的要求；孔为it12级精度，冲裁即可满足要求；零件所用材料08钢的拉深性能好，易于拉深成形；但圆角半径偏小，须在末次拉深时取较小的模具间隙并加以整形。综上所述，该零件的拉深工艺性较好

23、，主体部分用拉深工序加工，底部孔可用冲裁工序加工1。3 冲压工艺方案的分析与确定3.1毛坯直径d的计算由于零件厚度t=2>1mm,故应以零件厚度的中线为准进行毛坯直径的计算。本部分计算所用表格若未加以说明均选自冷冲压工艺及模具设计5。确定修边余量：根据凸缘相对直径，查表4-16，得。故修正后的凸缘直径应为。查手册，得制作板料直径d为故有：相对凸缘直径相对高度相对厚度总拉深系数3.2确定拉深工序的性质和数量由相对凸缘直径可知该零件为窄凸缘件，故可以先按无凸缘筒形件拉深及尺寸计算，而最后一道拉深工序可将凸缘拉出并将凸缘校平。该零件的拉深工序有两种类型。一种是传统的拉深方法，靠减小筒形直径，增

24、加高度来拉成零件；一种是探索性的拉深方法，即由于相对厚度较大，零件的高度在第一次拉深时就基本形成，在以后的整个拉深过程中基本保持不变3。3.2.1按传统的拉深方法确定拉深工序的性质和数量由表4-14，得凸缘圆筒形工件的第一次拉深系数为。，故该零件不能一次拉深成形。查表4-1，得无凸缘圆筒形工件的第一次拉深系数为。取，故，取。根据经验公式，故可取。根据公式，可得首次拉深凸模的圆角半径，取。故第一次拉深高度式中首次拉深的直径；首次拉深筒形底部平面部分的直径；首次拉深底部圆角半径；d毛坯直径；首次拉深圆角半径圆心以上的筒壁高度。 则首次拉深半成品的总高度，中线高度。由表4-17查得凸缘件以后各次的拉

25、深系数，。用推算法确定拉深次数：，由此可知本工件需要两次拉深。故，。经验证二次拉深的凸凹模圆角半径均满足要求。该零件的拉深过程中可选用平端面凹模拉深，根据不起皱条件，首次拉深，。由于，根据规定，需采用压边圈。而二次拉深，可用可不用压边圈。拉深工序次数及相关尺寸如表1所示。表1 拉深次数与各次拉深工序件尺寸/mmtab.1 drawing number and each drawing workpiece size/mm拉深次数n凸缘直径筒形直径d（内形尺寸）高度h圆角半径r（外形尺寸）圆角半径r （内形尺寸）14134.7152513436323.2.2按探索性的拉深方法确定工序的性质和数量查

26、表4-8，得第一次拉深凹模的圆角半径，取，则由，取。第一次拉深出零件的中线高度为h=36mm。经计算，符合要求。因，需使用压边圈。由表4-17查得凸缘件以后各次的拉深系数，。用推算法确定拉深次数：，由此可知本工件需要两次拉深。故，。经验证，凸凹模圆角半径满足要求。因，可用可不用压边圈。拉深工序次数及相关尺寸如表2所示。表2 拉深次数与各次拉深工序件尺寸/mmtab.2 drawing number and each drawing workpiece size/mm拉深次数n凸缘直径筒形直径d（内形尺寸）高度h （中线尺寸）圆角半径r（外形尺寸）圆角半径r （内形尺寸）142.77369251

27、343632 3.3 确定冲压工艺方案根据上述计算结果，本零件需要落料（制成85.77mm的坯料）、首次拉深、二次拉深、整形、冲孔、切边等工序。为提高生产效率，可适当进行工序组合即使用复合模具。根据以上基本工序，可以定出以下四种冲压工艺方案。方案一：全部采用单工序模，即落料、首次拉深、二次拉深、整形、冲孔、切边。方案二：落料与首次拉深复合，二次拉深兼整形，冲孔，切边。方案三：落料与首次拉深复合，二次拉深、冲孔兼整形与切边复合。方案四：落料、首次拉深与冲孔复合，二次拉深与切边兼整形复合。方案五：采用带料连续拉深或在多工位自动压力机上冲压。从产品质量、生产率、模具制造和寿命、操作和安全、设备条件及

