6JJ15輪輻拉伸成形工藝研究畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 6JJ×15輪輻拉伸成形及 成形工藝研究 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師(職稱(chēng)) 完成時(shí)間 目 錄摘 要IABSTRACTII1緒論11.1課題的來(lái)源、目的與意義1課題的來(lái)源與設(shè)計(jì)要求1課題的目的與意義11.2車(chē)輪成型與沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1 沖壓模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀2車(chē)輪模具及成型技術(shù)31.2.3 沖壓成型技術(shù)的發(fā)展方向51.3沖壓模具結(jié)構(gòu)與分類(lèi)61.3.1 模具的作用及基本要求6沖壓模具結(jié)構(gòu)71.4沖壓模具分類(lèi)8按照沖模完成的沖壓工序性質(zhì)分類(lèi)8按沖模完成的工作方式分類(lèi)9按沖模大小分類(lèi)92 車(chē)輪輪輻模具設(shè)計(jì)102.1 輪輻成型工藝性

2、分析102.1.1 制件結(jié)構(gòu)分析13102.1.2 輪輻加工工藝方案的確定1415112.1.3 零件毛坯尺寸的確定16112.2拉伸模具設(shè)計(jì)1712工藝分析12進(jìn)行必要的計(jì)算133實(shí)體設(shè)計(jì)143.1凸、凹模的設(shè)計(jì)14凹模設(shè)計(jì)14凸模設(shè)計(jì)15壓邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)153.2模具架標(biāo)準(zhǔn)件選用153.3壓力機(jī)的選擇163.4模具的總體結(jié)構(gòu)173.5模具工作過(guò)程194建模、裝配與動(dòng)畫(huà)194.1 模具零件的設(shè)計(jì)194.2 模具組件的裝配214.3制作動(dòng)畫(huà)225輪輻拉深成型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬255.1 數(shù)值模擬有限元分析255.1.1 數(shù)值模擬技術(shù)在板料成形過(guò)程中的應(yīng)用255.1.2 有限元分析方法20265.2 D

3、ynaform軟件對(duì)成型件進(jìn)行分析265.2.1 Dynaform軟件介紹26成型模擬的一般步驟275.3拉深成形分析285.3.1 曲面模型的建立285.3.2 導(dǎo)入文件285.3.3 模具的網(wǎng)格化295.3.4 定義工具315.3.5 定義毛坯325.3.7 定位工具335.3.8 定義載荷曲線(xiàn)345.3.9 分析計(jì)算365.3.10 后處理375.3.11 結(jié)論40結(jié)束語(yǔ)41致 謝42參考文獻(xiàn)43附錄446JJ×15輪輻拉伸成形工藝研究摘 要隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，車(chē)輪制造業(yè)得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。提高我國(guó)車(chē)輪模具制造質(zhì)量、技術(shù)和綜合能力有助于我國(guó)加大市場(chǎng)占有份額。當(dāng)今，隨著

4、科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，我國(guó)的車(chē)輪模具制造技術(shù)也在不斷的發(fā)展。 本文以沖壓模具設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，調(diào)研了國(guó)內(nèi)外的輪輻模具行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，開(kāi)展了具體的模具設(shè)計(jì)。采用基于特征的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/e對(duì)零件和模具開(kāi)展了設(shè)計(jì)，完成了三維實(shí)體建模。該設(shè)計(jì)方案縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期、模具設(shè)計(jì)周期和加工周期, 提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性。 將輪輻拉深曲面模型導(dǎo)入Dynaform軟件，對(duì)輪輻的拉深成型過(guò)程進(jìn)行了模擬分析，分析了成型過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變、板料厚度變化、材料成形性等，優(yōu)化了模具設(shè)計(jì)的合理性及拉深成型時(shí)的各工藝參數(shù)。 該技術(shù)方案使用于輪輻模具和工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化，對(duì)提高其生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益具有一定的指導(dǎo)意

5、義。關(guān)鍵詞 輪輻/模具設(shè)計(jì)/實(shí)體建模/模擬/Dynaform STRETCH FORMING PROCESS OF THESPOKES OF THE 6JJx5ABSTRACTIn recent years, with the rapid development of automobile industry, the wheel manufacturing industry has an unprecedented development opportunity. Improving the manufacturing quality, technology and comprehensive

6、 ability of the wheel have contribute to an increasing market share of China. Nowadays, with the continuously progress in technology and the development of the industrial production, the wheel manufacturing technology in our country has been continuously developing. Based on the theory of stamping d

7、ie design, and studied the state of development of die industry of home and abroad, the specific die design was made in the paper. Pro/e software was selected for three-dimensional design of the part and mold process. This technology shortened the time of the product development, the die design and

8、the processing plan, and also improved the reliability of the product design. The spoke modeling was introduced into the software of Dynaform. The process of the deep drawing processes was analyzed. In this way, many parameters, such as stress-strain, the changes of blank thickness and blank forming

9、 ability were obtained. Finally, the rationality of die design and the parameters of drawing process were optimized. The technology could be adopted by the design and optimize of die and process, and was an important guidance to improve production quality and economic efficiency. KEYWORDS Spoke，Mold

10、 Design，Solid Modling，Simulation，Dynaform1緒論 1.1課題的來(lái)源、目的與意義課題的來(lái)源與設(shè)計(jì)要求 本課題主要是對(duì)車(chē)輪輪輻模具進(jìn)行設(shè)計(jì)及對(duì)輪輻拉伸成型進(jìn)行分析計(jì)算，要求模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，能夠保證產(chǎn)品的精度及表面質(zhì)量。此外，要求對(duì)輪輻制品成型 的工藝進(jìn)行分析與改進(jìn)，對(duì)輪輻的工藝性進(jìn)行分析并確定其具體沖壓工藝方法，對(duì) 輪輻模具進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及外觀設(shè)計(jì)。最終運(yùn)用有限元分析軟件Dynaform對(duì)輪輻模具拉伸成型過(guò)程進(jìn)行有限元的模擬分析，觀察凸、凹模和拉伸件是否發(fā)生破裂或存在缺陷，進(jìn)一步修改模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及尺寸，以降低模具成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)制件的參

11、數(shù)化三維模型進(jìn)行模擬分析，以此檢驗(yàn)?zāi)＞咴O(shè)計(jì)的合理性，并提出改進(jìn)的意見(jiàn)。 1.1.2課題的目的與意義 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是車(chē)輪輪輻拉伸成型工藝的研究。隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，車(chē)輪制造業(yè)得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。提高我國(guó)車(chē)輪模具制造質(zhì)量、技術(shù)和 綜合能力有助于我國(guó)加大市場(chǎng)占有份額，提高我國(guó)車(chē)輪模具的整體水平。 通過(guò)采用基于特征的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/e對(duì)零件和模具開(kāi)展設(shè)計(jì)，進(jìn)行其三維實(shí)體建模，該設(shè)計(jì)方案能夠縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期、模具設(shè)計(jì)周期和加工周期，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性。最后，對(duì)輪輻的拉伸成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，分析其成型 過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變、板料厚度變化、材料成形性等，進(jìn)一步優(yōu)化模具設(shè)計(jì)的合理性及拉

