某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟设计【14张图纸】【带UG三维】【优秀】
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某轿车
引擎盖
外板拉深
模具设计
成形
模拟设计
图纸
ug三维
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某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟设计
32页 11000字数+说明书+开题报告+任务书+文献综述+14张CAD图纸
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4张零件图.dwg
任务书.doc
凹凸模.dwg
小件4张.dwg
总装图.dwg
文献综述.doc
某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟设计开题报告.doc
某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟设计论文.doc
模座4张.dwg
草图.dwg
装配图.dwg
说明书封面.doc
2Xdaoban4张.dwg
目 录
摘要 I
绪论II
汽车覆盖件的成形特点[7]2
1 冲压件的工艺设计3
1.1零件总体分析3
1.2零件材料的选择3
1.3冲压方向的选择4
1.4 工艺补充部分的设计6
1.6拉延筋的设计[1]9
2 拉深件成型工艺CAE分析10
3 拉深模结构与零件设计12
3.2拉深模材料的选择13
3.3冲压设备的选择13
3.3.1拉深力的计算13
3.3.2压料力的计算13
3.3.3冲压设备的选择14
3.4模具操作14
3.5 凹模结构15
3.6凸模结构17
3.8导向部分21
3.9起吊装置21
3.10拉深模的结构和原理说明21
4 总 结23
致 谢23
参考文献24
文献综述25
摘 要
通过对某轿车车身覆盖件的引擎盖外板拉深模具型面的设计,介绍了复杂型面拉深件拉深模具型面的设计流程,研究了复杂型面拉深件拉深模具型面的造型设计方法和原则。利用板料成形分析有限元软件Dynaform对引擎盖外板的拉深成形过程进行仿真模拟,探讨了仿真过程中出现的质量缺陷(如破裂、起皱、变形不足等)的原因,并针对这些现象对拉深模具型面进行优化设计改进。并根据仿真模拟结果,制造加工了合格的拉深件模具。对于复杂型面拉深件的拉深模具的设计和制造具有一定的指导意义。
关键词：车身覆盖件;冲压成形；模具；优化设计；
.1零件总体分析
本次毕业设计的零件为某轿车的引擎盖外板零件。零件外表面为A级曲面，对零件的表面质量要求较高，为了防止多次拉深可能带来的表面质量破坏和下降，本覆盖件采用一次拉深。
本零件由形状复杂的空间曲面构造而成，型面大部分地方曲率半径较大，即使在曲率半径相对小的地方但其组成曲面的结构略显复杂。所以，为了能够通过拉深获得合格的零件，就需要从多个方面对冲压件进行设计。主要包括以下几个方面：选择合理的冲压方向、设计压料面、工艺补充面、设置拉深筋。
1.2零件材料的选择
该轿车引擎盖零部件大都是外形复杂，成形复杂，但受力不大的薄形件，采用模具成形工艺，材料的成形性能就成了主要矛盾，因此要求材料具有成形性、张紧刚性、延伸性、抗凹性、耐腐性等。产品设计时，通常根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。一般选用拉延性能优良的低碳冷轧钢板、超低碳冷轧钢板。
采用国产宝钢Stl4钢号的材料进行拉伸，材料为冷轧钢，又称特殊镇静钢，即非时效钢板，屈服点ós ≤240N.mm2， 抗拉强度ób 为270～370N·mm2，伸出长率≥34%。冷轧铝镇静钢板具有一定的强度和很好的塑性，是目前汽车上最大量的冷轧钢板，由于钢中加入了铝，固定了钢中的氮，钢板冲压成形后，零件表面产生滑移线，称为非时效钢材。其材料力学性能如表2-1。
- 内容简介：
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重 庆 理 工 大 学毕业设计（论文）任务书题目 某轿车引擎盖外板拉深 模具设计及成形模拟分析 （任务起止日期 2013 年 2 月 25 日 2013 年 6 月 14 日） 机械工程学院 学院 机械制造及其自动化 专业 1090405 班学生姓名 林 洋 学 号 10904020511指导教师 王 昶 系 主 任 课题内容：1、 搜集汽车覆盖件拉深成形模具设计的有关资料。2、 引擎盖外板零件拉深成形模具型面3D数字化设计。3、 引擎盖外板零件拉深成形模具型面数值仿真。课题任务要求：1、 搜集汽车覆盖件拉深成形设计的有关文献资料，写出文献综述、开题报告及外文翻译。2、 引擎盖外板零件拉深成形模具型面3D数字化设计3、 引擎盖外板零件拉深成形模具型面数值仿真。4、 撰写设计说明书（论文）。主要参考文献（由指导教师选定）：1、冲压工艺及模具设计2、汽车覆盖件冲压成形技术3、冲压模具设计手册4、冲压模具图册5、机械制图6、有关UG应用的书籍。7、Dynaform软件使用说明书。同组设计者注：1、任务书由指导教师填写；2、任务书在第七学期期末下达给学生。学生完成毕业设计（论文）工作进度计划表序号毕业设计（论文）工作任务工 作 进 度 日 程 安 排周次1234567891011121314151617181查阅及搜集相关资料2撰写文献综述、开题报告及外文翻译3熟悉相关软件的使用及模面初步设计4利用Dynaform软件辅助分析型面设计及优化改进模具型面的设计5撰写毕业论文（设计说明书）及设计资料汇总注：1、此表由指导教师填写；2、此表每个学生一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3、进度安排用“”在相应位置画出。