三次拉伸模具设计过程和详尽分析dynaform

1、西安交通大学落料拉深复合模具设计及其分析D硕10743111301047王巨龙指导老师：苏文斌3111301047王巨龙 /27目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark61制件工艺分析4 HYPERLINK l bookmark81.1零件介绍41.2零件冲压工艺性分析4 HYPERLINK l bookmark321.3工艺方案确定4 HYPERLINK l bookmark341.3.1计算坯料直径5 HYPERLINK l bookmark461.3.2判断可否一次拉深成形61.3.3确定首次拉深工序件尺寸71.3.4计算以后各次拉深的工序件尺寸9 HYP

2、ERLINK l bookmark1091.3.5工艺方案10 HYPERLINK l bookmark1212拉深模具设计11 HYPERLINK l bookmark1232.1落料与首次拉深复合工序力的计算11 HYPERLINK l bookmark1252.1.1落料力的计算11 HYPERLINK l bookmark1292.1.2压边力和压边装置的确定11 HYPERLINK l bookmark1332.1.3拉深力的确定12 HYPERLINK l bookmark1372.2模具工作部分尺寸的计算13 HYPERLINK l bookmark1392.2.1凸、凹模间隙1

3、3 HYPERLINK l bookmark1112.2.2凸、凹模工作部分的尺寸与公差13 HYPERLINK l bookmark1512.2.3凸、凹模圆角半径14 HYPERLINK l bookmark1532.2.4凹模通气孔14 HYPERLINK l bookmark1552.3模具的总体设计14 HYPERLINK l bookmark1573软件仿真分析17 HYPERLINK l bookmark1593.1估算毛坯尺寸17 HYPERLINK l bookmark1673.2第一次拉深18 HYPERLINK l bookmark1693.3第二次拉深213.4第三次拉

4、深233111301047王巨龙 /273111301047王巨龙 #/271制件工艺分析3111301047王巨龙 #/273111301047王巨龙 #/271.1零件介绍宽凸缘制件的尺寸如下图1所示，材料为08钢，厚度t1mm,大批量生产。确定该零件的冲压工艺方案。图1宽法兰筒形件1.2零件冲压工艺性分析0243111301047王巨龙 /27该制件为宽法兰筒形件,由图中可看出，对内形尺寸提出要求，料厚t1mm，对于厚度的变化不做要求；制件的形状简单、对称，轴对称零件结构工艺性最好；圆角底部圆角半径r=4mmt，凸缘处的圆角半径R=4mm2t，满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求；制件所用

5、材料08钢的拉深性能较好，易于拉深成形。综上所述，该制件的拉深工艺性较好，可用拉深工序加工。1.3工艺方案确定为了确定制件的成型工艺方案，应先计算拉深次数以及有关工序尺寸。板料厚t=1mm,按中线尺寸计算。宽凸缘件多次拉深的方法：圆角半径基本不变或逐次减小，靠缩小圆筒直径来增加高度。用这种方法拉深，容易在制件表面留下拉深的痕迹，尺寸形状不规整。所以，一般在最后增加一道整形工序对制件进行整形。计算坯料直径由于板料力学性能、模具工作条件差异等因素3使拉伸后制件的口部或凸缘周边不平齐3达不到制件的形状、尺寸要求3必须对边缘进行再加工。因此3在计算板料尺寸时3要在拉深件的高度方向或有凸缘制件的凸缘半径

6、上加一修边余量。有凸缘制件的修边余量经验值如表所示。凸缘直径d=56mm,相对凸缘直径d/d=56/25=2.24mm,所以根据凸凸表1中的数据可得修边余量=2.5mm，故实际凸缘直径d=（5622.5）=61mm。f表1有凸缘制件的修边余量、相对凸缘直!2.02-2.51.4有变化,3但其平均,值与原始毛坯厚度接近3一故毛坯尺寸可根据毛坯面积与拉深件面积（加上修边余量）相等的原则求出。图2为带缘圆筒形拉深件，先将该制件分成5个简单几何形状，按下列5（）200有凸3.07；3.5200250d2-d4355,7d-4r)144.63.8f=7dh32,7d-4r然后求出板料直径D=、:d2+2

7、兀rd+8r2+4dh+2兀rd+4.56r2+d2-d2。212212143凸缘直径恳7图2拉深件计算分解图mm，r=Z1=4mm，d=25mm，2根据上式，确定各参数为d=17mm，r=r=12h=18mm，d3=33mm，d4=df=61mm，带入上式：-D=.172+2kx4x17+8x42+4x25x18+2兀x4x25+4.56x42+612332D.-289,427.04,128,1800,628,72.96,37211089。D=J3345+2632=4597777.31m。其中3345mm2为筒形部位的表面积，2632mm2为凸缘部位的表面积1.3.2判断可否一次拉深成形宽法