12、伸成型時(shí)的各工藝參數(shù)，其對(duì)提高其生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益具有一定的指導(dǎo)意義。 1.2車(chē)輪成型與沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀 沖壓模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀板料沖壓成形是利用模具對(duì)金屬板料進(jìn)行壓力加工，獲得設(shè)計(jì)所需求的形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件。它具有節(jié)省材料、效率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械、電子、儀器儀表及航空航天等制造業(yè)中重要的加工工藝之一。沖壓工藝在汽車(chē)、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、各種民用輕工產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位?，F(xiàn)代各先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達(dá)的，在我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。 當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，我國(guó)的沖壓模具制造技術(shù)

13、也在不斷的革新和發(fā)展1。這些革新與發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)工藝分析計(jì)算方法的現(xiàn)代化。例如生產(chǎn)汽車(chē)覆蓋件的沖壓工藝，傳統(tǒng)方法是 根據(jù)已有的設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比分析，確定工藝方案和有關(guān)參數(shù)，然后設(shè)計(jì)模具，進(jìn)行試沖，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和修改，才能轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。近幾年來(lái)，國(guó)外的公司已經(jīng)開(kāi)始采用有限變形的彈塑性有限元法，對(duì)覆蓋件成型過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，分析應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，從而預(yù)測(cè)某一工藝方案的可行性和可能出現(xiàn)的問(wèn)題， 并將結(jié)果顯示在圖形終端上，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行選擇和修改。這樣，不僅可以節(jié)省昂貴的模具試制費(fèi)用，縮短產(chǎn)品試制周期。而且，可以建立符合生產(chǎn)的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，既促進(jìn)了冷沖壓工藝的發(fā)展，

14、又可以發(fā)揮塑性成形理論對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)作用。 (2)模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的現(xiàn)代化。為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短工裝設(shè)計(jì)、制造周期，各國(guó)都正在大力開(kāi)展模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM)技術(shù)的研究和應(yīng)用。采用這一技術(shù)，一般可以提高模具設(shè)計(jì)和制造效率23倍，模具生產(chǎn)周期縮短1/22/3。發(fā)展這一技術(shù)的最終目標(biāo)，是要達(dá)到模具CAD/CAM一體化，而模具圖紙將只作為檢驗(yàn)?zāi)＞咧?。采用模具CAD/CAM技術(shù)，還可以提高模具質(zhì)量，大大減少制造人員的重復(fù)勞動(dòng)，使設(shè)計(jì)者有可能把精力放在創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)上。 (3)沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。為了滿(mǎn)足大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備已由單工位低速壓力機(jī)發(fā)展到多工位高速自動(dòng)

15、壓力機(jī)。一般中小型沖壓件，既可在多工位壓力機(jī)上生產(chǎn)，也可以在高速壓力機(jī)上采用多工位連續(xù)模加工，使沖壓生產(chǎn)達(dá)到高度 自動(dòng)化。大型沖壓件（如汽車(chē)覆蓋件）可在多工位壓力機(jī)上利用自動(dòng)送料和取件裝置，進(jìn)行機(jī)械化流水線(xiàn)生產(chǎn)，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)率。 (4)為了滿(mǎn)足產(chǎn)品更新?lián)Q代加快和生產(chǎn)批量減少的趨勢(shì)，發(fā)展了一些新的成型工藝、簡(jiǎn)易模具、通用組合模具以及數(shù)控沖壓設(shè)備和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）等。這樣，就使沖壓生產(chǎn)不僅適合大量生產(chǎn)，也適用于小批量生產(chǎn)。 (5)不斷改進(jìn)板料性能2，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高強(qiáng)度鋼板，用來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)覆蓋件；研制新型材料板，用來(lái)生產(chǎn)航空構(gòu)件等。巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)

16、中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整和發(fā)展。在中國(guó)，人們已經(jīng)越來(lái)越 認(rèn)識(shí)到模具在制造業(yè)中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識(shí)到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量 一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專(zhuān)院校正在開(kāi)展模具技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，這將進(jìn)一步提高我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展。車(chē)輪模具及成型技術(shù)車(chē)輪是車(chē)輛承載的重要部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到人的生命安全3。 汽車(chē)車(chē)輪承受著車(chē)輛的垂直負(fù)荷、橫向力、驅(qū)動(dòng)(制動(dòng))扭矩和行駛過(guò)程中所產(chǎn)生的各種應(yīng)力，它是高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，要求尺寸精度高、

17、不平衡度小、支撐輪胎的輪輞外形準(zhǔn)確、質(zhì)量輕，并有一定的剛度、彈性和耐疲勞性。因此要求車(chē)輪具有足夠的負(fù)載能力及良好的緩沖性和氣密性、良好的均勻性和質(zhì)量平衡性、精美的外觀和裝飾性、尺寸精度高、質(zhì)量小、價(jià)格低、拆裝方便、互換性好等。車(chē)輪材料的選用、車(chē)輪結(jié)構(gòu)和制造工藝與上述要求密切相關(guān)，是決定車(chē)輪性能好壞的關(guān)鍵因素。在結(jié)構(gòu)上，車(chē)輪主要分為組合式車(chē)輪和整體式車(chē)輪；從材質(zhì)上分則有鋼板成型車(chē)輪和鋁合金車(chē)輪。當(dāng)前，組合式鋼板成型車(chē)輪占有相當(dāng)重要的位置，短期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)整體式鋁合金車(chē)輪一統(tǒng)天下的局面。其中鋁合金車(chē)輪的制造工藝有鑄造、鍛造以及前沿的旋壓流動(dòng)復(fù)合成形工藝和碾壓旋壓復(fù)合成形工藝。組合式鋼板成型車(chē)輪主要由

18、輪輞和輪輻組成，輪輞與輪輻的生產(chǎn)工藝一直備受關(guān)注。鋼制車(chē)輪的制造工藝有輪輞滾壓技術(shù)4、輪輻沖壓技術(shù)以及前沿的滾壓整體成形技術(shù)。鋼制車(chē)輪對(duì)于制造工藝的要求非常嚴(yán)格，合格的汽車(chē)車(chē)輪要經(jīng)過(guò)四大流程，數(shù)十道工序。其中，四大流程包括輪輞滾壓成形、輪輻沖壓成形、組裝焊接以及涂裝，且每道工序?qū)τ谧罱K產(chǎn)品都非常重要。目前，能夠生產(chǎn)出合格乘用車(chē)的鋼輪的企業(yè)屈指可數(shù)，在國(guó)外已形成寡頭壟斷的格局。其關(guān)鍵技術(shù)主要有以下兩點(diǎn)：(1) 輪輞滾壓技術(shù)5。輪輞產(chǎn)品制造的主要過(guò)程是將卷圓焊接的鋼圈通過(guò)六道滾壓工序成形。為了進(jìn)一步減輕車(chē)輪質(zhì)量以抵御鋁輪的滲透，近年來(lái)國(guó)外一些車(chē)輪企業(yè)，除了將輪輞材料以高強(qiáng)度低合金鋼或貝氏體鋼取代傳

