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1、 帶凸緣圓筒拉深模設(shè)計(jì) 班級： 姓名： 學(xué)號(hào)： 日期： 前言 冷沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造一材料的塑性變形理論為基礎(chǔ)，綜合了塑性力學(xué)、機(jī)械力學(xué)、機(jī)械原理與設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝等多學(xué)科的應(yīng)用，是一門理論性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。圍繞冷沖模設(shè)計(jì)，前向有沖壓工藝，后有制造工藝，在數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用高度發(fā)展的今天，冷沖模開發(fā)的三個(gè)層面已經(jīng)高度集成，緊密融合在一起。通過冷沖壓的理論學(xué)習(xí)，然后再將理論知識(shí)用于實(shí)際中，不僅有助于理論知識(shí)的消化吸收，也可以提高自身的工程能力。為此，進(jìn)行必要的冷沖模的課程設(shè)計(jì)很有必要。 結(jié)合所學(xué)到的理論知識(shí)和自身掌

2、握的情況，特以帶凸緣的圓筒件來設(shè)計(jì)冷沖壓模具。此制件結(jié)構(gòu)簡單，容易上手學(xué)習(xí)，并且涵蓋了所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)素材。 本設(shè)計(jì)大致分為三個(gè)部分，一是制件及模具的參數(shù)確定，一是模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一是制件的成形分析。 I 目錄 前言 I 一制件工藝分析 1 1.1 制件分析 1 1.2坯料直徑確定 1 1.3 拉深成型次數(shù)計(jì)算 1 1.4 凸凹模圓角半徑計(jì)算 1 1.5 拉深深度計(jì)算 1 1.6 拉深力的計(jì)算 1 1.7 凸凹模間隙計(jì)算 1 1.8 凸凹模工件尺寸計(jì)算 1 1.8.1 凸凹模計(jì)算公式 1 1.8.2 公差確定 1 1.9 凸模通氣尺寸

3、 1 二拉深模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 2.1 拉深凸凹模結(jié)構(gòu) 1 2.2 模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1 三 Dynaform軟件仿真分析 1 3.1網(wǎng)格劃分 1 3.2 毛坯輪廓線計(jì)算 1 3.3 制件厚度分析 1 3.4 主應(yīng)力分布 1 3.5 制件成形情況 1 總結(jié) 1 參考文獻(xiàn) 1 附表 1 拉深模設(shè)計(jì) 一制件工藝分析 1.1 制件分析 所選的制件為帶凸緣圓筒件，剖視圖如下，厚度為2mm，材料為08鋼。 圖1 帶凸緣圓筒件 此帶凸緣圓筒件為旋轉(zhuǎn)體，壁厚為2mm，整個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸較小，適合沖壓成型。底部外直徑為42mm，筒深大約為60mm,材料為0

4、8鋼，拉深性能較好，適合于拉伸成型。 1.2坯料直徑確定 根據(jù)表1以及圖1計(jì)算得到坯料的直徑大約為124mm. 其中，d1=32mm，d2=40mm，d3=52mm，d4=80mm，h=50mm，H=60mm，r1=6mm，r2=4mm。 表1 坯料直徑計(jì)算公式 1.3 拉深成型次數(shù)計(jì)算 根據(jù)冷沖模設(shè)計(jì)手冊，確定制件的拉深成型次數(shù)。已知，t=2mm，D=124mm，t/D*100%=1.6%（通過附表4.11，1.6介于1.5到2.0之間，不需要壓邊圈）,查表2，可知各次的拉深系數(shù)介于坯料相對厚度為1.5到2.0之間，又=，===0.32，不能滿足一次拉深的要求。 通過嘗

5、試的方法，確定各次的拉深系數(shù)，最終確定出=***,依次為0.6、0.77、0.83、0.84，一共需要4次拉深，滿足要求。 可知，第一次拉深后，=0.6*124=74.4mm；第二次拉深后，=0.77*74.4=57.29mm；第三次拉深后，=0.83*57.29=47.55mm；最后依次拉深后，=d=0.84*47.55=40mm。 表2圓筒件不使用壓料圈時(shí)的極限拉伸系數(shù)（適合08鋼） 1.4 凸凹模圓角半徑計(jì)算 凹模圓角半徑=0.8，凸模圓角半徑=(0.6～1.0)。 第一次拉深所需的凹凸模半徑分別為=0.8*=7.9mm≈  8mm，=08*8=6.4mm。以后所

