油底壳拉伸成形工艺与模具设计（全套含CAD图纸）
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毕业设计翻译 of an AM 统在汽车冲压模具方面的综合应用 ） 学 生 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专业及班级 ： 材料成型及控制工程二班 学 号： 指导教师 ： 统在汽车冲压模具方面的综合应用 内容 摘要 汽车工业出现全球化 和 竞争 激烈化 ， 使得 缩短产品研发时间变得非常重要的。 因此计算机辅助产品的开发在汽车工业方面已经变成一项最重要的技术之一。 根据并行工程的概念，需要建立一个完整的统用于汽车工业冲压模具的发展。 这个基于理论的冲压设计系统是由三维曲面构造 件 件冲压成型分析软件 件 一个产品数据库组成。 这篇论文用一个汽车行李箱后盖的制作作为例子来说明 这个系统的功能，在这个例子里不同的制作阶段将会被同时展示。 这套系统能够大大的降低产品研发时间，提高产品质量，并在相当短的时间内把产品推向市场。 关键词： 综合 并行工程冲压模具汽车拉伸模 1 一、 简介 因为冲压机有竞争性的生产力和好的性能，使得它有相当大的应用潜力，他们已经被广泛的应用在汽车行业。 然而在制造业有三个主要的目标 :改善 产品的质量，减少 研发 成本和缩短研发时间。 为了取得这些目标，我们需要引进新技术。 从制造业的角度来看， 大多数 金属薄片应用的主要要求是有良好的成型性能。 考虑到零件表面变得越来越复杂和锋利，我们需要采取成型性分析去了解他们的冲压性能。 在 1963 年， 入成形极限图概念。他们分析了一个被标记的侵蚀过的圆形网格金属薄片的形状和大小。 从此以后这项技术就被广泛的应用在金属薄片成形分析上。 最近，具有有限元分析法的软件已经用来分析和模拟金属薄片的成型。 陈和刘把圆环网格分析法和成性分析法结合起来定 义了一个最佳表面， 因此在平台平板前墙处就避免了分析缺陷 。 成性分析软件分析了四个冲压零件 挡泥板，汽车行李箱外壳，侧架外 壳和轮胎钢圈 并估计了他们 分析之后的 毛坯几何体，回弹，薄板厚度，残余应力 和常见缺陷。 et 应用人工神经网络，知识系统和有限元分析方法， et 因为冲压结构正在变得越来越复杂和尺寸越来越大，我们必须在 冲压设计中用 实体 模型去避免各种零件之间的大部分潜在影响。 不仅如此，这个实体模型还要能够被用于建立溶解模型和评估结构的易碎截面。 因此，当开发冲压模具时为了编写数控刀具轨迹程序和分析冲压结构压力，使用三维 立实物模型 是 非常 必要的。 于组的设计 以 参数模型技术 处理的方式 在早期阶段去掌握这个内在的不确定因素。 et et +语言编程去创造 机 概念设计 和制造 一个有轨旋压部件在数控中心。 汽车工业的全球化和竞争激烈化使得减少产品研发时间变得非常重要。 现在网络被广泛的应用 。所以， 和互联网的系统，通过这个系统两个不在一起的使用 et 发了一套基于网络协作的系统， 可以用来修剪设计模型和 查看 分析结果。 不仅如此，一套完整的Xu et 成功的减少了研发时间和费用，并提高了产品质量。 P/ 这篇论文阐述了用并行工程设计的一套完整的 、发展汽车冲压模的步伐 模具制造商一旦从汽车厂家接受到一个带有曲面的冲压件，他们将会初始化制造流程（ 如图 1） 。图 1 初始 化制作流程 冲压表面设计是一个运用 角，拉延筋和包边等三维模具表面和运用性能分析软件分析他们冲压成型性能的过程。 考虑到可能存在的缺陷，设计者将会修改这个三维表面直到他们获得一个最佳的冲压表面，这个表面将会被用于设计模具和编制为了加工这个表面的数控程序。 流程图的设计是基于曲面模型来开发模具配置图的过程，这个过程包括找出中心点，寻找应力方向，每个步骤的责任，设计拉拔面，估计闭模高度和标出压力线。 因为汽车模具的尺寸很大，所以他们经常被设计成镶拼的形式为了减 3 轻重量和减少费用。 为了避免 型腔、冲压机、加强筋、功能部件或上下模固定的标准部件和支撑架 之间潜在的干涉，一定要用三维设计软件 设计过程完成之后，设计者将执行动作和三维模型的干扰分析并在发现问题之后进行修改。 除此之外，冲压力是非常大的， 修正和加强结构应该用在通过 结构分析后 觉得必要加强的地方。 模具制造包括 溶解 制造，尺寸制造和模具表面制造。 溶解制造的需要是因为通过模体是镶拼而成的。 设计者找到件三维实体模型所需要的信息之后，将会开发数控道具程序用数控机器进行溶解。 这个模具体将通过溶解模具铸造出来。 模具的尺寸制 造是为了所有的面和孔的精确，例如模具基准平面、定位平面、挡面、装配面、定位孔和定位螺钉 等 。 所有的表面会在接下来 模具表面制造 的工作中完成 。 设计者会用三维 加工刀具轨迹和调整最终刀具轨迹。 除此之外，切削模拟的需要是确保加工过程的可行性。 刀具轨迹被确定以后， 它们将会被转换为数控代码让数控机器进行深加工。 模具被加工并装配好之后，将会在坐标测量机上 测量外形尺寸。 如果没有错误的话，接下来将会进行试模。 如果试模达到所有要求和技术参数时，然后就开始大量生产。 三 、完整的 图 2展示了完整的 这个系统包括一套 套冲压性能分析软件，一套一套 个冲压模具设计知识系统和一个产品数据库。 4 图 2 模具设计图 模具表面设计是一个围绕冲压件表面而设计的多种支撑面的过程。 这个支撑面并不是冲压模具表面的一部分。 因此，模具表面 是由模具制造商来设计的 。 为了确保冲压零件表面和它的支撑表面的一致性，一定要用到专业的表面设计 通常用到的商业软件有被 被 被 汽车零件表面是非常复杂和锋利的。它们的成型性能并不能用以前的经验来预测。 为了确保产品的质量，设计师需要在在设计模具前运用成型性能分析软件分析模具表面。 