19、統(tǒng)的熱軋低碳鋼之外，在鋼圈成形之前增加了旋壓工藝，在原本厚度均勻的鋼圈上旋壓出幾道較薄的槽，在輪輞槽底和輪緣受力較大的地方保持材料的原始厚度，而在受力較小的地方減薄材料厚度，從而有效地減輕輪輞的質(zhì)量。輪輞旋壓技術(shù)是國(guó)際鋼輪行業(yè)的前沿技術(shù)之一，目前處在試驗(yàn)和改進(jìn)階段。這種技術(shù)一般可以使車(chē)輪產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步減輕10%以上。(2) 車(chē)輪輪輻是連接汽車(chē)輪轂和輪胎的主要支撐件，也是決定車(chē)輪是否美觀的關(guān)鍵部件。輪輻需要經(jīng)過(guò)多次沖壓方能成形，主要的工藝包括剪切落料、初拉伸、反向拉伸成形、切邊、沖螺栓孔翻邊、擠螺栓孔、沖風(fēng)孔、擠毛刺等。就生產(chǎn)方式而言，歐美的車(chē)輪廠普遍采用多工位壓機(jī)連續(xù)生產(chǎn)，其壓機(jī)能力一般在45

20、005000噸，生產(chǎn)節(jié)拍每分鐘1026次，多采用810個(gè)工位，采用三坐標(biāo)電子送料系統(tǒng)和快速更換模具系統(tǒng)，極大地提高了生產(chǎn)效率，而國(guó)內(nèi)企業(yè)尚處在單機(jī)手工送料的階段。沖壓成形生產(chǎn)輪輻的工藝比較簡(jiǎn)單，早期采用多臺(tái)單工位壓力機(jī)分序成型的方法，后來(lái)采用多工位壓力機(jī)在一臺(tái)設(shè)備上連續(xù)完成。其模具也從早期的單工序模向多工序復(fù)合模發(fā)展。沖壓成形的輪輻等壁厚，旋壓工藝可獲得變壁厚等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)輪輻，不僅可提高材料利用率和車(chē)輪壽命，而且可增加轎車(chē)高速行駛的安全性和可靠性。旋壓成形生產(chǎn)線(xiàn)的典型工藝包括落料、強(qiáng)力旋壓、修邊、沖孔等工序。旋壓成形生產(chǎn)線(xiàn)的主機(jī)是數(shù)控旋壓成形機(jī)，第一滾輪對(duì)坯料預(yù)旋壓完成布料，第二滾輪將壁厚旋壓至

21、預(yù)定值。目前的主流車(chē)輪都是采用先造出固定輪胎的輪輞和連接輪輞與輪轂的輪輻兩個(gè)配件，然后將二者結(jié)合到一起的雙軋結(jié)構(gòu)。中國(guó)車(chē)輪的生產(chǎn)工藝裝備特別是模具的發(fā)展比較落后，滾壓工藝與旋壓工藝均有極大的發(fā)展空間。從國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)看，旋壓工藝雖然有生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，但其加工精度高、可生產(chǎn)變截面等強(qiáng)度輪輞和輪輻、制件剛度大、回彈小等優(yōu)點(diǎn)仍不容忽視，特別適合新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和中小批量生產(chǎn)。車(chē)輪模具的發(fā)展制約著車(chē)輪行業(yè)的規(guī)模和車(chē)輪的制造效率，提高車(chē)輪模具制造質(zhì)量、技術(shù)和綜合能力有助于我國(guó)加大車(chē)輪模具的市場(chǎng)占有份額。 沖壓成型技術(shù)的發(fā)展方向模具設(shè)計(jì)技術(shù)大多依賴(lài)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)積累，模具設(shè)計(jì)長(zhǎng)期以來(lái)一直依靠人的經(jīng)驗(yàn)和機(jī)械制圖來(lái)完

22、成。自從20世紀(jì)80年代我國(guó)發(fā)展模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)以來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)已被大家認(rèn)可，并且得到了越來(lái)越快的發(fā)展，已在模具制造中顯示出了巨大的優(yōu)越性。20世紀(jì)90年代開(kāi)始發(fā)展的模具計(jì)算機(jī)輔助工程分析(CAE)技術(shù)，現(xiàn)在也已有許多企業(yè)應(yīng)用，它對(duì)縮短模具制造周期及提高模具質(zhì)量有著顯著的作用。除了模具CAD/CAE/CAM技術(shù)之外，模具工藝設(shè)計(jì)也非常重要。計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)技術(shù)已在我國(guó)模具企業(yè)中開(kāi)始應(yīng)用。為了對(duì)各種成型加工過(guò)程進(jìn)行更精確的模擬，目前各國(guó)學(xué)者都在研究新模型、新算法及新的成型模擬系統(tǒng)，并將模擬軟件與制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及制造緊密結(jié)合，開(kāi)發(fā)一體化的集成技術(shù)，與CAD、CAM、

23、CAPP、PDM、ERP技術(shù)軟件的滲透、協(xié)調(diào)能力加強(qiáng)，使計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)呈現(xiàn)智能化、集成化的趨勢(shì)。作為汽車(chē)行駛系中的重要部件，車(chē)輪起著承載、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)等作用，其性能的好壞直接影響汽車(chē)行駛的安全性、操縱的穩(wěn)定性、乘坐的舒適性等。同時(shí)對(duì)能源的消耗、輪胎的壽命和駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度也有較大的影響。我國(guó)加入WTO后，汽車(chē)工業(yè)的整體水平有了較大的提高，因此對(duì)汽車(chē)零部件的質(zhì)量要求也必將會(huì)越來(lái)越高，車(chē)輪生產(chǎn)行業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)愈加激烈。近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，以二維實(shí)體造型技術(shù)，有限元分析技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)為基礎(chǔ)的零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析、運(yùn)動(dòng)仿真和模擬加工等得到了廣泛應(yīng)用，并形成了“CAD

24、/CAE/CAM”一體化技術(shù)。利用CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)對(duì)車(chē)輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受力分析、壽命預(yù)測(cè)、性能優(yōu)化、模擬加工等力一而的研究，從而在保證車(chē)輪的性能和使用要求的條件下，達(dá)到縮短車(chē)輪的開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本的目的。1.3沖壓模具結(jié)構(gòu)與分類(lèi) 模具的作用及基本要求模具的作用一方面是將壓力機(jī)的作用力通過(guò)模具傳遞給金屬板料，在其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當(dāng)力作用達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，板料毛坯或毛坯的某個(gè)部分便會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)力作用性質(zhì)相對(duì)應(yīng)的變形，從而獲得滿(mǎn)足一定性能要求及符合所需尺寸及形狀的制品；另一方面，通過(guò)模具的作用，可以保證上下模之間的正確導(dǎo)向，并使坯料穩(wěn)固的壓緊與精密的定位，從而沖制出達(dá)到一定