8、兰筒形件的第一次拉深系数可按下式来计算：（才）2+4-3-44詈从式中可看出，宽法兰筒形件的拉深系数取决于法兰的相对直径d/d、拉深件的相对高f度h/d和相对圆角半径r/d。其中，法兰的相对直径d/d影响最大，相对圆角半径r/d最f1小。d/d和h/d越大，即筒的直径愈小，工件高度愈大，则拉伸变形程度越大，拉深的f难度也越大，并且影响变形程度的变形量有两个。表2为首次拉深成形可达到的最大相对高度，如果拉深件的相对高度h/d小于表中的h/d，则可一次拉深成形。否则，需要多次11拉深。b、板料相对厚度大坦X/D）XWO%凸圆相对亶径即旷7275W1.10.90-0.75表2宽凸缘筒形件首次拉深的最

9、大相对高度（08钢）15101.005IJ-1.3A1.578根据板料相对厚度（t/D），100%2.（12.20,58-0,481/77.31我100%0.45-0.350卫$0肖乞0.540*420J3-0.420.44-0.37J1.29，凸0.40031木缘0.34-0290,48二040039-0340.29025d/d=61/25244表得到第一次拉深允许的最大相对/厶j-厶J,_y*:,一一的h/d=26/25=1.04，由此可知，该制件不能一次拉深成形高度曲/%=0.35，远小于制件Ojj,需要多次拉深。Q.2P-0.I70.2C0.18-0.1；1.3.3确定首次拉深工序件尺

10、寸0.220.38020-0.160,10.140.150.1：3111301047王巨龙 #/273111301047王巨龙 #/27根据板料相对厚度(t/D)，100%=(1/77.31),100%1.29%,r/1二4/1二4,d/D=61/77.310.79，从表3可以得出拉深系数m=0.5。f1计算得d=mD=0.5,力.31=38.66mm。11各次拉深的凹模圆角半径为：R=0.8（d一d）tdi1ii式中：R第i次拉深工序的凹模圆角半径，mm；d第i次拉深时的板料直径或半成品的直径，mm；mm。it板料厚度，各次拉深的凸模圆角半径R=（0.61）R，其值随拉深次数增加而逐渐减小。

11、pidi计算得R=Rp1d1=0.8J(D_q)t=0.8X.：(77.3138.66)x14.97，取R=r=5mmo3111301047王巨龙 /27IO150.500.560520.570.700.480540,500.800.450.5404S042046Ofj0.490.55宽法兰筒形件拉深时,只要法兰尺寸微量为避免危险断面处破裂，第一次拉深就应该使法保持法兰直径不变，仅是筒部直径寸。为了使以后各次拉深时凸缘不再变形，减小，:兰直径达到着终壁产而05lI0崔力增量。一QAT0.43在以后各次拉深中，求的尺口高度变化，由筒部板料的转移流动来达到所后一次拉入凸錮0.35料面积比最4模的材

12、料面积（即筒形部位的表面积）增加3%,故坯料直径修正为：取首次拉入凸模的材0.460.40表3宽凸缘圆筒形件第一次拉深的极限拉深系数3111301047王巨龙 #/273111301047王巨龙 #/270肿D二J3345X1.03+2632皑77.96mmTOC o 1-5 h z17Illi可得第一次拉深高度为： HYPERLINK l bookmark85h0.25D2-d2+0.43r+R-R2)1d1f11d1111h(77.962-612)+0.435+5+25-25q19.54mm HYPERLINK l bookmark87i38.6638.66验算所取m是否合理：根据板料相对

13、厚度t/D)x100%=(1/77.96)x100%q1.28%,11d/d=61/38.66q1.58，查表4可知h/d=0.53。f111因为h/d=19.54/38.66q0.5h/d，因此所取m是合理的。11111表4宽凸缘筒形件首次拉深的最大相对高度（08钢）3111301047王巨龙 /272.02-2再次拉深，mmii10.900,750.706500.800.650,720+560.600.450.70-0.580.63-0.500.54-0.420,58-0480.510,42045-0350.220.5?6420.460.360.400.31的前提曲min0.240/190

14、,200.160,44-0.37(1胡0320.33-0.27m尽量取小值;0.2）717oroil0.62-OQO0.520450.480.40039-0340.340290.29-0250.2572(aiLd订050工凸圆相对直径d/d3111301047王巨龙 #/270,60.6-0.3根据表5选取以后各次拉深系数，计算中间各工序相应直径。表5圆筒形件用压边圈的极限拉深系数（08钢）极卞换料相对偉限歼度t/67400%3111301047王巨龙 #/273111301047王巨龙 #/270.48-0,500.530.550.550,5S3111301047王巨龙 #/27311130

