沖壓技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文論文題目：沖壓技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展所屬系別 專業(yè)班級 1*級模具設(shè)計(jì)與制造*班姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 撰寫日期 2013 年 4 月摘 要近十多年來，隨著對發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識，沖壓成形技術(shù)無論在深度和廣度上都取得了前所未有的進(jìn)展，其特征是與高新技術(shù)結(jié)合，在方法和體系上開始發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與交叉融合，推動了先進(jìn)沖壓成形技術(shù)的形成和發(fā)展。當(dāng)前整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快、市場競爭激烈。要適應(yīng)用戶對模具制造的短交貨期、高精度、低成本的迫切要求。模具設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段向理論計(jì)算和計(jì)算器輔助設(shè)計(jì)方向發(fā)展，技術(shù)廣

2、泛用于制模業(yè)，使模具結(jié)構(gòu)更趨科學(xué)合理，大大提高了模具加工精度，縮短了模具設(shè)計(jì)加工周期，減少了產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。本文主要對沖壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。關(guān)鍵詞：沖壓技術(shù)，模具設(shè)計(jì)，發(fā)展現(xiàn)狀和前景abstractover the past decade, with the unprecedented consensus on the importance of the development of advanced manufacturing technology, stamping technology in terms of depth and breadth have made un

3、precedented progress, characterized with high-tech combination of the method and systembegan to change dramatically. infiltration and cross-integration of stamping the field of computer technology, information technology, modern measurement and control technology, to promote the formation and develo

4、pment of advanced stamping technology. the characteristics of the development of the entire industrial production product varieties more updates soon, competitive market. to adapt to the the mold manufacturing short delivery time, high-precision, low-cost urgent requirement. mold design experience i

5、n the design phase to the theoretical calculation and the development of computer-aided design direction, the technology is widely used in the modeling industry, the mold structure more scientific and rational, greatly improve the precision mold processing, shorten the cycle of mold design and proce

6、ssing, reduced product development time. this paper focuses on the development status and prospects of stamping technology detail.key words: stamping technology,; mold design; development status and prospects.目 錄1 引言12 沖壓制品設(shè)計(jì)概論12.1 模具的概念及其在工業(yè)生產(chǎn)中的作用12.2 沖壓加工工藝及其應(yīng)用12.3 沖壓所用材料及其性能22.4 沖模的組成22.5 沖模的工作部分

7、零件必須具備的性能32.6 沖模的成形特點(diǎn)43 沖壓技術(shù)的發(fā)展43.1 沖壓成形工藝與理論研究43.2 沖壓技術(shù)的數(shù)字化與信息化54 汽車覆蓋件的沖壓成形及其發(fā)展54.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀64.2 覆蓋件成形工藝及其發(fā)展趨勢65 汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)發(fā)展方向75.1 多種方法的混合智能新技術(shù)75.2 工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵部分的各個(gè)突破和集成設(shè)計(jì)75.3 數(shù)值模擬技術(shù)的成形模擬應(yīng)用76 覆蓋件成形過程中的常見質(zhì)量問題及解決辦法76.1 起皺86.2 破裂96.3 回彈97 成形工藝參數(shù)107.1 壓邊力107.2 拉延筋成形阻力117.3 凸?；虬寄３尚瘟俺尚嗡俣?17.4 潤滑條件118 沖壓成形技

8、術(shù)的發(fā)展趨勢118.1 沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化118.2 實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化128.3 重視復(fù)合化成形技術(shù)的發(fā)展129 結(jié)束語13參考文獻(xiàn)14致謝151 引言近十多年來，隨著對發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識，沖壓成形技術(shù)無論在深度和廣度上都取得了前所未有的進(jìn)展，其特征是與高新技術(shù)結(jié)合，在方法和體系上開始發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與交叉融合，推動了先進(jìn)沖壓成形技術(shù)的形成和發(fā)展1。2 沖壓制品設(shè)計(jì)概論2.1 模具的概念及其在工業(yè)生產(chǎn)中的作用在工業(yè)生產(chǎn)中，用各種壓力機(jī)和裝在壓力機(jī)上的專用工具，通過壓力機(jī)的壓力，使金屬或非金屬材料

9、在專用工具內(nèi)變形、流動獲得所需形狀和尺寸的工件，這種專用工具統(tǒng)稱為模具。模具是成型金屬、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等制件的基礎(chǔ)工藝設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)展和實(shí)現(xiàn)少無切屑技術(shù)不可缺少的工具。如汽車、拖拉機(jī)、電器、電機(jī)、儀器儀表、電子等行業(yè)有60%80%的零件需用模具加工，輕工日用品的生產(chǎn)需用模具更多，螺釘、螺母、墊圈等標(biāo)準(zhǔn)零件，沒有模具就無法大量生產(chǎn)。由此看來，模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的主要工藝設(shè)備之一。模具是一種高效率的工藝設(shè)備，用模具進(jìn)行各種材料的成型，可實(shí)現(xiàn)高速度的大批量生產(chǎn)，并能在大量生產(chǎn)條件下穩(wěn)定的保證制件的質(zhì)量、節(jié)約原材料。因此，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具的應(yīng)用日益廣泛，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重

