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厚板料冲小孔模具设计及有限元模拟

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更新时间：2015-12-31
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00351-厚板料冲小孔模具设计及有限元模拟
摘要

本文详细地阐述了厚板料冲小孔模具的设计及有限元模拟过程。首先简明叙述了现代国内外模具发展概况，通过有限元模拟分析模具可能出现的问题，然后重点设计了冲裁模具中相关部件，如凹凸模、模架设计以及压力机选择，并对冲压材料性能进行了分析。最后根据冲裁件的产品数量要求，以及结构要求，设计出来整套模具。整个设计过程都是用CAD、Pro/Engineering软件进行参数化设计，使整个模具设计过程简单明了。利用DEFORM软件进行有限元模拟分析，为模具设计和成型工艺的指定提供参照依据。
在设计过程中首先使用CAD软件设计成型零件以及非标零件，然后在Pro/Engineering软件中实现三维实体设计，最后导入DEFORM中，分析工件上选取点的应力、应变以及应变速率等相关因素，从而完成模具的整体设计以及有限元模拟，对直接指导生产有一定的意义。

关键词：厚板料；冲小孔；参数化设计；有限元模拟

ABSTRACT

The design of a die used for punching small holes on thick sheets and its finite element simulation were investigated in this paper. Elaborated the modern die & mould development situation concisely. First， by using finite analysis Microsoft to simulate the deformation processing for avoiding serious problems that may occur， then focusing on the calculation of the relevant parts in mould design， such as designing the die、bump， and formwork and choosing for punching machine ， and analysis of material performance. Finally， according to the requirement of the structure and amounts of the product， we design the set of mold， and then carry out some related simulation analysis. We use CAD and Pro/Engineering software parameterization design in the process of whole designing， making the whole mold design process simple and clear to mend. Also， we use DEFORM software to provide reference basis of mould design and forming technology for the finite element analysis.
First， using CAD software design molding parts and non-standard parts in the design process， then， designing the 3D entity in Pro/Engineering software， finally， put the 3D entity into DEFORM to analyze the stress、strain and strain rate of selecting points. Thus， complete the overall design and finite element simulation and analysis， there must be have certain significance to direct production.

Key words thick sheet; blunt holes; parametric design; finite element simulation

目录

1 前言 1
1.1模具行业发展的现状 1
1.2我国模具发展的现状 1
1.3参数化技术及有限元模拟慨述 2
2 工件成型工艺性分析 5
2.1钩钉块二维图 5
2.2结构特征分析及成型工艺性分析 5
2.2.1结构特性分析 5
2.2.2成型工艺性分析 6
2.2.3 冲裁件材料的基本性能 6
3 厚板冲小孔有限元模拟及其相关分析 8
3.1有限元模拟及厚板冲小孔概述 8
3.1.1有限元模拟 8
3.1.2厚板冲裁模拟概述 8
3.1.3金属弹塑性大变形的有限元模拟 9
3.1.4材料断裂准则及断裂模拟 10
3.1.5有限元网格重划分 11
3.2 导入deform前相关准备 11
3.3 冲裁加工模拟的建模 12
3.3.1前处理 13
3.3.2模拟过程线框图 15
3.3.3后处理器 15
3.4 模拟结果及讨论 17
3.5 结论 18
4 模具结构设计 19
4.1计算冲压力 19
4.1.1 冲裁力 19
4.1.2 卸料力及推料力 19
4.1.3 总冲压力 20
4.2冲裁间隙 20
4.3凸凹模工作部分尺寸与公差 20
4.4 冲孔凸模的结构设计 22
4.4.1 冲孔凸模的长度尺寸 22
4.4.2 冲孔凸模工作部分结构如下图 22
4.4.3 冲孔凸模的强度校核 23
4.5 凹模的结构设计 23
4.5.1 凹模板的材料，外形和尺寸 23
4.5.2 凹模板的厚度 23
4.5.3 凹模板上孔壁的最小尺寸 23
4.5.4 凹模工作部分结构图 24
5 冲压成形工艺与设备 25
5.1冲压工艺方案及模具形式的确定 25
5.1.1 工序的确定 25
5.1.2 模具形式的确定 25
5.2 冲压设备的确定 25
5.2.1 规格选用原则 25
5.3 设备及相关模架确定 26
5.3.1 压力机确定及其参数 26
5.3.2 模架相关确定 27
5.4模具整体设计形式 32
6 填写冲压工艺卡和编写技术文件 35
参考文献 37
致谢 38

1 前言

1.1模具行业发展的现状
模具行业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。1.模具行业的现状
现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在每年600 亿至650 亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率( 据不完全统计， 2004 年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200 个亿的出口) ，到2005 年模具产值已达650 亿元，模具及模具标准件出口2005 已达到2 亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2003 年我国汽车产销量均突破400万辆， 2004 年产销量各突破500 万辆，轿车产量将达到260 万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中， 60%- 80%的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。日前，据第十一届中国国际模具技术和设备展览会主办方之一的中国模具工业协会透露，我国模具行业的生产企业和职工总数在世界上的排名已跃居第一，生产销量排名世界第三。有关资料显示，在我国，模具直到1987 年才正式成为一个行业，与世界发达工业国家的模具业相比，我国模具业的起步要晚几十年，但近20 年的努力发展取得了长足的进步。
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