沖壓工藝及模具設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)沖壓工藝及模具設(shè)計大作業(yè)大型覆蓋件成型工藝及模具班級： 成型132 學號： 李宜東 姓名： 成績： 汽車覆蓋件成形工藝及模具 汽車車身覆蓋件是指構(gòu)成汽車車身、駕駛室、覆蓋發(fā)動機及底盤表面和內(nèi)部的汽車零件。汽車車身覆蓋件既是外觀裝飾性零件，又是封閉薄殼狀的受力零件，也是消費者最重視的外觀面零件?？刂坪密嚿砀采w件品質(zhì)，對提升整車品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。由于覆蓋件表面上任何微小的缺陷都會在涂漆后引起光線的反射從而影響車身美觀，從汽車美觀學和空氣動力學來分析，外覆蓋件各性能要求

2、中對外觀精度和曲面質(zhì)量要求最高，須滿足A級曲面質(zhì)量要求，因此車身覆蓋件表面不允許有開裂、起皺等缺陷問題。為了消除及避免此類缺陷，首先需做好拉延成型工藝。成型工藝是目前汽車車身覆蓋件最關(guān)鍵和重要的工藝，一定程度上決定了覆蓋件品質(zhì)，汽車覆蓋件成型工藝因此也成為了目前汽車行業(yè)重點研究的課題之一。1、覆蓋件的生產(chǎn)現(xiàn)狀 近年來，在覆蓋件成型研究中，學校與企業(yè)間展開了廣泛和密切的合作。上海交通大學與寶鋼、上海大眾等企業(yè)合作，對桑塔納系列轎車部分覆蓋件的成型過程運用了動力顯示軟件dynaf orm進行了數(shù)值模擬。一汽模具制造廠利用軟件Optris，對汽車翼子板進行了數(shù)值模擬，并且一次試模即獲得比較理想的模具

3、。一汽集團公司對油底殼的拉延成形過程進行了數(shù)值模擬，對成形中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題進行了準確地預(yù)測，并提出解決的辦法，模具修改后，一次試模就取得了良好的結(jié)果1。 通過國內(nèi)諸多學者和企業(yè)的不斷努力，陸續(xù)推出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模擬仿真軟件。上海交通大學開發(fā)了冷沖模CAD系統(tǒng)，湖南大學開發(fā)出汽車覆蓋件CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)，華中科技大學開發(fā)的模擬仿真軟件FASTMAP。吉林工業(yè)大學開發(fā)出板料成型CAE系統(tǒng)KMAS等。此外，變壓邊力技術(shù)、沖壓工藝專家系統(tǒng)、覆蓋件數(shù)值模擬并行計算等先進技術(shù)也得到了較大的發(fā)展2-6。2、覆蓋件成形工藝概述 車身覆蓋件成形基本工序有:落料、拉深、修邊(切邊)、翻邊(翻

4、孔)、整形、彎曲等。 1.落料工序:這道工序主要在拉延工序之前獲得合適尺寸和形狀的毛坯，為拉延工序作準備，并盡可能的合理利用材料。有些情況，為了節(jié)省模具成本，會省去落料工序，用剪機代替落料模下料。 2.拉延工序:以單動拉延為例，拉深模運動過程:板料由壓邊圈固定，然后在壓力機作用下凸模下行，與板料接觸后，凸模加載力傳遞給板料使之流入凹模，直至板料完全流入凹模為止，拉延工序即完成。 3.修邊工序:為了使拉延成形應(yīng)力應(yīng)變均勻，得到成形充分的覆蓋件在拉延工序中設(shè)計了壓料面和工藝補充面，但這兩者不屬于最終成形的零件，所以在拉延成形后，通過計算得的修邊線將壓料面和工藝補充面剪裁掉，修邊工序即完成。 4.翻

5、邊工序:在修邊工序后，覆蓋件邊界充分展開，不利于與其它覆蓋件搭接，從裝配角度將覆蓋件部分邊界折成一定角度的直壁，翻邊工序即完成。 5.整形:利用己有的模具形狀對產(chǎn)品外形進行二次修正。針對部分材料存在彈性，無法保證一次成形品質(zhì)時，采取的再加工。 6.彎曲:將覆蓋件彎成一定角度、曲率和形狀的塑性成形方法。覆蓋件彎曲實質(zhì)是一個彈塑性變形過程，卸載后，零件會產(chǎn)生反方向的彈性恢復(fù)變形，即回彈。回彈度是彎曲工藝必須考慮的技術(shù)關(guān)鍵。3、覆蓋件的結(jié)構(gòu)特征從總體上來說，汽車覆蓋件的總體結(jié)構(gòu)特點，決定了其沖壓成形過程中的變形特點，但實際上，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以從整體上進行變形特點分析。因此，為能夠比較科學地分析判