现在这种软件包括由 汽车冲压模具结构包括穿孔、型腔、加强筋、功能元件和凸轮机构等子结构，这些子结构将会用来改变冲压方向和减少模具尺寸。 这个冲孔表面和模具型腔表面由成千上万个 表面组成。 这些部分也用于设计非常复杂的任务 。 设计者会在设计配置图时用平面图进行说明模具的布置图。 当设计模具时，设计者会用实体建模去构建跟真正模具像是的模型。 此外，设计者会用运动和干涉分析来避免多个零件间的任何潜在干涉。 在此期间 ， 5 结构分析的作用是了解它们的应力和应变。 可以利用的相关软件有由 由于汽车冲压模具结构的复杂性，数控机器必须运用在冲压模具的制造过程中。 因此，还需 要 削模拟。 有很多 些软件包括由 一个冲压设计的基础知识系统结构包括布置图和模具的设计。 布置图的设计包括 表面成型参数的经验公式 ， 例如 板料的厚度、冲裁间隙、圆角半径和弹性回复；材料参数，包括弹性模量、加工硬化指数和各向异性。模具设计包括模具设计步骤、设计准则 和每个组成零件的设计标准和标准件。 整个设计过程的所有信息会被存储在产品数据库中，这个数据库能够在系统 中通过当地的网络被所有的软件 被 使用。 另外，为了让使用者能精确并有效的使用数据，所有详细的信息都被存储在结构数据库中，包括文件名、版本号、日期和格式。 在这个系统中，所有的 1024128这个产品的数据库要以配置有奔腾 3 1024128这个网络连接是一个 1千兆字节的局域网。 在这篇论文 中，我们以汽车行李箱后盖的四分之一作为例子去演示如何开发冲压模具。 我们用 00去构建模具表面的三维表面。 用用 5 具设计、运行和干扰分析和结构分析。 我们用 5 进行刀具轨迹生成和模拟 并获得数控加工程序 。 数控机床通过数控加工程序去制造模具。 同时，基于知识系统的冲压模具设计将被用来辅助配置图的设计和三维模具的设计。 因为所有 们把这种格式作为这些软件 之间和产品数据库之间进行交换的通信格 6 式。 此外，着同一个三维实体模型将被运用到整个模具开发过程中，在这个过程里，不同的开发阶段都会被同时进行。因此研发时间就从根本上得到了降低。 四 、 完整的 图设计 布图设计包括模具表面设计和配置图设计。 配置图设计的过程如图 3。模具表面设计是为了设计冲压零件表面的支撑面。 这个过程的目的是为了提高模具零件表面的成型性能从而避免缺陷的出现。 配置图的设计为了计划和确定研发过程的程序和标准，这是研发模具的基础。最后的设计图将会用适合的尺寸画出。 具表面设计 这个行李箱外壳有一个大的被带有尖角的边包围的平整面。 一般缺陷包括如图 4所示的表面变形、弱的耐冲击性和表面胀形等。 因此模具表面设计在布图设计中是非常重要的。 模具表面设计包括把零件表面用 后模具表面能够在基于知识系统的冲压设计中研发。 模具表面设计如图 5所示 包括附录设计、粘合表面设计和 拉深压力筋设计。 图 3 配置图的设计过程 7 附录的设计主要是通过平衡冲压件横截面用来帮助成型和提高成型性能。同时，附录也被设计用来促进零件 型面折弯前的修正。 粘结的表面习惯于被用作避免模面被拉入型腔前起皱的作用。 一般的，它的形状是通过冲压表面的便宜和拉伸制造而成的。 通过改变拉深压力筋的位置、长度和横截面可以避免 金属薄壁被拉入冲压型腔时 产生 任何缺陷。 由此产生的承压面模型将会通过 这个过程将会确定一个最佳模具表面模型。 8 配置图的设计 配置图的设计是一个用 从汽车制造商获得的零件表面常常用于汽车基础的 坐标和构图 。 为了简化磨具研发的任务，我 们必须把汽车基础的坐标和构图转换为冲压模具基础的坐标和构图。 这个模具中心应该接近于零件的中心。 压力中心应该安排在短的冲压行程和没有冲压阴影出现的地方。 此外， 研发汽车后备箱外壳包括绘图、修边、 打孔和镶边。 这个修边线和废料切刀的数量、位置和长度被设计。最后我们必须 标出冲压合模高度和标出生产压力机型号。 成型性能分析 在配置图设计阶段，我们用 为了确保成型性能分析成功，使用者必须不仅要把模型和实际能影响成型过程的参数导入系统，而且要精确的说明结果和提供 报告书。 这个分析结果江北用来修改模具表面模型并得到一个最佳表面。 在行李 后背箱外壳表面进行成型性能分析时，我们把型腔、孔和坯 料看做是刚体 的。 这个坯料被他们的中性面所代表。 另外， 在这篇论文中所用的例子是相对于面对称的。 为了节省分析时间，我们仅仅分析模型的一半。 这个分析过程如图 6所示。 成型性能分析开始阶段是导入半个模具模型表面的 在 然后这个导入的表面将会用壳单元构建冲压型腔、冲孔处和压力的网格模型。 一个坯料的网格模型也将基于坯料尺寸规格被构建。 相关连的 元素需要被制定在 坯料、绘制型腔、冲孔处和有压力的地方。 此外，等值绘图先和他们的分离必须被指定在弹力调整杆的中心线处。 如图 7是这个模型的模拟图。 9 图 7 模型的模拟图 坯料材料是冷轧钢板。需要被指定的成型参数和材料属性包括钢板厚度（ 钢板和模具之间的摩擦系数（ 质量密度（ 7800kg/,杨氏模量（ 207,屈服强度（ 176,拉伸强度（ 295,各向异性（ R=,加工硬化指数（ n=伸张曲线。 10 拉伸模是一个单一动作的压力模。 在运动仿 真过程中， 我们必须去定义一个运动路线： 上模开始向下移动使得坯料达到布氏硬度， 然后冲压机开始向上移动进行成型这个坯料。 运动的总距离为 000毫米 /秒。分析的结果如图 8所示。 图 8 分析结果 把如图 8所示的展示结果作为一个例子，成型性能分析的指导如下所示： 为了避免拉断，这个产品成型的减薄比例一定要在坯料拉伸比例的 80%之内。 在这个产品形成时不产生断裂或起皱才是正确的。在附录、平面焊接和粘合面处应尽量减少断裂或起皱 。 