汽车三角窗安装板成形分析及模具设计毕业论文.doc

山东大学本科毕业论文毕业论文（设计）论文（设计）题目: 汽车三角窗安装板成形分析及模具设计Forming Process Numerical Simulation and Die Designof Auto Triangular Window Mounting Panel学 生 姓 名 王振振 学 院 材料科学与工程 专 业 材料成型及控制工程(模具) 年 级 2010级 指导教师姓名 栾贻国 2014年 5 月 27 日汽车三角窗安装板成形分析及模具设计摘 要 汽车工业已成为我国国民经济的支柱产业，是评价我国机械、电子、材料、模具等发展水平的重要标志，而车身的设计和生产是整车开发的关键，它在很大程度上决定了新车开发的周期和成本，而车身开发的关键在于车身覆盖件模具的开发。众所周知，随着汽车工业的迅猛发展，传统的覆盖件模具设计方法已无法适应激烈的覆盖件产品生产市场竞争要求，迫切需要尽快掌握和提高车身覆盖件冲压工艺和模具的设计水平，期望能在激烈的全球化竞争中谋生存、求发展。目前，冲压成形过程的模拟作用的发挥越来越突出，模具三维设计地位得到巩固，这都是更经济、更迅速、更好的制造出理想的汽车覆盖件的有效措施及良好趋势。 本文在介绍目前国内外汽车覆盖件及其冲压模具设计制造以及计算机仿真模拟技术在覆盖件生产过程中的应用的基本情况的基础上，详细介绍了汽车三角窗安装板成形的特点，利用Dynaform模拟软件对该安装板的成形过程进行建模和模拟，随后分析了成形过程中出现的产品缺陷，改善了成形条件，获得了合理的工艺参数，并确定了模具设计的工序，设计了所给定的汽车三角窗安装板的模具结构，然后利用UG绘制了三角窗安装板的成形模具，使得三角窗安装板成形更经济，更快，更好的服务于社会。关键词：汽车覆盖件；Dynaform数值模拟；工艺分析；模具设计；Abstract The automotive industry has become a pillar industry of our countrys national economy, and is an important indicator of the level of development in our countrys machinery，electronics，materials，molds and so on. The body of the vehicle design and production is the key, and to a large extend, it determines the development cycle and cost. And panel die development is the key point of the body of the vehicle design. As we all know, with the rapid development of automobile industry, traditional mold design method has been unable to adapt to the intense production market competition requires of the car body, we need to improve the level of body panel stamping and mold design urgently and quickly to expect to seek survival and development in the fierce global competition. Currently,the effect of using simulation software on vehicle covering stamping simulation has become much more obvious and the status of 3D design of penal die has been consolidated.All of these are effective measures and reveal good trend for manufacturing ideal automotive covering parts more economical and more quickly. Based on the introduction of automobile covering and its tool design manufacturing both at home and abroad and the application of the computer simulation technology in the process of the covering，this paper details the forming characteristics of the automobile triangular window mounting panel,using Dynaform simulation software in the forming process of the mounting penal to set a model and simulate, analysis the forming defects, improve the molding conditions, thus obtain the reasonable parameters and confirms the mold design process, designs the mold of the given car door panels, then uses the UG software to draw the mold of the door, making triangular window mounting panel forming more economical, faster, better in society.Key words：Automotive covering parts;Dynaform simulation;Process analysis;Die design;目录摘 要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1 汽车覆盖件简介11.2 汽车覆盖件模具的发展11.2.1 汽车覆盖件行业现状11.2.2 汽车覆盖件发展前景及趋势21.3 选题意义3第二章 产品结构分析与数值模拟42.1 产品结构分析42.2 拉延过程数值模拟42.2.1 模面设计42.2.2 冲压过程仿真9第三章 工艺分析203.1 工艺方案确定203.2 工序流程图（DL 图）的设计21第四章 模具设计234.1 概述234.2 拉延模具设计234.2.1 拉延模具介绍234.2.2 压力机选择244.2.3 拉延模具结构设计254.2.4 拉延模具工作原理304.3 修边冲孔模具设计314.3.1 修边冲孔模具介绍314.3.2 压力机选择314.3.3 修边冲孔模具结构设计324.3.4 修边冲孔模具工作原理39第五章 总结40致谢41参考文献42III山东大学本科毕业论文第一章 绪论1.1 汽车覆盖件简介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薄金属板料制成的异形体表面和内部零件，如驾驶室的顶盖、车门内板、前围、后围、侧围等，按功能和部位分类，可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。