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1、第3 1 卷第1 0 期重庆大学学报V 0 1 3 1N o 1 02 0 0 8 年1 0 月J o u r n a lo fC h o n g q i n gU n i v e r s i t yO c t 2 0 0 8文章编号：1 0 0 0 5 8 2 X(2 0 0 8)1 0 1 1 0 3 0 4压紧弹簧座模具设计应用分析代荣1 2，何玉林1，杨显刚1(1 重庆大学机械工程学院，重庆4 0 0 0 3 0；2 西南大学工程技术学院，重庆4 0 0 7 1 5)摘要：在分析现有企业设计开发模具较差基础上，将数值模拟软件D y n a f o r m 应用到模具的开发活动中。运用有
2、限元方法和塑性成形技术，对压紧弹簧座零件冲压成形工艺方案进行模拟验证。并采用计算机辅助设计软件P r o E n g i n e e r i n g 的自顶向下设计技术，进行模具开发。上述方法可以帮助开发人员快速、准确地进行模具设计，提高生产效率。关键词：模具设计；数值模拟；有限元法中图分类号：T G 3 8 6 3 2文献标志码：AD i ed e s i g no fac o m p a c t i n gs p r i n gb r a c k e tD A IR o n 9 1”，H E1 忆一l i n1，Y A N GX i a n g a n 9 1(1 C o l l e g
3、eo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g，C h o n g q i n gU n i v e r s i t y，C h o n g q i n g4 0 0 0 3 0，P R C h i n a；2 C o l l e g eo fE n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y，S o u t h w e s tU n i v e r s i t y，C h o n g q i n g4 0 0 715，P R C h i n a)A b s t r a c t：B a s e do na na n a l
4、 y s i so ft h ec u r r e n td i ed e s i g ns i t u a t i o n，t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r eD y n a f o r mw a sa p p l i e dt od i ed e v e l o p m e n t I nac o m p a c t i n gs p r i n gb r a c k e tp r o je c t，t h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o da n ds h a p ef o
5、r m i n gt e c h n o l o g yw e r eu s e dt os i m u l a t ea n dv a l i d a t et h ep r e s s i n ga n df o r m i n gp r o c e s s e s T o p-t o-b o t t o mt e c h n o l o g yo fP r o E n g i n e e r i n gn e x tw a sa d o p t e dt od e s i g nt h ed i e T h er e s u l ts h o w ss u c hd i ed e s i
6、 g nm e t h o d sa n dt e c h n o l o g i e sc a nh e l pd e s i g n e r sd e v e l o pd i e sq u i c k l ya n da c c u r a t e l ya n di m p r o v ep r o d u c t i v i t y K e yw o r d s：d i ed e s i g n；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n；f i n i t ee l e m e n tm e t h o d压紧弹簧座是中央弹簧离合器上的一个零件，该零件
7、是一种拉深和冲孔零件，是通过冷冲压工艺而得到的。其模具开发和生产过程需要进行概念设计、制品设计、模具设计、模具制造和试模，只有在实际试模后或对制品测试后才能发现问题，并根据出现的问题研究、判断原因，决定改进方案，调整成形条件，修正模具甚至更改设计；如此反复进行，直到试模和制品没有问题为止。这一过程既耗资又费时，常常需数十天甚至更长的时间；如果开发新产品，从设计到生产的周期会更长，将严重影响新产品的开发和投放市场。而利用计算机模拟技术检验各种想法的可行性，则可很好地解决上述问题，防患于未然。1产品分析压紧弹簧座是一个典型的带法兰圆筒拉深件，从图1 可以看出该零件对尺寸的要求较高。板料厚度=1m