28、经济效益等方面对上述诸方案进行综合分析比较后，可得出如下结论：方案一由于全部采用单工序模，其生产效率低且工作量较大，不能满足生产要求。方案三符合冲压成形规律，在二次拉深工序时冲孔与整形与切边复合，都存在凸凹模壁厚太薄的问题，模具制造比较复杂且容易损坏，故不宜采用。方案四中落料、首次拉深与冲孔复合，不仅存在刃口不在同一水平面的问题，而且第一次拉深中冲出的孔在第二次拉深时可能会变形，将会影响精度要求和口部质量，修磨后要保持相对位置也有困难。方案五采用带料连续拉深或在多工位自动压力机冲压，将所有工序组合进行，可获得较高的生产率，不存在一、三、四方案的缺点。但该方案模具尺寸大、结构复杂、制造困难、周期

29、长、成本高、调整修理麻烦，只适用于产品研发。方案二不存在其它各方案的缺点，满足生产要求，且各工序模具结构简单、制造修理方便，制造费用低。根据以上分析比较，决定采用方案二为本零件的冲压工艺方案。工序图如下：图2 工序一 落料与首次拉深 fig.2 workstage1 blanking-drawing图3 工序二 二次拉深兼整形fig.3 workstage2 second drawing- plastic图4 工序三 冲孔fig.4 workstage3 piercing图5 工序四 切边fig.5 workstage4 trimming4 计算各工序冲压力、选择冲压设备冲压零件的加工质量不仅

30、与加工工艺有关，而且冲压力及冲压设备对其影响也很大，因此我们必须正确地计算冲压力并选择合理的冲压设备。本部分所有计算公式均选自冷冲压工艺及模具设计，先按传统的拉深方法计算各工序的冲压力并选择冲压设备。4.1工序一落料与首次拉深复合落料力：；卸料力：；拉深力：；压料力：。因，故这一工序的最大冲压力为。压力机公称压力。故选用j11-50开式压力机，公称压力500kn，滑块行程1090mm6。4.2工序二二次拉深兼整形拉深力：；压料力可取拉深力的10%，即；整形力：。本工序的拉深系数较大（m2=0.837），坯料的相对厚度也大，可以不用压料。这里用压边圈实际上是作为定位和顶件之用。由于整形力比拉深力

31、大得多，且整形力在临近下止点位置时发生，符合压力机的工作压力性能，故可按整形力的大小选择压力机。查表选用jh23-25开式压力机6。4.3工序三冲孔19mm冲孔力：；卸料力：；推件力：。（n同时卡在凹模孔内的冲件数，本设计n=8/2=4）冲压总力：。压力机的公称压力：。查表，选择j23-25开式压力机6。4.4工序四切边模具采用废料切刀（2个）卸料和刚性推件方式，故只需计算切边力和废料切刀的切断力。切边力：；切断力：。总冲压力：。查表，选用j123-16f开式压力机6。由于探索性的拉深工序除首次拉深不同外，其它均与传统的拉深工序相同，故我们只需计算出工序一落料与首次拉深的冲压力，并选择冲压设备

32、。工序一 落料与首次拉深复合*（加*以区别第一种拉深方法）落料力：；卸料力：；拉深力：；压料力。因，故这一工序的最大冲压力为。压力机公称压力。故选用j11-50开式压力机，公称压力500kn，滑块行程1090mm6。5 设计冲模及其主要零部件冲模质量是影响零件质量的重要因素，因此我们必须合理设计冲模。先按传统的拉深方法设计冲模及其主要零部件。本部分未加特别说明，所有查表数据均来自冷冲压工艺及模具设计。5.1 工序一落料与首次拉深复合5.1.1模具工作部分尺寸的计算制造冲模的关键是控制凸、凹模刃口尺寸及其间隙合理。（1）确定凸凹模与凹模的刃口尺寸冲裁圆形坯料选用凸模与凹模分别加工的方法来设计冲模

