模具．r-／k 20O7年第33卷第9期
凸 凹 模 受 力 模 型 与 有 限 元 分 析
杨 波。刘 渝
(西华大学 机械
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
与自动化学院，四川 成都 610039)
摘要：通过对板料成形时的受力分析，建立了凸凹模在拉深过程中的受力模型，完成了对凸凹模的有限
元数值分析。得到了凸凹模的应力和变形分布情况。对板料进行强度、刚度校核，得到了随板料厚度的
变化凸凹模孔口所受的压力、凸凹模的最大应力和位移的变化规律。可为模具结构的设计、模具材料的
选择提供依据。
关键词：落料拉深；复合模；有限元；强度校核
中图分类号："IP386．1 文献标识码：B 文章编号：1001—2168(2007)09-0023—05
Strained model of punch and die plate an d
related finite element analysis
YANG 13o．UU Ylu
(School of Mechanical Engineering and Automation，Ⅻ 1ua University，
Chengdu．Sichuan 6100I39．China)
Abstract：According to an analysis on the forming stress of sheet meta1．a strained model of punch
and dIe in the drawing process was established．，nle finite element numerical simulation on the
punch and die was finished and the distilbution of stress and strain of the punch and d plate was
obtained．，nlen a strength and rigidity check was carried out．11硷 pressure placed on the opening of
Punch and die．the maximum stress and displacement of the punch and die plate chang es while the
sheet material thickness varies．Its vailation rule was got out．
Key 4cords：blanking and drawing；compoun d die：fmite element method；streng th check
1 引 言
拉深成形过程中，为了防止板料的失稳起皱，
要对板料施加压边力，拉深凹模孔口除了承受压边
力的作用外，还承受板料在拉深变形过程中对孔口
的压力和摩擦力。这些力的共同作用有可能造成凹
模的变形、孔口部分的磨损以及破坏。如何进行模
具工作部分的应力分析，计算其变形量的大小，评
估模具结构设计和主要零件材料选择的合理性，保
证模具的正常工作和产品的成形质量，是模具设计
中必须考虑和解决的问题。如采用简化模具结构和
受力条件后用材料力学、弹性力学、塑性力学来进
行分析计算n 其计算过程复杂，且在计算过程中采
用了过多的假设条件而使结果不准确。本文在板料
拉深变形应力分析的基础上，建立了拉深凹模孔口
收稿日期：2007—03—22。
作者简介：杨 波(1982-)，男，四川成都人，工学硕士，主要从
事板料成形数值模拟理论及应用方面的研究，地址：四川成都西
华大学机械制造及其自动化学院，(电话)13088084576。(电子信
箱)chiefaiqin~163．ccrP．o
的受力模型，并采用有限元法进行分析 分析计算
结果可以更直观和准确得到拉深凹模的变形和应力
分布状况，对模具的结构设计和材料选择能进行预
先判断，从而提高模具设计的可靠性。
2 拉深复合模工作过程
拉深复合模的结构如图1所示，模具工作时，首
先对条料进行落料，紧接着进行拉深。凸凹模的结
构如图2所示，凸凹模工作部分的内、外径和高度主
要取决于制件的形状尺寸，拉深凹模的圆角半径选
取过大会使毛坯过早脱离压边圈的作用，使板料在
还未全部被拉入凹模以前，由于切向压应力的作用
而出现起皱；若半径过小，板料在通过凹模边缘并沿
着圆角部分作滑动时，弯曲变形增大，使变形抗力
提高和板料加工硬化增大，造成拉深件在顶部的破
坏 【3】o
3 拉深凸叫模数值模拟建模
3．1 拉深凸叫模有限元网格划分
图2凸凹模零件在几何形状上是轴对称的，其
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模具工业 2OO7年第33卷第9期
P，一Po=P，
，^ 、
一 P
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
示为：
po=rU'eosa—P， (6)
对拉深过程的进一步分析可求得在半径为ra
的A点处，P，、 和Q分别为：
P，=P，In(R／rA) (7)
P =P，[1I1(R )一1] (8)
1
Q=P [ ln(R／r2一g~osa)+
(1n(R／r2一gxosa)一1)／(r2一gxosa)】 (9)
所求得的凹模孔口的压力分布如图6所示。
从式(9)可知，凹模孔口压力Q的分布是角度
Ot的函数，整个凹模孔口圆角都受到板料变形时对
它产生的压力。
Q
图7 零件结构
根据 (9)式，求得凹模孔口压力分布如图8所
示。
当料厚为2mm时，分析得到凸凹模的等效Von
Mises应力分布如图9所示；等效位移分布如图 l0
所示。从图中可以看出，最大等效应力位于凸凹模
孔口圆角处，最大节点位移出现在冲裁刃口部位。
当板料厚度为0．5、1、1．5、2、2．5mm时，可得到
相应的应力、位移分布云图。对应的最大应力及其
位移随板料厚度变化的关系如图 l1、l2所示。从图
中可以看出随着板料厚度的增加，凸凹模的最大应
力和最大位移呈单调增加趋势。
，
性 硬 结
礴
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26 模具_r-,_lk 2OO7年第33卷第9期
图8 凹模孔口压力分布
图9 孔口处应力云图
暑
_K
口
图 11 最大VonMises应力随板厚变化
图12 最大位移随板厚变化
间的间隙有一定的影响，应使该间隙减小，但这一减
少量应不影响凸凹模的正常工作。凸凹模孔口处所
受的应力越大，表明该处在拉深过程中磨损也相应
增大。
5 结束语
针对落料拉深复合模的凸凹模，在分析板料成
形过程中的受力情况的基础上，建立了凸凹模的受
力模型。通过对拉深凸凹模的有限元数值分析，得
到了模具的应力和变形情况，完成其强度和刚度校
核。通过分析得到了随着板料厚度的增加，凸凹模
孔口所受的压力、凸凹模的最大应力和位移的变化
趋势，可为落料拉深复合模结构的设计、凸凹模零件
的材料选取提供依据。
图10 刃口处节点位移云图
参考文献：
经分析可知，凹模孔口处的最大应力小于T8A 【11夏志皋．塑性力学【M】．上海：同济大学出版社，1991．
的屈服强度，拉深凸凹模的刃口强度足够。凸凹模 【2】zⅡ
方法
快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载
、拉深速度和拉深件
形状，还与拉深模的结构、几何尺寸、摩擦和润滑、
收稿日期：2OO7—04—23。
作者简介：叶福民(1968一)，男，安徽桐城人，讲师，主要从事塑
性成形计算机模拟、机械传动方面的研究，地址：江苏镇江市梦
溪路 2号江苏科技大学机械与动力学院，(电话)13852907146，
(电子信箱) @163．o∞[1o
压边力等有关【】卫】o
目前国内可用于指导生产和研究的有关拉深成
形的分析曲线十分少见，而且极限拉深系数与模具
的一些因素的影响也少有定性研究，至于极限拉深
系数的确定一般是通过对材料的性能参数估算获得
若干理论及其经验计算公式，但计算复杂且受其他
因素影响较大。
随着计算机应用以及有限元技术的发展，数值
模拟应用于实验研究领域，其不仅能快速准确地得
出计算结果，而且还能节省高昂的实验费用。筒形
[3】郑家贤．冲压工艺与模具设计实用技术[M】．北京：机械
工业出版社，2005．
[4】l
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