成型产品的 压力一定要比坯料的屈服强度大是为了确保冲压件有足够的树枝晶强度； 在回火过程中， 坯料指向模具接触的最高点和最低点应该在圆角半径之内，为了避免特征发生模糊。 模具设计 因为汽车车身壳的模具尺寸是非常大的，所以他们需要被设计为镶嵌的结构来减少重量和节约成本。 另外，凸轮结构也被用在冲压模具上，为 11 了产生不同的压力数值从而简化冲压过程和减少成本。 因此这个冲压模具的设计时非常复杂的。 在这篇论文中冲压模具包括拉拔模、切边模和折边模。 一套跟实际产品一致的三维实体模型被用在模具中是为了避免任何干涉并促进设计和修改，这从 根本上降低了设计时间。 前述的模具中每一个设计过程都是基于冲压模具设计系统而生成的程序，如图 9所示。 初始设计：设计者需要收集的最少模具资料包括模具表面、冲压机打开线和模具配置图 。在模具配置图里，我们可以得到坯料尺寸、起模行程、压力机说明书、闭模高度、进料水平、缓冲销行程、冲压机中心、模具中心等等。 框架设计：框架设计重要的任务是 确定这个模具的主体结构，包括上模尺寸、下模尺寸和压力值、模具表面厚度、避免结构、筋的布局和厚度、导板箱的位置和尺寸等等。 功能件的 设计： 功能件 的设计是指支持模具工作的各式各样 的标准件的设计过程。 这些功能 件包括 槽、挂钩等等。 12 标准件的设计：滑板、气压弹簧和弹簧等标准件被用来支持模具正常工作。 这些标准件 有不同的尺寸， 都 可以在市场买到。 与此同时， 框架设计、功能零件设计和标准件的设计都是基于冲压模具设计知识系统的标准和规格。 拉延模设计 拉延模的设计用来 成型零件。 为了获得所期望的形状，我们需要非常大的成型力，所以我们就必须评估它的结构应力。 拉延模具结构包括： 拉冲头、拉伸凹模、加强筋、斜导面、挂钩、定位系统、键槽、 拉伸模 标准件的选择和装配包括 弹簧、螺丝、插脚和导滑板。 如图 10展示了一个三维实体模型的配置图。 图 10 三维实体模型的配置图 切边模的设计 切边摸用于切坯料。 因为废料将会被不可避免的移除，所以我们必须在有必要的地方增加切边刀具。 切边摸的结构包括加强肋、上下模刀具、上下模废料切刀、填补、导向板、挂钩、定位系统、用于上下模固定的键槽和 切边摸标准零件的选择和装配包括弹簧、螺丝、插脚和导滑板。切边摸三维实体建模的设计如图 11所示。 13 图 11 切边摸三维实体建模的设计 翻边模的设计 翻 边模是用来在零件边缘成型一个 90的凸缘。 因为在这个汽车后备箱外壳 除了负载弯曲之外还有 一个 90度的折弯 ，我们需要用一个凸轮机构在零件上完成一个水平的弯曲。 翻边模具的结构包括加强肋、上下模刷子、衬垫、导向板、挂钩、定位系统、用于固定上下模的键槽和 翻边模的标准件的选择和装配包括弹簧、螺丝、插脚和导滑板。 整个的翻边模的设计研发如图 12所示。 图 12 翻边模的模型 14 干涉和结构的分析 模具结构应该有足够的强度和在任何零件之间没有干涉。 实体建模完成之后，设计者应该用 和干涉分析，如图13所示。 执行完分析之后，任何潜在的干涉可以被识别和避免。另外，因为冲压力是非常大的，我们必须在模具上进行一个结构分析。 这个分析用在结构分析中，设计者应用从成性分析和模具边界条件得到的成形力进行确定压力。 如图 14展示了拉伸模压边圈的应力分布。 结构分析的评估标准是模具应力一定要小于模具材料的屈服强度除以安全系数。图 13 干涉分析模拟 图 14 力学分析 15 模具制造 溶解模的制造 因为这篇论文中的冲压模具是通过镶拼制造的，所以必须 用到溶 解模 。因为在镶拼中挤压和扭曲变形并不能被避免，这个溶解模的尺寸应该大于实际模具的尺寸。 例如，因为模具的材料是 解模具的尺寸应该比模具大 作为扭曲变形、额外空间的结果，应该为每一个加工位置留出来一个至少 10制作溶解模的过程是用 数控机床用数控代码加工溶解模具，如图 16所示。 数控机床的应用成功的降低了制造时间的错误率，并提高了模具的质量。 图 16 溶解模具 图 17 拉冲头的刀具轨迹 16 模具尺寸制造 模具尺寸制 造是为了确保参照面和孔的正确。 模具尺寸加工也需要把模具实体模型通过 这个过程产生刀具轨迹和制定基于不同加工类型的刀具类型。 同时， 刀具提升的高度一定要被指定，为了避免跟模具主体产生任何的联系。 用边侧铣刀在垂直方向用整螺距的方法加工这个导向面，这是为了确保 它的精确和平坦。 当刀具轨迹设计完成后，这个 模具表面制造 因为模具表面制造必须在三轴联动的数控机床进行加工，在任何表面都不能产生根切。 为了达到所要求的精度，这个加 工轨迹采用同步加工的方法。 同时，刀具的磨损一定要在精细加工的时候考虑进来。 有必要时刀具应该用自动刀具切换系统替代。 冲压模具表面通过 刀具轨迹设计需要一系列的工具条件被设计，这些条件包括刀具参考点的位置、球面刀尺寸、刀具轨迹表、旋转速度、进给速率和切削节距。 在此期间， 加工程序一定要被鉴定，这些鉴定包括粗加工、精整加工和拐角加工。 如图 17展示了拉冲头的刀具轨迹。 数控机床通过用为了确定刀具轨迹的正确性，一个切削 模拟也应该被执行为了鉴定任何潜在问题。 因为模具表面加工是非常耗时的，所以 图 18所示。 图 18 数控加工过程 17 建立数据库 一个树状结构的数据库被用在我们的这个系统。 这个树结构的根目录是产品和树结构的数值由加工的程序组成。 如图 19所示， 信息可以 通过本地网用产品名字重新取回。 因为 以我们用 配置图的设计可以用 而完成布局设计和冲压模的配置图。 在冲模表面的设计阶段 ， 成这个模具表面设计并输出拉延模表面信息。 当执行成型性能分析时，设计者用 成成型性能分析并起草一份分析报告。 在模具设计阶段，常常用 成三维实体模型的设计、结构分析并执行动作和干涉分析。在最后阶段，我们可能获得一个三维实体模型和得到一个分析结果的报告。