8、m；材料为0 8 钢，其主要性能参数：杨氏模量E=2 0 7 X1 0 5M P a，抗拉强度巩一3 2 0M P a，延伸率瓯一3 5 收稿日期：2 0 0 8 0 6 1 6基金项目：重庆市科技攻关项目(7 8 2 3 1 0)作者简介：代荣(1 9 7 1 一)，男，高级程序员，重庆大学博士研究生，主要从事模具设计C A D C A E，机械设计自动化、智能化研究。何玉林(联系人)，男，重庆大学教授，博士生导师，(T e l)0 2 3 6 5 1 0 2 4 0 9；(E-m a i l)h e y u l i n(勇c q u e d u c T l。万方数据重庆大学学报第3 l 卷
9、(a)尺寸图(单位：i n t o)图1 压紧弹簧座的零件图2 拉深工艺分析2 1 毛坯直径计算查文献 1 中的表4 5 得修边余量艿一2 51 T 1 1 T I，利用体积不变原则，查表4 7 序号2 0，毛坯直径D 一、厢再面瓦西干酽干孤石干砸甄瓦干再研干孺，经计算坯料直径D 一8 6 7 6m m。2 2 工艺方案确定凸缘直径d，一4 6+5 5 1；相对凸缘直径d，d=5 1 3 5=1 4 5 7 1 4(取中性层尺寸)，属宽凸缘零件；相对厚度t D 1 0 0=1 8 6 7 6 1 0 0=1 1 5。由文献 1 中的表4 2 0 查出广矗门一l 石j 一0 5 0 0 6 3，
10、因拉深系数m 总一3 5 8 6 7 6=0 4 0 3 I 孕l，“L U lJ应多次拉深。由推算法得出需要2 次拉深，调整各次拉深系数，使各次拉深系数A m 接近，从而确定各次拉深系数 1 。由经验公式1 d 一0 8v(D d)t 计算凹模圆角半径，而凸模圆角半径r。=(o 7 1 0)r d，最后道次“、r。与零件尺寸圆角相同。拉深高度由文献 1 中的公式(4 8)计算，h，=坠箬(9 2 一d )+0 4 3X(n+R 1)+生掣a la l(砰一R；)，其中：D 为第一次拉人凹模的材料比零件最后拉深部分实际所需材料多5；n 为凸模圆角半径；R。为凹模圆角半径。宽凸缘筒形件的多道次拉
11、深可以有2 种方法：固定高度多次拉深方法和变高度拉深方法。文中采用变高度拉深方法，此法适用于一般较薄材料，零件冲压加工需要以下基本工序：落料、首次拉深、2 次拉深、冲1 91 T i m 孔、切边、整形。根据以上基本工序，可定出多种冲压工艺方案。该例采用落料与首次拉深复合，2 次拉深，冲1 9m m 孔，切边兼整形。通过以上的参数、公式，确定各次的拉深系数、凸凹模圆角半径、拉深高度等，表1 是该零件拉深的工艺方案。表1 零件工艺方案工序数拉深系数凸模圆角半径r a m凹模圆角半径r a m拉深高度r a m拉深直径r a m压边力N落料与首次拉深复合第二次拉深冲孔(币1 9m m)切边兼整形O
12、 5 30 7 63 1 2 93 6 0 096 3 4 8 430 4 5 7 53 拉深模拟害姜翼专：薹耄翥三嚣籀盖爻兰鬻挲三怎：竺模拟阶段，采用基于L S D Y N A 的专用冲压成编辑工具进行修改，难以修改的，需要P r o E 重新建形软件D y n a f o r m。首先将P r o E 建立的模型文件模并再次导入D y n a f o r m 中，以保证模拟的准确性。万方数据第1 0 期代荣，等：压紧弹簧座模具设计应用分析采用D y n a f o r m 软件进行板料成形分析的一般过程如图2 所示2。1 0 。读入零件模型(P r o E、I-D E A S、C A T
13、I A 或U G 文件)有限兀网格化定义成形工具定义毛坯设置成形参数求解器计算后置处理，分析计算结果图2 板料成形分析过程3 1 模拟关键技术多道次拉深成形数值模拟将第一次变形后的半成品作为第二次成形的坯料继续进行变形，其关键在于要将坯料在第一次变形后发生的几何形状变化、厚度变化及残余应力传递到下一步的计算中去，即要使第二次及以后计算中坯料的各种信息必须继承前一步成形后的坯料的信息。坯料信息传递文件记录了变形结束后坯料的信息：坯料单元的节点坐标、每个单元的实际厚度(以每个点的信息表示)及单元应力。多道次拉深成形数值模拟对板料处理的具体方法为：以上一步变形后的坯料作为本步模拟的初始坯料，定义它的
14、材料类型和单元类型后，删除其网格信息和节点信息，然后写出用于计算的*d y n 输入文件。用W i n d o w s 系统提供的文本编辑器，手工把上一步变形后的网格信息文件包含进*d y n 文件。经过这样处理后，就可以保证板料变化情况在多道次拉深成形各工序间的准确传递，使得多道次拉深成形数值模拟能够顺利进行下去。3 2 模拟参数确定拉延类型：倒装式拉延。接触类型：成形单向面到面。毛坯：材料T y p e 3 6(成形模拟中一个3 参数的理想模型，平面应力状态，各向异性材料)，屈服应力为指数硬化方式；属性为B E L Y T S C H K O T S A Y薄壳；厚度方向积分点N I P