33、刃口尺寸及公差。查表2-2、表2-7、表2-8，得、。校核间隙：，符合条件。由于毛坯的尺寸没有必要给以严格限制，故可取0，将已知和查表数据代入式（2-13）及式（2-14）中得：式中、落料凸凹模、凹模刃口尺寸；最小合理间隙；毛坯公差；、凸凹模、凹模公差（mm）；磨损量。（2）确定凸凹模与凸模的刃口尺寸对于多次拉深时的中间过渡工序，模具的尺寸只要取等于过渡尺寸即可。本部分所选公式及查表数据均来自冲压模具设计与制造1。a 间隙 由表5-28查得单边间隙值为。b 凸凹模、凸模圆角半径 凸凹模、凸模圆角半径应与拉深件圆角半径一致，故第一次拉深凸模圆角半径为5mm，凸凹模圆角半径为7mm。c 凸凹模、凸

34、模工作尺寸及公差 由于工件要求内形尺寸，故工作尺寸及公差分别按式（5-46）、式（5-47）计算。查表5-29，取，则，。d 凸模通气孔 根据凸模直径大小，取通气孔直径为5mm。5.1.2模具的总体设计（1）模架选择模具的总装配图如附图（01）所示：落料拉深复合模。该模具采用了后侧滑动导柱模架可保证均匀的冲裁间隙，提高模具的刃磨寿命，送料方便等特点6。条料由两个导料销进行导向，由挡料销定距。开始工作时，首先由落料凹模和凸凹模完成落料，接着由拉深凸模和凸凹模进行拉深。拉深结束后，回程时由顶块将工件从凸凹模内推出。压料圈兼作顶件块，在拉深过程中起压料作用，回程时又能将工件从凸模上顶起，使其脱离凸模

35、。（2）模具闭合高度模具闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模板上平面与下模板下平面之间的距离。模具闭合高度一般通过下式确定：=上模座厚度+冲头垫板厚度+冲头长度+凹模厚度+凸模固定板厚度+下模座厚度-冲头进入凹模深度，即：查开式压力机规格知，j11-50开式压力机最大闭合高度为270mm，最小封闭高度为195mm（封闭高度调节量75mm），故设计的模具闭合高度=234.29mm满足要求，闭合高度设计合理。（3）压力中心的计算冲裁力合力的作用点称为冲模的压力中心。冲模设计时，冲模压力中心应于冲床滑块中心一致，否则将降低模具寿命甚至损坏模具。由于该零件为轴对称形状，其几何中心便是压力机的压力中心

36、，故不必进行压力中心的计算。（4）模具主要零件设计模具零件的尺寸必须和模具的工作尺寸相一致，并尽量使外形尺寸最小7。按照这个设计原则设计出的模具零件见附图(01)。5.2工序二二次拉深兼整形本部分所选公式及查表数据均来自冲压模具设计与制造1。模具工作部分尺寸的计算:a 间隙 由表5-28查得单边间隙值为，取z=t=2mm。b 凸、凹模圆角半径 凸、凹模圆角半径应与拉深件圆角半径一致，故第二次拉深凸模圆角半径为2mm，凹模圆角半径为3mm。c 凸凹模、凸模工作尺寸及公差 由于工件要求内形尺寸，故工作尺寸及公差分别按式（5-46）、式（5-47）计算。查表5-29，取，则，。d 凸模通气孔 根据凸