10、要手段和工藝發(fā)展方向。許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。模具工業(yè)的水平和發(fā)展?fàn)顩r已被認(rèn)為是衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一2。2.2 沖壓加工工藝及其應(yīng)用沖壓是指在常溫下利用模具在壓力機(jī)的作用下，對材料施加壓力，將材料分離和變形，從而獲得一定形狀、尺寸和精度零件的一種加工方法，又可稱為冷沖壓或板料沖壓。沖壓加工與其它機(jī)械加工方法相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)制品與零件的高速度大量的生產(chǎn)。（2）節(jié)約原材料，可實(shí)現(xiàn)少切屑、無切屑加工。（3）制件質(zhì)量穩(wěn)定，有良好的互換性。（4）操作工藝簡單，利用模具生產(chǎn)制品時(shí)，不需要操作者有較高的技藝水平。（5

11、）利用模具批量生產(chǎn)的零件和制品成本低廉。（6）所加工出的零件與制品可一次成型，不需進(jìn)行再加工。（7）能制造出其他加工工藝方法難以加工、形狀比較復(fù)雜的零件制品。（8）容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化及半自動化。由于沖壓工藝的這些特點(diǎn)，因此其應(yīng)用范圍極廣，從精細(xì)的電子元件、儀表指針到汽車的覆蓋件和大梁、高壓容器封頭及航空航天器的蒙皮、機(jī)身等，均需沖壓加工。目前用沖壓工藝所獲得的制品，在現(xiàn)代汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)電器、儀器儀表及無線電電子產(chǎn)品和人們?nèi)粘Ｉ钪?，都占有十分重要的地位。?dāng)然，沖壓工藝和其它加工方法一樣，也有其自身的局限性，如：沖模結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造周期長，模具價(jià)格偏高，在單件小批量、多品種生產(chǎn)時(shí)經(jīng)濟(jì)上不

12、合算。沖模是沖壓生產(chǎn)中必不可少的工藝裝備。其模具結(jié)構(gòu)必須滿足沖壓生產(chǎn)的要求，不僅要沖壓出合格的零件制品，而且要適應(yīng)批量生產(chǎn)的需要，操作要方便、使用壽命要長、安全可靠、成本低廉，并能容易制造和維修。2.3 沖壓所用材料及其性能沖壓所用的材料主要是金屬材料，有普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、不銹鋼和黃銅板（帶）、鋁板（帶）等，有時(shí)也用非金屬材料，如膠木板、塑料板和纖維板等。沖壓用材料大部分是各種規(guī)格的條料、帶料、卷料和塊料，有時(shí)也對某些型材及管材進(jìn)行沖壓加工。用于沖壓的材料不僅要滿足制件的設(shè)計(jì)要求，還必須滿足材料的沖壓性能。材料的沖壓性能是指它們對各種沖壓加工的適應(yīng)能力，即具有良好的塑性、便于加工、容易得

13、到高質(zhì)量和高精度的沖壓件，生產(chǎn)效率高、模具損耗低、不易出廢品等。金屬材料的沖壓性能，是各種材料的力學(xué)指數(shù)通過比較進(jìn)行分析的。其力學(xué)性能的強(qiáng)度指數(shù)主要有材料的屈服強(qiáng)度s、抗拉強(qiáng)度b、屈強(qiáng)比s/b縮頸應(yīng)力j、斷裂應(yīng)力f、材料的彈性模量e與屈服強(qiáng)度的比值e/s，塑性指數(shù)有材料的總伸長率、均勻收縮率u、斷面收縮率、均勻變形的單面收縮率u等。一般地說，材料的s/b值愈小，形成過程中斷裂的危險(xiǎn)愈小，e/s值愈大，材料成形過程中的回彈愈小，材料的與值愈大，材料在破壞前的可塑性愈大，w、w、w/、w/的值愈大，材料的溫定性能愈好，因而其沖壓性能也愈好。2.4 沖模的組成沖模主要由以下幾部分組成：工作零件:工作

14、零件用以直接和板料接觸，由其施加給板料壓力后使之分離或變形完成板料沖壓過程。工作零件主要包括凸模、凹模、凸凹模等定位零件:定位零件的作用是確定板料或胚件相對于沖模的正確位置，以保證沖件質(zhì)量。主要包括擋料銷、定距側(cè)刀、導(dǎo)正銷、定位板、定位銷、導(dǎo)料板和導(dǎo)向槽等卸料裝置零件:卸料零件主要用來卸除套在凸模上的零件或廢料。主要包括卸料板、卸料桿、廢料刀等。壓料裝置及零件:用來壓住胚料或胚件以保證在沖壓時(shí)，使材料能順利的進(jìn)行變形。它主要包括壓料板、壓邊圈等，主要用于拉深模結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向零件:導(dǎo)向零件主要用以保證凸模與凹模之間具有準(zhǔn)確位置。主要包括導(dǎo)套、導(dǎo)柱、導(dǎo)板等。推件裝置與零件:推件零件主要用來將沖后的零件

