无凸缘圆筒件模具设计（张世辉）1 - 图文

小直径不锈钢筒形件拉深CAE分析

及模具设计

系 别：机电学院

专 业 班： 材料成型及控制工程2班 姓 名： 张世辉 学 号： 090010228 指导教师： 李河宗

2013年6月

河北工程大学毕业设计

摘要

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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。这次拉深是利用模具使10号钢平板毛坯材料变成为开口的空心零件的冲压方法，用拉深工艺可以制成筒形件、阶梯形件、球形、锥 形、抛物面形、合形和其他不规则形状的薄壁零件。通过对一个阶梯形筒形件的拉深工艺计算，说明阶梯筒形件的拉深工艺的计算方法。用该方法计算确定的拉深工艺，可以 确保多次拉深过程中的拉深过渡形状不被拉断，最终拉出合格的工件。这里介绍了落料 拉伸，整形，切边等多套模具。用该方法计算确定的拉深工艺，使得模具设计、 加工精度与复杂性不断提高，模具制造工期不断缩短。

关键词：筒形件 拉深工艺 整形 切边

I

河北工程大学毕业设计

Abstract

Steel parts of the stamping process and die design Abstract The use of stamping is installed in the stamping equipment (mainly the press) on the mold to exert pressure on the materials to produce plastic deformation or separation, to obtain the necessary components of a pressure processing methods. Drawing is used to mold into a plate of 10 steel rough openings for the hollow parts stamping method, using drawing process can be made tube, ladder-shaped pieces, spherical, cone-shaped, parabolic shape, or other irregular shape and thin Wall components. Based on a ladder-shaped cylinder of the drawing process, that ladder tube drawing of the method of calculation. This method is determined by the drawing process, drawing on many occasions to ensure that the process of drawing the shape is not pulled off the transition and eventually pulled out of qualified workpiece. Here on the blanking stretch, repeatedly drawing, shaping, trimming, and other sets of mold. With the method of calculating sure deep drawing technology, make the mold design, processing precision and complexity continuously improve, mold manufacturing continuously shortening period.

Key Words：Cylinder Drawing Process Shaping Trimming

II

河北工程大学毕业设计

目录

摘要 ...................................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................................. II 第一章 绪论 .....................................................................................................................................1

1.1冲压模具在制造业的地位 ...................................................................................................1 1.2 冲压模具的历史发展 ...........................................................................................................1 1.3 国内模具的现状和发展趋势 ..............................................................................................1

1.3.1 国内模具的现状 ........................................................................................................1 3.2 国内模具的发展趋势 ............................................................................................................ 3 1.4 圆筒拉深件模具设计与制造方面 ............................................................................................. 4

1.4.1深圆筒拉深模具设计的设计思路 .................................................................................. 4

第二章 工艺方案分析及确定 ........................................................................................................... 6

2.1 拉深件工艺性分析 ........................................................................................................................ 6 2.2 确定工艺方案 ................................................................................................................................. 7

2.2.1计算毛坯尺寸 ...................................................................................................................... 7 2.2.2判断拉伸次数 ...................................................................................................................... 9 2.2.3 确定首次拉深工序尺寸 ................................................................................................... 9 2.2.4确定工序加工方案 ........................................................................................................... 10

第三章 确定拉深力和压边力 ......................................................................................................... 12

3.1拉深力计算 ..................................................................................................................................... 12 3.2压边力计算 ..................................................................................................................................... 12 3.3压力机的公称压力计算 .............................................................................................................. 12

第四章 模具工作部分尺寸 .............................................................................................................. 13

4.1 模具工作部分尺寸计算 ............................................................................................................. 13

4.1.1 拉深模的间隙 ................................................................................................................... 13 4.1.2 拉深模的圆角半径 .......................................................................................................... 13 4.1.3 凸、凹模工件部分的尺寸和公差 .............................................................................. 13

第五章 模具总体设计 ......................................................................................................................... 14 第六章 设备的选择 .............................................................................................................................. 16

6.1压力机的选择原则 ....................................................................................................................... 16

第七章 模具其他零件的结构尺寸计算 .................................................................................... 18

7.1拉伸凹模设计 ................................................................................................................................ 18 7.2 模架选择 ........................................................................................................................................ 18

河北工程大学毕业设计

7.3定位圈设计 ..................................................................................................................................... 19 7.4 拉深凸模设计 ............................................................................................................................... 19 7.5压边圈 .............................................................................................................................................. 20 7.6 矩形弹簧 ........................................................................................................................................ 21 7.7凸模固定板 ..................................................................................................................................... 21 7.8 拉杆.................................................................................................................................................. 22 7.9 托杆长度 ........................................................................................................................................ 22 7.10 闭合高度 ...................................................................................................................................... 23

第八章 拉深工艺辅助工序 .............................................................................................................. 24

8.1润滑 ................................................................................................................................................... 24

第九章 用DYNAFORM软件模拟实验过程中的拉深试件 ........................................ 25

9.1创建三维模型 ................................................................................................................................ 25 9.2数据 ................................................................................................................................................... 25

9.2.1 创建DYNAFORM数据库 ................................................................................................... 25 9.2.2导入模型 ............................................................................................................................. 25 9.2.3 参数设定 ............................................................................................................................ 26 9.3网格划分 .......................................................................................................................................... 27 9.4网格检查及网格修补 ................................................................................................................... 28

