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1、文華學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：圓形工件的彎曲模具設(shè)計 學 生 姓 名： 李小兵 學號： 學 部 （系）： 機械與電氣工程 專 業(yè) 年 級： 12材料成型及控制工程 指 導 教 師： 朱月亭 職稱或?qū)W位： 碩士 2016 年 5 月 20 日文華學院畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄 摘 要4關(guān)鍵詞. 4Abstract5Keywords51.前言61.1沖壓的概念特點及分類61.2 沖壓模具的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢61.2.1 沖壓模具的現(xiàn)狀61.2.2 沖壓模具的發(fā)展趨勢71.3 本課題的意義及主要內(nèi)容81.3.1 選題的意義81.3.2 本課題的主要內(nèi)容82.圓形工件的工藝分析92.1 工件

2、分析92.2 加工分析103.彎曲工藝方案的確定123.1 彎曲工藝分析比較123.1.1 擺動式圓形彎曲模123.1.2 楔形圓形彎曲模133.2 彎曲工藝選定144.彎曲模具工藝計算154.1 彎曲件毛坯尺寸的計算154.1.1 彎曲應(yīng)變中性層位置的確定154.1.2 彎曲件毛坯長度計算154.2 彎曲力計算與壓力機選用164.2.1 自由彎曲力計算164.2.2 校正彎曲力計算164.2.3 壓力機選用164.3 彎曲模工作部分尺寸計算174.3.1 彎曲時凸模與凹模之間的間隙174.3.2 彎曲時凸模與凹模的寬度尺寸185.彎曲模主要零件的設(shè)計185.1 模具主要零件二維三維圖紙185

3、.1.1 下模座185.1.2 下墊板195.1.3 凹模固定板205.1.4 凹模215.1.5 芯棒22 5.1.6 上凹模.235.1.7 壓料板245.1.8 上凹模固定板255.1.9 上墊板265.1.10 上模座275.2 模具三維總裝配圖285.3 模具關(guān)鍵沖壓零件的工作過程306.彎曲模具數(shù)值模擬可行性分析及工藝矯正316.1 DEFORM軟件分析流程316.2 DEFORM初次分析結(jié)果386.3模具改進后的分析40結(jié)束語44參考文獻45致謝463圓形工件的彎曲模具設(shè)計摘 要圓形工件是工業(yè)生產(chǎn)中一種不可或缺的零件，然而作為一種非典型彎曲件，目前對他的研究較少，本論文針對此情況

4、，對圓形工件彎曲進行了細致的分析研究，主要內(nèi)容為對圓形工件的多種彎曲工藝進行分析，設(shè)計一種彎曲工藝的模具，并運用三維軟件PRO/E畫出模具各零件并進行裝配，運用目前比較先進的數(shù)值模擬軟件DEFORM，對已設(shè)計的模具進行沖壓模擬，分析其應(yīng)力分布及可行性并對原始模具做改進，經(jīng)過多次分析最終確定模具成型部位尺寸，完成整個模具設(shè)計過程。關(guān)鍵詞：沖壓；彎曲模具；PRO/E建模；DEFORM分析Circular workpiece bending die design Abstract Circular workpiece is an integral part of a kind of industri

5、al production, however, as a kind of typical bending parts of his study is less, this thesis aimed at this situation, the circular workpiece bending has carried on the detailed analysis and research, the main content for the various bending process of circular workpiece is analyzed, design a kind of

6、 mould of bending process, and using 3D software PRO/E draw mold the parts and assembly, use the more advanced numerical simulation software DEFORM, for the design of die stamping simulation, analyzes the stress distribution and feasibility and do improvement to the original mold, after a lot of ana

7、lysis of final molding parts size, complete the whole mold design process.Keywords: stamping;Bending die;PRO/E modeling;DEFORM analysis51.前言 1.1沖壓的概念特點及分類 沖壓模具的概念：沖壓模具是利用安裝在沖壓設(shè)備上的零件對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。由于沖壓一般是在常溫下對材料進行變形加工，且主要是采用板料來成形所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性成型的主要方法之一1。沖壓成形有以下特

8、點：生產(chǎn)效率高、操作簡單、容易實現(xiàn)機械化及自動化等過程。加工的工件表面質(zhì)量好，尺寸精度高、由于材料的形變強化特性，可以獲得強度高、而重量輕的零件。適合批量生產(chǎn)，材料利用率高，可節(jié)約大量人力物力財力。可得到其它加工方法難以實現(xiàn)的或無法成型的復雜形狀零件。這些特點非常符合汽車制造業(yè)對于零件強度好質(zhì)量輕批量生產(chǎn)的要求，因此沖壓在汽車行業(yè)具有十分重要的地位2。 沖壓模具的分類：模具是一種技術(shù)密集，資金密集型的產(chǎn)品，在我國國民經(jīng)濟中的地位非常重要。可以說模具生產(chǎn)技術(shù)的水平高低，已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。沖壓模具按不同的加工出來的工件可以分為：沖裁模，拉伸模，彎曲模，翻邊模，脹形模等。