15、制品及廢料，從凹模或凹凸模里推出。包括推桿、推板、打料桿及各類推件器等。支撐及支持零件:支撐及支持零件主要用來連接及固定工作零件，使之成為完整的模具結(jié)構(gòu)。主要包括上、下模板，模柄，凸、凹模固定板，墊板，限位器等。緊固零件:緊固零件主要用來緊固、連接各類沖模零件，如各類螺釘、銷釘?shù)龋渲心＞咧械膱A柱銷還起穩(wěn)固定位的作用。緩沖零件:緩沖零件主要包括彈簧、壓簧、緩沖橡皮等。模具中的緩沖零件主要利用其彈力，起卸退料作用通常情況下，模具的工作零件、定位零件、卸、推料零件稱為模具的藝零件，而導(dǎo)向零件、支撐及支持零件、緊固零件、緩沖零件稱為沖模的輔助零件。實(shí)際上，對于每一套沖模，它們都必然形成完整的獨(dú)立整體

16、，是由各種不同零件結(jié)合而成的。根據(jù)每個(gè)零部件的作用、要求可以進(jìn)行基本分類。對于同樣作用的零部件，由于使用條件不同，其結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。目前，我國對沖壓模具以制定了國家標(biāo)準(zhǔn)（簡稱國標(biāo)），其中包括：模架、典型組合、零部件、模架技術(shù)條件、典型組合技術(shù)條件、零部件技術(shù)條件等。這對簡化模具設(shè)計(jì)與制造、提高模具壽命、降低成本、縮短模具制造周期都有十分重要的意義3。2.5 沖模的工作部分零件必須具備的性能沖模的工作部分零件又稱成型零件，它主要包括凸模、凹模及凸凹模等。由于沖壓有冷沖壓與熱沖壓，而沖壓工序又分為分離工序（沖裁）與成型工序（彎曲、拉深、成形）兩大類。在分離工序的工作過程中，除承受使材料分離所需

17、的沖壓力外，還承受著與材料斷面間的劇烈摩擦；在成形工序的工作過程中，沖模除承受材料塑性變形所需的沖壓力外，其表面也受到材料的塑性流動而產(chǎn)生的強(qiáng)力摩擦。因此，這就要求沖模的工作部位要具備耐沖擊、耐磨損的高強(qiáng)度、高硬度性能。而在材料加熱狀態(tài)下使用的沖模，工作零件還要求具有耐熱性能，這樣才能保證其沖模的耐用度及使用壽命。根據(jù)沖模的上述要求，沖模的工作部分一般采用碳素工具鋼或合金工具鋼制成。對于高速沖壓或要求高壽命的沖模，其工作部分可采用硬質(zhì)合金制作。2.6 沖模的成形特點(diǎn)沖模是指在室溫下把金屬或非金屬板料放在模具內(nèi)，通過壓力機(jī)和模具對板料施加壓力，使板料發(fā)生分離或變形制成所需零件的模具。各類冷沖模的

18、成形特點(diǎn)是：沖裁模:沖裁模的成形特點(diǎn)是：將一部分材料與另一部分材料分離。落料沖裁模的成型特點(diǎn)是將材料封閉的輪廓分開，而最終得到的是一平整的零件。而沖孔沖裁模的成型特點(diǎn)是將零件內(nèi)的材料與封閉的輪廓分離，使零件得到孔。彎曲模:彎曲模的成形特點(diǎn)是：將板料或沖裁后的胚料通過壓力在模具內(nèi)彎成一定的角度和形狀。深模:拉深模的成形特點(diǎn)是：將經(jīng)過沖裁所得到的平板胚料，壓制成開口的空心零件。形模。成形模的成形特點(diǎn)是：用各種局部變形的方法來改變零件或胚料的形狀。冷擠壓模:冷擠壓模的成形特點(diǎn)是：在室溫下，在模具型腔內(nèi)將金屬胚料加壓，使其產(chǎn)生塑性變形，擠壓成所需的形狀、尺寸及性能的零件制品。3 沖壓技術(shù)的發(fā)展隨著科學(xué)

19、技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)日益復(fù)雜與多樣化，產(chǎn)品性能和質(zhì)量也在不斷提高，因而對冷沖壓技術(shù)提出了更高要求。沖壓技術(shù)自身也應(yīng)不斷創(chuàng)新和發(fā)展。3.1 沖壓成形工藝與理論研究沖壓成形工藝近年來有很多新的發(fā)展，在精密沖裁、精密成形、精密剪切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等方面取得很大進(jìn)展。沖壓件的成形精度、生產(chǎn)率越來越高。精密沖壓的范圍越來越廣，由平板零件精密沖裁拓寬到精密彎曲、精密拉深及立體精密成形等。計(jì)算機(jī)輔助工程（cae）在沖壓領(lǐng)域得到了較好的發(fā)展和應(yīng)用，可進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變的分析，排樣、毛坯的優(yōu)化設(shè)計(jì)及工藝過程的模擬與分析等，實(shí)現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，沖壓成形性能和成形極限的