9.4.1 网格划分 ............................................................................................................................ 28 9.4.2网格修补 ............................................................................................................................. 29 9.5自动设置 .......................................................................................................................................... 30

9.5.1 初始设置 ............................................................................................................................ 30 9.5.2 定义板料零件“BAN50” .............................................................................................. 30 9.5.3 定义凹模零件“AOMO”、凸模零件“TUMO” .......................................................... 32 9.5.4 定义压边圈零件“YBQ” .............................................................................................. 32 9.5.5 工模具初始定位设置 ..................................................................................................... 33 9.5.6工模具拉伸行程参数设置................................................................................................ 34 9.5.7 工模具运动规律的动画模拟演示 ................................................................................. 34 9.5.8 提交LS-DYNA进行求解计算 ...................................................................................... 34 9.6后置处理 ........................................................................................................................................... 36 9.7模拟结果分析 .................................................................................................................................. 37

9.7.1最终零件的FLD图 ........................................................................................................... 37 9.7.2最终零件的壁厚变化分布图 ........................................................................................... 37 9.7.3最终零件平均应力分布图................................................................................................ 37 9.7.4模拟实验结果表 .................................................................................................................. 38

结论 ................................................................................................................................................................. 39 致谢 ................................................................................................................................................................. 40 参考文献 ...................................................................................................................................................... 41

河北工程大学毕业设计

第一章 绪论

1.1冲压模具在制造业的地位

冲压模具在制造业的地位冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。 冲压利用冲压模具对板 料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。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。模具是大批生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。 用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧钢钢板或钢带为坏料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约 能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当 代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。 冲压加工的特点：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。

1.2 冲压模具的历史发展

模具的出现可以追溯到几千年前的陶瓷烧制和青铜器铸造， 但其大规模应用 却是随着现代工业的崛起而发展起来的。19 世纪，随着军火工业、钟表工业、 无线电工业的发展，模具开始得到广泛的使用 20 世纪 50 年代中期以前，模具设计多凭经验，根据用户的要求，制作能满 足产品要求的模具，但对所设计模具零件的机械性能缺乏了解。20 世纪 70 年代 至今计算机逐渐进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域，使得模具设计、 加工精度与复杂性不断提高，模具制造工期不断缩短。

1.3 国内模具的现状和发展趋势

1.3.1 国内模具的现状

目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，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 与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、 生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。

1

河北工程大学毕业设计

我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003 年我国模具生产厂点约有 2 万多家，从业人员约 50 多万人，2004 年模具行业的发展保持良好势头，模具企业 总体上订单充足，任务饱满，2004 年模具产值 530 亿元。 进口模具 18.13亿 美元， 出口模具 4.91 亿美元， 分别比 2003 年增长 18%、 32.4%和 45.9%。进出口之比 2004 年为 3.69:1，进出口相抵后的进净口达 13.2 亿美元，为净进口量较大的国家。 在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过 亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。

近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命 中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能 力提高较快；\三资\及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。 虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足:

第一，体制不顺，基础薄弱。“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再模具加上国内工业基础薄弱，因此， 行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。

第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年 创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是 15～20 万美元，有的高达 25～30 万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理， 真正实现现代化企业管理的企业较少。

第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低．虽然国内许多企业采用 了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数 控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得 不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。

第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差． 由于长期以来受“大 而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低， 专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 45% 左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套 任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也 对模具质量、成本有较大影响，对模具

2

河北工程大学毕业设计

制造周期影响尤甚。

第五，模具材料及模具相关技术落后．模具材料性能、质量和品种往往会影 响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种 规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。 3.2 国内模具的发展趋势

巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技 术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距， 尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的 主要发展方向包括以下几方面:

（1）模具日趋大型化；

（2） 在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术； （3）模具扫描及数字化系统；

（4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； （5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； （6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术； （7）模具的精度将越来越高； （8）模具研磨抛光将自动化、智能化；

（9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； （10）开发新的成形工艺和模具。

模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是 其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并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。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交 易总额为 600～650 亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约 占本国模具年总产值的三分之一。

国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到 50%以上；国外 模具企业的组织形式是\大而专\、\大而精\。2004 年中国模协在德国访问时，从 德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德 国有模具企业约 5000 家。2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（VDMA）会员 模具企业有 90 家，这 90 家

3

河北工程大学毕业设计

骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%，可见其 规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模 具结构设计、 模具工艺设计、 高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高。故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，而国 外模具工业发达国家大多 15～20 万美元，有的达到 25～30 万美元。 国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上，而我国才达到 45％。

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。

1.4 圆筒拉深件模具设计与制造方面

1.4.1深圆筒拉深模具设计的设计思路

目前，随着汽车及轻工业的迅速发展，模具设计制造日益受到人们的广泛关注，已成

为一个行业。随着模具制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业广泛应用，对模具的需求日益增加，拉伸模的设计在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。利用模具将平板变成开口空心零件的加工方法称为拉伸，它是主要的冲压工序之一，应用广泛。

拉深是冲压基本工序之一，它是利用拉深模在压力机作用下，将平板坯料或 空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它不仅可以加工旋转体零件，还可以 加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，但是，加工出来的制件的精度都很底。一般情况下，拉深件的尺寸精度应在 IT13 级以下，不宜高于 IT11 级。只有加强拉深变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决拉深变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。 圆筒件是最典型的拉深件，其工作过程很简单就一个拉深，根据计算确定可以一次拉深成功.因此，不需要多次拉深。再根据计算的结果和选用的标准模架，判断此次拉深不能采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度。导柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深凹模工