6、用的凸凹模半徑適當(dāng)?shù)臏p少至最后依次拉深所需的4mm和6mm。 1.5 拉深深度計(jì)算 各次拉深深度的計(jì)算公式為=(-)+0.43(+)+(-)，則第一次的拉深深度為=(-)+0.43*(6.4+8)+(-)=39.3mm。 可知，第一次拉深的最大相對高度==0.52，查附表4.9，0.750.52，滿足設(shè)計(jì)的要求，可以繼續(xù)設(shè)計(jì)此后的各次拉深深度。 根據(jù)以上步驟，并且不斷調(diào)整凸凹模半徑，以后的拉深深度分別為10mm、6mm，最后根據(jù)剩余量得到最后一次的拉深深度。 1.6 拉深力的計(jì)算 總的沖壓力是拉深力與壓邊力之和，此制件沒有采用壓邊圈，沒有壓邊力，即沖壓力為拉深力大小，已知凸緣相對直

7、徑為=1.67，由附表4.19，可知拉深力為=t，其中為材料的抗拉強(qiáng)度，08鋼的抗拉強(qiáng)度為400MPa，為筒形件第一次拉深時(shí)的系數(shù)，查附表4.22可知=0.75，則=3.14*74.4*2*0.75*400=140169.6N。 1.7 凸凹模間隙計(jì)算 拉深模間隙Z/2（單面）一般比毛坯厚度略大一點(diǎn)，其值按以下公式Z/2=+ct，其中c為間隙系數(shù)，由附表4.31查得為0.5，=t+，為板料的正偏差，查附表4.32，板料正偏差為0.2mm，計(jì)算得到Z=6.4mm，單面為3.2mm。 1.8 凸凹模工件尺寸計(jì)算 1.8.1凸凹模計(jì)算公式 確定凸凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)該考慮模具的磨損情況和

8、拉深件的彈復(fù)，其尺寸只能在最后一次的工序中加以考慮。對最后一道工序的拉深模，其凸凹模的尺寸及其公差按工件尺寸標(biāo)注方式的不同，由附表4.33所列的公式來進(jìn)行計(jì)算。為了簡潔，便于計(jì)算，第一次的凸凹模尺寸也按此公式來計(jì)算。  1.8.2公差確定 由附表4.33可知，凹凸模的外形尺寸分別為=，=，又凸凹模的制造公差可由附表4.34查得，=0.12，=0.08，最后得到=mm，=mm。 1.9 凸模通氣尺寸 工件在拉深時(shí)，由于空氣壓力的作用或潤滑油的粘性等因素，使工件很容易粘附在凸模上。為使工件不至于緊貼在凸模上，設(shè)計(jì)凸模時(shí)，應(yīng)有通氣孔，拉深凸模通氣孔如圖2所示，尺寸選取見表3，選取=8mm

9、。 圖2 拉深凸模通氣孔 表3 拉深凸模通氣孔尺寸  二拉深模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1拉深凸凹模結(jié)構(gòu) 對于兩次以上的拉深，選取的凸凹模形式如圖3。 圖3 模具結(jié)構(gòu)形式 2.2 模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)通過計(jì)算不需要采用壓邊圈。根據(jù)制件較小、拉深深度居中，并為了卸料簡單可行，特采用倒裝帶凸緣拉伸附加彈性剛性打料外設(shè)可調(diào)強(qiáng)力彈壓裝置。這類裝置的下模課外設(shè)壓料、卸料的強(qiáng)力彈壓裝置，通過彈壓力的調(diào)節(jié)，保證有合適的壓邊力和足夠的卸料力。并且在凸模的中間設(shè)有進(jìn)氣孔，保證了氣體流動(dòng)通暢。部分零件圖見附圖。  圖4 3D半透明裝配圖 圖5 3D半

10、剖裝配圖 圖5 裝配簡圖 三Dynaform軟件仿真分析 根據(jù)所計(jì)算得到的毛坯尺寸，所需的毛坯直徑為124mm，第一次拉深后的直徑為74.4mm，第二次拉深后的直徑為57.288mm，第三次拉深后的直徑為47.55mm，最后依次拉深到所需的直徑為40mm。 3.1網(wǎng)格劃分 將制件iges格式導(dǎo)入到軟件后，劃分網(wǎng)格后如圖所示。網(wǎng)格質(zhì)量較好，可以接受。 圖7 網(wǎng)格劃分  3.2 毛坯輪廓線計(jì)算 根據(jù)理論計(jì)算得到毛坯的理論直徑為124mm，得到外徑周長為124*3.14=389.4mm；通過軟件計(jì)算的坯料的輪廓線長度為403.7mm。軟件計(jì)算的稍微大一點(diǎn)，考慮到修邊，前