20、研究，沖壓件成形難度的判定以及成形預(yù)報(bào)等技術(shù)的發(fā)展，均標(biāo)志著沖壓成形以從原來的經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析階段走上由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段，使沖壓成形走向計(jì)算機(jī)輔助工程化和智能化得發(fā)展道路。3.2 沖壓技術(shù)的數(shù)字化與信息化先進(jìn)的沖壓技術(shù)是指信息技術(shù)、新材料、新工藝與傳統(tǒng)沖壓技術(shù)的結(jié)合。當(dāng)前，沖壓行業(yè)的技術(shù)水平和先進(jìn)性，主要表現(xiàn)在cad/cae/capp/cam技術(shù)為代表的數(shù)字化與信息化程度，以及企業(yè)中信息集成和管理網(wǎng)絡(luò)化程度。目前，國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了cad/cam技術(shù)，capp和cae也開始使用。隨著計(jì)算機(jī)的深入應(yīng)用，我國不少企業(yè)已經(jīng)在嘗試或者開展計(jì)算機(jī)輔助沖壓工藝設(shè)計(jì)capp系統(tǒng)的應(yīng)用。

21、沖壓capp系統(tǒng)已從工藝設(shè)計(jì)發(fā)展到工藝信息的管理，設(shè)計(jì)方法也從派生式、創(chuàng)成式、混合式三種capp系統(tǒng)并舉的局面向智能化得混合capp系統(tǒng)方向發(fā)展。從沖壓件成形對工藝設(shè)計(jì)的需求出發(fā)，將數(shù)值模擬技術(shù)、優(yōu)化方法、知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)、kbe技術(shù)及信息管理技術(shù)綜合應(yīng)用到?jīng)_壓件工藝設(shè)計(jì)中，建立智能的優(yōu)化capp系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)與cad/cae/cam及管理的集成化，將是該領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。以有限元模擬為主的沖壓成形cae技術(shù)，可以用于沖壓成形過程的分析、優(yōu)化和模具設(shè)計(jì)，能顯著減少模具設(shè)計(jì)和調(diào)試周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在國外已得到廣泛應(yīng)用，在我國隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻繁化，模具設(shè)計(jì)與制造量急劇加大，對沖壓成

22、形的分析及模具cad/cae/cam現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段的需求也急劇增加，cae技術(shù)正在得到普遍重視并將得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)廣泛應(yīng)用的板材沖壓成形cae軟件主要有l(wèi)s-dyna3d、dynaformae、pam-syamp、optris、autoform等。國內(nèi)在板料成形數(shù)值模擬領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和軟件開發(fā)方面都得到一定的進(jìn)展，已開發(fā)出具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)，初步達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平的模擬軟件4。4 汽車覆蓋件的沖壓成形及其發(fā)展汽車覆蓋件是指覆蓋發(fā)動機(jī)、底盤、構(gòu)成駕駛室和車身的薄板異形體零件。同一般的沖壓件相比，它具有材料薄、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大和質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。由于汽車覆蓋件屬于外觀裝飾性零件，它不僅要求滿足

23、結(jié)構(gòu)上的功能要求，更要求滿足表面裝飾的美觀要求，因此對表面質(zhì)量要求很高，表面必須光順，不允許有任何皺裂和拉痕等缺陷。這給覆蓋件成形的關(guān)鍵工序例如拉延，提出了很高的要求，而傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)制造方法難以保證拉延件的質(zhì)量，這也是車身制造技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。近年來，國內(nèi)外各大汽車制造企業(yè)都將車身外形的設(shè)計(jì)和制造能力作為衡量汽車，特別是轎車車型開發(fā)水平的重要標(biāo)志，為此，世界各國均投入了大量的人力和財(cái)力開展汽車覆蓋件設(shè)計(jì)及其制造技術(shù)的研究與開發(fā)。合理的成形工藝設(shè)計(jì)決定覆蓋件能否順利成形的關(guān)鍵，它將直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、生產(chǎn)效益以及模具的使用壽命等方面。覆蓋件工藝設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)已成為人們研究的熱點(diǎn)。4.