9、而其中的彎曲模又可以分為：U形彎曲模，V形彎曲模，Z形彎曲模，圓形彎曲模等。 1.2 沖壓模具的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1.2.1 沖壓模具的現(xiàn)狀 根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)我國在兩千多面前，就有用模具制造青銅器的記錄，研究顯示我國古代模具制造是世界領(lǐng)先的。但現(xiàn)代模具制造，由于我國科學技術(shù)長期一直落后于歐美等發(fā)達國家，所以模具制造技術(shù)雖然產(chǎn)量很大，但是技術(shù)一直相對比較落后，只能做一些簡單以及尺寸精度要求不高的模具。沖壓模具制造是一項綜合性的工程，沖壓模具結(jié)構(gòu)復雜零件眾多，又由于沖壓模具效率高的特點，模具的自動化也很重要，這就對一個國家的機械制造及其自動化提出了很高的要求，而這一方面我們與日本德國等差距還較大，我國與

10、發(fā)達國家模具制造的差距還體現(xiàn)在模具材料方面，同一種模具日本制造的壽命可達到3到4年甚至5到10年，而我國可能就只有1到2年甚至更低，這其實主要是模具材料造成的，所以我國沖壓模具想達到世界先進水平，首先就要在模具材料方面取得突破3。 國外，德國日本模具發(fā)展起步較早，模具制造技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，這一方面是由于他們的機械制造還有材料技術(shù)非常先進，另一方面也得益于先進的模具生產(chǎn)管理技術(shù)，例如模具作為一個獨立的行業(yè)，德國日本美國等都設(shè)定了許多行業(yè)標準，一個模具雖然零件很多，但不同的模具大多數(shù)零件都是一樣的，因此有必要對那些標準零件設(shè)置一些行業(yè)標準。另外CAD/CAE在模具設(shè)計中的運用德國日本也比我國更

11、加深入，雖然目前我國的大多數(shù)制造業(yè)也都運用計算機輔助設(shè)計生產(chǎn)水品有所提高，但總體上水平參差不齊與發(fā)達國家有所差距還有待提高。 1.2.2 沖壓模具的發(fā)展趨勢雖然當前我國的模具制造技術(shù)相對比較落后，但是我國正努力朝著先進制造業(yè)大國的目標追趕著，模具作為制造業(yè)的基礎(chǔ)必然會大力發(fā)展。沖壓模具的發(fā)展趨勢，首先在CAD/CAE軟件方面，目前國內(nèi)的大對數(shù)制造業(yè)都放棄了傳統(tǒng)手工作圖，采用CAD軟件作圖，在產(chǎn)品設(shè)計的時候也采用計算機三維建模，在完成總體設(shè)計之后運用數(shù)值模擬技術(shù)進行模擬，分析模具的可行性等等，華中科技大學，吉林大學，湖南大學等高校，陸陸續(xù)續(xù)開發(fā)出各自CAD/CAE軟件，并且在高等教育中都比較重視

12、計算機技術(shù)的學習，等等這些改變在我國的模具制造業(yè)中取得顯著成績4。其次機加工技術(shù)也正在一步一步提高，一方面大力從國外進口先進的五軸機床等先進的加工機械，淘汰那些落后機床，另一方面我國自己的機床生產(chǎn)技術(shù)也在逐步提高，這使得加工的精度越來越高，質(zhì)量越來越好，而加工精度是影響模具精度壽命的重要因素。除此之外模具材料往往是模具好壞的關(guān)鍵性因素，長期以來我國都從日本德國大量進口模具材料，近年來我國逐步重視新材料的開發(fā)，在市場的驅(qū)動下，各大材料生產(chǎn)企業(yè)也加緊材料的研發(fā)，試圖搶占國內(nèi)市場，在國家的支持下各大高校也紛紛加大材料方面的投入，目前在許多方面已經(jīng)取得了可喜成績。最后模具的后處理也是重要的部分，往往采