毕业设计（论文）阶段工作情况检查表时间第 一 阶 段第 二 阶 段第 三 阶 段内容组织纪律完 成 任 务 情 况组织纪律完 成 任 务 情 况组织纪律完 成 任 务 情 况检查情况教师签字签字 日期 签字 日期签字 日期注：1、此表由指导教师认真填写；2、“组织纪律”一栏根据学生具体执行情况如实填写；3、“完成任务情况”一栏按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写；4、对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出警告或不能参加答辩的建议。重庆理工大学毕业论文 文献综述轿车A级面覆盖件成形技术发展林洋( 重庆理工大学 机械工程学院 ，重庆 40054 )摘要:通过对某轿车车身覆盖件的引擎盖外板拉深模具型面的设计,介绍了复杂型面拉深件拉深模具型面的设计流程,研究了复杂型面拉深件拉深模具型面的造型设计方法和原则。利用板料成形分析有限元软件Dynaform对引擎盖外板的拉深成形过程进行仿真模拟,探讨了仿真过程中出现的质量缺陷(如破裂、起皱、变形不足等)的原因,并针对这些现象对拉深模具型面进行优化设计改进。并根据仿真模拟结果,制造加工了合格的拉深件模具。对于复杂型面拉深件的拉深模具的设计和制造具有一定的指导意义。关键词：车身覆盖件;冲压成形；模具；优化设计；有限元分析Abstract: The designing process of drawing die for complex surface drawing part in designing the drawing model of the automotive hood outer panel surface and the design method and principle were studied. The stamping process using the sheet metal forming analysis software Dynaform was simulated. The reason causing quality defect in simulation, such as cracking and wrinkle etc., was investigated. Based on these reasons, the design of drawing die surface for automobile hood outer panel was optimized. According to the simulated results, the qualified drawing die was made, which had a instructing meaning for the design and manufacture of drawing die for complex surface drawing part.前言 随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而汽车引擎盖设计是汽车设计中的重要环节之一。它是属于汽车覆盖件上的一部分，汽车覆盖件，是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的异形体表面和内部的汽车零件。汽车覆盖件既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件。在对汽车性能要求越来越高的今天，对于汽车而言，任何一个零件的设计都将影响到汽车的性能。本设计基于某轿车引擎盖外板，利用了计算机Dynaform，UG等软件的模拟计算及建模，深入探讨了轿车引擎盖模具设计以及成型模拟分析等问题，从而使乘用车的流畅性与动力性进一步提高。一、 汽车工业发展趋势与汽车零件成形汽车覆盖件的成形工艺和模具制造技术是先进制造技术的重要组成部分，“汽车工业作为资金和技术密集的支柱产业之一,充分将信息技术和传统制造技术相结合,展现了现代设计、先进制造工艺和设备、制造业自动化、系统管理、综合集成等现代化先进制造技术。政府在2005年开始围绕节能、安全与环保三大战略,鼓励在汽车工业中的各种新车型及零部件制造中采用先进制造技术,对新能源、新材料、新工艺技术进行开发,并将这作为现代汽车生产企业的技术发展方向和重点。在车身零部件中,绝大部分都需要采用冲压工艺获得,因此,在汽车车身开发中,汽车零部件的成形技术,尤其是覆盖件的成形工艺技术和模具制造技术占据至关重要的地位”。从上述的文献中，不难发现汽车工业已经成为世界发达国家一大支柱，而我国引进国外先进的技术势在必行，世界经济一体化给我国带来了机遇和挑战，我国汽车工业迅速兴起，从数量上已成为了汽车大国。世界各国汽车公司都争先恐后地涌入我国，由原先向中国出口汽车，转为在中国国内合作生产汽车，并带来了大量先进技术。其中汽车各个覆盖件的模具设计就成为一个典型例子。二、覆盖件的特点和要求同一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点。覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。因此，在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一各特殊的类别加以研究和分析。覆盖件的特点决定了它的特殊要求。2.1 表面质量覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。总之覆盖件不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。2.2 尺寸形状覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。2.3 刚性覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松弛和鼓动现象。