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汽车前大灯反射镜的成型工艺及对模具寿命影响.doc

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汽车前大灯反射镜的成型工艺及对模具寿命影响.doc

目录摘要....................................................................2引言.................................................................21模具发展概述..........................................................31.1国内外模具行业发展现状..............................................31.1.1国内模具行业发展现状.............................................31.1.2与内外模具行业发展差距...........................................41.2研究动机及主要内容..................................................41.2.1研究动机.........................................................41.2.2本文研究的内容...................................................52汽车前大灯反射镜成型工艺..............................................62.1拉深工艺概述........................................................62.2反射镜拉深性能分析..................................................62.2.1选择毛坯.........................................................72.2.2拉深力与拉深功的计算.............................................92.2.3拉深模的凹凸模参数确定...........................................92.2.4凹模圆角半径....................................................102.2.5凸模圆角半径....................................................112.2.6拉深功的计算....................................................113拉深件质量问题分析...................................................123.1前大灯反射镜模具原有寿命分析.......................................133.2模具失效的分类.....................................................153.2.1抛物面起皱......................................................153.2.2局部拉偏、拉裂..................................................153.2.3凸缘起皱........................................................163.2.4角连接区附近局部起皱............................................174拉深质量分析与提高模具寿命的方案.....................................174.1前大灯反射镜拉深质量分析...........................................184.2调整部分拉深参数...................................................194.3在拉深模上设置拉深筋...............................................194.4调整整形参数.......................................................20结论...................................................................21致谢...................................................................22参考文献..............................................................23翟德权汽车前大灯反射镜的成型工艺及对模具寿命影响第2页共26页汽车前大灯反射镜的成型工艺及对模具寿命影响摘要冲压加工目前已作为一种模具加工的主要加工方法,它具有高效、节能、环保等特点。