4

河北工程大学毕业设计

作配合长度决定．设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。

5

河北工程大学毕业设计

第二章 工艺方案分析及确定

2.1 拉深件工艺性分析

根据设计的要求如下： 生产批量：小批量实验用； 材料：304不锈钢； 材料厚度：0.05mm 、0.1mm; 零件简图：

图2-1 无凸缘圆筒工件

根据拉伸件的结构要点：拉伸件的形状应尽量简单、对称；拉深件各部分民族尺寸比

例要恰当，尽量避免凸缘和深度大的拉深件，因为这类零件须较多次的拉深；拉伸件圆角半径要合适，圆角半径尽量取大些，以利于成型的减少拉深次数。拉伸件的圆角半径如表2-1；

6

河北工程大学毕业设计

表2-1 拉伸件的圆角半径

r1?(3~5)t r1min?t r1max?8t 再分析设计的零件，该零件外形简单，尺寸精度及冲裁断面质量要求均不高，拉深件中未注尺寸的极限偏差按《未注公差成形件线性尺寸的极限偏差》选取，具体公差等级的选择级别一般由企业标准确定。参考图2-1所示零件为无凸缘圆筒形件。

（1）要求内形尺寸，料厚t=0.05mm，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=0.2mm>t，满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求。

?0.7 （2）尺寸?50mm为约为IT13，其余尺寸为自由公差，满足拉深工艺对精度等级的要

求。采用普通的冲裁加工工艺修边便能满足要求。

（3）筒休拉深深度H（含修边余量）不宜大于2d（d为筒体直径），当一次可拉成时，其高度H最好为：

H≤（0.5～0.7）d

本套筒修边余量△H为2mm，H=2.8<2d=10mm，故拉深高度不大，工艺性良好。

（4）零件采用的304不锈钢钢的拉深性能较好，易于拉深成形。

综上所述，该零件的拉深工艺性较好，可用拉深工序加工。

2.2 确定工艺方案

为了确定零件的成形工艺方案，先应计算拉深次数及有关工序尺寸。板料厚度t=1mm,故按中线尺寸计算。 2.2.1计算毛坯尺寸

在计算毛坯尺寸时，先把零件分割成简单的几何形状，然后分别计算各个形状的面积最后把形状的面积相加，就得到制件的总面积，再利用圆的面积公式反推直径，即得到毛坯尺寸。

7

河北工程大学毕业设计

图2-2 拉深件毛坯尺寸计算

由于拉深件非常薄尺寸计算不考虑厚度，将毛坯图转化为拉深零件图，据<<冲压模具简明设计手册>>P128.表4.14得

所以毛坯总面积计算为：

π2底面积:f1=4 d

圆角部分面积：

π2f2=4 （2×π×r×d2＋8×r） 圆筒部分面积： (h＋δ) f3=π×d2×

由叠算法计算公式D? 毛坯总直径：

4??S可知

8

河北工程大学毕业设计

D=

4??f1?f2?f3?=

d2?4dh

D2?d281?25??2.8mm 冲压件高度h=

4d4*52.2.2判断拉伸次数

在 设计拉深工艺时，必须知道工件能否能一次拉出，还是需要几道工序才能拉成。

正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性的拉深件的质量，拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。圆筒件的拉深变形程度一般用拉深系数表示和衡量。 拉深系数m是指拉深前后拉深件筒部直径（或半成品筒部直径）与拉深前坯料（或半成品）直径的比值。部分拉深件只需一次拉深就能成形，拉深系数就是拉深件筒部直径d与毛坯直径D的比值。 H2.8?0.56 由 d =5t0.05 D ×100=×100=0.56

9该拉伸件实际总拉伸系数为

d5 m总=D =?0.56

9判断拉深时是否需要压边：查《冲压模具简明设计手册》P143页表4.28得，因t/D×100<1.5，故拉伸时采用压边圈。 首次拉伸的极限拉深系数为

0.62

可见 m总>m1min ,故可以一次拉出。

2.2.3 确定首次拉深工序尺寸

?工序直径：调整拉伸系数，选定拉深系数为m=0.56。 则工序直径为

?工序底部圆角半径取值

d1=mD=0.56×9=5mm

r?rg=0.2mm

?工序件高度为零件的高度加上余量的高度即

9

河北工程大学毕业设计

H1=1.8+1=2.8mm

将上述按中线尺寸计算的工序件尺寸换算成零件图相同的标注形式后，所得各工序件的尺寸如图2-3所示。

图2-3a 坯料

图2-3b 拉深后

图2-3 无凸缘圆筒件各次工序尺寸

2.2.4确定工序加工方案

在对冲压件进行工艺分析的基础上，拟定出几套可能的工艺方案。通过对各种方案综合分析和相对比较，确定出经济上合理、技术上节实可行的最佳工艺方案。确定冲压件的

10

河北工程大学毕业设计

工艺方案时需要考虑冲压工序的性质、数量、顺序、组合方式以及其他辅助工序的安排。

根据上述计算结果，此零件需要落料（制成Φ9mm的坯料）、冲切展开、一次拉伸和切边共四道工序。没有冲孔，翻边弯曲等工序，且该零件首次拉伸高度较小，坯料直径（Φ9）和拉深后的圆筒直径（Φ5）差值较小，保证冲压件质量的前提下，工序数应尽量减少，可将坯料的落料和展开复合。

