寬凸緣拉深件工藝模擬分析及模具結構優(yōu)化

周海蔚

（廣州市機電高級技工學校，廣州510000）

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寬凸緣拉深件工藝模擬分析及模具結構優(yōu)化

周海蔚

（廣州市機電高級技工學校，廣州510000）

摘要：本文主要針對寬凸緣拉深件工藝的模擬及模具的結構優(yōu)化展開了探討，對拉深工藝、模擬結果等方面作了系統(tǒng)的分析，并對模具的結構及工作過程作了詳細的闡述，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：寬凸緣拉深件模擬分析結構優(yōu)化

引言

寬凸緣件拉深是拉深模設計中的一個難點，因此，為了保障其拉深工作的質量，我們就需要對相應的工藝進行模擬，并進一步優(yōu)化模具的結構，以防止寬凸緣件拉深出現(xiàn)不必要的問題。基于此，本文就寬凸緣拉深件工藝的模擬及模具的結構優(yōu)化進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

1 拉深工藝分析

拉深工藝零件如下圖所示，所選材料為08鋼，用t代表其厚度，該零件厚度為1.5mm。因其df/d的值大于1.4（其中df的值取50mm，d的值取16.5mm），所以該零件為寬凸緣筒形件。經計算，D（毛坯直徑）的值為54mm，其相對厚度的計算方法為t/D即1.5/54×100，固毛坯的相對厚度為2.7，所以由此判定該零件可以通過一次性拉深成形。R為零件半徑，經計算，工件底部半徑與工件口部的圓角半徑相等，均為1.5mm。由于尺寸偏小，所以在該工件拉深成形后，為了使零件尺寸的精確度得到保障，需再經過整形工序對其進行深加工。

圖1 工藝零件圖

2 有限元模型的建立以及模型參數的設定

由于圓筒形拉深件為軸對稱工件，所以對其進行拉深成形的模擬分析應當充分利用Deform-2D軟件，可以用1/2圓筒形拉深件的簡化模擬模型進行分析，以達到提高其計算效率的目的，如圖2。凸模、凹模和壓邊圈在建模時應當設置成剛性模型，而工件的坯料應當為塑性，同時對其進行劃分，形成七千個網格，其中凸模應以每秒5mm的速度下行。假定在零件成形的過程中溫度效應對其不產生影響，且過程中的潤滑狀況良好，凸模與板料之間產生的剪切摩擦系數=0.12，壓邊圈與板料之間的庫侖摩擦系數=0.08。

圖2 1/2圓筒形拉深件模擬模型

圖3 成形后零件模型

3 分析工件的模擬結果

3.1 分析材料的減薄率

零件成形后的厚度效果如圖3所示。由此可見，凸緣位置零件在其成形過程中厚度基本不發(fā)生改變，而在筒壁傳力區(qū)與底部圓角區(qū)中間的過渡部分厚度變化最為明顯，通過測量發(fā)現(xiàn)，其厚度從成形前的1.5mm降低為1.14mm，板料壁厚的減薄率最大可達24%。根據以往的實踐經驗，要想使工件安全可行，其減薄率應小于30%。圓角半徑在凸模成形的過程中，嚴重影響著材料流動。保持其他參數不變，為了深入研究影響板料減薄率的相關因素，需對不同凸模材料的圓角半徑的最大減薄率進行分析，如圖4。

圖4 圓角半徑與減薄率間關系圖

由圖4可知，零件在拉深成形時，凸模圓角半徑越大，材料最大減薄率越小。由于凸模圓角半徑偏小會對筒形內部材料的流動形成阻礙，當凸模底部材料在經過拉深成形處理后流入凹模時，板料與模具之間會產生摩擦，凸模底部材料產生的彎曲應力也會隨之增大，該區(qū)域產生的變形阻力也會因此增大。凸緣位置材料的流動性越差，越能提高筒壁區(qū)域材料的最大減薄率。所以圓角半徑越大，對材料的流動就越有利，也能降低材料的減薄率。