在模具制 造阶段用 在这个阶段，设计者执行刀具轨迹的生成和模拟并完成数控代码和数控操作程序。 所有的数据被保存在数据库里。 图 19 取回本地信息 18 五 、 整合系统的结果与讨论 结果 作为在上一节中介绍过的，一旦零件表面是可以使用的，冲压模具表面就会被 一个最佳的冲压模具表面在用 在配置图设计中，一个模具配置图被基于冲压设计的知识系统所研发。 所有接下来的工作都是基于这个模具配置图 。 冲压模具的实体模型用基于冲压设计系统的 为了找到潜在的干涉，在这个模型上会执行动画制作和干涉分析。 在此期间，一个结构分析会给设计者一个好的易于理解的模具应力分布图。 使用基于冲压模具表面和实体模型的 数控程序被开发之后，切割模拟将会被执行用来发现任何的潜在问题。 因为整个发展进程是用同一个产品数据库，所以这些任务可以被同时的执行。另外间都是通过 换信息的 。 如图 20展示了这个开发的结果。 图 20 一整套 模具图 成型性能分析和真是的抽样的结果对比 这篇论文用成型性能分析来避免表面的偏差、弱的耐冲击性和表面古堡。 如表 1坯料的上模之间如果这个坯料被紧 紧的固定住，那么 19 将不会产生起皱 。如表 1果波动是非常大的，那么将会在零件的表面留下痕迹。 如表 1这个凸起的现象发生在上模底部接触坯料的地方。 当凸起现象严重时，将会在金属板凹槽处的外角处留下胀型。 如表 1 六、 结论 这篇论文说明了一整套的 并行工程的方法进行研发汽车后备箱外壳的过程。 这个系统能大大减少研发时间和费用，提高产品质量并在相当短的时间内把产品推向市场。 这个冲压零件表面是非常复杂的和有锋利的边角。 当设计模具表面时， 一个最佳的表面在成型性能分析完之后会被确定。 这个成型性能分析能大大降低这个模具试验时间和成型失败率。 整个的设计过程用一个实体模型，这就大大降低了设计时间。 这个模型将会通过执行动作和干涉分析，并通过结构分析来避免任何缺陷。 20 参考文献 1. , T, F (1984) , . 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C (2005) A of P/n J 24, 9 毕业设计 (论文 )开题报告 题 目 油底壳拉伸成形工艺与模具设计 学生姓名 班级学号 专业 一、课题的目的和意义： 冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工行业中占有重要地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占有相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家电等方面所占比重更大。采用冲压模具生产零部件，具有生产效益高，质量好，成本低，节约能源和原料等一系列优点，它 已 成为当代工业生产中的重要手段和工艺发展方向。 模具工业已被我国正式确定为基础产业， 早 在“十五” 期间就被 列为重点扶持产业。从 1997 年开始，我国模具工业产值超过了机床工业产值。因此模具对国民经济和社会发展起着举足轻重的作用。 对于冲压生产而言，单工位模具结构单一，生产效率低，而且钣金零件不能过于复杂，否则就需要多副单工位模具才能实现。如果采用级进模进行生产，就可以改变这些缺点。标志冲模技术先进水平的精密多工位级进模，具 有生产周期短、用操作人员少、精度高、寿命长和生产效率高等特点，因此 我国重点发展的精密冲模。 本次毕业设计，指导老师给我安排的是 油底壳拉伸成形工艺与模具设计 。通过对零件进行工艺分析 。 经过回顾 大学所学的专业知识，参考 相关文 献资料，以及 指导老师指导 之后 ，我初步理清了本次设计的基本思路，掌握了有关毕业设计的基本方法。 希望通过完成本次设计，我能更好地了解模具设计过程，进一步的掌握模具的相关结构，为今后步入模具行业打好坚实基础。 二、文献综述 1、中国冲压模具的 发展现状 中国冲压模具的发展现状改革开放带了我国的经济进入高速发展的时期，模具的市场的需求量也进一步的增加。模具行业也一直以 15%左右的增速再发展。因此带来的模具工业企业的所有制成分的巨大变化，一些国有专业模具厂也如雨后春笋般的建立起来，同时也带来了以集体、独资、私营和合资等 形式的快速发展。 赋有“模具之乡”的浙江宁波和黄岩地区是现今我国规模最大的两个地方；广东地区也渐渐掀起了开建模具厂的浪潮；其中科龙、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资或是外商独资形式的模具企业现也有几千家。 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维 陆续开始使用 国际通用软件，个别厂家还引进了 件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具 术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析 件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具 和级进模件，上海交通大学模具 家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模 件等在国内模具行业拥有不少的用户。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。 