2.4 工艺性覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添上工艺补充部分，构成一个拉延件。三、传统工艺与现代工艺CAE的应用首先来说，现代工业的进步，完全得力于计算机技术的突飞猛进，因此由20世纪进入21世纪，引导人类科技再次进步的必然是与计算机结合的科技。而计算机软件的应用与发展也得力于计算机科技的进步，将计算机、计算机软件用于产品的开发、设计、分析与制造，已成为近代工业提升竞争力的主要方法。“传统的工业皆依据个人的经验累积而成，同时以经验做出初步的设计，再由此初步的设计去做出原始模型，再做出成品。成品完成以后，使进行试验以确保产品的可靠性”，而此种方法基本上称为试凑法，此种方法费时且成本相当的高。“若使用CAE，则在设计图完成后即连接CAE，做各式各样的分析，并且导入最优化成品，即可在短时间内完成成品”，“机构动力的传动可以借着机构系统仿真软件来虚拟各组件之间的有可能产生的摩擦力或接触力”。有上述文件可以看见，随着高性能计算机系统的发展，CAE软件将成为工程师实现其工程创新和产品创新的得力助手和有效工具。人们使用CAE软件，对其创新的设计方案快速实施性能与可靠性分析，并进行虚拟运行模拟，及早发现设计缺陷，在实现创新的同时，提高设计质量，降低研究开发成本，缩短研究开发周期。可以预测在未来的发展中，CAE软件的发展和应用就像当年CAD软件的使用一样得到普及。因此，对于机械工程类的学生掌握一门CAE软件技术已成为了时代的需要。 汽车引擎盖的设计及分析对汽车设计具有极重要的意义，通过本文的研究和探索，结合研究中的不足之处，可以总结出以后研究的具体内容: 1、继续学习深化汽车覆盖件的相关知识，掌握现代分析方法。 2、对引擎盖外拉板优化设计，模拟装配并通过CAE分析软件分析以获得更好的模具。参考文献：1练章华.现代CAE技术与应用教程. 北京：石油工业出版社，2004122阳春启,李玉强,杨旭,龚志辉.先进制造技术在汽车覆盖件模具制造中的应用.3王卫兵.CimatronE模具设计与数控编程实例教程M.北京:清华大学出版社,20054王昶,李琳,王萍,胡亚民.轿车引擎盖外板拉深模具型面的设计及优化J.锻压技术.第33卷第2期.2008.5万战胜,顾圣岩,庞锐.冲压模具设计M.北京. 中国铁道出版社.1983.6张秉璋.板料冲压模具设计M.西安.西安工业大学出版社.1997.2重 庆 理 工 大 学毕 业 设 计（论文）开 题 报 告题 目某轿车引擎盖外板拉深 模具设计及成形模拟分析 二级学院 重庆理工大学机械工程学院 专 业 机械制造及其自动化 班 级 109040205 姓 名 林 洋 学 号 10904020511 指导教师 王 昶 系 主 任 时 间 2013/2/16 1、本课题的研究目的及意义 通过对某轿车车身覆盖件的引擎盖外板拉伸模具型面的设计，研究了复杂型面拉伸模具的设计流程，研究了复杂型面拉伸件拉伸模具型面的造型设计方法和原则。利用板料成形分析有限元软件Dynaform对引擎盖外板的拉深成形过程进行仿真模拟，探讨了仿真过程中出现的质量缺陷（如破裂、起皱、变形不足等）的原因，并针对这些现象对拉伸模具型面进行优化设计改进。在轿车开发过程中，应用先进的CADCAE技术，可以同时进行整车设计、模具设计、车身覆盖件成形性分析等工作，对轿车车身覆盖件产品开发进行并行设计。利用CAD技术，可以方便、快速地进行模具的设计和修改；利用CAE技术，可以模拟成形过程，预测成形过程中可能出现的质量问题，检验模具设计的合理性，并优化模具的设计和成形工艺设计。应用CADCAE技术对于提高车身覆盖件模具的设计效率和质量，减少车身覆盖件模具开发的成本，缩短模具开发周期，进一步缩短轿车整车开发周期具有重要的意义。 2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析对课题任务书提出的任务要求：（1）搜集汽车覆盖件拉深成形设计的有关文献资料，写出文献综述、开题报告及外文翻译。（2）引擎盖外板零件拉深成形模具型面3D数字化设计（3）引擎盖外板零件拉深成形模具型面数值仿真。（4）绘制模具2D总装配图和主要零件的2D零件图。可行性分析：首先应该搜集汽车覆盖件拉深成形设计的有关文献资料，并且加以专研，对冲压模具有个初步的认识，比如有以下的学习材料可供自己参研，冲压工艺及模具设计、汽车覆盖件冲压成形技术、冲压模具设计手册、拉深件设计说明书，以下的这几本书，在我看来都是一些较适合初学者学习的，预计在每本书上花上一周到两周的时间加以揣摩；再者，熟悉相关软件的使用及模面初步设计，在此次的设计中，我将应用到的软件是UG, Dynaform,CADCAE,以及solidworks等软件，在这些软件中UG, Dynaform，我应用的尚不十分熟悉，因此，我将用上两周时间加以了解，并且熟悉掌握，尤其是Dynaform，用于板料成形数值模拟的专用软件，是当今流行的板料成形与模具设计的CAE工具之一，其基于有限元方法建立, 被用于模拟钣金成形工艺，可以直观的动态显示各种分析结果，在本次设计中这个软件相当之重要，直接关系到后面设计的结果，在设计的同时还要兼顾到模拟仿真的效果。最后一点，对于设计结果的总结，以及各种资料的汇总、整理、分析。我认为，在此次设计中难免会有不足之处，因此，就需要对各种失败不足，或者是成功有点的不断总结积累，争取让自己的作品上一个层次。3、本课题的关键问题及解决问题的思路 本课题的关键问题： 拉深模具型面设计、拉伸成形仿真模拟分析。深模具型面仿真模拟设计，可以分为以下步骤加以解决：冲压方向确定、压料面设计、工艺补充面设计、拉筋面设计。其中以压料面的设计为主要研究方向。对于压料面设计，压料面是引擎盖外板拉深成形的一个重要补充部分。压料面的形状直接影响到毛坯金属向凹模内流动的方向和速度、毛坯变形的分布与大小、破裂起皱等问题。压料面设计常用扫描法、边界法和延展法。利用Dynaform可以进行有限元分析，成形模拟。引擎盖外板成形模拟采用倒装结构，该过程分四个阶段：重力加载、压边圈合拢、零件拉深和回弹。引擎盖外板拉深成形属大变形过程，采用动态显示算法，回弹过程则采用静态隐式算法。