6、斷汽車覆蓋件的變形特點，生產(chǎn)出高質(zhì)量的沖壓件，必須以現(xiàn)有的沖壓成形理論為基礎(chǔ)，對這類零件的結(jié)構(gòu)組成進行分析，把一個汽車覆蓋件的形狀看成是由若干個“基本形狀”(或其一部分)組成的。這些“基本形狀”有：直壁軸對稱形狀(包括變異的直壁橢圓形狀)、曲面軸對稱形狀、圓錐體形狀及盒形形狀等。而每種基本形狀都可分解成由法蘭形狀、輪廓形狀、側(cè)壁形狀、底部形狀組成。因為這些基本形狀的零件沖壓變形特點、主要沖壓工藝參數(shù)的確定已經(jīng)基本可以定量化計算，各種因素對沖壓成形的影響已基本明確。通過對基本形狀的零件沖壓變形特點的分析，并考慮各基本形狀之間的相互影響，就能夠分析出覆蓋件的主要變形特點，判斷出各部位的變形難點。4

7、、覆蓋件成形質(zhì)量缺陷控制 在覆蓋件成形過程中，板料受到成形力而產(chǎn)生變形，在變形中，會出現(xiàn)起皺、破裂、回彈等成形缺陷，對于覆蓋件而言，這些缺陷的出現(xiàn)將大大降低其表面質(zhì)量和裝配精度。下面針對主要缺陷進行分析。1.起皺及其控制 板料的諸多尺寸中，板厚方向的尺寸最小，且遠小于其它尺寸，在變形中板料受到的應(yīng)力作用復(fù)雜，所以板料在厚度方向的應(yīng)變非常易變，當板面內(nèi)壓應(yīng)力達到極限時，板厚方向不能維持穩(wěn)定時便產(chǎn)生塑性變形，即失穩(wěn)起皺7。起皺的皺紋走向與壓應(yīng)力垂直，但直接作用于板料的不一定是壓力，壓應(yīng)力既有可能是直接作用于板料的壓應(yīng)力引起的，還可能是作用于板料的不均勻拉應(yīng)力引起的。其中起皺按直接作用的外力分有三種

8、類型，包括不均勻拉應(yīng)力引起的起皺、壓應(yīng)力引起的起皺、板內(nèi)彎曲應(yīng)力引起的起皺。起皺并不會對影響零件的剛強度，但有礙于覆蓋件的美觀，對尺寸精度有高要求的零件有較大影響。 為使毛坯內(nèi)的應(yīng)力得到合理分布，可以對零件形狀進行規(guī)范設(shè)計、成形工藝進行細致考量、模具進行合理設(shè)計、模具進行精確制造、改善沖壓條件及材料進行恰當選擇，從而防止起皺產(chǎn)生。1)適當減小拉深件深度，合理的凸凹模圓角半徑，避免制件形狀變化急劇。2)適當加大壓邊力，控制壓邊力的合理分布，盡量減小不均勻程度，控制潤滑及潤滑部位，并選擇合適的沖壓速度。3)一般情況選用屈服極s小，伸長率占大、硬化指數(shù)n和厚向異性系數(shù)r值大的沖壓材料有利于提高板料的

9、抗失穩(wěn)起皺能力。2.破裂及其控制 覆蓋件沖壓產(chǎn)生的破裂按破裂性質(zhì)可分為強度破裂和塑性破裂兩種。 強度破裂又稱a破裂，指沖壓成形中，毛坯的傳力區(qū)強度無法滿足變形區(qū)需要的變形力時在傳力區(qū)產(chǎn)生的破裂。強度破裂主要因為傳力區(qū)傳力能力低于變形區(qū)塑性變形和流動所需的力，所以解決強度破裂的關(guān)鍵問題就是是使傳力區(qū)成為強區(qū)，變形區(qū)成為弱區(qū)。具體措施有:1)采用強度極限高的材料，選擇厚向異性系數(shù)r較大的材料，選擇曲強比司。的材料。2)選擇合理毛坯形狀，盡量減小毛坯尺寸。3)拉深時減小壓邊力，加大潤滑，降低凸凹模粗糙度，增大凸凹模圓角。 沖壓成形過程中，板料的變形能力無法滿足成形充分需要的變形量所產(chǎn)生的破裂稱為塑性