2、中国冲压模具的发展方向 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、 “精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1)全面推广 术模具 术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 术的条件已基本成熟，各企业将加大术培训和技术服务的力度；进一步扩大 术的应用范围。计算机和网络的发展正使 术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工国外近年来发展的高 速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有 高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工 (像数控铣一样 )，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的 发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积 ( )、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 我国冲压模具与发达 国家企业之间的差距不小，因此 要发挥整体优势和综合竞争力，要加强统筹协调、完善合作机制，创造性地工作。也需要加大对模具相关专业人才的综合素质培训投入。 三、设计任务书 1、课题名称 油底壳拉伸成形工艺与模具设计 。 2、设计内容与步骤 （ 1）冲压零件的工艺性分析：材料的冲压性能分析、结构形状工艺性分析、尺寸的工艺性分析、精度的工艺性分析等。 （ 2）冲压工艺的总体方案的分析和确定：单工序模方案、 拉伸模具方案、 复合模方案、级进模方案的对比，最终确定的方案； （ 3）基于所确定的总体方案，进行排样设计：拟定工位数、各工 位的冲压性质和冲压顺序，绘制板料的排样图； （ 4）基于总体方案和排样方案，进行工艺计算，如：凸凹模尺寸及偏差、间隙、变形力、压力中心、卸料力等计算； （ 5）模具关键结构的方案设计：凸凹模结构形式、导向、导料、定位、卸料等； （ 6）模具总体结构设计与确定：基于上述内容，设计并确定模具总体结构，描述模具的工作原理和工艺动作，并绘制二维装配图； （ 7）选择合理的冲压设备（考虑设备吨位与变形力的吻合、冲裁封闭高度与设备装模高度的吻合、模具的平面尺寸与设备工作台面尺寸的吻合等）； （ 8）进行模具零件的详细设计：确定模 具中的标准件（联结零件：螺钉、销钉、弹性元件等）的型号和数量，对模具中的非标准件进行详细的结构尺寸设计，绘制相应的二维零件图； （ 9）编制模具中主要零件的制造工艺方案和加工方法； （ 10）撰写设计说明书； （ 11）所有设计文档、资料的整理、收尾、答辩。 3、绘图任务 （ 1） 模具总装配图 （ 2） 模具零件图 （ 3） 模具总成三维图（可选） （ 4） 模具主要零件三维图（可选） 四、设计过程进度计划 （ 1）第五周 （ 20112011：完成以下航设计内容中的“ 1 （ 2）第六周 （ 34：完成以上设计内容的“ 3 （ 3）第七八周 （ 44：完成以上设计内容的“ 6 （ 4）第九十周 （ 45：完成以上设计内容的“ 8” （ 5）第十一、十二周 （ 55：完成以上设计内容中的“ 9” （ 6）第十三、十四周 （ 55：完成以上设计内容中的“ 10” （ 7）第十五周 （ 56：完成以上设计内容中的“ 11” 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 注：可另附 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 i - 摘 要 本论文详细地介绍了 油底壳拉伸成形工艺与模具设计 。 油底壳 是汽车拉延件的一部分，与一般的冲压件相比，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高、硬度强度要求大等特点。需要经过多道工序如拉延、修边等才能完成。在整个生产过程中，拉延成型是最关键的，也是最难的一道工序，而决定拉延成败和工件质量的是拉延成型的模具。对于这种复杂的拉延件，单凭经验是很难预先估计的，使得模具的准确定难以保证，要等到试模时才能发现问题，从而使生产周期加长，效率降低。利用成形过程模拟技术，可以及早的发现问题，改进模具设计。 利用有限元法对金属冲压全过程进行模拟分析，在整个产品开发设计及模具开发过程中起到主导作用。从而大大缩短了模具调试周期，降低制模成本。本文中利用 三维造型进行三维零件结构设计，用该软件对 油底壳 的拉延成型进行有限元分析，确定合理的拉延成型工艺，最后利用 造功能对模具进行模拟加工。 关键字： 油底壳 ； 拉延模； 三维造型； 有限元分析； 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 in is a of to go as to In of is a is or of is a of is to in so of is to to be in so is of of as as is of to on of a in 3D in is by G to of 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 目录 第一章 前言 . 1 第二章 油底壳 特点及相关要求 . 2 底壳结构特点 . 2 底壳相关要求 . 2 面质量 . 2 寸形状 . 2 性 . 2 艺性 . 3 第三章 油底壳 成型工艺分析 . 4 艺分析 . 4 品材料分析 . 4 型可能性分析 . 4 定工序数 . 6 艺方案 . 7 第四章 油底壳 拉深模具主要数据确定 . 