15、1047王巨龙 #/270,730.750.50.760J60780780.790J根据板料相对厚度（t/D）1）100%引.29%，得到祁.一歷m=0.78,则:3tm0,78-0.S00.80-0.810.81-0.820.820.8308%翌0.7538.II66*29mm別0+840.850.85-0.860,8(3111301047王巨龙 /27d=md0.782922.62mm331因为d2925,d22.6210.06%材料厚度公差0,50.030.080.05201003111301047王巨龙 /27由表7中数据可知，凸模制造公差=0.03mm,凹模制造公差=0.05mm,有

16、：pdd=(d)0=37.660pmin0.03pd=,d+2Z卜d=(37.66+2x1.2)+0.05=40.06+0.05dmin000凸、凹模圆角半径凸、凹模圆角半径对拉深制件影响很大。毛坯经凹模圆角进入凹模时，受到弯曲和摩擦作用。凹模圆角半径过小，因径向拉力较大，易使拉深件表面划伤或产生断裂；半径过大，由于悬空面积大，使压边面积减小，易起内皱。因此，合理选择凹模圆角半径是极为重要的。由前述计算，凸模圆角半径r=5mm,凹模圆角半径r=5mm。pd2.2.4凹模通气孔为了便于卸料，拉深凸模中心必须钻通气孔，以免卸料时出现真空造成卸料困难。根据凸模直径大小，取通气孔直径为05mm。2.3

17、模具的总体设计模具的总装图如图4和图5。因为压料力不大(F=8994N)，故可在单动压力机上完q成。本模具采用正装式结构，即落料拉深凸凹模安装在上模；利用刚性卸料板卸去废料，同时卸料板也起导尺作用，条形坯料可用导尺和固定挡料销定位；拉深结束后，由打料块将卡在凸凹模内的工件推出。3111301047王巨龙1y次拉深复合模设计图落料首次拉深复合模设计图图25.图3111301047王巨龙 /27模具装配图如图6所示：3111301047王巨龙 #/273111301047王巨龙 /273111301047王巨龙 #/273111301047王巨龙 #/27图6落料首次拉深复合模3111301047

18、王巨龙 /273111301047王巨龙 #/273软件仿真分析3111301047王巨龙 #/273111301047王巨龙 /273.1估算毛坯尺寸根据第一部分的相关计算，理论求出板料直径：2,2rd,8r2,4dh,2rd,4.56r2,d2一d21212212143D二172+2417+842+42518+2425+4.5642+612332D二杓345+2632=、：59777.31mm为了使以后各次拉深时凸缘不再变形，取首次拉入凸模的材料面积比最后一次拉入凸模的材料面积（即筒形部位的表面积）增加3%，故坯料直径修正为：D.33451.03+263277.96mm用DYNAFORM软

19、件可以很方便的估算毛坯尺寸，可以将软件估计值和计算值做一个对比。图7为拉深制件实体模型图。图7拉深制件实体模型图用DYNAFORM软件先导*.igs格式的文件，进行网格划分和网格检查修补，最后用BSE工具按钮的相关选项计算毛坯尺寸。其中有个问题，就是材料的选取。该制件采用08钢材料，但是DYNAFORM软件材料库中没有相应的牌号，就选取一个性质类似的进行仿真。毛坯材料选取中国标准材料库的stl6_lmm(Type36),选取Default参数，即为08钢机械性能参数。表8材料机械性能参数弹性模量/GPa屈服强度/MPa泊松比硬化指数”密度/;*cm2076480.2S0.227.83图8和图9

20、为制件毛坯尺寸，根据图可得知估算的毛坯尺寸Di39.275x278.55mm，比计算得毛坯尺寸D，7.96mm稍大，但结果比较接近，符合要求。l图8制件和毛坯尺寸POINT51SELECTEDSELECTPOINTS/NODESPOINT88SELECTED39.275ICENTREATX=0153,Y=0124,2=-19.540SELECTPOINTS/NODES图9估算的毛坯尺寸3.2第一次拉深图10为第一次拉深过程中凹、凸模和坯料的相对位置图，凸模固定，凹模向下运动拉深坯料。3111301047王巨龙 /273111301047王巨龙 /27现象。FLD,middlelayer图11成

21、型极凸缘边发生一点起皱现象，起皱最大高度为2.8mm。3111301047王巨龙K1STEP17TIME：0.006909COMPONENT:Thickness3111301047王巨龙3111301047王巨龙图12厚度分布云图1图13为第一次拉深的应力分布云图，由图中可得，制件顶部区域应力达到了416.24MPa，凸缘边有些区域应力达到-517.46MPa，均小于08钢的屈服强度648MPa，所以认为是安全的。ETA/POSTSTEP17TIME:0.006909COMPONENT:X-stress,middlelaver图13应力分布云图1图14为第一次拉深后制件的形状，左图为实际制件，右图为理想中的制件。图14第一次拉深制件3第二次拉深丕料。5为第二次拉深过程中凹、凸模和坯料的相对位置图，凸模固定，凹模向下运动拉深坯图15凹、凸卞生破裂图16为第二次拉深的成型极限图，由