15、为5。凸模：刚体，静摩擦系数为0 1 2 5；动摩擦系数为0 1；移动速率为50 0 0m m s；N I P 为3。凹模：刚体，静摩擦系数为0 1 2 5；动摩擦系数为0 1；N I P 为3。压边圈：刚体，静摩擦系数为0 1 2 5，动摩擦系数为0 1：N I P 为3。3 3 模拟结果分析用表1 的参数建模，再进行数值模拟，可以得到成形极限图、厚薄图、第一主应变图、最小主应变图、等值线图、矢量图、圆形网格图等。其中成形极限图最为关键，图3 6 分别显示了2 次拉深工序的成形极限图和成形零件图(最后一帧)。成形极限图中，分为破裂区、危险区、起皱趋势区、起皱区和安全区。能直观发现零件拉深中是
16、否破裂，起皱。从图3 和图5 的成形极限图中看出，没有点落在破裂区，是安全的，工艺是合理的。图3 工序l 成形极限图图4 工序1 零件图 万方数据重庆大学学报第3 1 卷图5 工序2 成形极限图图8 工序2 零件图4 模具设计针对模拟结果进行分析，如果出现起皱、破裂等现象，则需重新设计或者修改工艺，再对方案进行模拟分析直至没有缺陷产生。由于该方案没有出现破裂区，可采用它进行模具设计。参考模具设计大典L i l ，设计落料一拉深复合模，采用后侧滑动导柱模架1 6 0 1 6 0 1 4 0 1 6 5 1G 1 3 T 2 8 5 1 3 可保证均匀的冲裁间隙，提高模具的刃磨寿命，并使模具的调试
17、简单化，具有导向精度高、上模座在导柱上运动平稳的特点。利用计算机三维绘图软件P r o E 1 2 _ 1 5 ，充分运用P r o E 的自顶向下设计功能对模具结构进行了设计，即在装配图里进行绘制零件，装配图里的尺寸改变，同时改变了零件尺寸，而不是先画零件图，再对零件进行装配。模具三维图如图7 所示。限于篇幅，其它不再阐述。图7 落料拉深复合模5结语结合压紧弹簧座零件实例，针对传统方法制定的冲压工艺方案，运用数值模拟软件D y n a f o r m 对板料冲压多工序中拉深工序进行了有限元分析，有效地解决了分析中网格划分，两次拉深中信息传递，避免模拟失真的关键技术。以及从C A D 到C A
18、 E 的模型数据转换传递。并采用P r o E 的自顶向下设计功能，设计了落料拉深复合模具。基于上述C A D C A E 方法，可以帮助模具开发人员快速、准确地开发出成形模具，大大缩短模具设计的周期，提高了企业的市场竞争能力。参考文献：1 王孝培冲压手册 M 3 2 版北京：机械工业出版社，1 9 8 8 2 L E ESW，K I MYT As t u d yo nt h es p r i n g b a c ki nt h es h e e tm e t a lf l a n g ed r a w i n g J -J o u r n a lo fM a t e r i a l sP r
19、 o c e s s i n gT e c h n o l o g y，2 0 0 7，1 8 7 1 8 8：8 9 9 3 3 H A M AT，H A T A K E Y A M AT，A S A K A W AM，e ta 1 F i n i t e-e l e m e n ts i m u l a t i o no ft h ee l l i p t i c a lc u pd e e pd r a w i n gp r o c e s sb ys h e e th y d r o f o r m i n g J F i n i t eE l e m e n t si nA n a
20、l y s i sa n dD e s i g n，2 0 0 7，4 3(3)：2 3 4 2 4 6 4 Z H E N GPF，C H A NLC，L E ETC N u m e r i c a la n a l y s i so ft h es h e e tm e t a le x t r u s i o np r o c e s s E J F i n i t eE l e m e n t si nA n a l y s i sa n dD e s i g n，2 0 0 5，4 2(3)：1 8 9 2 0 7 5 H U A N GYM，C H E NTC A ne l a s