Dynaform软件的求解器LSDyna具有显式、隐式求解功能，并能实现无缝转化，能很好地满足成形模拟计算要求。其它问题可以通过应用Dynaform分析软件对引擎盖外板成形过程进行数值模拟以及优化设计，或者是根据有限元分析，计算结果加以分析。4、完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法 完成本课题所需的工作条件：此次的设计我使用上计算机、以及UG、CADCAE、Dynaform等软件、冲压工艺及模具设计、汽车覆盖件冲压成形技术、冲压模具设计手册、冲压模具图册、机械制图、有关UG应用的书籍、Dynaform软件使用说明书。 解决办法计算自己可以解决，UG和 Dynaform这两个软件从网上下载，还有从指导老师处获得，冲压工艺及模具设计、汽车覆盖件冲压成形技术、冲压模具设计手册、冲压模具图册、可以从图书馆，或者从网上购得。5、工作方案分析及进度计划 根据本次的毕业设计课题：某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析，我将此次的任务划分为：材料的收集，建模软件与仿真模拟软件的熟悉，论文的撰写。由于轿车引擎盖属于冲压件，而我对冲压知识也只是一知半解，因此，我在作此方案时也加入了大量的冲压工艺的相关指导书，就本次课题来说要获得合格拉深件，必须合理的设置冲压方向、压料面、工艺补充面和拉深筋等工艺结构。在阅读一部分资料的情况下，了解到冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法，正是利用冲压模具对板料进行加工，模具是大批生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备在此基础上，我将工作计划以及进程通过实际情况略作安排，如下所示1】查阅及搜集相关资料用上2周，2】撰写文献综述、开题报告及外文翻译2周，3】熟悉相关软件的使用及模面初步设计3周，4】利用Dynaform软件辅助分析型面设计及优化改进模具型面的设计5周，5】撰写毕业论文（设计说明书）及设计资料汇总5周，共计时间18周，在此期间，努力做到保质保量的完成自己计划中的任务，并且督促自己严格地按照指导老师的要求，对自己的作品做出相应的更改。报告人： 年 月 日指导教师意见 指导教师： 年 月 日重庆理工大学毕业论文 _ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析 目 录摘要 I绪论II汽车覆盖件的成形特点721 冲压件的工艺设计31.1零件总体分析31.2零件材料的选择31.3冲压方向的选择41.4 工艺补充部分的设计61.6拉延筋的设计192 拉深件成型工艺CAE分析103 拉深模结构与零件设计123.2拉深模材料的选择133.3冲压设备的选择133.3.1拉深力的计算133.3.2压料力的计算133.3.3冲压设备的选择143.4模具操作143.5 凹模结构153.6凸模结构173.8导向部分213.9起吊装置21 3.10拉深模的结构和原理说明214 总 结23致 谢23参考文献24文献综述25 重庆理工大学毕业论文 _ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析 摘 要 通过对某轿车车身覆盖件的引擎盖外板拉深模具型面的设计,介绍了复杂型面拉深件拉深模具型面的设计流程,研究了复杂型面拉深件拉深模具型面的造型设计方法和原则。利用板料成形分析有限元软件Dynaform对引擎盖外板的拉深成形过程进行仿真模拟,探讨了仿真过程中出现的质量缺陷(如破裂、起皱、变形不足等)的原因,并针对这些现象对拉深模具型面进行优化设计改进。并根据仿真模拟结果,制造加工了合格的拉深件模具。对于复杂型面拉深件的拉深模具的设计和制造具有一定的指导意义。关键词：车身覆盖件;冲压成形；模具；优化设计； 重庆理工大学毕业论文 _ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析Abstract The designing process of drawing die for complex surface drawing part in designing the drawing model of the automotive hood outer panel surface and the design method and principle were studied.The stamping process using the sheet metal forming analysis software Dynaform was simulated. The reason causing quality defect in simulation, such as cracking and wrinkle etc., was investigated. Based on these reasons, the design of drawing die surface for automobile hood outer panel was optimized. According to the simulated results, the qualified drawing die was made, which had a instructing meaning for the design and manufacture of drawing die for complex surface drawing part.Key words: drawing model;punch molding;die;optimized I 绪论随着社会的快速发展，汽车已成为人类社会活动中不可缺少的工具，汽车工业已成为许多工业发达国家的支柱产业。 汽车覆盖件的生产是汽车制造的一个重要生产过程。 