37、模直径大小，取通气孔直径为5mm。冲模压力中心即为工件的几何中心。二次拉深与首次拉深除卸料零件外其它部分的结构均相同，其结构原理图如下图6所示：图6 二次拉深模具结构fig.6 schematic diagram of mold structure of drawing5.3工序三冲孔19mm5.3.1模具工作部分尺寸计算冲孔按凸凹模分别加工并以凸模为基准，间隙取在凹模上。查表2-2、表2-7、表2-8，得、。校核间隙：，符合条件。将已知和查表数据代入式（2-11）及式（2-12）中得：；。式中、冲孔凸模、凹模刃口尺寸；最小合理间隙；零件公差；、凸、凹模公差（mm）；磨损量。5.3.2模具的总

38、体设计（1）模架选择模具的总装配图如附图（02）所示：冲孔模。该模具采用了中间滑动导柱模架可保证均匀的冲裁间隙，提高模具的刃磨寿命，并使模具的调试简单化，具有导向精度高、上模座在导柱上运动平稳的特点。（2）模具闭合高度模具闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模板上平面与下模板下平面之间的距离。冲孔模具闭合高度一般通过下式确定：=上模座厚度+冲头垫板厚度+冲头长度+凹模厚度+下模座厚度-冲头进入凹模深度，即： 查开式压力机规格知，j23-25开式压力机最大闭合高度为260mm，封闭高度调节量为55mm，满足的要求，故设计的模具闭合高度合理。（3）压力中心的计算由于该零件为轴对称形状，其几何中心便

39、是压力机的压力中心，故不必进行压力中心的计算。（4） 模具主要零件设计根据模具总装结构、冲孔工作要求及前述模具工作部分的计算，设计出的模具零件如冲孔模装配图所示。5.4 工序四切边模具工作部分尺寸的计算:查表2-2、表2-7、表2-8，得、。校核间隙：，符合条件。将已知和查表数据代入式（2-13）及式（2-14）中得：式中、落料凸模、凹模刃口尺寸；最小合理间隙；零件公差；、凸凹模、凹模公差（mm）；磨损量。冲模压力中心即为工件的几何中心。至此，按传统拉深工序的冲模已设计完毕。按探索性拉深工序设计的冲模除首次拉深模不同外，其它的模具均相同。现介绍一下其首次拉深冲模工作部分的尺寸。本部分所选公式及

40、查表数据均来自冲压模具设计与制造。探索性拉深首次拉深冲模工作尺寸如下：a 间隙 由表5-28查得单边间隙值为。b 凸凹模、凸模圆角半径 凸凹模、凸模圆角半径应与拉深件圆角半径一致，故第一次拉深凸模圆角半径为9mm，凸凹模圆角半径为12mm。c 凸凹模、凸模工作尺寸及公差 由于工件要求内形尺寸，故工作尺寸及公差分别按式（5-46）、式（5-47）计算。查表5-29，取，则，。d 凸模通气孔 根据凸模直径大小，取通气孔直径为5mm。6 排样及材料利用率根据该冲压件的形状特征，采用单排排样。本部分所选公式及查表数据均来自冲压模具设计与制造1。由表3-8查得最小搭边值：工件间，侧边。送料进距：。由表3

41、-19查得条料宽度偏差。条料宽度：。板料规格的选用：选用 08钢为了操作方便，减少裁板次数，采用纵裁，即，余6.4mm。每条裁板上的冲压件数：板料的利用率：经计算可知，此板料横裁时材料的利用率也为70.6%，但操作不方便且影响冲件质量，故采用纵裁较合适。排样如下图7所示：图7 排样图fig.7 layout of parts7 基于dynaform的仿真模拟由于落料、切边所用模具，一般工件变形不大，不会影响工艺要求，所以没有必要作数值模拟仿真；而拉深件在冲压过程中，变形大且复杂，特别是汽车覆盖件之类形状复杂的零件，因此我们只需对拉深过程进行数值仿真模拟。目前在机械行业上用的最多的是dynafo