13、用先進的熱處理，可以大大提高材料的壽命，例如將加工好的模具零件采用等離子噴涂處理后其壽命可提高百分之20左右，當前的發(fā)展趨勢是鼓勵各種新的先進的材料處理技術(shù)運用到模具后處理上來。最后模具的檢測設(shè)備也十分重要，由于先進的超高精度檢測儀器價格昂貴，一般的中小型企業(yè)資金實力比較薄弱，在檢測儀器方面不重視，這就導致了模具的尺寸精度不高，進而影響模具的使用壽命5?？偟脕碚f我國離先進模具制造大國還有一段距離，但在國家大力鼓勵創(chuàng)新建立創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略下，目前模具行業(yè)各方面都正在蓬勃發(fā)展，相信在不久的將來我國的模具制造業(yè)會到達世界先進國家的行列。 1.3 本課題的意義及主要內(nèi)容 1.3.1 選題的意義 沖壓模

14、具是制造業(yè)中非常重要的一部分，從事這一方面研究學習的人員也非常的多，然而各大高校和職業(yè)院校及一些其他模具學校等，在教學及教材的選用上對于U,V形這兩種比較典型的彎曲模講述較多，而對于圓形彎曲模講解較少或沒有講解。隨著工業(yè)技術(shù)水平的經(jīng)進一步發(fā)展，對于圓形件的運用越來越廣且要求越來越高。因此對圓形工件彎曲模具進行專門且詳細的研究就顯得非常必要了。本論文在比較不同的圓形彎曲模工藝基礎(chǔ)上，選取一種最簡單模具最穩(wěn)定的彎曲工藝進行了細致分析，希望能對圓形彎曲成型提供比較科學的參考6。 進入21世紀在計算機普及的下模具制造業(yè)正在迅速發(fā)展，近年來圓形工件的彎曲模具正逐步受到重視。其中，小半徑彎管是研究的一個熱

15、點，這是因為小半徑彎管件有著非常廣泛的應(yīng)用，尤其是在航空航天、汽車等高技術(shù)領(lǐng)域，小半徑彎管件已成為了一個關(guān)鍵的零件。通過對非典型 U 形沖壓件（如圓形工件）沖壓成形工藝過程的模擬，尋找出合理而有效的運用 CAD、CAE 技術(shù)進行選擇、并有針對性的改進成形工藝參數(shù)以應(yīng)對成形過程中可能出現(xiàn)的缺陷等方法，這種方法對于其他沖壓件的成形過程也具有一定的理論指導價值15。通過計算機的高效的運算能力來分析模具設(shè)計過程中存在的問題與缺陷，并有針對性的對這些缺陷加以改進確保了模具設(shè)計的合理性與科學性，不僅節(jié)省人力，物力還會縮短設(shè)計到生產(chǎn)的周期，確保模具行業(yè)向著周期短、成本低、產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)的方向發(fā)展7。1.3.2 本

16、課題的主要內(nèi)容本課題的主要研究內(nèi)容：通過查閱文獻和相關(guān)資料，初步了解沖壓模具的工作原理和相關(guān)知識。熟悉模具設(shè)計的流程，能獨立設(shè)計一套簡單模具。學習分析各種圓形件彎曲工藝的優(yōu)劣，選取一種簡單實用的工藝做細致的研究，對非典型彎曲件圓形件的各個沖壓零件尺寸進行合理計算，選取壓力機，沖壓工藝原理等。運用PRO/E軟件建立圓形工件彎曲模具各個零件的三維模型，并進行組裝，并利用有限元模擬軟件DEFORM進行數(shù)值模擬，對模擬結(jié)果進行分析，為圓形工件彎曲模具的實際應(yīng)用提供相應(yīng)的理論依據(jù)16。通過本課題的研究，鞏固學生所學的知識，培養(yǎng)學生的獨立工作能力與創(chuàng)新能力，以及學生的專業(yè)基本能力和工程師素質(zhì)，為將來從事工

17、程技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)8。2.圓形工件的工藝分析2.1 工件分析材料：45鋼單位：mm圖2-1工件尺寸圖 圖2-2 工件該零件如圖2-3所示結(jié)構(gòu)比較簡單，從圖2-2可以看出工件為長10mm，內(nèi)徑10mm，外徑12m的不封閉圓管，通常由厚度1mm板料彎曲成型，但其屬于非典型沖壓件，一般不容易一次沖壓成型，常規(guī)的做法是先把板料彎成U型再彎成圓型，或先彎成波浪型再彎成圓型，但這樣操作兩次比較麻煩，現(xiàn)將兩步結(jié)合一起完成。2.2 加工分析1. 材料選用：在沖壓模具設(shè)計時，選取沖壓工件的材料是及其重要的，一般情況下，沖壓模具的工藝及其模具材料的選用都是根據(jù)工件材料來選取的，沖壓材料眾多，但是不同的沖壓類型，選