21、 t o-p l a s t i ef i n i t e-e l e m e n ta n a l y s i so fs h e e tm e t a lc a m b e rp r o c e s s J J o u r n a lo fM a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y，Z 0 0 3，1 4 0(1-3)：4 3 2-4 4 0(下转第1 1 1 2 页)万方数据1 1 1 2重庆大学学报第3 1 卷 1 1 0 G A W AH，I B U K lT，M I N E M A T S UT，e ta 1 D
22、i e s e lc o m b u s t i o na n de m i s s i o n so fd e c a l i na sah i g hp r o d u c t i v i t yg a s t o-l i q u i df u e l J E n e r g y F u e l s，2 0 0 7，2 1(3)：1 5 1 7 1 5 2 1 1 2 3L E ECH，L E EKH A ne x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h ec o m b u s t i o na n de m i s s i o nc h a r a c t
23、 e“s t i c so fas t r a t i f i e dc h a r g ec o m p r e s s i o ni g n i t i o ne n g i n e J E n e r g y&F u e l s，2 0 0 7，2 1(4)：1 9 0 1 1 9 0 7 1 3 3Z A N N I STC，H O U N T A L A sDT D Id i e s e le n g i n ep e r f o r m a n c ea n de m i s s i o nf r o mt h eo x y g e ne n r i c h m e n to ff
24、 u e l sw i t hv a r i o u sa r o m a t i cc o n t e n t J E n e r g y&F u e l s，2 0 0 4，1 8(3)；6 5 9-6 6 6 1 4 刘胜吉，施万里，王建过量空气系数对四冲程小型通用汽油机排放的影响 J 小型内燃机与摩托车，2 0 0 6，3 5(5)：4 1-4 4 L I US H E N G 一儿，S H IW A N L I，W A N GJ l A N T h ei n f l u e n c eo fc o e f f i c i e n to fe x c e s sa i ro nt h
25、ee m i s s i o n so ff o u r-s t r o k en o n-r o a ds p a r k-i g n i t i o ns m a l le n g i n e s J S m a l lI n t e r n a lC o m b u s t i o nE n g i n ea n dM o t o r c y c l e,2 0 0 6。3 5(5)：4 1 4 4 1 5 3R A I N ERR，s T o N ECR。G O U L DJ M o d e l i n go fn i t r i co x i d ef o r m a t i o n
26、i ns p a r ki g n i t i o ne n g i n e sw i t ham u l t i z o n eb u r n e dg a s J C o m b u s t i o nA n dF l a m e，1 9 9 5。1 0 2(3)：2 4 1 2 5 5 1 6 王军，董金洲，薛强。燃油喷射汽油机N O。排放的计算研究 J 海军工程大学学报，2 0 0 3，1 5(3)：3 7 4 1 W A N Gj u N。D o N GJ I N-Z H O U，X U EQ I A N G C a l c u l a t i o no fd i s c h a r
27、 g eo fN O。f r o mf u e li n j e c t i o ng a s o l i n ee n g i n e J J o u r n a lo fN a v a lU n i v e r s i t yo fE n g i n e e r i n g，2 0 0 3，1 5(3)：3 7 4 1(编辑李胜春)争q 矿、驴、驴驴电争驴电争q P 电争驴电哥卅尹q 争q 争驴驴驴妒驴q 争、驴哥铲q 驴、矿、妒、驴、妒-驴妒驴驴电争，驴争q 争电伊矿、矿、矿、驴抄卅驴电争电争捌卜电争(上接第1 1 0 6 页)6 陈文亮板料成形C A E 分析教程I-M 北京：机械工业