拉深又是冲压加工的中主要加工方式,拉深水平的高低很大程度上决定一个公司、地域、行业的水平高低,拉深工艺在工业发展中有着举足轻重的地位。本文主要是对汽车灯前大灯反射镜拉深工艺的设置和模具结构的设计及优化,拉深工艺对模具寿命的影响进行分析。讨论汽车前大灯反射镜制件在实际生产和拉深过程中由于悬空区各方向受力不均产生的抛物面起皱坯料流动路程不同、阻力变向、塑性状态不同而产生的局部拉扁拉裂坯料贴模不够、转移不充分而产生的凸缘起皱坯料量分布不均、切向应力过大而产生的角连接区附近局部起皱等各种影响质量的因素,并通过改进调整部分拉深参数、在拉深模上设置拉深筋、调整整形参数等工艺方案和优化模具结构设计,来解决影响模具使用寿命的各种实际难题并致力提高模具在生产实际过程的的使用寿命。关键词反射镜成型工艺模具寿命引言目前,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的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。模具主要的加工方法是冲压加工,为了满足大批量生产的需要,冲压设备已由单工位的低速压力机发展到多工位的高速压力机在高速压力机上采用多工位的级进模进行冲压加工,使冷冲压生产达到高度自动化。如汽车覆盖件的生产,在一些企业便采用自动化送料、自动取件,自动传送的流水线生产。拉深是冲压加工的基本方法之一,是利用压力机和模具的作用使板料产生塑性变形并定型,最终获得各种所需形状和尺寸的中空制件(拉深件)。拉深件与铸、锻、车等方法加工的制件相比,不仅具有更薄、匀、轻、强等优点,同时还往往具有更高的生产效率和低生产成本,并容易实现生产的自动化、半自动化控制。拉深生产技术在现代制造业中应用广泛,在许多拉深件使用比例大,且制件拉深难度大的行业中,拉深技术水平高低及模具设计制造的能力很大程度上决定产品的质量、效益和新产品的开发能力,并直接决定一个企业在该行业中的水平层次和地位。在某些行业(如汽车制造行业),拉深技术(包括工艺)能否取得生产所需的突破,已成为制约当今许多后起制造企业的重要技术瓶颈之一。在生产中对拉深技术进入广泛而深入的研究,解决因拉深技术不足造成产品质量和生产效益低下的问题,已成为冲压制造行业界共同的要求。2010届机械设计制造及其自动化专业毕业设计论文第3页共26页1模具发展概述1.1国内外模具行业发展现状1.1.1国内模具行业发展现状近年来,中国经济的高速发展为模具工业发展提供了巨大动力。近10年来,中国模具工业增长速度保持在15以上生产厂2万余家,从业人员50多万人,年产值达450亿元以上。另外,结构调整步伐加快,大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业总体发展速度塑料模和压铸模比例增大面向市场的专业模具厂家数量及能力快速增加。从未来发展趋势分析,产品结构调整将加快,针对低档模具供过于求,大型、精密、复杂的模具供不应求的情况,高档模具的比重将增加,行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。我国模具行业的国际竞争力优势中,劳动力价格低优势将得到充分发挥。我们认为未来重点发展的产品包括汽车覆盖件模具、精密冲压模具、大型塑料模具、精密塑料模具、大型薄壁精密复杂压铸模和镁合金压铸模具、子午线橡胶轮胎模具、新型快速经济模具、多功能复合模具、模具标准件等。就企业发展方面分析,采用数控技术、快速原型技术、高速切削和超精加工等高新技术,进一步提升模具工业的设计制造水平将是未来企业改造重点,也是未来企业发展的关键驱动因素。另外,国际市场将被企业看重,因为全球模具市场整体供不应求,市场需求量维持在600亿至650亿美元。从应用趋势方面分析,受用户要求模具的生产周期缩短影响快速经济模具的开发将被重视,模具标准件的应用将日渐广泛,且采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。另外,随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展,压铸模的数量、寿命和复杂程度要求将更高随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高,塑料模的比例、翟德权汽车前大灯反射镜的成型工艺及对模具寿命影响第4页共26页精度和复杂度也将随着相应提高。