因此，考虑该零件的冲压工艺工序为：落料冲切展开，一次拉深，切边模，四道工序。根据《冲压模具设计师速查手册》P160页的冲压工序顺序原则知一般先拉深大尺寸外形，后拉深小尺寸内形。整形工序、校平工序、切边工序，应放在基本成形以后。再根据《冲压模具设计师速查手册》P161页冲压工序半成品形状与尺寸的确定，应保证已成形的部分在以后各道工序中不再产生任何变动，而待成形部分必须留有恰当的材料余量，所以切边应在拉深之后

综上所述：该零件的冲压工艺方案为：落料冲切展开?一次拉深?切边模。

11

河北工程大学毕业设计

第三章 确定拉深力和压边力

3.1拉深力计算

根据计算公式F=K2?d2t?b计算，查《冲压模具设计师速查手册》P9表2-1得304不锈钢的强度极限?b= 200MP，查《实用冲压模具设计手册》P148页表4-36。已知m=0.65，取m1=0.65，K1=0.60，取K=0.60。

将K=0.60，d=5mm，t=0.05mm，?b=200MP代入上式，即 P=0.60×3.14×5×0.05×200=94.2（N）

3.2压边力计算

压边力的计算公式为：

π2 Q=4 [D-

?d?2rd?12]q

已知rd=rp=0.25mm,D=9mm,d1=5mm，查《冲压模具简明设计手册》P151页表4-13得，取单位面积压边力q=5.0MPa。

把已知数据代入上式，得压边力为

π

Q=4 [92-（5+2×0.25)2]×5.0=199.19（N）

3.3压力机的公称压力计算

根据深拉深时：F?称压力为

?（0.5-0.6）Fpg和F??F?Q，取Fpg?1.4F?，则压力机的公

Fpg≥1.4(F+Q)=1.4×（94.2+199.19）=410.75（N）

故压力机的公称压力要大于0.411kN。

12

河北工程大学毕业设计

第四章 模具工作部分尺寸

4.1 模具工作部分尺寸计算

4.1.1 拉深模的间隙

查《冲压模具简明设计手册》P154页表4-53得拉深模的单边间隙为：Z=（1～1.1）t，取Z=0.07（mm）,则拉深模的间隙

2Z=2×0.07=0.14（mm）。 4.1.2 拉深模的圆角半径

凹模的圆角半径rd，查《冲压模具简明设计手册》P156页表4-58得选取rd=10t=0.5（mm）；凸模的圆角半径rp等 于工件的内圆角半径，即rp=r=0.2(mm)。 4.1.3 凸、凹模工件部分的尺寸和公差

由于工件要求内形尺寸，则以凸模为设计基准。查《冲压模具简明设计手册》P154页表4-54.由公式

d凸??dmin?0.75??0 ??凸??凹 d凹??dmin?0.75??2Z?0

计算。将模具公差按IT10级选取，查《冲压模具简明设计手册》P154页表4-54，取

?凸?0.015mm，?凹?0.010mm，将d=5mm，?=0.7代入上式，则凸模的尺寸为

d凸??dmin?0.75??0=?5?0.75?0.7??0.12=5.5250?0.015 ??凸0间隙取在凹模上，将d=5m，?=0.7，Z=0.14mm代入上式，则凹模的尺寸为 d凹

?0.010?0.010??dmin?0.5??2Z?0=?5?0.75?0.7?0.14?0=5.6650

??凹 13

河北工程大学毕业设计

第五章 模具总体设计

模具总体装配图如图5-1所示，因为压边力不大，故在双动压力机上拉深。

图5-1 拉深模总装图

说明：拉深模具在双动压力机压边圈采用平面式的，坯料用定位圈4的凹槽定位，凹槽深度等于1mm,以便压料，压边力用矩形弹簧25控制，凹模3固定在凹模的固定板5上，凸模17通过凸模固定板16固定在上模座上，工序的拉伸在压边圈7上定位，拉深结束后，用压边圈7将卡在凸模内的工件推出。

由于此拉深模为非标准形式，需计算模具闭合高度。其中各模板的尺寸需取国标。

14

河北工程大学毕业设计

图5-2拉深模三维图

15

河北工程大学毕业设计

第六章 设备的选择

6.1压力机的选择原则

冲压设备的选择直接关系到设备的合理使用，安全，产品质量，模具寿命，生产效率和成本等一系列问题。

对于中小型冲裁件，弯曲件或浅拉深件多用具有C形床身的开式曲柄压力机。在大中型和精度要求较高的冲压件生产中，多采用闭式压力机。对于大型，较复杂的拉深件多采用闭式双动拉深压力机。对于形状复杂零件的大量生产，应优先考虑选用多工位自动压力机。而对落料，冲孔件的大量生产，则应选用效率高，精度高的自动高速压力机。在小批生产中尤其式大型厚板的生产，多采用液压机。校正弯曲，校平整形工序要求压力机有较大的刚度，以便或得较高的虫牙件尺寸精度。 对曲柄压力机所要考虑到的重要参数是： 1.压力机的许用负荷； 2.完成各工序所需要的压力； 3.行程和行程次数； 4.最大装模高度；