42、rm软件。它被广泛应用在世界各大汽车、航空、钢铁公司，以及众多的大学及科研单位，在我国长安汽车、南京汽车、上海宝钢、中国一汽、上海大众汽车公司、洛阳一拖等知名企业也得到了成功的运用15。7.1板料成形缺陷22（1）起皱起皱是板料在局部压应力作用下产生屈曲并出现后屈曲变形的宏观表现。板料成形过程中的起皱缺陷大部分是由压应力引起的， 当压应力达到在板厚方向失稳极限时，板料不能稳定变形而产生失稳，称为压缩失稳。根据外力的不同可分为： 压应力起皱，不均匀拉应力起皱和剪应力起皱。法兰起皱是压应力起皱的典型代表。圆筒件拉深时法兰是变形区， 其应力状态是径向拉应力和切向压应力，当切向压应力达到一定程度时，法

43、兰就会产生受压失稳。板料在不均匀拉应力作用下也会起皱， 这是由于不均匀拉应力引起的不均匀变形诱发的。因为拉应力分布不均匀， 便产生了垂直于拉应力方向的压应力，在中心处的压应力最大，此压应力达到一定值时板料中央就会失稳破裂。当板料受到压力不同轴平衡时则会在板料内产生力偶和剪应力，这种剪应力会引起起皱。（2）破裂 破裂是拉深失稳在薄板成形中的主要表现。在板料成形中，随着变形的发展材料的承载面积不断缩短，其应变强化效应也不断增加。当应变强化效应的增加能够补偿承载面积缩减，变形稳定的进行下去；当两者相等时，变形处于临界状态；当应变强化效应的增加不能补偿承载面积缩减时，并超过了临界状态时，板料的变形将首

44、先发生在承载能力弱的位置，最终导致板料出现破裂现象。按破裂发生的部位可以分为五类：凸模端部破裂，此类破裂常出现在胀形成形、拉深胀形复合和拉深成形等过程中，破裂的部位一般是双向拉应力状态；侧壁破裂；凹模圆角部位的破裂，主要包括弯曲破裂和拉深破裂两种。法兰部位的破裂，该处多发生在伸长翻边的成形工序中，包括外缘破裂和内缘破裂两种，其他破裂，主要是拉延筋作用引起的破裂和由起皱引起的破裂。具体的防止措施有：修改模具参数；降低成形高度，增加工序；选择合理的毛坯形状和尺寸；改善毛坯的表面及外缘质量；增加辅助工艺措施等等。（3）回弹板料成形过程中普遍存在回弹， 尤其在弯曲和浅拉深过程中表现更为明显， 所以很有

45、必要对同弹现象进行深入研究，以便有效控制。同弹现象主要表现为整体卸载同弹、切变同弹和局部卸载回弹，当回弹量超过允许容差时，就成为成形缺陷。如何有效预防这些成形缺陷的发生，这是模具设计人员必须解决的问题。利用dynaform软件强大的分析功能，我们可以很方便的了解模具的效果，并制定出合理的解决方案。7.2dynaform软件介绍dynaform是由美国eta公司和lstc公司联合开发的用于板料成形模拟的专用软件包。dynaform具有友好的用户界面、良好的操作性能，包括大量的智能化自动工具，可方便地求解各类板成形问题。dynaform专门用于工艺及模具设计涉及的复杂板成形问题，如弯曲、拉深、成形

46、等典型板料冲压工艺，液压成形、滚弯成形等特殊成形工艺；并可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板成形工艺及模具设计提供帮助。 dynaform一直受到模具工业界的好评和欢迎，但用户也对dynaform提出了新的要求。为了满足用户方便设置各种成形工艺的需求，又增加了快速设置模块（qs）和自动设置模块（autosetup）， 这些功能模块采用与实际冲压流程一致的方式进行工艺导航，从而快速地进行各种工艺设置。dynaform具有完备的前后处理功能，采用集成的操作环境，无须数据转换，实现无文本编辑，并提供了与cad软件的接口、实用的几何模型建立功能。dyna-