25、精度要求的沖件。在生產(chǎn)實(shí)際中，模具的作用在于保證沖壓件的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低成本等。為此，除了采用行之有效的工藝手段、進(jìn)行正確的模具設(shè)計(jì)及選擇合理的模具結(jié)構(gòu)外，還必須以先進(jìn)的模具制造技術(shù)作為保證。對(duì)于各類(lèi)的模具制造，一般都應(yīng)滿(mǎn)足以下幾個(gè)基本要求6：(1) 制造精度高模具的精度主要是由沖件精度和模具結(jié)構(gòu)的要求所決定的。為保證沖壓件的精度，模具工作部分的精度一般要比沖件的精度高23倍，為此，對(duì)于組成模具的零部件也就要提出較高的要求。如對(duì)于凸模和凹模之間的間隙，必須要有嚴(yán)格的控制，并精確的保證期間隙的均勻性；對(duì)拉深凸模和凹模刃口部分的圓角要求保持相當(dāng)準(zhǔn)確的尺寸，零件其他的尺寸精度、導(dǎo)向精度、孔的

26、位置精度也都必須達(dá)到規(guī)定的加工精度要求，并且還必須保證其裝配質(zhì)量。(2) 操作性能良好將模具安裝到?jīng)_床上時(shí)，其方法要簡(jiǎn)便，調(diào)整工作量要少，操作時(shí)送料的定位要快速、準(zhǔn)確可靠，出料要順暢自如。在整個(gè)使用過(guò)程中，沖件的尺寸和形狀變化極小，可以放心地進(jìn)行生產(chǎn)，取出制件要方便，無(wú)螺釘松動(dòng)及模具零件破損等故障的出現(xiàn)。(3) 使用壽命長(zhǎng)模具加工費(fèi)用約占成本的10%30%，其使用壽命的長(zhǎng)短將直接影響到產(chǎn)品成本的高低、工藝部分負(fù)荷的輕重等。為了保證高效率的進(jìn)行生產(chǎn)，都要求模具具有較長(zhǎng)的使用壽命。(4) 制造周期短模具制造周期的長(zhǎng)短主要取決于制模技術(shù)和生產(chǎn)管理水平的高低。為了滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，必

27、須在保證質(zhì)量的前提下縮短模具的制造周期。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成制造，且在規(guī)定的使用期間內(nèi)，沖件的沖制能符合使用要求。(5) 模具成本低模具的成本應(yīng)該是生產(chǎn)單件（或千件）時(shí)所發(fā)生的模具費(fèi)用。模具成本與模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、模具材料、加工精度和加工方法等有關(guān)。在設(shè)計(jì)和加工模具時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做全面的考慮。即應(yīng)在保證沖件質(zhì)量的前提下，選擇與沖件生產(chǎn)量相適應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)和方便使用的零件制造方法，盡量降低模具的制造費(fèi)用和維修費(fèi)用。在不影響使用的前提下，模具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、材料便宜、并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，使模具成本降低到最低限度。沖壓模具結(jié)構(gòu)沖壓成形是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種高效率加工方法。它是在常溫下，把

28、金屬或非金屬板料放入模具內(nèi)，借助于壓力機(jī)傳給模具的壓力對(duì)板料施壓，使板料在模具壓力作用下產(chǎn)生分離或塑性變形而成形為具有一定形狀和尺寸精度要求的制件的工藝方法。沖壓模具是沖壓成形過(guò)程中必不可少的工藝裝備，沖壓模具的結(jié)構(gòu)對(duì)成形制件的質(zhì)量和尺寸精度以及成形過(guò)程的穩(wěn)定性都具有重要影響。因此，沖壓模具的結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足成形合格制件的要求。實(shí)際生產(chǎn)中的沖壓模具結(jié)構(gòu)類(lèi)型有很多，復(fù)雜程度各異。但通常的沖壓模具結(jié)構(gòu)，大致由以下幾部分組成7：(1) 工作零件沖壓模具的工作零件包括凸模、凹模、凸凹模等。這類(lèi)零件工作時(shí)直接與板料接觸，對(duì)板料作用一定壓力以完成板料的成形過(guò)程。凸模的工作表面是與板料接觸的外表面部分，凹模的工

29、作表面是其形孔的內(nèi)表面。(2) 定位零件沖壓模具的定位零件，主要包括擋料銷(xiāo)、定距側(cè)刃、導(dǎo)正銷(xiāo)、定位板、導(dǎo)向板等。這類(lèi)零件的作用主要是確定坯料相對(duì)于沖模的正確位置，確保沖壓制件的質(zhì)量。(3) 卸料裝置卸料裝置主要由卸料板、推件桿等組成。卸料零件的主要作用是卸除沖壓后套在凸模上的制件或廢料，保證下一工作行程的正常進(jìn)行。(4) 導(dǎo)向零件導(dǎo)向零件主要包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)板等。導(dǎo)向零件的主要作用是保證沖壓時(shí)，凸模與凹模之間具有準(zhǔn)確的位置。導(dǎo)套多固定在上模座內(nèi)，導(dǎo)柱則多固定在下模座內(nèi)。(5) 支承零件支承零件主要包括上、下模板、模柄、凸、凹模固定板、墊板等。支承零件用來(lái)連接固定工作零件，使之成為完整的模具結(jié)

30、構(gòu)。上模板工作時(shí)緊貼壓力機(jī)滑塊，并通過(guò)模柄與壓力機(jī)滑塊固定；下模板工作時(shí)直接固定在壓力機(jī)工作臺(tái)面或墊板上，墊板主要用以減低模板承受的單位面積的壓應(yīng)力。(6) 緩沖零件緩沖零件包括彈簧、緩沖橡膠墊等。主要利用彈性元件的彈力，起卸料作用。(7) 緊固零件緊固零件作用是用來(lái)連接、緊固各類(lèi)沖模零件，使其成為一個(gè)整體。主要有各類(lèi)螺釘、銷(xiāo)釘?shù)?。同時(shí)，銷(xiāo)釘還起牢靠的定位作用。(8) 壓料裝置零件壓料裝置零件主要包括壓料板、壓料圈等。其作用是壓住坯料或坯件，保證沖壓時(shí)材料能順利變形。通常將工作零件、定位零件、卸料與推料零件統(tǒng)稱(chēng)為模具工藝零件；而導(dǎo)向、支承、緊固和緩沖零件則稱(chēng)為模具輔助零件。1.4沖壓模具分類(lèi)按