5.压力机的台面尺寸应大于冲模的平面尺寸，并留有固定模具的余地，台面上的漏孔应与所要进行的工艺相适合； 6.压力机精度

当拉深行程过大，特别是采用落料拉深复合冲压时，不能简单得将落料力与拉深力叠加取选择压力机，因为压力机的公称压力是直滑块在接近下死点时的压力，所以应该注意曲柄压力机的允许压力曲线。如果不注意压力机的压力曲线，很可能由于过早出现最大冲压力而使压力机超载破坏。同时，由于拉深的工作行程大，消耗的功就多，因此还要审核压力机的功率，且压力机滑块的行程必须为拉深行程的两倍以上。

对于拉深工作，由于施力行程较大，不能按压力机的额定压力选用，为了选用方便，可以近似得取为：

（0.5~0.6）F压力机公称压力； 在深拉深时，最大拉深力F总?（0.7~0.8）F压力机公称压力。 在浅拉深时，最大拉深力F总?式中 F总——拉深力，在用复合模冲压时，还包括其他变形力。

取落料力和拉深力中较大的一个力，根据以上原则，初选开式双柱可顷压力机JH23-25，

16

河北工程大学毕业设计

根据公称压力大于125kN，滑块行程s≥2h工件=2×31.5=63mm及闭合模具高度H=187mm，查《冲压模具设计师速查手册》P373表9-3开式压力机主要参数表，采用JH23-25开式双柱可倾压力机。

其主要参数如下表5-1：

公称压力（KN） 滑块行程（mm） 行程次数（次/分钟） 最大闭合高度（mm） 连杆调节长度（mm） 工作台尺寸（mm?mm） 模柄尺寸（mm?mm） 电动机功率（KW）

表6-1 JH23开式双柱压力机参数

250 75 80 260 55 370?560 直径40?深度60 2.2

17

河北工程大学毕业设计

第七章 模具其他零件的结构尺寸计算

7.1拉伸凹模设计

由于工件形状简单，料厚为0.05mm，所以采用刃壁无斜度的凹模结构，其特点是刃壁磨后刃口尺寸不变，但由于刃壁后端扩大，所以凹模工作部分强度较差，适用于复合模和薄料冲裁模。其结构如图7-1所示。

凹模外形尺寸：凹模厚度根据经验公式 H=KB。式中K为系数，B为凹模孔最大的宽度，即B=5.查《冲压模具设计与制造实训教程》P50页表2-25知，料厚为0.01mm，对应系数K为0.6，所以凹模厚度H=0.6×5=3，根据经验和计算数值，最终取凹模厚度为3mm。

凹模壁厚 c=(1～2)H 这里取c=1.5H=1.5×3=4.5mm，考虑倒拉深高度3mm和卸料板的布置及安全距离，修模长度等，实际取凹模长度H=17mm。考虑到固定尺寸，再向外扩展凹模周界尺寸，则推出凹模周界尺寸如下图7-1零件图。

图6-1 凹模零件图

7.2 模架选择

由凹模外形尺寸?20，保证其强度精度要求，选择钢板式模板，滚珠式导柱导套，据《机械中国模具设计大典》P669表4.1，选择具体的结构尺寸：

上模板： 160?160?15

18

河北工程大学毕业设计

下模板： 160?160?25 导柱： ISO9182-2 16?125 导套： ISO9448-3B 16?30 模具闭合高度： 最大130mm，最小95mm

7.3定位圈设计

定位圈的作用是定位坯料，坯料形状圆形，平面尺寸除保证定位准确外，还应该考虑紧强度要求，厚度一般取凹模厚度的0.5～0.8，根据以上原则拟选用GB2858.5-81圆形固定板，规格为Φ160?18。

7.4 拉深凸模设计

采用等截面凸模，以模口定位，用定位板固在上模座上，其长度考虑凸模进入凹模深度，定位模高度，安全距离及凸模的修模量，

通过查《冲压模具简明设计手册》P44表2.53得零件图如图7-2.