8 具压力机类型确定 . 8 具的主要结构 . 8 用 定产品坯料 . 9 边圈确定 . 10 延筋布置 . 11 压力的计算 . 12 边力的计算 . 13 艺补充 . 13 具压力机型号确定 . 14 第五章 油底壳 修边模具的设计 . 16 边模具的选择 . 16 边线的确定 . 16 第六章 成型 析 . 17 模工艺分析 . 17 冲模设计的技术关键 . 17 延分析过程 . 18 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 v - 件特点 . 18 模 . 18 程设置 . 21 学分析过程 . 25 料成形分析及优化 . 27 料的失败极限分析 . 29 第七章 优化方案 . 31 第八章 拉延模具主要部件结构 . 32 模的结构 . 32 模的结构 . 32 边圈的结构 . 35 第九章 拉延模小零件结构 . 36 气孔 . 36 料装置 . 36 延筋结构 . 37 第十章 铸件结构 . 39 件加工余量选择 . 39 造孔的确定 . 39 造减重孔 . 39 第十一章 模具的制造 . 41 延模制造工艺流程图 . 41 控加工流程 . 41 延模主要零件制造 . 43 模的数控加工 . 43 模的制造 . 52 边圈的制造 . 53 第十一章 模具 的装配 . 54 参考文献 . 55 致谢 . 错误 !未定义书签。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 - 第一章 前言 国内汽车制造业近年来得到迅速发展，汽车产量已名列世界汽车前列。模具工业是汽车产品开发和大批量生产地重要组成部分。一辆汽车有 80%的零部 件是用模具加工制造的。而 拉延件 模具又以其大型、复杂、精密等特点而成为模具中举足轻重的部分。 目前，我国汽车模具工业还不能 快速 适应整车开发和换型要求，其中一个原因是汽车模具设计与制造水平较低，制造装备 比较 落后。而且设计部与制造部严重脱节，造成我们模具粗糙，工艺水平和 国际 大厂 （ 日本丰田、德国大众等 ） 有明显的差别。 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。 随着计算机辅助设计和计算机辅助制造的发展，国内汽车公司应用三维的数字化工艺规划与仿真软件分析使产品设计和精度都有很大的提高。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。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。 本次某小汽车后围板设计重新定义了产品设计到生产的全过程。针对这次产品设计（ 术）、 析、 控加工全过程经反复优化，进一步减少了各环节的误差。这样对整个设计的产品开发节省了大量的人力、物力 和 财力。 由于本论文内容广泛，我的学识水平和实际经验有限 ，错误与不当之处在所难免，敬请各位老师和学生批评指正。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2 - 第二章 油底壳 特点及相关要求 底壳结构特点 油底壳 材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高、强度硬度要求的大等 特点。 产品主要尺寸见图 图 油底壳结构图 结构上该 拉延 件两端的拉延深度相差大，最底下有漏油凸包，四周都有凸缘，任何微小的缺陷都会使 拉延 件表面留下波纹、皱着、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他表面缺陷。 底壳相关要求 面质量 拉延件 上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀， 拉延件 之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。总之 拉延件 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。 寸形状 油底壳 的形状为空间立体曲面，其形状很难在 拉延件 上完整 准确的表达出来，因此拉延件 的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是 拉延件 的主要制造依据， 拉延件 图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、形状过渡尺寸等，都应和主模型保持一致，图元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 拉延件 图必要的补充。 性 油底壳 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。刚性差的拉延件受到震动后会产生空洞声，用这样的零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成拉延件早起破坏，因此拉延件的刚性要求不容忽视。检查覆盖件刚醒的方法，一是 敲打零件以分辨其不同部位声音的一同，另一是用手按看是否发生松弛和鼓动购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 - 现象。 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在于拉延工艺。而良好的拉延工艺主要在于覆盖件的工艺补充部分，它既 是 实现拉延的条件，又是增加变形程度获得良好刚性的必要补充 。 