28、出版社，2 0 0 5 7 D EP A U L AAA，A G U I L A RMTP，P E R T E N C EAEM。e ta 1 F i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o n so ft h ec l i n c hj o i n i n go fm e t a l l i cs h e e t s J J o u r n a lo fM a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y，2 0 0 7。1 8 2(1-3)：3 5 2 3 5 7 8 陈明和，高霖，薛玉雷，等板料
29、应力成形极限判据的有限元分析程序 J 南京航空航天大学学报，2 0 0 5，3 7(增刊)：6 8 7 1 C H E NM I N G H E，G A 0L I N，X U EY U L E I，e ta 1 F i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sp r o g r a mb a s e donf o r m i n gl i m i ts t r e s sc r i t e r i a J J o u r n a lo fN a n j i n gU n i v e r s i t yo fA e r o n a u t i c sa n dA s
30、 t r o n a u t i c s，2 0 0 5，3 7(s u p p l)：6 8 7 1 9 周杰，李小平数值模拟在摩托车油箱外壳体冲压成形中的应用研究 J 中国机械工程，2 0 0 6，1 7(9)：8 9 6 8 9 8，9 4 5 Z H o UJI E。L IX I A 0 一P I N G A p p l i c a t i o no fn u m e r i c a ls i m u l a t i o nt os t a m p i n gp r o c e s sf o rm o t o r c y c l et a n ks h e l l i,J C h i
31、n aM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g 2 0 0 6，1 7(9)：8 9 6 8 9 8，9 4 5 r1 0 G R E A V E SDM H i e r a r c h i c a lt r e e-b a s e df i n i t ee l e m e n tm e s hg e n e r a t i o nr J I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lf o rN u m e r i c a lM e t h o d si nE n g i n e e r i n g，1 9 9 9，4
32、5(4)：4 4 7 4 7 1 1 1 夏巨堪，李志刚中国模具设计大典E D B C D 北京：中国机械工程学会，2 0 0 3 1 2 3 孙江宏，黄小龙P r o E N G I N E E R 2 0 0 1 中文版入门与提高 M 1 北京：清华大学出版社，2 0 0 3 1,1 3 齐从谦，贾伟新支持变型设计的装配模型建模方法研究 J 机械工程学报，2 0 0 4，4 0(1)；3 8 4 2 Q IC O N G Q I A N，儿AW E l-X I N R e s e a r c ho na s s e m b l ym o d e l i n gf o rp r o d u
33、c tv a r i a n td e s i g n；-J C h i n e s eJ o u r n a lo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g，2 0 0 4，4 0(1)：3 8 4 2 1 4 F I R A TM C o m p u t e ra i d e da n a l y s i sa n dd e s i g no fs h e e tm e t a lf o r m i n gp r o c e s s e s：P a r t1-t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l i n gc
34、 o n c e p t s J M a t e r i a l s&D e s i g n，2 0 0 7，2 8(4)：1 2 9 8 1 3 0 3 1,1 5 C O L G A NM，M O N A G H A NJ D e e pd r a w i n gp r o c e s s：a n a l y s i sa n de x p e r i m e n t J J o u r n a lo fM a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y，2 0 0 3，1 3 2(1-3)：3 5 4 1(编辑李胜春)万方数据压