19

河北工程大学毕业设计

图7-2 凸模零件图

7.5压边圈

为满足零件成型精度，和压边圈的强度要求，其具体结构见图7-3。

20

河北工程大学毕业设计

图7-3 压边圈零件图

7.6 矩形弹簧

条料由带导板的卸料板导入，冲首件以目测定位，冲第二个工件时，则用挡料销定位。由于挡料销离中心距离：

A=进距+82/2=82.8+41=123.8mm≥落料凹模的直径81.92mm

所以不能把挡料销直接按再凹模上，得另外设计一个支架来固定挡料销，其结构见设计装配图。

7.7凸模固定板

与凸模配合，保证其精度强度技术要求，其结构如图7-4。

21

河北工程大学毕业设计

图7-4 压边圈零件图

7.8 拉杆

打杆长度L=模柄孔深+上模扳厚+上模板下平面以后高度+C =70+32+10+15=127mm

其中：C为考虑各种误差而加的常数，通常取10～15mm 故根据GB2867.2-81选用M14?135打杆

7.9 托杆长度

打杆到达下死点时：

托杆长度L=下模座厚+托杆高于模座长度+模座下平面到气垫距离+误差 =55+10+20+10+5=100mm

22

河北工程大学毕业设计

故根据GB2867.3-81选用?12?105的托杆

7.10 闭合高度

模具的闭合高度为

Hd?Hud?Heq?Hf?Hdb?35mm

式中，Hud为上模高度；Heq为压迫圈厚度；Hf为固定板厚度；Hdb为下模座高度；35mm是模具闭合时，压边圈与固定板之间的距离。

取Hud=（30+10+3+45+25）mm=113mm，取Heq=16mm，的闭合高度为

Hd=123+16+30+35+55=244mm

400kN压力机最大闭合高度为255mm，最小为210mm 因244-5?230?210+10 故所选设备是合适的

23

Hf=30mm，Hdb=55mm，则模具河北工程大学毕业设计

第八章 拉深工艺辅助工序

8.1润滑

拉伸过程中，毛坯与模具表面之间会产生很大的摩擦，它不仅使拉深系数和拉深力增加，而且会损伤模具和工件的表面。拉深时使用润滑剂可以减少材料与模具之间的摩擦，降低变形阻力，冷却工作表面，并可以保护工作表面不被损伤以及提高工件的表面质量。润滑剂的配方很多，生产中，应根据拉深件的材料、工件的复杂程度，温度及工艺特点等合理地选用。

查《实用冲压模具设计手册》P212页表4-41至表4-43，考虑到拉深力较大，故选用L-AN10号润滑剂，主要参数如下表8-1。

简称号 L-AN10 润滑剂成分 锭子油 硫化蓖麻油 鱼肝油 白垩油 苛性钠 水 油酸 表8-1L-AN10润滑剂成分参数

质量分数（%） 33 1.6 1.2 45 0.1 13 5.5 24

河北工程大学毕业设计

第九章 用DYNAFORM软件模拟实验过程中的拉深试件

9.1创建三维模型

利用CATIA软件创成式外形设计模块建立毛坯板（BAN）、凹模(AOMO,实为凹模和压边圈YBQ的集合体)、凸模（TUMO）的实体模型，如图9-1、9-2、9-3所示。将所建立的实体模型的文件以“*.igs”的格式保存。由于所建立的上模在成型过程中与制件的内表面相接触，所以其几何尺寸与制件的内表面尺寸相一致。

图9-1 BAN 图9-2 AOMO 图9-3 TUMO

9.2数据

9.2.1 创建DYNAFORM数据库

启动DYNAFORM软件，选择文件/另存为菜单选项，修改文件名为“双动板50”，将所建立的数据库保存在自己设定的目录下。

9.2.2导入模型

选择文件/导入菜单项，将上面所建立的“*.igs”模型文件依次导入到数据库中，如图9-4所示，选择零件层/编辑菜单项，弹出如图9-5所示对话框。编辑删除不必要零件层，修改各零件层的名称、编号、和颜色，将毛坯层命名为BAN50，将上模层命名为AOMO,将下模命名为TUMO,单击确定按钮确定。

25

河北工程大学毕业设计

图9-4 导入模型文件 图9-5 编辑零件层对话框(编辑前后)

9.2.3 参数设定

选择工具/分析设置菜单项，弹出如图9-6的对话框，按图示设置各参数，注意是双动拉深实验：

图9-6 分析参数设置对话框

26

河北工程大学毕业设计

9.3网格划分

选择前处理/单元项，弹出如图9-7单元对话框，单击图中曲面网格划分图标

，弹

出如图9-8所示窗口，将最大尺寸改为1mm，其余尺寸按默认尺寸设置，单击选择曲面按钮，弹出如图9-9选择曲面对话框，单击零件层按钮，弹出如图9-10选择零件层对话框，由于窗口显示当前零件层为BAN50，故单击BAN50，弹出如图9-9选择曲面对话框，单击确认回到如图9-8曲面网格划分对话框，单击应用后点击是即可得到BAN50网格，如图11所示。

图11 BAN50网格图

图9-7 图9-8 图9-9 图9-10

更换零件层，用相同的方式对TUMO、AOMO进行网格划分，如图12所示。

27

河北工程大学毕业设计

图9-12

9.4网格检查及网格修补

9.4.1 网格划分

选择前处理/模型检查，弹出如图9-13模型检查/修补对话框，单击

弹出图9-14控

制键对话框，单击“鼠标选择零件”，选择凹模凸缘面如图9-16，弹出图9-17对话框，单机“是”后单击“退出”按钮，其目的在于保证凹模的法线方向指向与板坯接触面的方向。用相同方式对凸模进行网格检查。 图9-16 检测法向 28

河北工程大学毕业设计

图9-13 模型检测/修补界面 图9-14 图9-17 9.4.2网格修补

在图9-13中单击图标

进行边界检查，发现只有外轮廓边界呈白色高亮如图9-18所

将白色高亮部

示，其余部位均保持不变，说明单元网格无缺陷。单击“清楚高亮”图标分清除，再单击“确定”退出模型检查/修补对话框。

图9-18 检测缺陷

29

河北工程大学毕业设计

9.5自动设置

9.5.1 初始设置

选择设置/自动设置，弹出新建模拟对话框如图9-19所示。根据图9-19进行初始设置，完成后点击“确认”按钮，弹出如图9-20所示板料成型对话框。

图9-19 新建模拟界面 图9-20板料成型界面

9.5.2 定义板料零件“BAN50”