24、1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)今世界各國都將汽車工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，競爭日趨激烈。衡量汽車工業(yè)特別是轎車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志是車型的自主開發(fā)與設(shè)計(jì)能力?？巳R斯勒公司在1987年選擇了法國dassault sys2ftem 公司開發(fā)由ibm公司銷售的catia軟件，作為設(shè)計(jì)開發(fā)新車型的基本cad工具，后來又購買了parameltc technology公司的pro/engineer系統(tǒng)作為補(bǔ)充，在工廠布置設(shè)計(jì)方面，使用autocad及integraph的軟件，在cam方面，克萊斯勒使用catia以及dassault開發(fā)的數(shù)字制造過程系統(tǒng)（dmaps）程序美國通用公司的模具cad/cam系統(tǒng)包

25、括csg系統(tǒng)，gmform系統(tǒng)，tracs系統(tǒng)，pacs系統(tǒng)。此外，其它的汽車公司也都開發(fā)應(yīng)用了ca也有所發(fā)展。如華中理工大學(xué)目前正致力于多工位精密級進(jìn)模cad/cam項(xiàng)目研d/cam系統(tǒng)，如馬自達(dá)公司，富士重工業(yè)公司、autodie公司和富士鐵工所等都采用了模具cad/cam，以增加市場競爭力。國內(nèi)的cad/cam技術(shù)近幾年究，中科院軟件工程研制中心于93年開發(fā)出沖模cad系統(tǒng)picad，北航的panda系統(tǒng)，清華的gems系統(tǒng)；浙大的message系統(tǒng)。4.2 覆蓋件成形工藝及其發(fā)展趨勢覆蓋件的成形一般由落料（或剪切）、拉深、修邊、翻邊、整形、沖孔、彎曲、脹形、切口等基本工序按需要排列組合

26、而成，典型結(jié)構(gòu)的覆蓋件一般需要4-6道工序。工藝設(shè)計(jì)中需要考慮的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：（1）研究沖壓成形性能及加工方法、加工性能。（2）設(shè)計(jì)工序最少且又能滿足覆蓋件性能要求的方案。大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量把多工序合并成一道工序，小批量則用單工序模。（3）初步確定模具結(jié)構(gòu)及影響強(qiáng)度、壽命的尺寸。（4）根據(jù)覆蓋件的大小計(jì)算沖壓力，決定各工序所使用的設(shè)備。（5）以沖壓為主主重新討論工藝設(shè)計(jì)，因?yàn)榧词故亲詈玫脑O(shè)計(jì)師，也不可能精通各部門的工作，通過討論則可收集到大量的第一手資料，從而提高設(shè)計(jì)水平。分析討論時(shí)要邀請質(zhì)量控制、模具制造、調(diào)試和使用等部門人員參加，并做好記錄。（6）經(jīng)濟(jì)分析，以降低成本、提

27、高效率為目的。5 汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)發(fā)展方向伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能技術(shù)和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)與先進(jìn)制造技術(shù)、智能技術(shù)、電子信息及計(jì)算機(jī)集成技術(shù)等眾多學(xué)科相互交叉、緊密結(jié)合，這代表著該領(lǐng)域21世紀(jì)的科技發(fā)展方向，具有經(jīng)濟(jì)性、前沿性和戰(zhàn)略性。在可以預(yù)見的未來，汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)將會在以下方向上得到長足的發(fā)展：5.1 多種方法的混合智能新技術(shù)單一的智能化方法將無法完成汽車覆蓋件復(fù)雜的工藝設(shè)計(jì)，揚(yáng)長避短的混合智能新技術(shù)將是解決該領(lǐng)域問題的一個(gè)發(fā)展途徑。如kbe技術(shù)、工藝決策推理機(jī)制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法（ga）、pet ri 網(wǎng)等智能化技術(shù)及并行工程、ci

28、ms思想等的混合決策技術(shù)和多智能體技術(shù)的綜合智能體系。5.2 工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵部分的各個(gè)突破和集成設(shè)計(jì)拉延沖壓方向、工藝補(bǔ)充面、壓料面、拉延筋的設(shè)計(jì)是覆蓋件工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，因其復(fù)雜性，不少人員采用各個(gè)擊破的方式對其分別進(jìn)行了具體研究，實(shí)現(xiàn)一定程度的交互或優(yōu)化設(shè)計(jì)，目前這些部分的研究仍有待繼續(xù)深入進(jìn)行。同時(shí)覆蓋件工藝設(shè)計(jì)是一個(gè)整體性、系統(tǒng)性的研究目標(biāo)，應(yīng)加強(qiáng)它們之間及其他部分的關(guān)聯(lián)和集成，提高工藝設(shè)計(jì)的整體水平。5.3 數(shù)值模擬技術(shù)的成形模擬應(yīng)用目前，數(shù)值模擬技術(shù)已廣泛應(yīng)用于覆蓋件成形性檢驗(yàn)、工序件設(shè)計(jì)結(jié)果檢驗(yàn)中，cae已成為覆蓋件工藝設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)工具盒工程人員修改工藝設(shè)計(jì)的有力依據(jù)，在某些部分還

29、成為優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)。圖一為傳統(tǒng)的汽車覆蓋件的開發(fā)和使用計(jì)算機(jī)模擬的開發(fā)過程對比，從圖中左右對比可以看出，傳統(tǒng)的汽車覆蓋件的開發(fā)過程不但開發(fā)周期長，而且費(fèi)用高，采用了計(jì)算機(jī)模擬的開發(fā)過程之后，則大大降低了成本，縮短了開發(fā)時(shí)間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競爭力。6 覆蓋件成形過程中的常見質(zhì)量問題及解決辦法汽車覆蓋件和一般沖壓件相比具有材料薄、形狀復(fù)雜且多為空間曲面，結(jié)構(gòu)尺寸和表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。覆蓋件在沖壓工藝的確定，模具的設(shè)計(jì)與制造上均有較大難度，其成形涉及到大量的幾何非線性。材料非線性和邊界條件非線性等問題覆蓋件的質(zhì)量常常因模具結(jié)構(gòu)、沖壓方向、毛坯形狀以及壓邊力、拉延筋、凹凸模間隙、