在板材冲压成形技术中，以汽车覆盖件为主要代表的大型薄板零件的冲压成形技术已发展成为一个很重要的组成部分汽车工业发展趋势与汽车零件成形汽车覆盖件是汽车车身的重要组成零件，分为外覆盖件和内覆盖件。外覆盖件指的是汽车车身外部的裸露件，这种零件的特点是涂装后不用再添加其他的装饰层，因此，对于外覆盖件的表面质量要求很高。覆盖件的特点如下： 1）表面质量 覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。总之覆盖件不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。2）尺寸形状 覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。3) 刚性 覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松弛和鼓动现象。3） 工艺性 覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添上工艺补充部分，构成一个拉延件。汽车覆盖件的成形特点7 汽车覆盖件的要求和结构特点决定了其冲压成形特点。主要有：1）一次拉深成形 对于汽车覆盖件来说，由于其结构复杂、变形复杂，其规律难以定量把握，以目前的技术水平还不能进行多次拉深工艺参数的确定，而且多次拉深易形成的冲击线、弯曲痕迹线也会影响油漆后的表面质量，这对覆盖件是不允许的。因此，汽车覆盖件的成形都是采用一次拉深成形的方法。2）拉胀复合成形汽车覆盖件的成形过程中的毛坯不是简单的拉深变形，而是拉深和胀形同时存在的复合成形。一般来说，除内凹形轮廓对应的压料面外，压料面上的毛坯的变形为拉深变形，而轮廓内部毛坯的变形为胀形变形3）局部成形 轮廓内部有局部形状的零件冲压成形时，压料面上的毛坯受到压边圈的压力，随着凸模的下行而首先变形并向凹模内流动，当凸模下行到一定深度是，局部形状开始成形，并在成型过程的最终时刻全部贴模。所以局部形状外部的毛坯那一向该部位流动，该部位的成形主要靠毛坯在双向拉应力的变薄来实现面积的增大。即这种内部局部成形为胀形成形。4）变形路径的变化 汽车覆盖件冲压成形时，内部的毛坯不是同时贴模，而是随着冲压过程的进行而逐步贴模。这种逐步贴模过程，使毛坯保持塑性变形所需的成形力不断变化，毛坯各部位面板内的主应力方向和大小、板平面内两主应力之比等受力情况不断变化。即毛坯在整个冲压过程中的变形路径不是一成不变的，而是变路径的。28 1 冲压件的工艺设计1.1零件总体分析本次毕业设计的零件为某轿车的引擎盖外板零件。零件外表面为A级曲面，对零件的表面质量要求较高，为了防止多次拉深可能带来的表面质量破坏和下降，本覆盖件采用一次拉深。本零件由形状复杂的空间曲面构造而成，型面大部分地方曲率半径较大，即使在曲率半径相对小的地方但其组成曲面的结构略显复杂。所以，为了能够通过拉深获得合格的零件，就需要从多个方面对冲压件进行设计。主要包括以下几个方面：选择合理的冲压方向、设计压料面、工艺补充面、设置拉深筋。1.2零件材料的选择该轿车引擎盖零部件大都是外形复杂，成形复杂，但受力不大的薄形件，采用模具成形工艺，材料的成形性能就成了主要矛盾，因此要求材料具有成形性、张紧刚性、延伸性、抗凹性、耐腐性等。产品设计时，通常根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。一般选用拉延性能优良的低碳冷轧钢板、超低碳冷轧钢板。采用国产宝钢Stl4钢号的材料进行拉伸，材料为冷轧钢，又称特殊镇静钢，即非时效钢板，屈服点s 240N.mm2， 抗拉强度b 为270370Nmm2，伸出长率34%。冷轧铝镇静钢板具有一定的强度和很好的塑性，是目前汽车上最大量的冷轧钢板，由于钢中加入了铝，固定了钢中的氮，钢板冲压成形后，零件表面产生滑移线，称为非时效钢材。其材料力学性能如表2-1。表1-1 s14钢的材料力学性能弹性模量E(MPa)泊松比屈服强度s（MPa）抗拉强度Kb（MPa）应变强化系数K（MPa）硬化指数n各向异向指数R00R45R902.10e50.31702705700.261.771.161.041.3冲压方向的选择1.3.1冲压方向对拉深成形的影响 汽车覆盖件拉深成形时，所选择的拉深冲压方向是否合理，将直接影响：凸模能否进入凹模、毛坯的最大变形程度、是否能最大限度地减少拉深件各部分的深度差、是否能使各部分毛坯之间的流动方向和流动速度差比较小、变形是否均匀、是否能够充分发挥材料的塑性变形能力、是否有助于防止破裂和起皱等质量问题的产生等等。1.3.2选择冲压方向的原则 1）保证能够将拉深件的全部空间形状（包括棱线、肋条和鼓包等）一次拉深出来，不应有凸模接触不到的“死区”，也就是说要保证凸模能够全部进入凹模。2）有助于减小拉深的深度、拉深深度太深，会增加拉深成形的难度，并且容易造成破裂、起皱等质量问题；拉深深度太浅，则会使材料在成型过程中得不到较大的塑性变形，覆盖件的刚度不够。所以，所选择的拉伸方向，应当使拉深件的深度适中，在充分发挥材料塑性变形能力的同时，也能够避免不必要的质量缺陷。3）应该保证凸模和毛坯有着良好的初始接触状态，以减少毛坯和凸模间的相对滑动，有利于毛坯的变形，并提高冲压件的表面质量。从本零件的3D模型图中可以看到：零件为对称件，则冲压方向选择在这条对称线上，有利于材料流动时产生相对平衡的应力，有利于材料的塑性变形；从模型的视图中可以看到，以 y轴为水平线，零件呈现出前高后低的状态，为了使拉深深度最浅且拉深各部分的拉深深度相对均匀，可以选择如图2-2 的拉深方向。由此，该零件的拉深方向得以确定。 图1-1 工作方向上的零件图1-2工作方向上的零件1.4 工艺补充部分的设计1.4.1工艺补充部分的作用及其对拉深成形的影响冲压方向确定之后，为适应拉深工艺的要求，对绝大数的汽车覆盖件将其形状、轮廓或深度进行工艺补充，创造出适合于拉深成形的良好条件。工艺补充有两大类：一类是零件内部的工艺补充，如补内孔破洞等；另一类工艺补充是沿零件的轮廓边缘展开的基础上添加上去的，它包括拉深部分的补充和压料面两部分，这种工艺补充是为了选择合理的冲压方向，创造良好的拉深成形条件而添加的。