18、取的材料往往不同。沖壓材料選取的好壞，不僅僅直接影響沖壓工藝設(shè)計，還與工件的精度模具的壽命有關(guān)，對于控制成本十分重要。因此在選取沖壓件材料時不僅僅要考慮它的沖壓性能，還要考慮滿足沖壓工藝以及后續(xù)的工作流程。下表2-1給出了一些常見的沖壓材料選擇。表2-1 常見沖壓材料選擇 注：表中t為板料厚度。根據(jù)表2-1，從工件在實際中的性能要求，以及沖壓工藝的要求，和工件生產(chǎn)經(jīng)濟性考慮，該工件的材料選用45鋼。2. 沖壓工藝方案：圓形工件彎曲模設(shè)計一般分為大直徑彎曲模具與小直徑彎曲模具，大小不同其彎曲工藝也不同，一般情況下d20mm的工件為大直徑工件，通常的做法是現(xiàn)將板料彎成一定的波浪形然后在彎曲成圓形，

19、彎曲工藝過程如圖2-5所示。圖2-3所示工件為小直徑工件，一般的做法是先彎曲成U形，再由U形彎曲成圓形，工藝過程如圖2-4所示。但是這樣彎曲兩次用兩套模具生產(chǎn)效率太低，一般的工廠都采用將兩步彎曲工藝合成在一起的模具。圖2-3小圓彎曲圖2-4大圓彎曲圖2-3所示工件為小批量生產(chǎn)，由于彎曲件一般會有回彈且不可避免，故工件的精度要求一般，將尺寸切好的45鋼板料置于模具指定位置，打開開關(guān)，模具運行先將板料沖成U型，然后模具繼續(xù)運行，將板料沖成圓型。模具上行，抽出芯棒取下工件，沖壓過程完成9。3.彎曲工藝方案的確定 3.1 彎曲工藝分析比較3.1.1 擺動式圓形彎曲模 圓形工件彎曲模具種類眾多，有兩種模

20、具多次彎曲直至成圓形，也有一套模具多次彎曲成圓形，還有的是將板料卷成圓形。在此我們只列舉幾套比較常見的模具進行比較。圖3-1擺動彎曲模 該套模具的工作原理是：將板料放置在擺動式凹模上，液壓機下行帶動上凸模下行，先將板料沖壓成U形，凸模繼續(xù)下行，凹模開始擺動，將U形彎曲成圓形。 這種彎曲模具加工速度比較快，比較適合大直徑的工件。加之凹模擺動設(shè)計比較復雜，擺動時工件的精度也難以保證。 3.1.2 楔形圓形彎曲模 除了上面的擺動式彎曲模具，還有一種楔形彎曲模具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖所示：圖3-2楔形彎曲模該模具的工作原理是：將毛坯放置在模具上，液壓機下行帶動凸模下行，首先與工件接觸將工件沖成U形，然后U形

21、件兩邊的活塊向中間移動，直至將U形夾至圓形。48該模具結(jié)構(gòu)復雜，零件眾多，要保證工作環(huán)境干凈，否則沖壓過程及其容易出現(xiàn)故障，但是該模具成型質(zhì)量好，效率也比較高10。3.2 彎曲工藝選定 前面介紹了兩種彎曲工藝，結(jié)構(gòu)都比較復雜，對于模具設(shè)計初學者來說不易掌握，也很難設(shè)計好，對于工件精度要求不高，模具經(jīng)費較低的情況下，這里介紹另外一種彎曲模具。該模具結(jié)構(gòu)簡單，模具工作較穩(wěn)定不容易出故障。本論文研究的就是該模具，其結(jié)構(gòu)如圖所示：圖3-3彎曲模該模具的工作原理是：先將板料放置在下凹模上，第一次沖壓芯棒下行將工件沖成U形，此時芯棒不動，上凹模下行將U形工件沖成圓形，模具上行取下芯棒工件即可掉落，至此沖壓

22、過程全部完成。4.彎曲模具工藝計算4.1 彎曲件毛坯尺寸的計算4.1.1 彎曲應(yīng)變中性層位置的確定分析該工件特征，可認為彎曲件中性層在彎曲過程中長度不變。由于板料在沖壓彎曲過程中，中性層位置會產(chǎn)生內(nèi)移，但在實際生產(chǎn)中，通常采用經(jīng)驗公式來計算應(yīng)變中性層的曲率半徑11。r=Kt （4-1） 式中，K為應(yīng)變中性層位移系數(shù)，其值可參考表4-1選擇。表4-1 彎曲中性層位移系數(shù)Kr/t0.20.30.40.50.60.70.811.2k0.220.230.240.250.260.280.30.320.33r/t1.31.522.534568k0.340.360.380.390.40.420.440.46