在图9-20对话框中，单击“板料”选项卡，弹出如图9-21对话框，单击“定义几何模型”，弹出如图9-22对话框，单击“添加零件层”，弹出如图9-23对话框，再单击“BAN50”后单击“确认”即回到图9-22对话框，单击“退出”按钮返回到图9-24板材成型对话框。单击“BLANKMAT”按钮，弹出如图9-25所示对话框，单击“材料库”按钮，弹出如图9-26所示对话框，选择材料st14(china)，单击“确认”按钮，进入图9-27对话框，单击“确认”按钮，完成板料零件“BAN50”的定义。

30

河北工程大学毕业设计

图9-21 图9-22 图9-23

图9-24 板料成型界面 图9-25材料界面

31

河北工程大学毕业设计

图9-26 材料库 图9-27材料属性

9.5.3 定义凹模零件“AOMO”、凸模零件“TUMO”

在图9-24“板料成型”对话框中，选择“工具/die/定义几何形状”命令，弹出如上图9-22对话框，单击“添加零件层”，弹出如图9-23对话框，再单击“AOMO”后单击“确认”即回到图9-22对话框，单击“退出”按钮返回到图9-24“板料成型”对话框。用相同的方式完成凸模零件的定义,并将凸凹模的工作方向改为反方向。

9.5.4 定义压边圈零件“YBQ”

在上图9-24“板料成型”对话框中，选择“工具/binder/定义几何形状”命令，弹出如上图9-22对话框，单击“复制单元”按钮，弹出如图9-28所示对话框，单击“选择”按钮，弹出如图9-29所示对话框，单击按钮

“伸展”，通过滑块将角度值调为“1”单

击选择零件“AOMO”的凸缘面，零件凸缘面呈高亮显示，如图9-30所示，选择“确认/应

用/退出/退出/退出”命令，退出“板料成型”对话框。利用上面所讲的方法将“binder”层名字改为“YBQ”，同时也应将工作方向改为反方向。

32

河北工程大学毕业设计

图9-28 复制单元 图9-29选择单元 图9-30压边圈

9.5.5 工模具初始定位设置

选择“设置/自动设置/工具/定位?”命令，弹出如图9-31所示定位对话框，选择工具栏中的“左视图”按钮

来调整视角，将所有参数设置成如图9-31所示，单击“确认”

按钮，模型位置如图9-32所示，在“显示控制选项栏”中将“曲面”的去掉，即完成了工模具初始定位设置。

图9-31工模具参数界面 图9-32工模具位置关系

33

河北工程大学毕业设计

9.5.6工模具拉伸行程参数设置

在“板料成型”对话框中，选择“工序/closing”命令，参数设置与图9-33一致。单击“drawing”将参数设置为与图9-34一致，即完成了拉伸行程参数等工艺参数的设置。

图9-33 closing参数界面 图9-34 drawing参数界面

9.5.7 工模具运动规律的动画模拟演示

在图9-34对话框中单击菜单栏“预览/动画演示”命令，弹出如图9-35所示对话框，将“帧数/秒”值调为 10，点击“演示”按钮，进行动画模拟演示。通过观察动画，可以判断工模具设置是否正确合理。点击“停止”按钮结束动画，返回“板料成型”对话框。

图9-35动画界面

9.5.8 提交LS-DYNA进行求解计算

在“板料成型”对话框中选择“提交（J）/写LS-Dyna文件(F)?”命令，弹出如图9-36所示对话框，选择“保存/是/确认/退出”退出“板料成型”对话框。启动“Jobs

34

河北工程大学毕业设计

Submitter”，弹出如图9-37所示“eta/LS-DYNA Jobs Submitter”对话窗口，单击“Add Dyn Job”图标图标

，选择之前保存的dyn格式文件后，单击“Submit Jobs to server”，即进入如图9-38所示“模拟分析计算窗口”进行分析计算，等待运算结

束后，可在后处理模块中观察整过模拟结果。

图9-36保存界面

图9-37eta/LS-DYNA Jobs Submitter 3.0界面

35

河北工程大学毕业设计

图9-38模拟分析计算窗口

9.6后置处理

1、单击菜单栏中的后处理进入DYNAFORM后处理程序。选择文件/打开菜单项，浏览保存结果文件的目录，选择d3plot文件，单击打开按钮读入结果文件。

2、单击如图9-39所示的两个工具按钮 限图和毛坯厚度的变化过程。

，可绘制成型过程中的零件的成形极

图9-39 变形过程的绘制

36

河北工程大学毕业设计

9.7模拟结果分析

9.7.1最终零件的FLD图

A1 A2 A3

A4 A5 A6

9.7.2最终零件的壁厚变化分布图

A1 A2 A3

A4 A5 A6

9.7.3最终零件平均应力分布图

A1 A2 A3

A4 A5 A6

37

河北工程大学毕业设计

9.7.4模拟实验结果表

序凸圆直径号 dr(mm) 1 Ф5 2 Ф5 3 Ф5 4 Ф2 5 Ф2 6 Ф2 材料 毛坯直径D(mm) 9 9.5 10 3.8 4 4.2 毛坯厚度t(mm) 0.05 0.05 0.05 0.2 0.2 0.2 拉深系数 1.8 1.9 2.0 1.9 2.0 2.1 SS304

设计高度h(mm) h1=3 h2=3.4 h3=3.7 h4=2 h5=2.1 h6=2.3 压边力 F（t） 150 170 200 15 20 25 是否起皱 否 否 否 是 否 是 是否拉裂 否 是 是 否 否 否 38