工艺补充部分的设计是冲压工艺的重要内容。工艺补充设计的合理与否，也是冲压设计先进与否的重要标志，它直接影响到拉深成形时的工艺参数、毛坯变形条件，变形量大小，变形分布，表面质量，破裂，起皱等质量问题的产生等。1.4.2工艺补充的设计原则1）内孔封闭补充的原则，对内部有孔的零件，首先要将孔洞部分进行封闭补充，使零件成为无内孔制作。但若该部分属于内部的局部成形部分则要进行变形分析。一般这部分成形属于胀形成形，若其胀形变形超过材料的极限变形，需要在工艺补充部分预冲孔或切口，以减小胀形变形量。 2） 简化拉深件结构形状原则，拉深件的结构形状越复杂，拉深成形过程中的材料的流动和塑性变形就越难控制。所以，零件外部的工艺补充要有利于使拉深件的结构、形状简单化，越接近于基本形状零件，冲压成形过程中的材料的流动和塑性变形就越容易控制。 1.4.3 该零件工艺补充部分的设计轿车发动机盖外板表面为A级表面，为了避免多次拉深带来的缺陷，采用一次拉深成形。为了创造良好的拉深环境，需要对其进行工艺补充设计。由于该模型为3d模型，三维造型软件ug在曲线曲面方面功能强大，故采用该软件进行工艺补充面设计。 工艺补充面工艺补充面工艺补充面工艺补充面图1-3 拉深件工艺补充面 1.5压料面的设计1.5.1压料面对拉深件的影响4 压料面是指凹模圆角以外的且在拉深开始时，凹模与压边圈压住毛坯的部分。它是工艺补充的一个重要组成部分，对汽车覆盖件的成形起着重要的作用。本零件的拉深件的压料面全部为工艺补充部分，有的拉深件的压料面则由零件的法兰部分和工艺补充部分共同组成。在拉深开始前，压边圈将毛坯压紧在凹模上，拉深后，凸模的作用力与压料面上的阻力共同形成毛坯的变形力，使毛坯产生塑性变形，实现拉深成形过程。通过压料面的变化，可以使拉深件的深度均匀，毛坯流动阻力的分布满足拉深成形的需要。压料面设计得是否合理，直接影响到压料毛坯向凹模内流动的方向与速度、毛坯变形的分布与大小，破裂起皱等问题的产生。压料面设计不合理，还会在压边圈压料时就形成皱折、余料、松驰等。1.5.2压料面的设计原则4 设计压料面是要考虑两种情况，一种是压料面的一部分就是拉深件的法兰面，这种拉深件的压料面的形状已定，一般不改变其形状，即使显了改善拉深成形条件而作局修改，也是在后工序中进行整形校正。另一种情况是压料面全部属于工艺补充部分（如本零件）。后一种情况下，主要以保证良好的拉深成形工艺条件为主进行压料面的设计。 1）压料面形状尽量简单化，以水平平面为最好。在保证良好的拉深条件下，为减少材料消耗，也可以设计成斜面，平滑曲面（如单曲面、锥面）或平面曲面组合等形状。但是不要设计成平面大角度交叉，高度变化剧烈的形状，或在压料面上有凸起或凹坑。因为这些形状的压面会造成材料的极不均匀分布，在拉深成形时产生起皱、堆积、破裂等现象。 2）水平压料面应用最多，其阻力变化相对容易控制，有利于调模时调整到最有利于拉深成形所需的最佳压料面阻力状态。向内倾斜的压料面，对材料流动阻力较小，可在塑性变形较大的深拉深件的拉深时采用。但为保证压边圈强度，一般控制压料面倾斜角a4050。向外倾斜的压料面的流动阻力最大，浅拉深时可增大毛坯的塑性变形。但倾斜角太大，会使材料流动条件变差产生破裂。3)压料面断面曲线长度要小于拉深件内部断面线的长度。一般认为，汽车覆盖件的冲压成形时各断面上的伸长率达到3%5%时，才有较好的形状冻结性。最小伸长率不应小于2%。因此，合理的压料面要保证拉深件各断面的伸长率达到3%以上。如果压料面的断面曲线长度不小于拉深件内部断面曲线的长度，拉深件上就会出现余料、松弛、皱折等。工艺补充面工艺补充面 图1-4 压料面部分1.6拉延筋的设计1 覆盖件拉延成形时，在压料面上敷设拉延筋，对改变进料阻力，改变进料度使之均匀化和防止起皱具有明显的效果。1.6.1 敷设拉延筋的主要作用1 1）增加局部区域的进料阻力，使整个拉延件进料速度达到平衡。2）大拉延成型的内应力，提高覆盖件的刚性。 3）加大径向拉应力，减少切向应力；延缓或防止起皱。拉延筋和拉延槛的断面形状为半圆形，一般半径R=12-18mm，筋高H=5-7mm。拉延筋的凹槽一般不和工作吻合，通过修整凹槽的宽度来改变进料阻力。 1.6.2 本件拉延筋设计综合以上各种因素，得出以下的拉延筋拉延筋 图2-5 拉延筋部分 2 拉深件成型工艺CAE分析在本次设计中，分为以下几个步骤：1）建立CAE分析的几何模型 本例中采用通过ug软件生成模具、压边圈和初始零件的曲面模型，导出IGES文件，将这些文件导入到该软件中。2）进行CAE分析的前置处理 通过ETA/DYNAFROM软件的不同前处理模块对建立的各个曲面模型进行前置处理：首先 ，对各个曲面模型进行适当的单元划分。单元划分的合理与否会对计算的精确度及计算时间有一定的影响。图2-1毛坯网格划然后，将每个单元集分别定义为不同的工模具零件及各种相关成形参数工模具的运动曲线以及在和压力曲线等，再确定好所有成形分析参数后就可以启动计算器进行分析计算。3）进行CAE分析的后置处理 ETA/DYNAFROM软件的后置处理模块课根据计算机的计算结果对板料冲压过程进行全程动态模拟演示。 进行多次分析，对拉深条件进行优化，可得该零件的后处理结果截图 图2-2成形零件的成形极限图 从以上的结果可以看出，经过工艺补充部分的改进之后，零件的拉裂、起皱现象明显减少，零件工作面的绝大部分都处于绿色安全区域内，但依然有部分处于危险的范围内，有待改进。 3 拉深模结构与零件设计3.1方案设计3.1.1拉深模的典型结构根据冲压件的大小和所使用的冲压设备不同，汽车覆盖件拉深模可分为在1）单动压力机或2)双动压力机上用的拉深模两大类。由于此次设计设计的零件属于中大型覆盖件，形状并不复杂，所需的压边力也不是很大，故而选择单边压力机3.1.2拉深模结构形式的选择拉深模有正装和反装两种类型，1）正装拉延模的凸模和压料圈在上，凹模在下，它使用双动压力机，凸模安装在内滑块上。压料圈安装在外滑块上，成型时外滑块首先下滑压料将毛坯紧紧压在凹模面上，然后内滑块下行，凸模将毛坯引伸到凹模腔内，毛坯在凸模、凹模、压料圈的作用下进行大塑性变形。