47、 form的求解器采用业界著名、功能强大的动态非线性显式分析软件ls-dyna；并采用工艺化的分析过程，包括影响冲压工艺的60余个因素，固化了丰富的实际工程经验，提供以dfe为代表的多种工艺分析模块。dynaform可在pc、工作站、大型机等多种计算机上的windows、unix操作系统下使用，且具有较适用的二次开发功能。7.3 多道次拉深模拟的关键技术多道次拉深成形数值模拟将第一次变形后的半成品作为第二次成形的坯料继续进行变形，其关键在于要将坯料在第一次变形后发生的几何形状变化、厚度变化及残余应力传递到下一步的计算中去，即要使第二次及以后计算中坯料的各种信息必须继承前一步成形后的坯料的信息。

48、坯料信息传递文件记录了变形结束后坯料的信息：坯料单元的节点坐标、每个单元的实际厚度(以每个点的信息表示)及单元应力。多道次拉深成形数值模拟对板料处理的具体方法为：以上一步变形后的坯料作为本步模拟的初始坯料，定义它的材料类型和单元类型后，删除其网格信息和节点信息，然后写出用于计算的*.dyn输入文件。用windows系统提供的文本编辑器手工把上一步变形后的网格信息文件包含进*dyn文件。经过这样处理后，就可以保证板料变化情况在多道次拉深成形各工序间的准确传递，使得多道次拉深成形数值模拟能够顺利进行下去。7.4dynaform拉深模拟及结果分析模拟阶段，首先将pro/e建立的模型文件(prt格式)

49、转换为dynaform可以识别的文件(igs格式)。如果转换后模型有出入，可通过dynaform编辑工具进行修改，难以修改的，需要pro/e重新建模并再次导入dynaform中，以保证模拟的准确性。采用dynaform软件进行板料成形分析的一般过程如下：有限元网格化分分定义成形工具 定义毛坯 设置成形参数 求解器计算 后置处理，分析计算结果 读入模型文件7.4.1 模拟参数的确定 拉延类型：single action； 接触类型：forming_one_way_surface_to_surface； 毛坯：材料type36(成形模拟中一个3-参数的理想模型，平面应力状态，各向异性材料)，屈服应

50、力为指数硬化方式，属性：belytschko-tsay shell，厚度方向积分点nip：5； 凸模：刚体，静摩擦系数：0.125，动摩擦系数：0.1，移动速率：5000mm/sec；nip：3； 凹模：刚体，静摩擦系数：0.125，动摩擦系数：0.1；nip：3；压边圈：刚体，静摩擦系数：0.125，动摩擦系数：0.1： nip:：3。7.4.2 模拟结果用表1的参数建模，再进行数值模拟，可以得到成形极限图、厚薄图、第一主应变图、最小主应变图、等值线图、矢量图、圆形网格图等。图8、图9分别显示了两次拉深工序的成形极限图(fld)和成形厚度分布图(thickness)（最后一帧）。成形极限图中

51、，红色代表：破裂区；黄色：危险区；粉红色：起皱区；绿色：安全区。成形极限图最为关键，能直观发现零件拉深中是否破裂，起皱。从图8和图9的成形极限图中看出，没有红色区域存在，是安全的。其次厚度分布图，主要是看零件是否符合产品标准（公差要求），图中红色代表：最薄厚度值；蓝色：最厚厚度值。由于减薄率限制在30%以内是可行的，增厚率不超过15%，但如果发生在法兰处，不影响零件的使用。从图8厚度分布图中看出，最大厚度为2.927mm，在法兰处，但后面还有拉深及整形工序（切除），不影响使用，最薄处为1.641mm，减薄率为18%，符合要求。从图9厚度分布图中看出，最大厚度为2.165mm，最薄处1.834mm，均符合要求。图8a 工序1成形极限图fig.8a workstage1 fld图8b 工序1厚度分布图fig.8b workstage1 thickness图9a 工序2成形极限图fig.9a workstage2 fld图9b 工序2厚度分布图fig.9b workstage2 thickness用表2的参数建模进行数值模拟，可以得到成形极限图、厚薄图、第一主应变图、最小主应变图、等