23、0.54.1.2 彎曲件毛坯長度計算由于工件彎曲時材料變薄不嚴重且畸變較小，故認為其應(yīng)變中性層長度等于毛坯長度來計算，公式為： L=(r+kt)/180 (4-2)R 彎曲件彎曲半徑；k 層位移系數(shù)； 彎曲件的彎曲帶中心角彎曲件展開長度：L=360（5+0.51）180 =33.92mm4.2 彎曲力計算與壓力機選用4.2.1 自由彎曲力計算自由彎曲力的計算公式如下：F1=0.7kbt2b（r+t） (4-3) F 自由彎曲力 N;b 彎曲件的寬度 mm； t 彎曲件的材料厚度 mm； b 材料的抗拉強度 MPa； k 安全因數(shù)，一般取k=1.3。 自由彎曲力：F1=0.71.3101350(

24、5+1) 530N4.2.2 校正彎曲力計算 校正彎曲力計算公式如下： F2=qA (4-4)F2 校正彎曲力 N；q 單位校正力 MPa；A 工件被校正部分垂直于 運動方向上的投影面積 mm2；F2=2010（10+2）2400N4.2.3 壓力機選用表4-2壓力機參數(shù)1.單臂液壓機具有結(jié)構(gòu)剛性好，導向性能好，速度快等特點。2.方便的手動調(diào)整機構(gòu)可調(diào)整壓頭或上工作臺在行程中任意位置壓制，也可在設(shè)計 行程內(nèi)任意調(diào)整快進和工進行程的長短；3.整體焊接的堅固開式結(jié)構(gòu)可使機身保持足夠剛性的同時擁有最方便的操作空間12又因為壓力機公稱壓力FF1F2，所以壓力機選擇Y41X-6.3型。4.3 彎曲模工作

25、部分尺寸計算4.3.1 彎曲時凸模與凹模之間的間隙 U形件彎曲模的凹凸模之間需要保持合適的間隙，該間隙值對工件的質(zhì)量和彎曲力有很大影響。間隙過小，彎曲力增大，并且料厚減薄還可能出現(xiàn)劃痕，從而降低模具使用壽命；間隙太大，則工件精度降低，彎曲回彈增加13。通常間隙值可有如下公式得到： C=t+kt （4-5）C 彎曲時凹模凸模之間的間隙；t 材料的公稱厚度；k 間隙系數(shù)，查表; 板料厚度的正偏差當工件精度要求較高時凸凹模的間隙值應(yīng)取小一些，c=t=1mm。4.3.2 彎曲時凸模與凹模的寬度尺寸 用內(nèi)形尺寸標注，因此以凸模為基準件，凸模尺寸可由如下公式得到： L凸=（L+2 ）=33.93+10.7

26、42 34.3mm L凹按凸模尺寸配制，保證雙面間隙為2c，凹模尺寸可由如下公式計算： L凹=（L凸+2c）=34.3 + 2 = 36.3mmL凸 L凹 彎曲凸凹模的寬度尺寸 mm； 彎曲件的尺寸公差 mm；L 彎曲件的外形或內(nèi)形公稱尺寸 mm；C 凸模與凹模的單面間隙 mm5.彎曲模主要零件的設(shè)計 5.1 模具主要零件二維三維圖紙 5.1.1 下模座 下模座的輪廓尺寸主要根據(jù)壓力機工作臺大小，不能大于工作臺，也不能太小以至于不便于操作，還要根據(jù)沖壓零件的大小綜合考慮 ，工件尺寸大時沖壓力大，下模座相應(yīng)尺寸較大以保證模具強度與平穩(wěn)性。本論文設(shè)計的模具要加工的工件較小，沖壓力也較小，根據(jù)已選取

27、的壓力機工作臺大小等因素，綜合分析設(shè)計如圖5-1所示下模座輪廓尺寸為270mm130mm40mm ，上面有六個M10用來固定下模座墊板凹模固定板用的螺釘孔。橫向孔距70mm，縱向孔距90mm。 單位：mm 圖5-1 下模座5.1.2 下墊板下墊板的作用主要是保證模具工作高度，提高模具抗沖擊強度，與下模座一起固定凹模固定板。其外形尺寸一般以下模座尺寸為基準設(shè)計，其厚度一般根據(jù)沖壓力大小設(shè)計，沖壓力大時應(yīng)設(shè)計的較厚，但也不宜太大以免增加模具高度，使液壓機滑塊行程不夠。由于該模具沖壓力較小，液壓機行程也比較大，從節(jié)省材料的角度考慮現(xiàn)設(shè)計，如圖5-2所示墊板外形尺寸為200mm130mm20mm，M1