30、沖壓速度等確定或設(shè)計(jì)不當(dāng)而受到影響。其中起皺、拉裂、回彈是覆蓋件成形過程中最為常見的三種質(zhì)量問題5。6.1 起皺失穩(wěn)起皺是板料沖壓成形過程中決定成形極限最主要的缺陷之一，板材在軋制中出現(xiàn)的波浪、旋壓和拉深的皺折等都屬于起皺，不但嚴(yán)重影響成形件的成形質(zhì)量、精度和模具的壽命，而且有時(shí)直接導(dǎo)致后續(xù)成形過程無法進(jìn)行。因此，有效預(yù)測和控制起皺現(xiàn)象的產(chǎn)生在板料沖壓加工中就顯得極為重要。從力學(xué)分析角度看，起皺是板坯或殼體在某種局部壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生屈曲并出現(xiàn)后屈曲大變形的外部宏觀表現(xiàn)。近一個(gè)世紀(jì)以來，人們從屈曲起皺產(chǎn)生的原因、預(yù)報(bào)及屈曲后的性質(zhì)等各個(gè)方面對屈曲進(jìn)行了深入的研究。這些研究涵蓋了從實(shí)驗(yàn)研究、理論分

31、析到數(shù)值模擬，從薄板拉深成形、液壓成形到彎管成形，從起皺、后起皺預(yù)測到失穩(wěn)控制等諸多方面。起皺的產(chǎn)生和發(fā)展受到應(yīng)力狀態(tài)、材料的力學(xué)性能、工件的幾何形狀以及接觸情況等因素的影響。由于影響因素眾多，同時(shí)考慮這些因素對起皺的產(chǎn)生和發(fā)展的影響是非常困難的。因此，對起皺問題的研究一般都是針對具體的生產(chǎn)過程。到目前為止，對起皺現(xiàn)象還缺乏本質(zhì)和規(guī)律性的認(rèn)識。影響毛坯起皺的主要因素：(1)毛坯的相對厚度。板料毛坯的相對厚度t/do越小，拉深變形區(qū)抗失穩(wěn)的能力越差，也越容易起皺。(2)材料的力學(xué)性能。材料的彈性模數(shù)e、應(yīng)變強(qiáng)化模數(shù)d越大，抵抗失穩(wěn)的能力也越大，越不容易起皺。(3)拉深系數(shù)。拉深系數(shù)m=dd。越小

32、，拉深變形程度越大，拉深變形區(qū)內(nèi)金屬的硬化程度也越高，所以切向壓應(yīng)力的數(shù)值也相應(yīng)地增大。另一方面，拉深系數(shù)越小，拉深變形區(qū)的寬度越大，所以其抗失穩(wěn)的能力變小。上述兩個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，都使拉深系數(shù)較小時(shí)毛坯的起皺趨向加大。反之，則不易起皺。有時(shí)雖然毛坯的相對厚度較小，但是由于拉深系數(shù)較大，拉深時(shí)毛坯也不會起皺，可以不用壓邊圈，高度很小的淺拉深件即屬于這種情況。準(zhǔn)確判斷坯料拉深時(shí)是否起皺是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題。在生產(chǎn)實(shí)際中可由下式概略估算拉深件是否會起皺用普通平端凹模拉深時(shí) 毛坯首次拉深不起皺的條件是t/d(0.090.17)(1-d/d)用錐形凹模首次拉深時(shí)材料不起皺的條件是t/d0.03(1

33、-d/d)式中 t為板料厚度 d為工件直徑 d為毛坯直徑若不能滿足上述式子的要求，就要發(fā)生起皺。在實(shí)際生產(chǎn)中，最常用的方法是采用壓邊圈來防皺。加壓邊圈后，材料被迫在壓邊圈和凹模平面間的間隙中流動，穩(wěn)定性得到增加，起皺也就不容易發(fā)生6。6.2 破裂汽車覆蓋件沖壓時(shí)，變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變分布、各部位的變形狀態(tài)及其變形路徑都隨成形過程而不斷改變，變形區(qū)內(nèi)的板料常因局部變形過大或變形不均而產(chǎn)生表面微裂紋直至破裂。破裂是板料在沖壓成形過程中受拉失穩(wěn)的一個(gè)主要表現(xiàn)形式。當(dāng)板料變形超出其材質(zhì)的成形極限時(shí)，就會出現(xiàn)頸縮失穩(wěn)進(jìn)而發(fā)生破裂。板料在拉力作用下產(chǎn)生塑性變形時(shí)，一方面其承載面積在減小，另一方面其應(yīng)變強(qiáng)化效