工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的的性能有关，形状复杂的深拉延件， 可以 使用 板。工艺补充的多余料需要在以后工序中去除。拉延工序以后的工艺性，仅仅是确定工序次数和安排工序顺序的问题。工艺性好可以减少工序次数， 进行必要的工序合并。审查后续工序的工艺性要注意定位基准的一致性或定位基准的转换，前道工序为后续工序创造必要的条件，后 道工序要注意和前道工序衔接好。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 4 - 第三章 油底壳 成型工艺 分析 艺分析 品材料分析 该拉延件用的材料是 08A，厚度 A 代表优质钢（ P(%) S(%) 根据 机械设计手册（新编软件版） 2008软件中常用金属工程材料数据知： 08A 材料化学成分如下： 化学成分质量分数 %|C: 学成分质量分数 %|学成分质量分数 %|学成分质量分数 %|: 学成分质量分数 %|: 学成分质量分数 %|: 学性能如下： 力学性能 |强度极限 b/: 325 力学性能 |屈服极限 s/: 195 力学性能 |伸长率 5(%) : 33 力学性能 |断面收缩率 (%) : 60 钢材交货状态硬度 000， |未热处理钢 : 131 主要特征 : 极软低碳钢，强度、硬度很低，塑性、韧性极好，冷加 工性好，淬透性、淬硬性极差，时效敏感性比 08F 稍弱，不宜切削加工，退火后，导磁性能好 ； 应用举例 : 宜轧制成薄板、薄带、冷变形材、冷拉、冷冲压、焊接件，表面硬化件 。 型可能性分析 拉延件的成型可能性分析是一项艰苦细致的工作。由于拉延件形状十分复杂，其成型可能性计算没有固定的方法。一般用的方法是用基本冲压工序的计算方法进行类比分析、变形特点分析、成型度 值判断法 。 在这里我用成型度 值来判断该拉延件的成型性能 ,对不规则形状拉延件的成型 ,成型度 值 见式 %100)1(0 （ 3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 - 式中 0l 成型前毛坯的长度 l 成型后工件长度 在拉延件最深或认为危险的部位，取间隔 50100纵向端面，计算各断面的成型度值（见图 利用表 数据进行成型分析和判断。 图 成形性研究 表 不规则形状、大小尺寸拉延件的成型难以判断值 成型度 值判断 判断内容 2% 全部平均值不超过 2%，要活的良好的固定形状是困难的 5% 全部平均值超过 5%，只用胀形是困难的，必须允许用拉延法 5% 在 50100隔上相邻纵向断面的 值之差超过 5%时，易产生皱折 10% 的最大值超过 10%时，只用胀形是困难的，必须允许用拉延法 30% 如已破裂为限度的 平均值超过 30%时，成型时属于危险的 40% 如已破裂为限度的 最大值超过 40%时，成型时属于危险的 根据该拉延件的形状，计算深的一侧的 1 值见式 %00)1650 100)1(011 计算浅的一侧的 2 值 见式 15%100)1456525(%100)1( 022 则平均值 见式 5% （ 对照上表可以知道 %5% ，则必须用拉延法，胀形是困难的。 又知道 %30% ， %30%152 则可以顺利成型 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 6 - 定工序数 该 油底壳 从板料到产品成型初步分为两道工序： 拉延、 修边。 拉延次数的确定： 油底壳 是冲压工艺加工的大尺寸，复杂程度中等的零件；底部结构有凸台结构，压料面要求有较高平面度。 根据冲压工艺及冲模设计 图 知，该拉延件可以用盒形件的计算方法来计算。 相对高度 般需要多次拉深 式中 H 盒形件高度 B 盒形件宽度 则该拉延件的深的一侧 计算见式 24317011 2 4 3 571 7 01 1 （ 因为拉延件深的一侧只有三面拉深到 170一面拉深了 113经过加权得式 4143111111 则，该拉延件在深的一侧 符合一次拉深的条件 拉延件浅的一侧 计算见式 2 4 35722 则，该拉延件在浅的一侧符合一次拉深的条件。 由此可 知该拉延件可以一次拉深成型。 校核 拉延 件 变形程度 ：根部表 算， 需要计算的量见式 （ 00460 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 7 - 根据冲压工艺及冲模设计表 得拉延件的角部首次拉深的极限拉深系数m=算得该拉延件的拉延系数见式 m 拉延件 = m （ 式中 r 拉深件口部的圆角半径 毛坯圆角的假象半径 则该拉延件在角部符合一次拉延的条件。 确定工序为 拉延（一次拉深完成）、 修边 。 艺方案 拉延件的冲压工艺方案编制依据是产品的生产纲领。工艺方案应保证产品的高质量、生产高效率和降低成本。 该拉延件采用中批量生产的冲压件冲压工艺方案。 当月产量大于 1000 件且小于 10000 件（卡车）或 30000 件（轿车）时，被视为是中批量生产。其生产特点是比较稳定地长期生产，生产 中形状改变时有发生。模具选择除要求拉延模采用冲模外，其他工序如果影响质量和劳动量大也要相应选用冲模，模具寿命要求在 5 万件到 30 万件。 模具选择洗漱为 1： 即一个拉延件平均选择 拉延模常用 口铸铁制造，表面火焰淬火处理。模具结构采用导板导向，机器取件，固定或气动定位毛坯，壁厚中等，设计中要适当考虑合理性。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 8 - 第四章 油底壳 拉深模具主要数据确定 具压力机 类型 确定 拉延用压力分为单动压力机和双动压力机，深度浅的覆盖件一般采用单动压力机来成型；形状复杂、深度深的 拉延件必须采用双动压力机成型。 