35、紧弹簧座模具设计应用分析压紧弹簧座模具设计应用分析作者：代荣，何玉林，杨显刚，DAI Rong，HE Yu-lin，YANG Xian-gang作者单位：代荣,DAI Rong(重庆大学,机械工程学院,重庆,400030;西南大学,工程技术学院,重庆,400715)，何玉林,杨显刚,HE Yu-lin,YANG Xian-gang(重庆大学,机械工程学院,重庆,400030)刊名：重庆大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF CHONGQING UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：2008,31(10)参考文献(15条)参考文献(15
36、条)1.王孝培 冲压手册 19882.LEE S W.KIM Y T A study on the springback in the sheet metal flange drawing外文期刊 2007(0)3.HAMA T.HATAKEYAMA T.ASAKAWA M Finite-element simulation of the elliptical cup deep drawing processby sheet hydroforming外文期刊 2007(03)4.ZHENG P F.CHAN L C.LEE T C Numerical analysis of the sheet
37、 metal extrusion process外文期刊2005(03)5.HUANG Y M.CHEN T C An elasto-plastic finite-element analysis of sheet metal camber process外文期刊 2003(1-3)6.陈文亮 板料成形CAE分析教程 20057.DE PAULA A A.AGUILAR M T P.PERTENCE A E M Finite element simulations of the clinch joining ofmetallic sheets外文期刊 2007(1-3)8.陈明和.高霖.薛玉雷
38、 板料应力成形极限判据的有限元分析程序期刊论文-南京航空航天大学学报 2005(zk)9.周杰.李小平 数值模拟在摩托车油箱外壳体冲压成形中的应用研究期刊论文-中国机械工程 2006(09)10.GREAVES D M Hierarchical tree-based finite element mesh generation 1999(04)11.夏巨堪.李志刚 中国模具设计大典 200312.孙江宏.黄小龙 Pro/ENGINEER2001中文版入门与提高 200313.齐从谦.贾伟新 支持变型设计的装配模型建模方法研究期刊论文-机械工程学报 2004(01)14.FIRAT M Comp
39、uter aided analysis and design of sheet metal forming processes:Part I-the finiteelement modeling concepts外文期刊 2007(04)15.COLGAN M.MONAGHAN J Deep drawing process:analysis and experiment外文期刊 2003(1-3)本文读者也读过(7条)本文读者也读过(7条)1.张宝霞.ZHANG Bao-xia 滚筒支架成形工艺与模具设计期刊论文-模具工业2010,36(11)2.王德民.吴志强.胡平.刘昕.李运兴.WANG
40、De-min.Wu Zhi-qiang.HU Ping.LIU Xin.LI Yun-xing 分布式模具设计事例库关键技术期刊论文-吉林大学学报（工学版）2005,35(3)3.武川.周杰.权国政.络刚.程必祥.WU Chuan.ZHOU Jie.QUAN Guozheng.LUO Gang.CHENG Bixiang 热模锻平面分型曲轴模具设计及工艺分析自动化系统研发应用期刊论文-热加工工艺2009,38(11)4.李如雄.王金铝.LI Ru-xiong.WANG Jin-lv 汽车前轴制坯辊锻工艺分析与模具设计期刊论文-机械设计与制造2010(10)5.黄克坚.包忠诩.陈泽中.傅立军.林文国 有限体积法在挤压模具设计中的运用期刊论文-稀有金属材料与工程2004,33(8)6.刘细芬.黄华艳.LIU Xi-fen.HUANG Hua-yan CAE技术在汽车覆盖件模具设计中的研究与应用期刊论文-现代制造工程2009(10)7.谭建波.李志勇.李增民.李立新.靖军.代亚坤.Tan Jianbo.Li Zhiyong.Li Zengmin.Li Lixin.Jing Jun.DaiYakun 灰铸铁铁套消失模模具设计期刊论文-特种铸造及有色合金2009,29(1)本文链接：http:/