3.2 分析零件的壓邊力

零件在進行拉深成形時，壓邊力隨拉深力的變化而變化。從開始拉深到出現(xiàn)筒壁直壁，由于材料的變形相對明顯，其壓邊力也逐漸變大，為了防止凸緣部分材料起皺，因此需要用壓邊力較大的壓緊板料對其進行壓緊。在拉深成形的后期，凸緣位置材料的變形量相對減少，因此，其壓邊力也應當及時減小。如果選用的壓邊力過大，凸緣位置材料將很難流入凹模型腔，從而容易使直壁部位與零件底部的圓角過渡區(qū)內的材料破裂。本案例中的壓邊力FY取7.2kN，工件沒有拉裂、起皺的現(xiàn)象出現(xiàn)，表明所設的壓邊力值相對合理。而按照上述的模擬方法計算出的材料最大減薄率可達34%，所以在生產中很容易造成工件拉破。所以應多次進行減小壓邊力的模擬，以使材料起皺。材料起皺現(xiàn)象出現(xiàn)時，壓邊力的取值為3.2kN，此時，壓邊圈不具有壓邊效果。如圖5即為Rd（凹模圓角半徑）取4mm時，模擬壓邊力與最小壁厚的關系。

圖5 壓邊力與工件最小壁厚關系圖

如圖5所示，壓邊力越大，工件的最小厚度越小，其減薄程度越嚴重，厚度逐漸由1.275mm降低至1.125mm。工件壁厚減薄現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于壓邊力變大，模具與板料產生的摩擦阻力也相對變大，從而使凸緣的材料難以向凸、凹模間隙進行轉移。

對拉深工藝的參數進行優(yōu)化設計，得出當模具速度為每秒5mm，壓邊力達到4kN，凸模圓角半徑為4.5mm，凹模圓角為4mm時，可以利用Dynaform軟件進行寬凸緣筒形件的模擬試驗，進而得出FLD，詳見圖6。

圖6 工件成形極限圖

由圖6可知，板料成形于安全區(qū)，工件的底部、凸緣區(qū)板料、和工件的筒部均變形均勻，無危險區(qū)域出現(xiàn)，因此該產品合格。

4 模具結構及其工作過程

如圖7，即為經過落料拉深復合模沖壓成形的工件模具結構，模架采用的是標準的中間導柱式。模具在工作過程中，條料從前向后沿著導料銷8進行送料，限位由擋料銷27控制，上模向下進行運動，落料工序由凸凹模7的外緣部分與落料凹模20進行，之后繼續(xù)下行，進入深度為2.5mm的落料凹模20后，工件的拉深成形工作將通過凸凹模7、壓邊圈10與拉深凹模20的共同作用才能逐漸實現(xiàn)。拉深完畢，上模部分轉為上行，從凸凹模7中經打桿1將工件推出，之后經卸料板21和凸凹模7進行分離從而實現(xiàn)沖裁搭邊。

圖7 模具裝配圖

圖7中未標出的序號名稱如下：其中1-27分別為：打桿、止轉銷、導柱、導套、凸模墊板、凸模固定板、凸凹模、導料銷、拉深凸模、壓邊圈、螺釘、推桿、銷釘、螺釘、彈簧、下模座、拉深凸模墊板、拉深凸模固定板、銷釘、落料凹模、彈性卸料板、導套、上模座、導柱、卸料螺釘、模柄、擋料銷。

5 結論

（1）進行工件的拉深成形模擬時，利用Deform軟件進行模具工藝參數的優(yōu)化設計，可以有效降低成形缺陷的發(fā)生，使實際生產中的試模次數大為減少，從而使成本大大降低，生產效率也逐步提高。

（2）保持其他參數不變，當凸模圓角半徑取4.5毫米時，可獲得材料的最小減薄率24%，于實際生產中切實可行。

（3）為了保障拉深件無起皺現(xiàn)象發(fā)生，同時使工件的質量得到保證，可以采用減小壓邊力，從而使材料減薄率降低的方法進行。

綜上所述，寬凸緣件拉深一直以來都是拉深模設計中的一個難點，為此，我們要對其有一定的重視，并采取有效的措施一方面對工藝進行模擬，一方面又要優(yōu)化模具的結構，以保障工作的質量。

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Wide Flange Member Stretching Process Simulation Analysis and Die Structure Optimization

ZHOU Haiwei
（Guangzhou Electrical and Mechanical advanced technical schools, Guangzhou 510000）

Abstract:In this paper, for structural wide flange member stretching process simulation and optimization of mold launched a discussion on aspects of drawing technology, simulation and other systems were analyzed, and the structure and working process of the mold made in detail, in order to provide a reference for the needs of the parties concerned.

Key words:wide flange drawing parts, simulation analysis, structural optimization