34、應(yīng)在增加。當(dāng)板料硬化的應(yīng)力增量足以補(bǔ)償因承載面積減小而保持繼續(xù)變形所需應(yīng)力的增加值時(shí)，其變形可以穩(wěn)定地進(jìn)行下去。當(dāng)二者相等時(shí)，拉深變形處于臨界狀態(tài)即失穩(wěn)點(diǎn)。當(dāng)板料硬化的應(yīng)力增量小于承載面積減小所需的應(yīng)力增加值時(shí)板料失穩(wěn)直至破裂。破裂機(jī)理主要包括以下三個(gè)方面：（1）材料所受最大剪切應(yīng)力達(dá)到了晶體滑移的極限剪應(yīng)力，（2）最大拉應(yīng)力達(dá)到了材料的極限拉應(yīng)力，（3）拉深失穩(wěn)導(dǎo)致破裂。成形極限圖法是有限元數(shù)值模擬中常采用的預(yù)測破裂的方法。通過軟件分析材料的應(yīng)變，將其放在fld中考察。若有點(diǎn)落在斷裂區(qū)域，則產(chǎn)生斷裂。反之則未產(chǎn)生斷裂。計(jì)算元素積分點(diǎn)上的最大應(yīng)變和最小應(yīng)變，當(dāng)主應(yīng)變平面上的點(diǎn)超過變形界限時(shí)，認(rèn)

35、為斷裂產(chǎn)生反之則未產(chǎn)生斷裂。目前大多數(shù)商用有限元軟件均將成形極限圖作為數(shù)值模擬拉裂判斷的主要依據(jù)。對于拉伸破裂，要設(shè)法減少初始破裂處最大主應(yīng)變方向的進(jìn)料阻力，可以通過調(diào)整凸、凹模圓角半徑，壓料面不設(shè)增阻部分，適當(dāng)增大模具間隙等方法來改善。6.3 回彈板料拉深彎曲變形過程中，材料發(fā)生塑性變形的同時(shí)一定伴隨有彈性變形。當(dāng)成形負(fù)荷卸載后，彈性變形開始釋放，零件便會發(fā)生回彈?；貜棇绊懥慵淖罱K形狀，回彈量的大小將直接影響零件的幾何精度，也是實(shí)際工藝中很難有效克服的成形缺陷。近年來由于高強(qiáng)度薄鋼板和鋁合金板材在汽車薄殼類零件中的大量使，沖壓件成形回彈問題越發(fā)成為沖壓成形領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題。對于覆蓋件

36、來講 造成成形后的零件不貼模而發(fā)生回彈的主要原因有以下兩個(gè)方面 任何塑性變形都伴隨有彈性變形 由于在板料內(nèi)外表層纖維進(jìn)入變形狀態(tài)時(shí)而板料中心仍處在彈性狀態(tài)當(dāng)卸載后板料產(chǎn)生回彈覆蓋件在拉延過程中，沿厚度截面同時(shí)受到膜向拉力和彎矩的共同作用。板料外表面最先進(jìn)入塑性，外表面和貼模的內(nèi)表面之間依次由塑性區(qū)過渡到彈性區(qū)。成形結(jié)束卸載之前，板厚截面的膜向拉力和彎矩與外部載荷平衡卸載以后，平衡遭到破壞。零件內(nèi)部處于不穩(wěn)定狀態(tài)。為了重新建立穩(wěn)定的平衡，內(nèi)部膜向力和彎矩以大小與之相等，方向與之相反的彈性膜向力和彈性彎矩發(fā)生彈性恢復(fù)。卸載的彈性恢復(fù)是一個(gè)尋求內(nèi)部應(yīng)力自相平衡的過程。產(chǎn)生的彈性恢復(fù)應(yīng)變引起零件幾何形

37、狀發(fā)生改變，。當(dāng)零件達(dá)到內(nèi)部應(yīng)力自相平衡時(shí)，彈性恢復(fù)過程結(jié)束7。對于回彈，可以通過改進(jìn)工藝方法和模具結(jié)構(gòu)，來改善板材在成形過程中的應(yīng)力狀態(tài)，減少板材的切向壓應(yīng)力，增大徑向拉應(yīng)力，使變形區(qū)的材料應(yīng)力狀態(tài)滿足塑性條件。影響汽車覆蓋件成形質(zhì)量主要因素有壓邊力、沖壓速度、凸凹模間隙及拉延筋布局等。要獲得合格的覆蓋件，應(yīng)綜合考慮壓邊力、沖壓速度、凸凹模間隙、拉延筋深度及布局等因素對成形質(zhì)量的影響?？刹捎糜邢拊M軟件dynaform進(jìn)行數(shù)值模擬，并利用正交實(shí)驗(yàn)法確定因素、水平及考察指標(biāo)。通過對一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析確定出一組合適的工藝參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到預(yù)測和消除覆蓋件成形過程中的潛在缺陷的目的。這樣也大大