1.1.2与内外模具行业发展差距由于受模具材料及模具特殊结构的限制,目前国内汽车车身模具的冲压工艺水平与国外同行业仍有一定的差距。这主要表现在工艺设计人员的经验和经历方面,国内工艺设计人员所接触的车型种类和国外工艺设计人员相比相差太多,导致工艺设计思想受到一些约束。国外冲压工艺设计是一个专业性很强的岗位,分工明确,需要通过团队合作来完成这个复杂的设计过程,一般包括产品前期工艺性分析、工艺方案预测、模型构建、工艺的可行性分析、模型的反复优化等设计过程。国际上一些先进企业具有较高水平的焊装开发能力,并形成了以少数具有先进的整车焊装工艺平台的企业为核心、众多专业化程度较高的中小型焊装企业为协作网的格局。国外如日本丰田、德国大众、法国标致、美国通用等各大汽车公司应用三维的数字化工艺规划与仿真软件已有近十年的历史。国内对于产量大、自动化程度高的焊装线工艺规划缺乏统一的数字化信息管理手段,还没有形成这类高自动化焊装线的规划能力。中国汽车白车身制造业的装备目前无论在数量上还是先进性上都已接近世界领先水平。据不完全统计,仅以汽车模具行业为例,国内大型数控机床拥有量已突破800台,但由于我们起步较晚、积累不足,制造技术水平与国际先进水平仍有较大差距。要使我国由模具大国,变成模具强国,行业需要做出坚韧不拔的努力。我国汽车模具行业配套落后,材料种类、材质性能不稳定。这些问题包括标准件的品种、质量不高制造工艺水平的差距导致加工成本高于国外厂商感应淬火、激光淬火、氮化、钛化等边缘技术有待发展调试后数据反馈与冲压工艺经验积累不足,缺乏有效的措施将钳工的调试修整过程融入设计前期缺少系统的管理程序和逐步升级的能力。两次石油危机促进了汽车第一次轻量化保护地球环境,促进了汽车第二次轻量化。实现汽车轻量化、满足汽车安全性法规的要求促进了高强度钢的应用。日本、欧洲汽车厂家高强度钢板应用时间久远,范围十分广泛。材料显示,日本某汽车公司在1980年高强度钢应用比例为15,1990年超过30,2000年已达到50。国内汽车零件高强度钢板应用仅限于结构件与梁类件,材料抗拉强度多在500MPa以下,新开发车型冲压件最高达到980MPa,如何迅速积累制造高强度钢板冲压件技术,是我们亟待解决的问题。1.2研究动机及主要内容1.2.1研究动机本课题研究的拉深为冲压中常见的常温拉深。常温拉深是一种复杂的板料冷冲压加工方法,外形复杂的拉深件(如外形复杂的外覆盖件拉深)在拉深过程中板料的变形相当复杂,过程状态极难控制,对拉深制件的质量控制需要较高的工艺水平才能做到。因此,对于拉深工艺的研究,保证拉深制件质量和模具的使用寿命,是提高拉深技术水平的一个重要方面。对于拉深技术的研究,主要集中于拉深工艺和拉深模具两个方向。拉深工艺的研究着重于研2010届机械设计制造及其自动化专业毕业设计论文第5页共26页究发现新的、高效可行的拉深方法拉深模具的研究则着重于对已明确拉深工艺的更好实现和效果最优化。在目前的理论性研究中,通常将这两个方面研究分开进行,两者之间结合并不充分,在实际生产中运用和转化此类理论存在一定的困难。实际生产时,在为提高某类具体产品拉深技术的研究中,必须将拉深工艺和拉深模具的研究相互结合,进行综合考虑。在大批量生产非通用拉深件或拉深过程难以控制的常见拉深件时,实际生产中经常缺乏可供参考的类似产品的成熟拉深工艺,各类基础性的研究也根本不能满足指导模具设计及分析解决各类实际生产中具体问题的需要。近年来,随着汽车行业的迅猛发展,各类汽车用拉深件的需求量随之猛增。因此,对某些非典型外形但却是大批量生产的各类拉深件,进行拉深工艺对模具寿命影响的研究,是生产的实际需要。拉深过程中板料变形复杂,制件质量和模具使用寿命同时取得令人满意的效果较为困难,拉深工艺的确定和模具的设计制造,对技术人员的从业经验和个人能力要求很高。制件在拉深过程中容易出现拉裂、拉伤,起皱,回弹变形等多种质量缺陷拉深模具在使用过程中也常出现过早失效,实际使用寿命远低于原设计寿命的情况。拉深技术的各方面基础研究,到目前为止已比较深入而全面。拉深模具设计制作和使用方面的研究,随着计算机的广泛运用也得到了长足的发展。如利用CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术,进行模具结构优化设计和数控加工,使模具在结构设计和加工中的可能缺陷降低,以此提高模具的质量达到增加使用效益的目的,国内外都对此方面进行了不少研究和运用,已取得显著的成果。此外,通过选用精良设备和制定严格维修保养计划以保证模具使用状态,最终达到提高模具使用寿命的研究在国内外也已取得相当的成功,在行业中已形成指导思想。模具是贵重的工艺装备,只有达到足够的使用寿命,才符合经济原则。