河北工程大学毕业设计

结论

冷冲压模具设计是为材料成型及控制工程学生在学完基础理论课，技术基础深和专业课的基础上所设置的一个重要实践性教学环 ，其目的是综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高我们独立工作的能力，由于以前没有学过模具相关课程，通过自学的方式，我逐渐掌握了冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算，绘图，查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等， 通过毕业设计，使自己再其后各方面知识有所提高。

圆筒件属于简单拉深件，分析其工艺性，并确定工艺方案。根据计算确定 本制件是一次拉深成的。本设计主要是最后 一次拉深模具设计，需要计算拉深时的间隙、工作零件的圆角半径、尺寸和公差， 并且还需要确定模具的总体尺寸和模具零件的结构，然后根据上面的设计绘出模 具的总装图。由于在零件制造前进行了预测，分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷， 采取了相应的工艺措施。因此，模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。 深圆筒件的形状结构较为简单，但是高度太高不适合选用标准模架。要保证 零件的顺利加工和取件，必须有足够的高度，因此需要改变导柱、导套的长度，以达到要求。模具工作零件的结构也较为简单，它可以相应的简化了模具结构。 便以以后的操作、调整和维护。

深圆筒模具的设计，是理论知识与实践有机的结合，更加系统地对理论知识 做了更深切贴实的阐述。也使我认识到，要想做为一名合理的模具设计人员，必须要有扎实的专业基础，并不断学习新知识新技术，树立终身学习的观念，把理论知识应用到实践中去，并坚持科学、严谨、求实的精神，大胆创新，突破新技术，为国民经济的腾飞做出应有的贡献。

39

河北工程大学毕业设计

致谢

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次课设的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多经验上的难题，让我能把模具做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。 其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。在不懂的时候总是寝室几个人一起讨论，模具设计也许在开始感到很陌生，但是慢慢的我们就熟悉了相关的知识，在各方面得到了提高，同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。 最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学！

40

河北工程大学毕业设计

参考文献

[1] 姜奎华．冲压工艺与模具设计．北京：机械工业出版社，1998． [2] 郑家贤．冲压工艺与模具设计．北京：机械工业出版社，1998． [3] 陈秀宁，施高义．机械设计课程设计．杭州：浙江大学出版社，2004． [4] 郝滨海．冲压模具简明设计手册．北京：化学工业出版社，2004． [5] 刘朝儒．机械制图．北京：高等教育出版社，2001． [6] 李庆华．材料力学．成都：西南交通大学出版社，2002．

[7] 黄毅宏，李明辉．模具制造工艺．北京：机械工业出版社，2006． [8] 王存堂．AutoCAD2004模具设计．北京：机械工业出版社，2005．

[9] 袁定福．Pro/ENGINEER Wildfire 模具设计．北京：清华大学出版社，2005． [10] 太田哲.张玉良．冲压模具结构图解与设计图解．北京：国防工业出版社，1980． [11] 赵昌盛．实用模具材料应用手册．北京：机械工业出版社，2005． [12] 孔京杰. 冲压模具设计与制造实训教程. 北京：化学工业出版社，2009. [13] 高显宏. 冲压模具设计与制造. 北京:清华大学出版社,2011. [14] 刘朝福. 冲压模具设计师速查手册. 北京：化学工业出版社，2011. [15] 曹立文，王冬. 新编实用冲压模具设计手册. 北京:人民邮电出版社,2007. [16] M.Tisza, Zs.Lukács, G.Gál . Integrated Process Simulation and Die-Design in Sheet Metal Forming.Int J Mater Form (2008) Suppl 1:185 – 188.

41

河北工程大学毕业设计

参考文献

[1] 姜奎华．冲压工艺与模具设计．北京：机械工业出版社，1998． [2] 郑家贤．冲压工艺与模具设计．北京：机械工业出版社，1998． [3] 陈秀宁，施高义．机械设计课程设计．杭州：浙江大学出版社，2004． [4] 郝滨海．冲压模具简明设计手册．北京：化学工业出版社，2004． [5] 刘朝儒．机械制图．北京：高等教育出版社，2001． [6] 李庆华．材料力学．成都：西南交通大学出版社，2002．

[7] 黄毅宏，李明辉．模具制造工艺．北京：机械工业出版社，2006． [8] 王存堂．AutoCAD2004模具设计．北京：机械工业出版社，2005．

[9] 袁定福．Pro/ENGINEER Wildfire 模具设计．北京：清华大学出版社，2005． [10] 太田哲.张玉良．冲压模具结构图解与设计图解．北京：国防工业出版社，1980． [11] 赵昌盛．实用模具材料应用手册．北京：机械工业出版社，2005． [12] 孔京杰. 冲压模具设计与制造实训教程. 北京：化学工业出版社，2009. [13] 高显宏. 冲压模具设计与制造. 北京:清华大学出版社,2011. [14] 刘朝福. 冲压模具设计师速查手册. 北京：化学工业出版社，2011. [15] 曹立文，王冬. 新编实用冲压模具设计手册. 北京:人民邮电出版社,2007. [16] M.Tisza, Zs.Lukács, G.Gál . Integrated Process Simulation and Die-Design in Sheet Metal Forming.Int J Mater Form (2008) Suppl 1:185 – 188.

41

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rvgp.html