这是因为但动压力机的压料力是靠机床下面的油缸获得的，油缸的压力和 行程都是比双动压力机小得多，它不能提供较大压料力和大行程的复杂深拉延件所需要的成型力 。其次，单动压力机所用拉延模的压边圈比较薄，刚性相对弱，亦不能适应复杂深拉延件的成型。 具的主要结构 根据该拉延件的结构和尺寸，应该选用双动压力机。 模具的主要结构如图 凸模和压边圈在上，分别安装在压力机内、外滑块上；凹模在下，直接装在下台面垫板上。凸模与压边圈、凹模与压边圈之间分别装有内外导向装置。 模具的外廓尺寸 和高 度要严格适应压力机技术参数的要求，设计时要慎重。 油底壳 拉延模由凸模、凹模、压边圈和凸模固定座四大件组成。凸模、凹模和压料圈采用钼钒合金铸铁，加工后与棱线、凹模拉延圆角处进行表面火焰淬火处理，硬度可达 5。凸模固定座采用普通灰口铁 铸件铸造后都需经过正常化处理以消除铸造应力。拉延完成后由顶件器顶出，以便机械手取件。 图 油底壳 拉延模 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 9 - 用 定产品坯料 一般产品坯料的确定有计算法、解析法、图解法，对于复杂零件需要分割成好多块简单零件的 模型，进行依次计算，把最后得出的尺寸汇总，得到大致的毛坯尺寸。 本论文采用 能快速得出坯料的形状和尺寸。 首先把三维建模的 式文件导入到 如图 选择分析模块 图 选择 图 入材料厚度 入材料 为材料 08A 力学性能一样 )如图 料 性如图 图 入拉深件面信息 图 择分析模块 图 析 图 的设置 图 料属性 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 10 - 单击菜单 行分析，分析结果命令流如图 料形状和大小可 在窗口中看到如图 示。 把生成的坯料文件到成 式，在 中可以编辑和标尺寸 。 图 析结果命令流 图 料形状大 小 边圈确定 覆盖件拉延成形的压料面形状是保证拉延过程中材料不破不裂和顺利成形的首要条件，确定压料面形状应满足如下要求： （ 1） 有利于降低拉延深度 。 平压料面压料效果最佳 ， 如图 延模的压料面，但为了降低拉延深度，常使压料面形成一定的倾斜角。 图 延模的压料面 （ 2） 压料面应保持凸模对毛料有一定程度的拉延效应 。 压料圈和凸模的形状应保持一定 的 几何关系，使毛料在拉延过程中始终处于紧张状态，并能平稳渐次地紧贴凸模，不允许有多余的材料产生皱纹。 如图 示， 如图 示。 因 此，必须满 足下列条件 见式 （ （ 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 11 - 式中 l凸模展开长度； 压料面展开长度； 凸模表面夹角； 压料面表面夹角。 图 料面展开长度比凸模表面展开长度短的示意图 图 料面形状 （ ） （ 3）压料面平滑光顺有利于毛料往凹模 型 腔内流动 。 压料面上不得有局部的鼓包、凹坑和下陷。如果压料面是覆盖件本身的凸缘面，而且凸缘上有凸起和下陷时，应增加整形工序。压料面和冲压方向的夹角大于 90，会增加进料阻力，也是不可取的。平面压料面不但有利于成形，而且加工也容易，应尽量采用。 延筋布置 覆盖件拉延成形成形时，在压 料面上敷设拉延筋或拉延槛，对改变进料阻力，调整进料速度使之均匀化和防止起皱具有明显的效果。 1） 主要作用 （ 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状态 ； （ 2） 加大拉延成形的内应力数值，提高覆盖件的刚性 ； （ 3） 加大径向拉应力，减少切向压应力；延缓或防止起皱。拉延筋 局部 形状 如 示， 拉延 槛 局部 形状如 图 示 。 拉延筋的断面形状为半圆形，一般取筋半径 R=12 18高 h=5 7件）或 3 5合金件 )。拉延筋的凹槽一般不和工作面吻合，通过修整凹槽的宽度来改变进料 阻力。拉延槛的阻力更大，它多用在深购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 12 - 度浅的拉延件。 图 延筋局部图 图 延槛局部图 2） 设计原则 （ 1） 拉 延件有圆角和直线部分，在直线部分敷设拉延筋，使进料速度达到平衡 ； （ 2） 拉延件有 深度不同的 直线部分，在深度浅的直线部分敷设拉延筋，深度深的直线部分不设拉延筋 ； （ 3） 浅拉延件，圆角和直线部分均敷设拉延筋，但圆角部分只敷设一条筋，直线部分敷设 1 3 条筋。当有多条拉延筋时，注意使外圈拉延筋 “松 ”些，内圈拉延筋 “紧 ”些，改变拉延筋高度可达到此目的 ； （ 4） 拉延件轮廓呈凸凹曲线形状， 在凸曲线部分设较宽拉延筋，凹曲线部分不设拉延筋 ； （ 5） 拉延筋或拉延槛尽量靠近凹模圆角，可 增加材料利用率和减少模具外廓尺寸，但要考虑不要影响修边模的强度 ； 压力的计算 1）压力中心的确定 在 的三维 建模模块中，输入材料属性，在“分析 模型 质量属性”模块中，选择笛卡尔坐标系，进行快速预览，可以得出压力中心与笛卡尔坐标系的关系。示。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 13 - 图 重心的确定 2）冲压力计算 油底壳 跟盒形件很相似， 把该拉延件分成两个盒形件， 所以 根据 盒形件拉深力来计算 。根据冲压工艺及冲模 设计 12式 拉深力可按 式 算 P=b (式中 L 盒形件周长 b 材料的抗拉强度 t 材料的厚度 K 系数， K=里 K 取 深的盒形件拉深力 P= b=2043 325=697173N 边力的
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