板材成形试验模具设计及仿真

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第二章、成形试验模具设计

根据国家标准《金属薄板成形性能与试验方法》GB/T 15825.1~GB/T 15825.8-1995的要求，对金属薄板成形性能试验-拉深试验、扩孔试验、锥杯试验、凸耳试验及成形极限图（FLD）试验进行综合分析，发现这些试验的模具尺寸相差不大，为了方便进行通用的试验机设计，需要对模具的安装进行总体协调。

通过对成形试验机的结构进行分析可知成形试验机法兰的尺寸是固定的，因此一个小尺寸的模具就有可能会有一个很大的法兰，这里为了能节约材料把法兰与模具做成分体的，本文采用了阶梯的方式来连接模具与法兰安装盘。使得一套模具都能使用同一个法兰安装盘，且尺寸相近的模具也可以使用一个法兰安装盘。这样就既能节约材料又简化了模具的制造过程。法兰盘设计：采用法兰盘与模具本身分开的设计方法，利用台阶来进行连接和定位。如图2.1所示：

图2.1

1、拉深试验

拉深是利用拉深模将板料冲压成各种空心件的一种加工方法，使冲压生产中应用最广泛的工序之一。拉深成形时主要考虑的问题是，位于凸缘部分的财力材料因切向压缩极易起皱；处于凸模圆角区的材料因受到径向强烈拉伸而严重变薄，甚至断裂。材料的种类、零件的结构形状、模具结构及工作部分的表面质量对拉深成形能否顺利进行都有重要的影响。

根据国家标准《金属薄板成形性能与试验方法拉深与拉深载荷试验》GB/T 15825.3-1995中的试验原理：试验时，将圆片试样压置于凹模与压边圈之间，通过凸模

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对其进行拉深试验（见图2.2）。本试验需要采用不同直径的式样，并按照逐级增大直径的操作程序进行拉深试验 ，以测定拉深杯体底部圆角附近的壁部不产生破裂时允许使用的最大试件直径（D0）max，试验结束后用（D0）max计算极限拉深比LDR。每组试样进行6次有效重复试验，并记录破裂与未破裂试样的个数。一方面，当破裂位置不在杯体底部圆角附近的壁部或者杯体形状明显不对称，两个对象凸耳的峰高之差大于2mm时试验无效；另一方面，当一组试样中，3个试样破裂，3个试样未破裂或者当某一级试样的破裂个数小于3，而直径增大一级后，试样破裂的个数等于或大于4时结束试验。

图2.2 拉深试验原理

凸模和凹模的工作尺寸按表2.1所示。

表2.1 凸模、凹模的工作尺寸 mm

板料基本厚度t0 0.45~0.64 ＞0.64~0.91 ＞0.91~1.30 ＞1.30~1.86 ＞1.86~2.50

凸模直径dp

凸模圆角半径rp

凹模内径Dd 51.80+0.05 52.560+0.05

凹模圆角半径rd

6.4±0.10 9.1±0.10 13.0±0.15 18.64±0.15 25.0±0.15

500?0.05

5.0±0.1

53.640+0.05 55.200-0.05 57.000-0.05

1.1 拉深凹模的高度

拉深凹模的高度h对拉深成形的次数和成形质量都有重要的影响。常见零件的一次

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拉深成形的高度一般近似为[5]：

无凸缘筒形件：h??0.5~0.7?d，d为拉深件壁厚中径；

带凸缘筒形件：当D?/d?1.5时，h??0.4~0.6?d，D?为拉深件凸缘直径； 盒形件：当r??0.05~0.20?B时，h??0.3~0.8?B，r为盒形件长、短边间的圆角半径，B为盒形件的短边长度

因此，拉深凹模的高度设计为：台阶高8mm 凹模高35mm（如图2.3）。

图2.3 拉深凹模

图2.4所示为凹模内径为57mm时的模具

图2.4 拉深模装配

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1.2 拉深模的圆角半径对拉深过程的影响 1.2.1 凹模圆角半径对拉深过程的影响

拉深凹模的圆角半径对拉深过程有很大的影响，毛坯进入凹模内要经过弯曲和重新有被拉直的过程，若凹模圆角过小，将增加弯曲抗力而导致破裂的可能；若凹模圆角过大，将会因毛坯在压边圈下面积的减小和毛坯外缘过早离开压边圈而产生皱折，当这皱部分进入凸凹模的间隙，就会造成毛坯的破裂。

凹模圆角半径的平均值rd可按下式[6]

rd?K?D?d?t （2.1） 式中：K——系数；

D——毛坯或前一次拉深直径（mm）； d——凹模内径（mm）； t——材料厚度（mm）。

表2.2 计算凹模圆角半径时的K值

材料厚度

＜0.6 1.0

＞0.6~1 0.9

＞1~2 0.85

＞2~4 0.8

＞4~6 0.7

＞6~10 0.6

1.2.2 凸模圆角半径对拉深过程的影响

凸模圆角半径的影响不似凹模圆角半径那样显著，如过小则会降低邻近直壁与底交接部分的强度，多次拉深时会在制件侧壁上留下弯曲的环形圈痕迹，影响制件的外观质量；如过大，由于拉深初始阶段不与模具表面接触的毛坯宽度加大，这部分毛坯就易起皱。

一般首次拉深取：

rp=(0.7~1.0)rd （2.2）

多次拉深的以后各次：

rpn-1=(dn-1-dn-2t)/2 （2.3）

式中：dn-1，dn——前后工序中毛坯的过渡直径（mm）。

拉深凸模圆角半径不得小于（2~3）t，如制件上有要求，则应最后通过整形获得。 1.3 拉深间隙

拉深间隙是指单边间隙，即凹模与凸模直径之差的一半。拉深间隙的大小对拉深力、制件质量和模具寿命都有影响。间隙过大，容易起皱；过小则筒壁变薄严重，甚至拉断，