28、06孔的位置應(yīng)與下模座對齊，單位：mm 圖5-2 下墊板5.1.3 凹模固定板凸模固定板主要是作為凹模的固定安裝板，是用來固定凹模的，它有幾個作用，一是固定凹模通過一定的裝配關(guān)系使凹模垂直于模具的平面，確保在沖壓工作時凹模能夠垂直的用于沖壓。另外凹模固定板可以保證凹模的相對位置，不會發(fā)生相對的移動，使芯棒下行時能配合上凹模將工件沖成U形而不至于損壞板料，還可以抵抗工作時的沖擊，使模具在長時間工作后模具尺寸不變形仍能正常運行。其外形輪廓尺寸一般參照墊板設(shè)計。中間部位有一個33.93mm10mm的凹槽是用來放置凹模的，由于它比凹模高度深，因此放置完成后還有1mm的凹槽是用來放置胚料，如圖5-3所示

29、凹模固定板外形尺寸為： 單位：mm圖5-3 凹模固定板 5.1.4 凹模 凹模是主要成型部件，其設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸如圖5-4所示，理論上講凹模上的R=12的半圓形凹槽圓心應(yīng)在凹模上表面上，但是根據(jù)后期DEFORM模擬的結(jié)果，這樣沖不出U形件二是V形件，顯然V形件上凹模下行是不可能沖成圓形的，因此必須對凹模進行該進，改進后的結(jié)果是將凹模的R=12mm的半圓凹槽圓心位于凹模上表面2.5mm的下面，再進行數(shù)值模擬，結(jié)果可以沖出完好U形件。具體過程在第六章再詳細闡述。單位：mm 圖5-4 凹模 5.1.5 芯棒 芯棒也是主要的成型部件，沖壓時固定在壓料板的芯棒下行，和凹模配合將工件沖成U形，為后來的沖壓做準

30、備，沖壓過程全部完成后取下芯棒工件即可掉落。因此其外形尺寸如圖5-5所示設(shè)計為直徑為10mm，長度為200mm的實心金屬棒。圖5-5 芯棒 5.1.6上凹模 上凹模的主要作用是當芯棒將工件沖成U形后，上凹模在壓力機繼續(xù)下行帶動上凹模繼續(xù)下行，將工件沖成圓形。由于上模下行并不能保證U形件上部板料向內(nèi)閉合，因此上凹模的工作部分必須設(shè)計一弧度，當工作時使工件能按我們需要的方向閉合。上凹模的外形尺寸如圖5-6所示：單位：mm圖5-6上凹模 5.1.7 壓料板 壓料版是重要結(jié)構(gòu)部件，一方面固定芯棒，另一方面還是對上凹模有導向作用對沖壓彈簧有固定作用。在沖壓時液壓柱下行壓縮彈簧壓料版下行芯棒下行使工件先沖

31、成U形，液壓柱繼續(xù)下行，彈簧繼續(xù)壓縮，上凹模下行，使工件彎曲成圓形。其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5-6所示。單位：mm 圖5-7 壓料板5.1.8 上凹模固定板 上凹模固定板與上墊板配合主要是用來固定凹模的與彈簧的，與壓料板一起保證四個彈簧的相對位置，和墊板一起保證上凹模垂直于沖壓平面。其外形尺寸如圖5-7所示。單位：mm圖5-8 上凹模固定板 5.1.9 上墊板 上墊板的的主要是抵擋彈簧與凹模，它有幾個作用，一是固定凹模保證其能垂直于模具的平面，保證在工作時能夠垂直的用于沖壓、沖孔、沖裁、落料，還可以抵抗工作時的沖擊。其外形與尺寸如圖5-8所示。單位：mm圖5-9 上墊板5.1.10 上模座 上模座主要作

32、用是連接液壓機與沖壓模具，也對導柱彈簧柱有導向作用，液壓柱下行將力傳遞給下模座，下模座再將力傳遞給其他工作零件。其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5-9所示。單位：mm 圖5-10 上模座5.2 模具三維總裝配圖 運用PRO/E軟件先將模具各零件設(shè)計出來，再運用PRO/E的裝配功能將其裝配起來，再運用視圖工具將模具刨開得到如圖5-10所示：圖5-11裝配圖1-下模座 2-下墊板 3-凹模固定板 4-下凹模 5-壓料版 6-芯棒 7-導套8-導柱 9-上凹模 10-彈簧 11-彈簧導柱 12-上凹模固定板 13-上墊板14-上模座 15-液壓柱 將毛坯放置在凹模4上，液壓機下行推動上模下行，首先芯棒6接觸板料，彈簧