31、照沖模完成的沖壓工序性質(zhì)分類(lèi)按照沖模完成的沖壓工序性質(zhì)，可將沖模分為兩種類(lèi)型，其中每種類(lèi)型又可分為很多種不同結(jié)構(gòu)。(1) 使材料產(chǎn)生分離變形的沖模：如落料模、沖孔模等。(2) 使材料產(chǎn)生塑性變形的沖模：如彎曲、拉深、翻邊、冷擠壓模具等。按沖模完成的工作方式分類(lèi)這種分類(lèi)方法，可將沖壓模具分為四種主要類(lèi)型8：(1)簡(jiǎn)單沖模(又稱(chēng)單工序沖模)，它是在壓力機(jī)一次行程中，只完成一個(gè)沖壓工序的沖模。(2)復(fù)合模，是指在壓力機(jī)的一次行程中(即毛坯一次送料)，可同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上不同沖壓工序的沖模。(3)連續(xù)模(又稱(chēng)級(jí)進(jìn)模)，在壓力機(jī)幾次行程中，連續(xù)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上沖壓工序的沖模。(4)自動(dòng)沖模，是指帶

32、有自動(dòng)送料、推料和排除廢料等裝置的能實(shí)現(xiàn)連續(xù)沖壓的沖模。按沖模大小分類(lèi)有些領(lǐng)域中，由于沖模的大小差別較大，為便于組織生產(chǎn)、合理配置設(shè)備和使用管理等，常將沖模按其輪廓尺寸大小來(lái)進(jìn)行分類(lèi)：如汽車(chē)工業(yè)中，按沖摸下模板的長(zhǎng)寬尺寸之和將其劃分為大、中、小三種類(lèi)型，其尺寸劃分的界限為：(1)當(dāng)下模板的長(zhǎng)、寬尺寸之和小于1200 mm時(shí)，稱(chēng)為小型沖模。(2)在12003000 mm之間的稱(chēng)為中型沖模。(3)大于3500 mm的則稱(chēng)為大型沖模。2 車(chē)輪輪輻模具設(shè)計(jì)2.1 輪輻成型工藝性分析 制件結(jié)構(gòu)分析如圖2.1所示為汽車(chē)輪輻零件，材料為Q235(A3鋼)，料厚為3.5mm，生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)。該零件結(jié)構(gòu)非

33、常復(fù)雜，需要多道工序才能加工完成，而各工序之間相互影響較大，必須加以考慮。所以，其工藝方案的制定至關(guān)重要。圖2.1 6JJx15型車(chē)輪輪輻從零件圖可以看出，該零件在底部有一個(gè)直徑為54的中心孔，四個(gè)需要擠壓成型的S17的螺栓孔及四個(gè)工藝凸臺(tái)，在零件的底側(cè)面還有16個(gè)等距的通風(fēng)孔。由于零件的形狀極為復(fù)雜，工序又多，使得零件安裝面的結(jié)構(gòu)形狀好壞將直接影響車(chē)輪在行駛時(shí)的穩(wěn)定性、平順性以及配套輪胎的使用性能和使用壽命，以上這些情況在模具設(shè)計(jì)時(shí)均應(yīng)予以考慮。 輪輻加工工藝方案的確定圍繞著該零件的技術(shù)難點(diǎn)和使用要求, 經(jīng)過(guò)分析、探索, 并借鑒同種類(lèi)型的車(chē)輪輪輻加工工藝, 該零件可以選擇如下沖壓工藝方案9：

34、圓形件落料 - 輪輻拉伸成形 - 沖中心孔及螺栓孔 - 沖側(cè)壁十六個(gè)通風(fēng)孔 - 擠螺栓孔 - 切邊。由于該零件結(jié)構(gòu)形狀極復(fù)雜，加工工序較多，減少工序間的相互影響極其重要。該零件的形狀復(fù)雜，成形時(shí)易起皺， 拉伸成形模上需考慮加壓邊裝置；沖中心孔時(shí)，應(yīng)保證不破壞拉伸成型的零件底部形狀；孔的邊緣變薄嚴(yán)重，容易出現(xiàn)裂紋，要求提高中心孔的加工精度，減少孔邊毛刺及加工硬化；沖中心孔及底部的螺栓孔和工藝孔后，沖側(cè)壁十六個(gè)通風(fēng)孔時(shí)，由于有較大的側(cè)向應(yīng)力存在,應(yīng)避免中心孔和螺栓孔和工藝孔變形。該零件的成形難點(diǎn)在零件的拉伸成形，輪輻零件拉伸成型的質(zhì)量將一定程度上直接決定該輪輻零件的最終質(zhì)量。拉伸成型結(jié)束后，沖中心

35、孔、螺栓孔和沖十六個(gè)通風(fēng)孔相對(duì)比較簡(jiǎn)單，并且可以保證其尺寸精度。因此本設(shè)計(jì)著重對(duì)拉伸成形模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行論述研究。對(duì)落料模、沖中心孔及螺栓孔和十六通風(fēng)孔模、擠孔螺栓孔模等設(shè)計(jì)只做簡(jiǎn)要介紹。 零件毛坯尺寸的確定因?yàn)樵摿慵橹行膶?duì)稱(chēng)的筒形件，因此坯料可直接為圓形，根據(jù)復(fù)雜形狀旋轉(zhuǎn)體零件的坯料求解公式進(jìn)行坯料尺寸計(jì)算，具體方法是：把形成旋轉(zhuǎn)體的繞軸母線(xiàn)分為若干直線(xiàn)或圓弧l1, l2， ln，找出每一段母線(xiàn)的重心，并求出每段母線(xiàn)重心到軸線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)半徑之后求和，據(jù)等面積原理和重心法原理，毛坯直徑為10： (2.1)將如圖2.2所示尺寸代入式(2.1)得圓形毛坯直徑為518mm。還可利用有限元軟件，將零件導(dǎo)入

36、有限元軟件Dynaform之后利用BSE模塊，進(jìn)行坯料反求得其坯料尺寸。此外，坯料尺寸還必須進(jìn)行拉伸成形模試驗(yàn)進(jìn)一步修正，再切割毛坯進(jìn)行試驗(yàn)。一般經(jīng)過(guò)13次修正即能滿(mǎn)足要求。圖2.2 毛坯尺寸計(jì)算2.2拉伸模具設(shè)計(jì)工藝分析(1) 計(jì)算毛坯直徑毛坯尺寸在中以計(jì)算得毛坯直徑為518mm。(2) 判斷拉伸次數(shù)工件總的拉伸因數(shù) =d1/D=381/518=0.726毛坯的相對(duì)厚度 t/D=3.5mm/518mm=0.0068查模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)知，該拉伸模需要加壓邊圈。查模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)得，總拉伸因數(shù)為在0.61.0之間時(shí)，首次拉伸的拉伸因數(shù)為m 1=0.530.55。此時(shí)，m 1 則對(duì)于無(wú)凸緣拉伸件的

37、工件只需一次拉伸成型。進(jìn)行必要的計(jì)算(1)計(jì)算壓邊力、拉伸力11a)由文獻(xiàn) 計(jì)算壓邊力 (2.2)查實(shí)用沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)表4.13，取單位壓邊力P為3Mpa。其中，D=518mm，d1=381mm,r凹=5mm將以上數(shù)據(jù)代入公式2.2，則有=(5182-(381+25)2)3=272006.2Nb)計(jì)算拉深力由于待加工零件是采用帶壓邊圈的圓形件，則由沖壓模具簡(jiǎn)明手冊(cè)表知 （2.3）由沖壓模具簡(jiǎn)明手冊(cè)查得修正因數(shù)K=1.0，Q235鋼的強(qiáng)度極限是475Mpa。將以上各參數(shù)代入公式2.3得拉伸力為=1971643.9N C)壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力為=1.4(1971643.9+272006.2)=3141.