对于特别类型制件,在冲压工艺的制定和工艺路线方案的选取对零件最终模具使用寿命的影响关系,目前实际生产中适用的指导性方法少,多依靠技术人员的个人经验积累来解决。对于一些性状要求特别,且拉深状态复杂的零件,在设计拉深工艺及模具时更缺乏有效的参考资料,导致实际工作进展受阻或设计缺陷,造成不必要的时间延误和生产浪费。设计拉深状况复杂的拉深件拉深工艺和模具时,实际生产中通常以个人经验进行模糊判断来决定,具有因人而异的随意性和不确定性。对于经验不足的从业者,模具的设计制作质量和寿命很难得到保证而即使是经验丰富的从业者也常出现因拉深工艺方案选取失误,致使模具制造难度系数加大、模具使用费用增加,模具相对寿命低等问题。因此,致力于拉深件工艺方案的优化选取,并针对某类特定大批量生产制件建立起某些合理的指导性方案,对降低模具设计制作难度、使用费用及提高模具使寿命具有重要的研究和实用意义。本文通过生产中,对汽车车灯用类抛物面反射镜拉深件的拉深工艺选取和模具结构的设计及随后的优化改进研究,结合生产中的检测结果分析,阐述此类拉深件在实际生产过程中,拉深工艺对制件模具寿命的影响关系。为同类型或类似产品在工艺选用和模具设计制作时,提供参考思路,尽可能避免不必要的工艺失误,在大批量生产时提高产品品质和生产的总体经济效益。1.2.2本文研究的内容本课题采用汽车灯用类抛物面件为研究对象,通过对批量生产中不同拉深工艺的设计、调整翟德权汽车前大灯反射镜的成型工艺及对模具寿命影响第6页共26页和模具使用寿命的研究,阐述板料拉深工艺和模具使用寿命之间的关系。为达到本课题的最终研究目的,需要进行的研究内容主要有如下几个方面①利用现有拉深理论分析制件在拉深过程中的应力应变状态,分析制件和模具在生产过程中可能出现的质量缺陷和模具失效形式。②针对汽车车灯反射镜拉深件的拉深工艺进行分析研究,提出对应工艺及模具结构优化解决措施,对模具进行改进或重新设计制造。③综合以上各方面工作,通过对工艺方案和模具结构优化研究设计,探索汽车前大灯反射镜成型工艺对模具寿命的影响方式和程度。2汽车前大灯反射镜成型工艺2.1拉深工艺概述拉深(又称拉延)是利用拉深模在压力机的压力作用下,将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一,广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中,不仅可以加工旋转体零件,还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件。拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。前者拉深成形后的零件,其各部分的壁厚与拉深前的坯料相比基本不变后者拉深成形后的零件,其壁厚与拉深前的坯料相比有明显的变薄,这种变薄是产品要求的,零件呈现是底厚、壁薄的特点。在实际生产中,应用较多的是不变薄拉深。2.2反射镜拉深性能分析本文主要研究某品牌汽车用抛物面反射镜成型工艺对其模具寿命的影响。选定一个前大灯反射镜为研究对象。根据汽车前大灯反射镜的尺寸规格及使用要求对反射镜的拉深工艺的制定并对此反射镜的工艺逐一分析。某型号货运汽车用前大灯反射镜为一抛物面拉深件,外形如图2–1所示。2010届机械设计制造及其自动化专业毕业设计论文第7页共26页图2–1零件外形及基本尺寸其抛物面的母线方程为y21961x①零件在拉深时因材料流动不均衡、局部起皱不易控制等原因,造成零件的拉深质量不稳定,成品反射镜易出现聚光不准及散光乱光反射。此类问题如不能得到根本解决,将无法达到国家有关规定中对汽车前大灯的光型和光线强弱分布的严格要求。2.2.1选择毛坯模具零件的材料以钢件为主,钢材有型材(板材、棒材)、锻件、铸件及焊接件等。根据零件的形状尺寸形状、材料种类及技术要求等因素选用。为了便于毛皮加工,应尽量选用型材。当毛坯尺寸需要用型材改制或为了提高材料物理力学性能时,则应采用锻件。大型零件则常采用铸件、锻件、焊接件等。毛坯形状应与零件形状相似,其尺寸应该根据加工余量、毛皮表面质量及精度、加工时的装夹量、一件毛坯需要加工出的零件数量等进行计算,并应在保证零件加工质量的前提下尽可能选用最小的毛坯尺寸。如图2–1所示,零件并非一完整的抛物面拉深件,而是一抛物面体与两平行平面相切后组成的中空体拉深件。考虑到零件中竖直侧壁部分的拉深较抛物面部分的拉深难度要小,因此拟将该拉深件按完全抛物面拉深件进行拉深工艺可行性分析。经工艺计算,确定拉深件坯料采用280mm250mm的矩形料。按抛物面件工艺方法计算,可以利用久里金法则(即任何形状的母线AB绕轴线YY旋转,所得到的旋转体面积等于母线长度L与其重心绕轴旋转所得周长2πX的乘积,X是该段母线重心至轴线的距离)计算出拉深件毛坯的直径。即旋转体面积F2πLX②毛坯面积F042Dπ(D为毛坯直径)③

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