33、10開始壓縮板料開始彎曲直至成U形，上模繼續(xù)下行，墊板13繼續(xù)下行推動上凹模繼續(xù)下行，彈簧10繼續(xù)壓縮，上凹模9開始接觸U形板料，板料繼續(xù)彎曲直至成圓形，液壓機上行帶動上模上行，模具打開取下芯棒工件即可掉落，至此沖壓過程全部結(jié)束。 圖5-12 模具裝配效果圖 5.3 模具關(guān)鍵沖壓零件的工作過程 模具沖壓過程是模具的各個零件分工合作的過程，沖壓模具零件一般比較多，沖壓過程中零件運動比較復雜，但是沖壓模具的主要工作是由成型零件完成的，因此沖壓的過程實質(zhì)上是工作零件的沖壓過程，其他模具零件只是為了使工作零件做特定動作的輔助零件。該沖壓模具的關(guān)鍵工作零件為下凹模，芯棒，上凹模，其工作時的過程如下圖所示

34、： 第一步 第二步 第三步圖5-13關(guān)鍵零件工作過程6.彎曲模具數(shù)值模擬可行性分析及工藝矯正 6.1 DEFORM軟件分析流程傳統(tǒng)的模具設(shè)計和制造是在以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過模具制造后期的反復調(diào)試并終極完成的。這種憑經(jīng)驗和試制的方法不僅使模具制造周期過長，而且本錢過高，質(zhì)量也得不到保證。隨著沖壓產(chǎn)品的逐步復雜化以及對其精度要求的不斷進步，建立一套科學的板料成形分析系統(tǒng)來分析、猜測沖壓件的變外形態(tài)和材料活動行為并將其作為模具設(shè)計時的依據(jù)是非常必要的14。第一步：問題描述與分析 首先要確定要分析的對象，DEFORM軟件的分析功能比較強大，可分析的問題種類較多，但是一般我們只需要分析其中幾個方面。對于

35、該模具的分析，我們主要是通過數(shù)值模擬分析矯正模具下凹模與上凹模外形尺寸。第二步：創(chuàng)建新項目在分析之前需要指出的是，先要把設(shè)計好的零件轉(zhuǎn)化成STL格式保存在一個文件夾里，并且零件的相對位置關(guān)系，在建模時應(yīng)該確定好。打開DEFORM軟件，進入DEFORM軟件主界面如圖6-1所示，按操作完成新項目的創(chuàng)建。進入DEFORM前處理界面圖6-1主界面 第三步：設(shè)置模擬控制初始條件 在這里更改模擬分析標題；單位制有英制和國際單位制兩種根據(jù)實際情況選取，這里我們選取國際單位制；定義模擬類型，DEFORM可以模擬在高溫下的沖壓，由于該模具是在常溫下加工，這里不勾選此選項。如圖6-2所示圖6-2模擬信息對話框第四

36、步：輸入對象模型 按操作輸入我們已設(shè)計好的模型，這里的模型前面已經(jīng)說過，是在建模時根據(jù)他們的坐標關(guān)系其相對位置已經(jīng)確定了的，因此導入后零件的位置關(guān)系即如圖6-3所示，此時仍然可以并對各零件進行拖動修改，但是操作起來不方便。圖6-3模型導入界面第五步：劃分網(wǎng)格 根據(jù)工件的大小，對分析結(jié)果精度的要求，還要考慮計算機的運算能力等等劃分網(wǎng)格，確定之前可以先預(yù)覽，如果結(jié)果可行再單擊確定，這里我們設(shè)置為6000,結(jié)果如下圖6-4所示。圖6-4劃分網(wǎng)格第六步：定義材料 DEFORM軟件的材料名稱是美國牌號，我們只需定義板料材料，該工件為45鋼對應(yīng)美國牌號為“AISI-1045,COLD70F(20C)”,模

37、具默認為剛性體不需設(shè)置，也可以自定義材料,根據(jù)實際需要設(shè)置材料的各種性能。在如下圖6-5所示對話框中選取一種材料即可。 圖6-5材料選用第七步：設(shè)置驅(qū)動條件 芯棒是模具的運動零件，選取芯棒需要對它的運動進行定義，首先定義驅(qū)動類型，選中“speed”；定義運動方向，選中“-y”；定義運動速度，在“constant value”輸入“1”。該模具下模是不動的，因此只需定義芯棒，結(jié)果是芯棒勻速向下運動，結(jié)果如下圖6-6所示：圖6-6驅(qū)動條件第八步：設(shè)置模擬控制信息 該模塊主要是定義模擬起始步（模擬分析過程開始的起點）；定義模擬步數(shù)（表示整個分析過程有多少步）；定義存儲數(shù)據(jù)庫的間隔步數(shù)（表示每隔幾步D