10、破裂。對于塑性破裂，在單向拉伸時其極限應(yīng)變值對應(yīng)的變形狀態(tài)在成形極限圖中會呈現(xiàn)不穩(wěn)定的塑性變形。我們通常采取如下措施來提高材料的塑性變形能力或者減小變形區(qū)充分成形所需的變形量8。1)增大變形區(qū)域的變形均勻程度，減小集中變形，改善毛坯表面及邊緣質(zhì)量，改善覆蓋件某些尖角的局部形狀。2)增大局部成形的凸凹模圓角，降低成形深度，合理分布拉深筋，選擇合理的毛坯尺寸及形狀。3.變薄及其控制 覆蓋件成形中因為在切向受到拉應(yīng)力而產(chǎn)生切向拉伸變形導(dǎo)致材料法向上厚度減小的現(xiàn)象就成為變薄。變薄在成形中難以避免，一般來講，在實際工程中，變薄控制在5%-20%是可接受的，如果變薄率過大，會降低覆蓋件剛度，甚至會導(dǎo)致覆蓋

11、件破裂。影響覆蓋件變薄的主要取決于材料本身的延展性，對于復(fù)雜的覆蓋件來說，一般選用高延展性的沖壓鋼或深沖鋼。此外，對拉延筋進行合理的設(shè)計和分布，設(shè)計合理的工藝補充面，能使變形更均勻，有效改善變薄情況。4.回彈及控制 板料成形中的變形過程包含彈性變形和塑性變形，一方面當外載去除時，發(fā)生塑性變形的材料區(qū)域由于殘余變形而使零件成形，但另一方面卸載后，由于彈性變形區(qū)材料將發(fā)生彈性回彈，塑性變形區(qū)釋放殘余應(yīng)力產(chǎn)生的回彈使零件的尺寸、形狀都產(chǎn)生于加載時變形相反的變化，這種變形過程稱為回彈。對于彎曲成形過程，回彈是最難控制的缺陷之一。對回彈的控制，一般采用傳統(tǒng)的仿真或者根據(jù)經(jīng)驗修改模具，現(xiàn)在采用熱成型技術(shù)成

12、為控制回彈的新手段。5、展望 車身覆蓋件沖壓成形過程的仿真是提高車身技術(shù)和制造水平的關(guān)鍵技術(shù)，它涉及力學、數(shù)學、計算機圖形學、數(shù)值計算方法、金屬塑性成形理論、材料學和先進制造技術(shù)等學科，是一門復(fù)雜而新興的理論和應(yīng)用研究科學。還存在許多需要進一步研究的方向。 目前板料成形數(shù)值模擬在準備分析模型和計算上要花費大量的時間，研究如何實現(xiàn)前處理的自動化，把前處理模塊化使人們從繁重的前處理中解脫出來具有中有的適用意義; 分析軟件的功能還值得進一步完善，應(yīng)采用更加簡單精確的單元技術(shù)和合理高效的網(wǎng)格劃分方法，進一步提高數(shù)值計算的精度和速度:盡可能的實現(xiàn)變形方式、成形過程以及成形后性能的全方位優(yōu)化，應(yīng)用人工智能

13、與專家系統(tǒng)技術(shù)在數(shù)值分析結(jié)果的基礎(chǔ)上自動對成形方案進行分析和評價，并提出方案的優(yōu)化建議，研究實現(xiàn)模具CAD/CAE/CAM一體化。 除了對拉延工序的研究外，將來有必要對車身覆蓋件在后工程以及后續(xù)焊接、涂裝、總裝中的功能關(guān)系進行系統(tǒng)的研究，并結(jié)合成形數(shù)值模擬成形分析，從產(chǎn)品的角度提出有利于成形、有利于產(chǎn)品的優(yōu)化方案。 總之數(shù)值模擬成形分析技術(shù)作為一門提高汽車工業(yè)制造水平的關(guān)鍵技術(shù)，還有許多問題尚待研究和解決，只用通過不斷的研究、探索和摸索才能更熟練的運用它，并優(yōu)化它。參考文獻1柳玉起，歐陽可居，胡道鐘，等.板料成形模擬技術(shù)在汽車工業(yè)上的應(yīng)用.第八屆全國塑性加工學術(shù)年會論文集，2002:17-19.2王義林，鄭金橋，李志剛.基于KBE的汽車覆蓋件沖壓工藝方案設(shè)計.材料科學與工藝，2004,12(4):345一348.3李明哲，裴永生，徐建麗.薄板類件多點成形過程的數(shù)值模擬，材料科學與工藝，2004,12 （4）379-3824柳玉起，杜亭，。章志兵.板料沖壓成形快速分析軟件FASTAMP.材料科學與工藝，2004,12（4）353一356.5 Liu Yuqi, Li Zhigang, Yan Yakun. Fast Accurate P