2）倒装拉延模的凸模和压料圈在下，凹模在上，它使用单动压力机，凸模直接装在工作台下，压料圈使用压力机下面的顶出缸，通过顶出杆、获得能够满足压料所需顶出力。 处于本次设计考虑，我选择倒装拉延类型。 凸模座凸模凹模压边圈冲压类型倒装拉延 图3-1 倒装结构3.2拉深模材料的选择拉深模的材料主要是指凸模、凹模和压边圈所用的材料，对于薄板料（板厚t1.5时），由于板料的流动对凹模和压边圈的磨损严重，因此此时拉深模的压边圈和凹模采用整体灰口铸铁（HT250、HT300）做基体。此零件板料厚度t=1mm，属于薄板料，因此根据以上原则，拉深模材料选择灰口铸铁HT300。3.3冲压设备的选择3.3.1拉深力的计算由于这个覆盖件是不规则形状，不能用一般的圆筒件、带法兰圆筒件、锥形零件等进行计算，因此采用任何形状的拉伸力的计算：P= L*b*Kb式中，L为材料的厚度0.8mm， b为材料的抗拉强度（Mpa） Kb系数取0.9经过计算可得P为4233552.85N3.3.2压料力的计算由于这个覆盖件是不规则形状，不能用一般的圆筒件、带法兰圆筒件、锥形零件等进行计算，因此采用任何形状的拉伸力的计算： Q =K*F*q，式中：K系数取1.11.4； F毛坯压料面积（mm2）； q压料单位压力（kg/mm2）通过查表可得：q取0.25，由UG软件投影压边圈由分析工具可得投影面积F为1256559mm2可得Q为317820Kg 3.3.3冲压设备的选择 对于单动压床P压=P+Q， 式中P压压床的公称压力； P拉深力 Q压边力将上面所计算出的数据代入上述公式可得，P压= 4091.55+ 3141.1757232 KN在实际生产中按下式确定压力机的公称压力Fg1.3 P压，为了保证安全性，在此按1.3 P压 进行计算，可得得P压9402KN根据以上计算，选择型号为Y32-2000的四柱万能液压机，主要技术参数如表：主要技术规格公称压力/KN滑块行程/mm顶出力/KN工作台尺寸/（长x宽）工作行程速度/（mm/s）活动横梁至工作台最大距离/mm液体工作压力/MpaY32-200020000120010002400x2000580020002600 表3-1 压力机主要技术规格3.4模具操作先对原数字模型进行缝合，即通过：插入特征操作缝合，先选择一块目标片体，在这里选择一块比较平而大的片体，后用选择工具片体，选择全部的片体，然后选择缝合公差，这个数字很重要，因为这个数字不能太大，因为太大了影响到整个零件的精度，但是也不能太小，如果太小了就不能进行实体的分割，因此要进行不断的修改在此选择0.5mm的公差。缝合后，通过拉伸操作生成一个长方体，这个长方体用于进行剪切凸凹模，以及压料圈。在此先进行工作坐标系的移动，生成一个长方体为1760x800x200,在此这个长方体不能太大，不能超出整个片体的边界，因为如果超了，在下面剪切操作就不能进行了。生成长方体后，就可以进行凹模的裁剪了，插入特征操作裁剪，先选择裁剪体，即长方体，后选择刚才缝合的片体，这个片体的要求很重要，片体不能有没有缝合的块，还有就是片体的公差不能太小，如果太小就有可能如果太小就有可能 出现“没有可裁剪的实体”，这个提示这个时候要对缝合的公差进行修改了。所做三维图形如下： 图3-2 分型操作结果3.5 凹模结构凹模的压料面有两种：一种是平面形状的，这种压料面制造简单，但是不能很好的防起皱，和不能很好的均匀板料流进凹模的速度，因此只能用于形状简单的零件。凹模压料面按压料面设计，由于压料面为曲面，因此凹模的压料面也为曲面，这对制造带来很大的困难，增加了制造的费用，和加工的难度，但是对于汽车覆盖件来说这也是必要的，因此选用曲面的凹模压料面。此外曲压面可减少拉延的深度。由拉深件图可以看出本拉深件的形状不是非常的复杂，同是为了保证更好的精度，做成整体式的凹模结构。凹模的外形尺寸除了考虑壁厚外，还要要考虑压料面的尺寸，因此凹模的外形尺寸为2500mmx2500mmx600mm 。采用ug软件进行三维建模得到的凹模模型如下：导板安装槽起吊装置减轻孔 凹模型面 图3-3凹模三维模型 图3-4凹模三维模型 图3-5凹模二维模型3.6凸模结构凸模的结构外形设计与凹模的设计成对设计，拉深凸模固定在模板上，模板再与工作台联结。由于汽车覆盖件的尺寸比较大，凸模的尺寸也比较大，故一般采用铸造成形，且为中空式的壳体结构。要求凸模有较高的硬度和耐磨性，可以采用表面火焰淬火等方法对凸模的工作部分表面进行强化处理。拉深凸模工作表面与覆盖件拉深件的内表面是相同的，还有在拉深件上的加强筋等局部形状。因此凸模工作表面上还要有成形这些形状用的凸模形状。当局部形状变形量较大，有破裂危险时，可以将成形局部形状的凸、凹模圆角半径加大。 螺钉销钉孔凸模 图3-6凸模结构导板安装槽减轻孔 图3-7凸模结构 图3-8 凸模二维图3.6凸模座结构凸模座的作用是直接地安装冲模的所有零件，分别与压力机滑块和工作台连接传递压力，因此十分要重视上下模座的强度和精度。模座因强度不够会产生破坏；如果刚度不足，工作时会产生较大的弹性变形，导致模具的工作零件和导向零件迅速磨损。导板安装槽（台） 顶杆起重部分 图3-8凸模座结构 图3-9凸模座二维图3.7压边圈结构压边圈采用整体铸造，在结构上连接凹模、凸模，在成型过程中运动。压料面下图中，为压边圈的正面结构，由拉深面、圆台限位面及导向块以及平衡垫块凸台等组成。拉深面上的凹槽为拉延筋。提料装置 减轻孔导板安装位置 图3-10压边圈结构 图3-11压边圈二维图 3.8导向部分导向零件是汽车覆盖件冲模的重要零件，对模具的精度、覆盖件的精度、模具的寿命都有很大影响。本覆盖件中仅在左右方向对称、前后方向不对称，冲压过程中必然存在侧向力，有的情况下这种侧向力还是很大的，所以，要求冲模的导向必须能够承受较大的侧向力。3.9起吊装置起吊装置在模具的加工、组装、安装、卸模和搬运等情况下使用，这是模具使用安全的重要部分。本例中采用铸入式起重吊耳。