38、EFORM便將中間結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫）；設(shè)置主模具（表示哪個零件是運動主模具）；設(shè)置模擬計算步長。如圖6-7所示圖6-7模擬動作設(shè)置第九步：設(shè)置對象間的關(guān)系 前面設(shè)置正確這步按操作設(shè)置即可，無需做更改。如圖6-8所示圖6-8對象間關(guān)系第十步：生成數(shù)據(jù)庫文件 數(shù)據(jù)庫生成后前處理全部結(jié)束。如圖6-9所示圖6-9生成數(shù)據(jù)庫第十一步：分析求解 關(guān)閉前處理界面，點擊“run”開始運算。如圖6-10所示圖6-10運算界面第十二步：后處理 DEFORM后處理功能非常強大，可分析的項目很多，該模具主要分析等效應(yīng)力分析觀察板料彎曲過程中的應(yīng)力是否超過許用值。如圖 6-11所示圖6-11后處理界面6.2 DEFORM

39、初次分析結(jié)果 最初模具的下凹模是由如下圖6-12所設(shè)計的，R=12的半圓凹槽圓心位于凹模上表面。單位：mm圖6-12原始凹模運用DEFORM軟件分析可得到如下結(jié)果圖6-13初次模擬1圖6-14初次模擬2圖6-15初次模擬3 可以明顯看出理論上板料應(yīng)該被沖成U形，但事實上并非如此，因此應(yīng)對凹模進行改進，否則上凹模下行不可能將該工件沖成圓形。6.3模具改進后的分析 將下凹模的R=12的半圓形凹槽圓心往下放置2.5mm后，即可解決問題，該進后的設(shè)計如下圖6-16所示單位：mm圖6-16改進凹模運用DEFORM軟件分析可得圖6-17改進模擬1圖6-18改進模擬2圖6-19改進模擬3 可以看出改進后的凹

40、?？梢詽M足工作條件。 由于該模具有兩次沖壓過程，第一次沖壓模擬完成后，只需在其基礎(chǔ)上重新導入工件模具將上面的步驟重復即可，其結(jié)果如下圖所示，可以看出改進后的模具完全可以沖出理想的工件。圖6-20二次沖壓1圖6-21二次沖壓2圖6-22二次沖壓3結(jié)束語 經(jīng)過數(shù)個月的學習與工作，在朱月亭老師的悉心指導和嚴格要求下，現(xiàn)已基本完成了圓形工件彎曲模具的設(shè)計。為了優(yōu)秀的完成此次畢業(yè)設(shè)計，前期準備工作時，我在圖書館查閱的大量的沖壓模具方面的書籍，由于市面上的模具學習書籍大多對圓形工件彎曲模具介紹較少，對U形V形彎曲模具介紹較多，網(wǎng)上的資源也幾乎沒有，這對我的工作有很大障礙，但這也因此讓我更加的想做好本次設(shè)計

41、，豪不夸張的說我?guī)缀醴榱宋娜A圖書館的每一本沖壓模具的書籍。本次設(shè)計還需要用到PRO/E建模以及模具裝配還有沖壓過程仿真模擬，為此我還網(wǎng)上下載了學習光盤，畢業(yè)設(shè)計做完了我的軟件操作也大有進步。在我完成了這些工作向朱月亭老師匯報的時候，朱月亭老師更加有先見的鼓勵我做一點數(shù)值模擬，但是就是這一點數(shù)值模擬的部分讓我切身明白了好事多磨的道理，雖然以前接觸過鑄造的數(shù)值模擬，但是塑形成型這一塊卻是一片空白，加上軟件全是英文版，又沒有老師教，相關(guān)書籍圖書館也很少，照著網(wǎng)上資料嘗試了很多次也都失敗了，所以一度進展很慢，走了不少彎路甚至想到了放棄。在朱月亭老師的鼓勵下，經(jīng)歷多次失敗的我也漸漸的靜下心來，借了圖書

42、館唯一的一本DEFORM學習書，認真的看了下書中的講解，做了上面的幾個例子之后才恍然大悟，又陸陸續(xù)續(xù)做了一些其他的例子，也對本模具進行了分析，雖然中途也有各種磕磕碰碰，但在經(jīng)歷了前一段時間的沉淀，總的來說很順利，同時我也意識到了數(shù)值模擬的在塑形成型中的重大意義。介于問題的復雜性，以及作者水平的關(guān)系，關(guān)于沖壓模具設(shè)計，DEFORM模擬還有許多問題沒有探討，但是經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計對于模具設(shè)計的大致流程我已基本掌握。參考文獻1 沖模設(shè)計實例詳解 周玲 編著，化學工業(yè)出版社2 沖壓工藝及沖模設(shè)計甕其金 徐新成主編，機械工業(yè)出版社3 DEFORM在金屬塑形成型中的應(yīng)用張莉 李升軍編，機械工業(yè)出版社4 AZ

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