38、6KN故壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力要大于3141.6KN，應(yīng)取4000KN。(2)模具工作部分尺寸計(jì)算a)拉伸模的間隙由模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)4.53，查得拉伸模的單邊間隙為：=1t=13.5=3.5mm則拉伸模的間隙為Z=7mm。 b）拉伸模的圓角半徑凹模的圓角半徑17.5mm凸模的圓角半徑=14mmC）凹凸模工作部分的尺寸和公差，由于工件要求外形尺寸，則以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。凹模尺寸： (2.4)凸模尺寸： (2.5)由模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表4.56得=0.20mm，=0.140mm，把D=381mm，=0.4mm，代入式（2.4） (2.5)，得凹模和凸模尺寸分別為：=380.7mm = 373mm 3實(shí)體設(shè)計(jì)

39、模具的工作零件、定位零件、壓料和卸料零件、導(dǎo)向零件、連接和緊固零件、彈簧等零件的設(shè)計(jì)，首先按冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用，若不能按標(biāo)準(zhǔn)選擇，則對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1凸、凹模的設(shè)計(jì)凹模設(shè)計(jì)該凹模的內(nèi)形尺寸由計(jì)算知380.7mm，由于輪輻材料為厚鋼板，所需的變形力比較大，模具必須有足夠強(qiáng)度和剛度。所以選擇該凹模的外型尺寸為480mm，高度為60mm?；顒?dòng)凹模通過(guò)卸料螺釘和彈簧與上模板連接，內(nèi)活動(dòng)凹模高度為80mm(外圓角中心處)，內(nèi)活動(dòng)凹模高度與凹模高度相對(duì)應(yīng)，以保證零件形狀。其中，內(nèi)活動(dòng)凹模用的彈簧在自然狀態(tài)下應(yīng)使內(nèi)活動(dòng)凹模比凹模凸出10mm。當(dāng)上凹模處于自由狀態(tài)時(shí)，內(nèi)活動(dòng)凹模較外活動(dòng)凹模處于較低位置。這樣

40、，當(dāng)滑塊帶動(dòng)上模下降時(shí)，內(nèi)活動(dòng)凹模首先與板料接觸，能起到一定的壓料作用，從而保證制件的質(zhì)量。當(dāng)拉伸完成時(shí)，滑塊帶動(dòng)上模上移，直壁凹模在上模固定座的帶動(dòng)下向上移動(dòng)，而活動(dòng)凹模則在壓縮彈簧的作用下不動(dòng)，使拉伸件不能停留在凹模內(nèi)，這樣，就可以保證拉伸件肯定會(huì)脫離凹模，達(dá)到卸料的目的。凸模設(shè)計(jì)因凸模尺寸較大，也將其設(shè)計(jì)成鑲塊結(jié)構(gòu)。內(nèi)凸模與內(nèi)活動(dòng)凹模形狀尺寸相對(duì)應(yīng)。外凸模固定于下模固定板上然后與下模座相連，凸模底部有一厚度為10mm，寬度為10mm的環(huán)形槽，以保證其與下模固定板之間的定位。壓邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本模具壓邊采用半固定壓邊裝置，壓邊圈外圓尺寸與凹模外型尺寸相同，內(nèi)圓尺寸為381 mm，厚度為60mm，

41、壓邊圈由卸料桿和彈簧相連接，同時(shí)起到壓料和卸料作用。3.2模具架標(biāo)準(zhǔn)件選用沖模模架由上、下模座及導(dǎo)向裝置（導(dǎo)柱與導(dǎo)套）組成。根據(jù)上、下模座材料性質(zhì)分為鑄鐵模架與鋼板模架兩種，根據(jù)導(dǎo)向裝置中導(dǎo)柱與導(dǎo)套間的摩擦性質(zhì)，模架又可分為滑動(dòng)與滾動(dòng)導(dǎo)向模架兩大類(lèi)。每類(lèi)模架中又可由導(dǎo)柱的安裝位置及導(dǎo)柱數(shù)分為多種12。如圖3.1所示，本模具模架設(shè)計(jì)采用按國(guó)標(biāo)(GB/T2855.11)選用鑄鐵中間導(dǎo)柱模架。其凹模面積是導(dǎo)套間的有效區(qū)域，其具有導(dǎo)向精度高、上模座在導(dǎo)柱上，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn) 。 圖3.1 模架結(jié)構(gòu)圖根據(jù)凹模周界為480mm，因此選用模架500500320360,其中上模板為(500mm500mm55mm

42、)下模板為(500mm500mm65mm)3.3壓力機(jī)的選擇壓力機(jī)的選擇主要包括類(lèi)型和規(guī)格選擇。壓力機(jī)類(lèi)型的選擇主要依據(jù)所要完成的沖壓性質(zhì)、生產(chǎn)批量、沖壓件的尺寸及精度等。壓力機(jī)規(guī)格的選擇主要依據(jù)沖壓件的尺寸、變形力及模具尺寸等，選擇壓力機(jī)規(guī)格時(shí)主要選擇壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力、閉合高度等參數(shù)，閉合高度要在模具零件設(shè)計(jì)完之后，進(jìn)行必要的校核再確定具體尺寸。1) 公稱(chēng)壓力的選擇拉伸時(shí)，所選壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力要大于拉伸力的總和，即P0F壓 其中，F(xiàn)壓=3141KN，所以，本壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力可初選為4000KN，選擇型號(hào)為閉式單點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)，其標(biāo)稱(chēng)壓力為4000kN。2) 閉合高度壓力機(jī)的閉合高度是指沖模在最

43、低工作位置時(shí)，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。a) 壓力機(jī)的閉合高度可以通過(guò)調(diào)節(jié)連桿長(zhǎng)度來(lái)改變其大小，將連桿調(diào)至最短時(shí)，閉合高度最大，稱(chēng)最大閉合高度。將連桿調(diào)至最長(zhǎng)時(shí)，閉合高度最小，稱(chēng)最小閉合高度。標(biāo)稱(chēng)壓力為4000kN閉式單點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)最大裝模高度為550mm，裝模高度調(diào)節(jié)量為250mm。b)模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時(shí)，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。它與壓力機(jī)的配合應(yīng)該遵守下列關(guān)系Hmax-H1-5 H Hmin-H1+10 (2.6)壓力機(jī)上設(shè)置墊板，將模具閉合高度代入式2.6得模具的閉合高度為：499mmH 245mm其中，Hmax壓力機(jī)的最大閉合高度；Hmin