38、減少了試修模次數(shù)，降低生產(chǎn)周期從而為企業(yè)贏得更大的利益。7 成形工藝參數(shù)通常成形工藝參數(shù)指在成形過程中才出現(xiàn)并起作用的過程參數(shù)，包括壓邊力、壓邊摩擦力、拉延筋成形阻力、凸模與凹模成形力、成形速度、潤滑條件以及變形路徑等。在這其中壓邊摩擦力、凸模與凹模成形力與模具的型面參數(shù)、壓邊力及潤滑條件有關(guān)，所以不單獨(dú)考慮。7.1 壓邊力在成形過程中，一般認(rèn)為除成形裝備的性能參數(shù)可以調(diào)節(jié)之外，如沖制力、沖壓速度、壓邊力等，其余的均認(rèn)為是定常的。因此，對板料在成形過程中的控制，只有通過控制一些可變參數(shù)(即控制成形裝備的性能參數(shù))來保證或提高零件的質(zhì)量，而這些可變參數(shù)中最活躍的因素之一就是壓邊力的控制。因此壓邊

39、力是拉深成形的重要工藝參數(shù)，即使是帶有拉延筋或拉延埂的汽車覆蓋件等復(fù)雜零件的成形，壓邊力的控制也是零件成形質(zhì)量的重要保證，故壓邊力的控制技術(shù)至今仍是人們的研究熱點(diǎn)之一。目前，國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)及高校均對它作了很多的研究，取得很大的進(jìn)展。7.2 拉延筋成形阻力與壓邊力在成形過程中調(diào)整作用相比，拉延筋成形阻力有時(shí)在成形過程中顯得非常重要，僅靠壓邊力的調(diào)整還不能獲得滿意的沖壓件質(zhì)量。因?yàn)闆_壓件的形狀有時(shí)很復(fù)雜，在不同成形區(qū)域，成形的深度不一致，導(dǎo)致材料的流入量不一致，布置適當(dāng)?shù)睦咏?，可以在更大范圍?nèi)控制變形區(qū)毛坯的變形大小和變形分布，減少破裂、起皺、面畸變和回彈等多種質(zhì)量問題的產(chǎn)生。7.3 凸模或凹

40、模成形力及成形速度根據(jù)muschenbom等的研究結(jié)論，成形速度與成形極限曲線(flc)無關(guān)，但能改變沖壓件的應(yīng)變分布。當(dāng)成形速度增加時(shí)，毛坯材料應(yīng)變常常向背離成形極限曲線方向變化，所以一般在考慮成形速度時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或資料選定一個(gè)最高成形速度。拉延成形速度同時(shí)也與沖壓設(shè)備相關(guān)，傳統(tǒng)設(shè)備的可調(diào)整余地不是很大，因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)研究中不占主導(dǎo)地位8。7.4 潤滑條件在沖壓件的沖壓成形過程中，坯料與模具之間必然存在相對運(yùn)動，也必然伴隨有摩擦。事實(shí)上，摩擦力是板料沖壓成形中的重要外力之一，它不僅影響成形力的大小和能量消耗，還直接影響坯料的成形性能、回彈量和零件的表面質(zhì)量。合適的潤滑，不僅可以減少摩擦力、避

41、免零件刮傷和延長模具壽命，而且還可以利用摩擦控制材料流動。大量的實(shí)踐表明，合適的摩擦狀況可以在一定的程度上彌補(bǔ)材料本身成形性的不足和補(bǔ)償模具設(shè)計(jì)制造中的欠缺。對復(fù)雜沖壓件，接觸界上的摩擦狀況往往對沖壓過程的成敗具有決定性的作用。由于沖壓過程中的摩擦問題很復(fù)雜，人們對板料成形過程中的摩擦原理還不是很清楚，所以一直是學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。8 沖壓成形技術(shù)的發(fā)展趨勢 進(jìn)入90年代以來，高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)成形技術(shù)的改造及先進(jìn)成形技術(shù)的形成和發(fā)展。21世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)發(fā)展，發(fā)展的方向?qū)⒏油怀觥熬?、省、凈”的需求?8.1 沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化科學(xué)化主要體現(xiàn)在對成形

42、過程、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益的預(yù)測和可控程度。成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)將在實(shí)用化方面取得很大發(fā)展，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地集成。人工智能技術(shù)、智能化控制將從簡單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復(fù)雜形狀零件成形，從而真正進(jìn)入實(shí)用階段。 8.2 實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展。 （4）對產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發(fā)展。以便從產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)甚至構(gòu)思時(shí)起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評估。 沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性，以適應(yīng)未來小指量多品種混流生產(chǎn)模式及市場多樣化、個(gè)性化需求的發(fā)展趨勢，加強(qiáng)企業(yè)對市場變化的快速響應(yīng)能力。 8.3 重視復(fù)合化成形技術(shù)的發(fā)展以復(fù)合工藝為基礎(chǔ)的先進(jìn)成形技術(shù)