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数值模拟的模具设计探究范文

时间:2022-11-07 03:21:26

数值模拟的模具设计探究

1仿真分析

本次设计利用模拟软件对拉深过程进行仿真分析,研究其拉深过程中的等效应力、应变及破坏情况,初步拟定落料、拉深、冲孔及切边等工序,并为生产出的零件实现表面平整无拉裂、起皱提供理论依据。由图4可知,零件第一次成形拉深过程中凸模圆角破坏最严重,是极易发生拉裂的部位。

这与拉深理论相符,表明仿真结果符合实际。该零件破坏最大处为2.3<49.9,说明该模具结构设计合理,符合设计要求;由图5第二次成形过程云图同样可知模具结构设计合理,符合要求。由图6可知,零件第一次成形拉深过程中等效应变发生在筒壁和凸模圆角部分。原因在于筒壁部分是由材料塑性流动转移而成,而凸模圆角部分承受着径向和切向拉应力的作用,因此变薄现象比筒壁部分严重得多。图示处也是筒壁和凸模圆角部分等效应变最大,最大值1.55<10.6,说明模具符合设计要求;由图7第二次成形仿真云图中,同样可知模具设计符合要求。

由图8可知,零件等效应力最大处在凸模圆角部分。该部分承受径向和切向拉应力作用,同时在厚度方向因受凸模压力和弯曲作用而受到压应力作用。仿真结果符合设计要求,再据图中所示最大应力606MPa<615MPa,不会产生拉裂现象,说明模具符合设计要求;由图9同样可知模具设计符合要求。

2模具设计

2.1模具结构

2.1.1第一套模具

(1)模架及导向模具结构如图10所示,该零件筒形件要求较高,为保证零件精度要求,采用复合模。为方便加工及降低成本,采用标准模架,模具采用后侧导柱滑动导向模架,包括后导向滑动导向组件(主导柱22、导套21)、上模座17、模柄14、下模座4。上模部分由上模座17、上垫板19、凸凹模固定板11、卸料板24等组成,其中上模座、上垫板、上模固定板通过标准紧固件和定位销联为一体。为保证模具制造精度和装配精度,卸料板采用4根卸料螺钉,另外,主导套与上模座采用厌氧胶粘接固定,以适当降低导套孔的加工精度,避免内孔处导向组件重复定位,保证模具的整体装配精度。下模部分由下模座4、落料凹模8、下垫板6、拉深凸模27、拉伸凸模固定板7等组成并通过标准紧固件和定位销联为一体。

(2)定位和导料该复合模具为卷料供料生产,板料在模具中必须有正确的位置,才能保证冲裁出外形完整的合格零件,正确的位置是依靠定位零件来保证的。前端用固定挡料销保证条料的步距。送料粗定距依靠送料机送料精度,精确定位由模内的挡料销完成,由于采用复合模,因此只需保证送料步距精度即可,其定位累积误差可控制在0.02mm以内。此道工序不采用侧压装置,由两个导料销保证条料的正确送进。

(3)压料与卸料模具压料与卸料弹力由推件块23、压边圈25及卸料板24组成,三个部件都能起卸料作用,其中推件块和压边圈既起推件作用又起压边作用。通过调节下端的止付螺母1的位置可以调节压料弹簧的预压力,从而实现压料力的平衡调节。另外,利用分别安装在上下模座上的限位柱来控制闭模间隙,其既能为防止工作时因压力过大而导致料带严重压薄,又可避免初始送料时模具尾端无料带而引起的模具不平衡,从而保护模具。

2.1.2第二套模具

(1)模架及导向模具结构如图11所示,同第一套模具一样采用复合模,采用后侧导柱滑动导向模架,包括后导向滑动导向组件(导柱12、导套11)、上模座8、模柄9、下模座3。上模部分主要有上模座8、拉伸凹模6并通过标准紧固件和定位销联为一体。主导套与上模座同样采用厌氧胶粘接固定。下模部分由下模座4、拉伸凸模5等组成并通过标准紧固件和定位销联为一体。

(2)定位和顶料该复合模具为单个进行生产,定位基本由拉伸凸模完成。模具闭合冲裁一次完成后由顶杆13将成形的工件从拉伸凸模顶出,顶出机构主要由聚酯块2、托板16、顶杆13等组成。通过调节下端的止付螺母1的位置可以调节压料弹簧的预压力,从而实现压料力的平衡调节。另外,利用分别安装在上下模座上的限位柱来控制闭模间隙,其既能为防止工作时因压力过大而导致料带严重压薄,又可避免初始送料时模具尾端无料带而引起的模具不平衡,从而保护模具。

2.2模具设计解决的主要问题

(1)拉裂。由于拉深件有一定锥度,凸模接触面积小,压力集中,容易引起局部变薄,出现拉裂的情况,因此在设计时应适当增大压边力。

(2)起皱。工件壁较薄,且拉深凸缘部分宽大,极易引起起皱,故采用压边圈防止起皱。

(3)第二次拉深的定位。经第一次拉深,零件已有了一定的形状,因此在进行第二次拉深时,使压边圈与毛胚的内形完全吻合。冲压时,将毛胚套在压边圈上进行定位,同时为了防止压边圈将毛胚压得过紧,采用了限位螺钉的结构,使压边圈和拉深凹模之间保持一定的距离,压边力不致随着行程的加大而加大。

3结束语

通过合理安排零件成形工序,设计出切实可行的辅助成形机构和模具结构,生产的零件质量良好,可为此类零件的复合模设计提供参考。

作者:丁华天杜佳东裘剑峰王蕾单位:台州学院机械工程学院

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