44、壓力機(jī)的最小閉合高度；H模具的閉合高度mm ；H1墊板厚度。c)壓力機(jī)工作面尺寸應(yīng)大于下模周界5070mm，所選型號(hào)壓力機(jī)的工作臺(tái)面尺寸（前后×左右）為800×800mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足要求。d)模具的壓力中心應(yīng)與沖床滑塊軸線(xiàn)重合，否則沖模在工作中就會(huì)產(chǎn)生偏心負(fù)荷彎矩，模具發(fā)生歪斜，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不均勻磨損，直接影響模具壽命和沖壓件質(zhì)量。此拉伸零件為軸對(duì)稱(chēng)零件，其壓力中心就是工件的對(duì)稱(chēng)中心。凹模中心、下模座中心及模柄中心應(yīng)該在一條直線(xiàn)上。3.4模具的總體結(jié)構(gòu)針對(duì)拉伸中可能出現(xiàn)的問(wèn)題 ，在成形模上增加了壓邊圈 ，同時(shí)增加壓制停留時(shí)間，能有效地解決拉伸中出現(xiàn)的問(wèn)題。由于零件是以原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的，

45、故毛坯各部分能均勻地進(jìn)入凹模，但零件容易在凹模內(nèi)卡緊，有時(shí)無(wú)法靠彈性卸料自動(dòng)彈出，為了防止零件在凹模中卡緊我們將拉伸模改為凹模在上的倒裝結(jié)構(gòu)，并采用卸料螺釘卸料，沖壓出來(lái)的零件能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求13。圖2.41.上模座 2.導(dǎo)柱 3.導(dǎo)套 4、12.定位銷(xiāo) 5、6、18、24、25固定螺釘 7、27卸料螺釘 8、26彈簧 9.模柄 10.止動(dòng)銷(xiāo) 11.活動(dòng)凹模 13.上模固定座14.導(dǎo)柱 15.導(dǎo)套 16.凹模17.定位圈 19.壓邊圈 20.下模座 21.外凸模 22.墊板 23.內(nèi)凸模 由于該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且尺寸較大，因此，該模具的凸、凹模不能設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用凸、凹模鑲塊結(jié)構(gòu)，鑲塊結(jié)

46、構(gòu)有利于模具維修及鑲塊更換。模具結(jié)構(gòu)圖拉伸成形模具結(jié)構(gòu)如圖2.4所示，由于輪輻材料為厚鋼板，所需的變形力比較大，模具必須有足夠強(qiáng)度和剛度。模架采用中間式導(dǎo)柱，下模板放在墊鐵上，構(gòu)成空腔以放置推料板，凹模16、活動(dòng)凹模11和上模固定座13構(gòu)成凹模腔，活動(dòng)凹模還兼卸料作用，能在凹模腔內(nèi)靠壓縮彈簧作用上下移動(dòng)，活動(dòng)凹模11裝有3個(gè)壓縮彈簧。當(dāng)上模在自由狀態(tài)時(shí)，活動(dòng)凹模11較凹模16伸出一段距離，在壓縮彈簧8作用下，起到了預(yù)先壓料作用，并能防止輪輻翹起，限制輪輻軸向位移，且卸料時(shí)，活動(dòng)凹模11較凹模16繼續(xù)下降一段距離，保證輪輻零件能夠順利脫離凹模。外凸模21、內(nèi)凸模23、墊板22固定于下模座上，當(dāng)下

47、模在自由狀態(tài)時(shí)，將輪輻放置在壓邊圈19上使其定位，凸模外徑處的壓邊圈19與凸模采用較精密的配合，以保證壓邊圈上下精確運(yùn)動(dòng)，并起到卸料作用。墊板22用于輪輻厚度限位，以便對(duì)輪輻料厚度不一進(jìn)行控制，保證壓邊力均勻一致。3.5模具工作過(guò)程模具工作時(shí)，上模固定于4000 kN壓力機(jī)滑塊中，下模安裝于工作臺(tái)上。開(kāi)動(dòng)沖床，使工作臺(tái)氣墊頂桿落在推料板的合適位置上，調(diào)整沖床工作行程后，將輪輻放到壓邊圈上。沖床滑塊下行，凹模接觸輪輻后一起壓在壓邊圈上，使壓邊圈下移，在推桿作用下沖床氣墊壓縮，板料開(kāi)始拉進(jìn)凹模腔，滑塊繼續(xù)下行，上模矩形彈簧逐漸壓縮，活動(dòng)凹模11首先與板料接觸，之后凹模16與板料接觸，直至板料全部進(jìn)

48、入凹模，達(dá)到極限位置，從而完成了輪輻拉伸成形任務(wù)。同時(shí)，為提高拉伸成型質(zhì)量，可增加壓制時(shí)間，能有效地解決拉伸中出現(xiàn)的問(wèn)題。之后，滑塊上行，上模退出凸模，活動(dòng)凹模11受壓縮彈簧的推動(dòng)，使輪輻不隨凹模上行，與此同時(shí)沖床頂出缸通過(guò)推桿、推料板和壓邊圈將輪輻頂出卸料，完成一個(gè)工作循環(huán)。4建模、裝配與動(dòng)畫(huà)4.1 模具零件的設(shè)計(jì)根據(jù)前面的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，采用Pro/E三維實(shí)體建模板塊，對(duì)該模具各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在主菜單中選擇“文件”“新建”，打開(kāi)“新建”對(duì)話(huà)框，在該對(duì)話(huà)框左側(cè)“類(lèi)型”選項(xiàng)中選擇“零件”，右側(cè)“子類(lèi)型”默認(rèn)為實(shí)體。在“名稱(chēng)”對(duì)話(huà)框中輸入零件名稱(chēng)。使用缺省模板，建立各零件模型，點(diǎn)擊繪圖工具欄中的

49、拉伸、旋轉(zhuǎn)、倒圓角、陣列、鏡像等命令進(jìn)行實(shí)體建模14。主要零部件設(shè)計(jì)如下： 圖4.1內(nèi)活動(dòng)凹模 圖4.2凹模 圖4.3凸模 圖4.4 內(nèi)凸模 圖4.5 上模座 圖4.6模柄 圖4.7下模座 圖4.8 墊板 圖4.9 定位圈 圖4.10 壓邊圈4.2 模具組件的裝配在主菜單中選擇“文件”“新建”，打開(kāi)“新建”對(duì)話(huà)框，在該對(duì)話(huà)框左側(cè)“類(lèi)型”選項(xiàng)中選擇“組件” ，在“名稱(chēng)”對(duì)話(huà)框中輸入零件名稱(chēng)。使用缺省模板，將所建立各零件模型進(jìn)行裝配組合。點(diǎn)擊繪圖工具欄中的導(dǎo)入按鈕，導(dǎo)入要進(jìn)行組裝的零件，然后點(diǎn)擊放置按鈕創(chuàng)建約束，直至為完全約束15。為了表述清楚配合關(guān)系，部分零件采用了半剖畫(huà)法，先將內(nèi)活動(dòng)凹模等相關(guān)