11、期的設(shè)計(jì)基本滿足要求。 圖8 輪廓線長度計(jì)算 3.3 制件厚度分析 由圖可知，最大的厚度大約為2mm，出現(xiàn)在凸緣部分，最小值大約為1.1mm，且最薄處只出現(xiàn)在底部，總體的厚度在2mm左右。在理論計(jì)算時(shí)，取得厚度平均值為2mm。說明制件在拉深時(shí)，第一次拉深可以滿足厚度要求。為此，此分析集中分析第一次拉深，第一次拉深滿足要求時(shí)，之后的拉深也肯定滿足，原因是，之后的拉深深度小，冗余度高。  圖9 厚度分布圖 3.4 主應(yīng)力分布 由圖可知，主應(yīng)力最大值出現(xiàn)在邊緣地方，這可能會(huì)引起褶皺。在實(shí)際中可以采用壓邊圈（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有采用，但是模具預(yù)留了壓邊圈），以較少起皺的情況。

12、 圖10 主應(yīng)力分布  3.5 制件成形情況 下圖為制件成形的成形極限圖 由圖可知，沒有出現(xiàn)較危險(xiǎn)的區(qū)域，起皺的部分也只發(fā)生在凸緣和修邊部分，可以利用壓邊圈來消除影響。 圖11 成形極限圖  總結(jié) 通過此次拉伸模設(shè)計(jì)，對鈑金類拉伸件的參數(shù)確定、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型分析有了一定的認(rèn)識(shí)，并初步掌握了薄壁件成形的一般步驟。 此設(shè)計(jì)主要集中在三個(gè)方面，一是制件的參數(shù)確定，一是模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一是成形分析。難點(diǎn)集中在參數(shù)的確定和成形分析。 制件的參數(shù)確定主要是毛坯的尺寸、拉深系數(shù)、拉深次數(shù)、拉深深度、凸凹模的

13、尺寸以及其公差等等。在設(shè)計(jì)過程中，參考了一些設(shè)計(jì)手冊，通過手冊中的預(yù)選參數(shù)，結(jié)合制件情況，合理選取，并不斷地分析檢驗(yàn)參數(shù)的合理性。反復(fù)選取拉深系數(shù)，來滿足拉深次數(shù)和拉深深度，又反過來讓拉深系數(shù)滿足設(shè)計(jì)手冊中給定材料的設(shè)計(jì)要求，以求達(dá)到一個(gè)合理的設(shè)計(jì)。 模具的設(shè)計(jì)參考現(xiàn)有的拉深模設(shè)計(jì)手冊，并結(jié)合制件設(shè)計(jì)而成，一部分零件采用了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，為了便于模具的加工、節(jié)約成本和縮短設(shè)計(jì)周期。 成形分析主要包括網(wǎng)格劃分、毛坯輪廓線生成和成形計(jì)算分析等等。分析中參數(shù)的選取直接影響成形分析的結(jié)果好壞，其中網(wǎng)格的劃分好壞占很大的影響。 由于個(gè)人所學(xué)的知識(shí)有限，在設(shè)計(jì)過程中，難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，希望老師在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，

14、及時(shí)批評指出，我一定會(huì)努力改正！  參考文獻(xiàn) [1] 周本凱.沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)踐.化學(xué)工業(yè)出版社，2008. [2] 湯酞?jiǎng)t.冷沖模課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo).湖南大學(xué)出版社，2008. [3] 丁友生 吳治明等.冷沖模設(shè)計(jì)與制造.浙江大學(xué)出版社，2011. [4] 楊關(guān)全 匡余華.冷沖模設(shè)計(jì)資料與指導(dǎo).大連理工大學(xué)出版社，2012. [5] 美國工程技術(shù)聯(lián)合公司.dynaform5.5中文培訓(xùn)手冊.ETA，2006. [6] 佚名.dynaform5.9.X中文版視頻教程.不詳 附表 (以下表節(jié)選自《冷沖模課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》)   表4.30 板料偏差  21