3.10拉深模的结构和原理说明 图3-12装配三维造型 图3-13装配二维图这一套拉延模具的工作原理如下：开始工作前，液压机下的气垫通过气顶杆把压料圈 顶到凸模上平面，人把毛坯放到压料圈上，由导料装置把料导正到正确的位置，压料圈把毛坯压紧在凹模平面上，这时上模的凹模开始工作，与凸模开始接触，这时毛坯在凸模的作用力下进入了凹模内，凹模继续下降，直到成形为止。这时完成了工件的成形，工件留在了凸模内。凹模先向上运动，然后，压料圈在由液压机下的气顶杆作用下把工件顶出，工人把工件从凸模上取出。 4 总 结 本次课题根据冲压成形原理，结合某汽车引擎盖外板拉深成形特点，设计出合理的模具结构，到此也算是一个圆满的结尾。本次设计首先对汽车引擎盖进行了外形和力学性能的分析，设计出冲压件的外形与尺寸，自行对整体模具进行了设计分析，设计出了模具的整体结构，并阐述模架及主要零件的设计要点，最后对模具外形和参数的设计进行了分析，最终完成本次设计课题。本次设计通过书籍资料的查阅和王昶的讲解，使我对冲压模具的设计要点和设计注意事项有了较为全面的了解。在模具的设计过程中，我在大学所学的部分专业理论知识（材料力学、机械制图、互换性与技术测量、机械设计、机械原理、机械工程材料等）得到了实际应用，仿佛自己又重新学习了一次专业知识，对自己在机械领域的能力有了很大的提升，这些宝贵的知识和经验对我以后从事工作益处多多，将使我受用终身。 致 谢短短的三个多月的时间，悄然过去，在不知觉中已然到了截稿的时候。这段时间过得有苦有甜，有哀有乐。设计中的难题，大家携手攻克；建模上的疑问，我们苦思冥想；达成目标后的喜悦，诸位彼此铭刻于心。感谢王昶老师，一封封邮件上的答疑解惑，对于我们提出的问题，不辞辛劳地孜孜教导，感谢文俐老师对于我们的无私帮助，在模具设计上的专业指导，一次又一次地检查着我们小组的二维图纸，不厌其烦的讲解，使我受益匪浅！正是因为有着老师同学的帮助，我才得以顺利完成此次设计作业。 参考文献1李雅.汽车覆盖件冲压成形技术 M2012年 .北京 机械工业出版社2王昶,李琳,王萍,胡亚民.轿车引擎盖外板拉深模具型面的设计及优化J. 锻压技术.第33卷第2期.2008. 3 刘俊.毕业设计指导与案例分析M2009年 .北京理工大学出版社. 4 板料成形CAE设计及应用M 2010年 .北京航空航天大学出版社.6 中国模具设计大典.第3卷 冲压模具设计 M 2002年机械工业出版社.7崔令江.汽车覆盖件冲压成形技术 M2003年 北京 机械工业出版社.8张秉璋.板料冲压模具设计M.1997年.西安.西安工业大学出版社. 轿车A级面覆盖件成形技术发展林洋( 重庆理工大学 机械工程学院 ，重庆 40054 )摘要:通过对某轿车车身覆盖件的引擎盖外板拉深模具型面的设计,介绍了复杂型面拉深件拉深模具型面的设计流程,研究了复杂型面拉深件拉深模具型面的造型设计方法和原则。利用板料成形分析有限元软件Dynaform对引擎盖外板的拉深成形过程进行仿真模拟,探讨了仿真过程中出现的质量缺陷(如破裂、起皱、变形不足等)的原因,并针对这些现象对拉深模具型面进行优化设计改进。并根据仿真模拟结果,制造加工了合格的拉深件模具。对于复杂型面拉深件的拉深模具的设计和制造具有一定的指导意义。关键词：车身覆盖件;冲压成形；模具；优化设计；Abstract: The designing process of drawing die for complex surface drawing part in designing the drawing model of the automotive hood outer panel surface and the design method and principle were studied. The stamping process using the sheet metal forming analysis software Dynaform was simulated. The reason causing quality defect in simulation, such as cracking and wrinkle etc., was investigated. Based on these reasons, the design of drawing die surface for automobile hood outer panel was optimized. According to the simulated results, the qualified drawing die was made, which had a instructing meaning for the design and manufacture of drawing die for complex surface drawing part.Key words: drawing model;punch molding;die;optimized 前言随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而汽车引擎盖设计是汽车设计中的重要环节之一。它是属于汽车覆盖件上的一部分，汽车覆盖件，是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的异形体表面和内部的汽车零件。汽车覆盖件既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件。在对汽车性能要求越来越高的今天，对于汽车而言，任何一个零件的设计都将影响到汽车的性能。本设计基于某轿车引擎盖外板，利用了计算机Dynaform，UG等软件的模拟计算及建模，深入探讨了轿车引擎盖模具设计以及成型模拟分析等问题，从而使乘用车的流畅性与动力性进一步提高。 1 汽车工业发展趋势与汽车零件成形汽车覆盖件的成形工艺和模具制造技术是先进制造技术的重要组成部分，“汽车工业作为资金和技术密集的支柱产业之一,充分将信息技术和传统制造技术相结合,展现了现代设计、先进制造工艺和设备、制造业自动化、系统
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