50、零件組裝成組件，然后分別將內(nèi)活動(dòng)凹模組件、外凹模件、上模板、導(dǎo)套、模柄等導(dǎo)入上模組件，建立上模組件，如圖所示： 圖4.11 內(nèi)活動(dòng)凹模組件 圖4.12 上模組件對(duì)于下模組件和壓邊圈組件亦采取相同的方法，建立下模組件和壓邊圈組件，如圖所示： 圖4.13 下模組件 圖4.14 壓邊圈組件最將各個(gè)組件導(dǎo)入裝配圖組件中，建立最終的總裝配圖組件，如下圖所示：圖 4.15 總裝配圖4.3制作動(dòng)畫(huà)在裝配圖中，制作動(dòng)畫(huà)的關(guān)鍵是解除裝配圖中組件的約束，具體步驟是先選中組件進(jìn)入“編輯定義”，在“放置”中解除組件約束。 圖4.16 圖4.17然后在工具欄中，單擊“應(yīng)用程序”，選擇“動(dòng)畫(huà)”，進(jìn)入動(dòng)畫(huà)編輯模式；再單擊“

51、工具”，選擇“時(shí)域”，進(jìn)入“動(dòng)畫(huà)時(shí)域”對(duì)話(huà)框，對(duì)起始時(shí)間、終止時(shí)間和幀數(shù)進(jìn)行定義，如圖所示： 圖4.18 圖4.19 圖4.20接著單擊“拖動(dòng)元件”，出現(xiàn)“拖動(dòng)”對(duì)話(huà)框， 單擊“拍攝當(dāng)前配置快照”圖標(biāo)，獲得當(dāng)前圖像。在“高級(jí)拖動(dòng)選項(xiàng)”中，選擇Z方向移動(dòng)圖標(biāo)，再移動(dòng)裝配組件至下一位置，進(jìn)行下一次拍照，直到完成所有運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 圖4.21 圖4.22所有拍攝完成以后，單擊“關(guān)鍵幀序列”，出現(xiàn)編輯對(duì)話(huà)框，選擇合適的幀，進(jìn)行添加和排序，每一幀之間的時(shí)間是可以調(diào)節(jié)的，完成排序。 圖4.23 圖4.24排序完成后，單擊“啟動(dòng)”，觀察生成的動(dòng)畫(huà)，如果動(dòng)畫(huà)符合要求，則單擊“導(dǎo)出”，導(dǎo)出動(dòng)畫(huà)；如果不符合要求，則重

52、新對(duì)組件進(jìn)行拖動(dòng)和拍照，直到得到所需結(jié)果，再導(dǎo)出動(dòng)畫(huà)。 圖4.25 圖4.265輪輻拉深成型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬 5.1 數(shù)值模擬有限元分析5.1.1 數(shù)值模擬技術(shù)在板料成形過(guò)程中的應(yīng)用隨著數(shù)值分析技術(shù)、塑性成形理論和計(jì)算機(jī)能力的發(fā)展以及對(duì)沖壓過(guò)程越來(lái)越深刻的認(rèn)識(shí)和理解，板料成形過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)也開(kāi)始逐步走向成熟。目前，國(guó)內(nèi)外數(shù)值模擬技術(shù)在板料成形過(guò)程中的應(yīng)用范圍主要集中在起皺和裂紋的預(yù)測(cè)與消除，回彈的計(jì)算，壓邊力的確定，毛坯尺寸的計(jì)算，潤(rùn)滑方案的化以及模具磨損的預(yù)測(cè)和改善等方面。其具體在拉裂、回彈、起皺和確定壓邊方面的應(yīng)用如下：1) 預(yù)測(cè)和消除拉裂：拉裂是板料成形工藝失效的一種主要形式，避免拉裂

53、通常是設(shè)計(jì)中的一大難題。采用數(shù)值模擬技術(shù)能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算材料在沖壓成形過(guò)程中的流動(dòng)情況，從而準(zhǔn)確地得出應(yīng)變分布和板料壁厚減薄的情況。這就為判斷模具和工藝方案產(chǎn)生拉裂的可能性提供了科學(xué)可靠的依據(jù)16。2) 計(jì)算回彈：回彈是板料沖壓成形過(guò)程中不可避免的現(xiàn)象，它的存在影響了件成形的精度，增加了試、修模以及成形后校形的工作量。如何精確地計(jì)算工件可能產(chǎn)生的回彈是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，也是傳統(tǒng)的沖壓成形設(shè)計(jì)方法無(wú)法解決的問(wèn)題，而數(shù)值模擬技術(shù)的產(chǎn)生為計(jì)算沖壓件的回彈提供了有效的工具。3) 確定壓邊力：壓邊力的確定實(shí)際上與起皺和拉裂的預(yù)測(cè)緊密相關(guān)。壓邊力太小，工件就會(huì)起皺，若壓邊力太大，工件就有被拉裂的危險(xiǎn)。當(dāng)模

54、具基本確定后，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)粗選壓邊力大小，然后再對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。4) 預(yù)測(cè)和消除起皺：起皺是薄板沖壓成形中常見(jiàn)的失效形式之一。輕微的起皺將破壞沖壓零件的光順性，影響零件的幾何尺寸精度，起皺嚴(yán)重到一定程度零件將報(bào)廢。數(shù)值模擬能較好地預(yù)測(cè)給定條件下工件可能產(chǎn)生的起皺，并通過(guò)修改模具或工藝參數(shù)予以消除。當(dāng)數(shù)值模擬結(jié)果顯示有起皺現(xiàn)象時(shí)，就必須對(duì)原有工藝方案甚至模具作一定的修改，然后再進(jìn)行數(shù)值模擬。5.1.2 有限元分析方法20有限單元法是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代計(jì)算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域，飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應(yīng)

55、用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)、流體力學(xué)等連續(xù)性問(wèn)題。有限元法的實(shí)質(zhì)上是把具有無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體系統(tǒng)理想化為只有有限個(gè)自由度的單元個(gè)體，使問(wèn)題轉(zhuǎn)化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)。有限元法的原理清楚，概念準(zhǔn)確，使用者和學(xué)習(xí)者可以在不同的水平上建立起對(duì)該方法的理解。有限元法可以用來(lái)求解工程中許多復(fù)雜的問(wèn)題，特別是采用其他數(shù)值計(jì)算方法（如有限元差分法）求解困難的問(wèn)題，如復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀問(wèn)題，復(fù)雜邊界條件問(wèn)題，非勻質(zhì)、非線(xiàn)性材料問(wèn)題，動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，黏彈性流體流動(dòng)問(wèn)題等。有限元法采用矩陣形式表達(dá)，便于編制計(jì)算機(jī)程序，從而可以充分利用高性能計(jì)算機(jī)的計(jì)算優(yōu)勢(shì)。由于有限元法計(jì)算過(guò)程的規(guī)范化，國(guó)內(nèi)外有許多通用程序可以直接套用，非常方便。目前，有限元法在理論上和應(yīng)用上還在不斷發(fā)展，今后將更加完善，使用范圍也會(huì)更加廣泛。5.2 Dynaform軟件對(duì)成型件進(jìn)行分析