它既是外观装饰性零件，也是受力剥壳状的受力零件，因此其不仅外观质量要求高，以满足汽车造型的要求，而且要求配合精度高、形状和尺寸的一致性及互换性要求高，以保证焊接和装配质量，所以汽车覆盖件冲压成型技术在冲压领域占重要的地位。由于覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性，所以在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一个特殊的类别加以研究和分析。图1-1 汽车覆盖件1.2 汽车覆盖件模具的发展1.2.1 汽车覆盖件行业现状汽车覆盖件模具是整个汽车模具的重要组成部分，也是技术最密集、加工难度最大的部分。我国汽车覆盖件的设计水平、制造水平、标准化程度、管理水平现状分别为：设计水平：国内一批大、中型汽车覆盖件模具生产企业陆续引进了一定数量的CAD（Computer Aided Design）系统，并配置了一些设计、分析的专用软件，取得了一定的经济效益。但是由于多方面的原因，仍有不少中小型企业还停留在手工设计模具的阶段，采用传统的设计方法和二维CAD设计，导致设计的标准化和开发应用水平低，效率不高，并且在设计的理论和实践经验的积累上远远落后于国外。制造水平：在汽车覆盖件模具的制造上，国内外也有很多差距。当前国内采用CAM（Computer Aided Manufacturing）技术的普及率还不够高，应用水平也不平衡，而在国外普遍采用CAM技术。国内很多技术工人还不能熟练掌握高速切削的关键技术，不熟悉其操作环境，导致高速切削技术在国内没有发挥其应有的作用，因而生产效率低，生产出来的模具精度差、余量大、钳工研修量大。标准化程度：在汽车覆盖件模具的设计、生产、制造上，汽车模具的标准化工作多停留在初步阶段，汽车覆盖件模具标准件的生产量少，产品水平低，虽然有不少汽车企业采用了标准件，但是大部分依赖进口。管理水平：在企业管理方面，信息化管理在国外已很普遍，而国内只有少数企业实施信息化管理。我国汽车模具工业在大而不强的背景下，要赶超欧美等发达国家，还有很长的路要走，任重而道远。但总体来看，我国汽车模具的发展势头良好，今后的发展方向应该注重产品结构的调整和定位，进一步提升模具的制造技术水平，占领结构复杂、精密度高、技术含量高的高档模具市场。从我国模具工业的发展情况看，模具这一产品适合专业化、集团化方向发展，模具企业在条件成熟时走联合之路是必然的发展趋势。为了适应企业发展和市场竞争的需要，中国的汽车模具公司还应积极寻求国际合作，尝试由单纯的生产型工厂走向资本运营型企业。1.2.2 汽车覆盖件发展前景及趋势在美国、日本等汽车制造业发达的国家，汽车模具在整个模具产业中占有50%左右的份额。而在我国，仅有1/3左右的模具产品服务于汽车制造业，因此，汽车模具市场有相当大的发展空间。并且随着国内技术水平的提高，模具技术呈现以下几大发展趋势：模具三维设计地位得到巩固；冲压成形过程的模拟（Computer Aided Engineering-CAE）作用的发挥越来越突出；数字化模具技术已成为主流方向；高强度钢板冲压技术是未来发展方向之一；新型压机带动的新的模具产品适时推出；模具材料及表面处理技术将受到重用；模具的精细化制造是必然趋势；管理的科学化和信息化是模具企业发展方向。此外，为了提高制造汽车覆盖件的效率，降低其制造的周期，在进行汽车覆盖件模具设计时，并行工程的思想也是不容忽视的，即要考虑后续加工和将来设计时的需要，也要对设计中涉及产品信息的部分尽量考虑标准化和数字化。这样一旦模具的3D 造型设计完成之后，所有有关设计过程中的标准部件都可以用统计图表的形式表示出来，这样就简化了实型铸造造型师的工作难度，可以有效的节省看图和造型工作时间，帮助企业节省工作时间，提高工作效率，赢得了在市场竞争中的宝贵时间。1.3 选题意义汽车覆盖件较一般结构复杂，成型困难，所以汽车覆盖件模具有别与传统的冲压模具，在冲压领域占重要的地位。一套汽车覆盖件模具的设计与制造需要经过产品成型工艺分析、模具结构设计、数控程序编制、加工制造，实型铸造，铸件数控加工、钳工装配与调试等过程。此课题主要在成形工艺性分析、模具结构设计两个方面进行科学合理地模拟和设计，确定最佳工艺参数和模具结构，有利于更深地了解汽车覆盖件模具，发现设计中常出现的问题，较为熟练地应用板料成形过程数值模拟软件DYNAFORM 和三维设计软件，同时有利于培养独立思考的能力及合作交流能力，进一步学习专业知识，提高解决问题的能力。第二章 产品结构分析与数值模拟2.1 产品结构分析图2-1 产品零件图产品名称：左右A柱汽车三角窗安装板上段；产品编号：5401311-SA01;如上图所示，零件轮廓形状不规则，中间异型孔较大，周边圆形孔较多，有侧冲孔和翻边，且该件为左右对称件，根据其结构、尺寸大小可将其设计为一模两件的拼合方式，最后通过切边分离。零件材料为B170P1，材料厚度为1.2mm。2.2 拉延过程数值模拟板料成形有限元数值模拟技术是一个涉及计算科学、材料科学和有限元技术等领域的综合技术。板料数值模拟技术逐渐走向成熟，已形成了商品化的CAE软件，得到了许多工业部门的重视和应用，本课题采用Dynaform板料成形专用软件进行研究分析。2.2.1 模面设计冲压模具型面是在零件模型的几何数据基础上，通过模型修复和编辑、补孔、法兰展开、边界光顺和工艺补充等工序完成的，在零件几何模型基础上生成冲压模具的过程成称之为模面设计过程，因此，冲压模具型面设计的关键就是模面设计。模面设计一般由零件准备、冲压方向的确定、压料面的生成、工艺补充面的生成等几个主要步骤构成。此产品的模面设计过程如下： （1）导入成形零件几何模型并进行有限元网格划分 将UG中零件导出为标准IGES文件，Dynaform导入IGES文件，如图2-2所示。图2-2 导入零件然后利用Dynaform网格划分模块对该零件进行有限元网格单元划分，如下图2-3所示。网格划分是建立有限元模型的一个重要环节，毛坯网格的质量会影响成形模拟结果的准确性。图2-3 网格划分注意问题：1）确保导入零件模型为片体之后再进行网格划分，如果导入零件为实体，利用前处理曲面生成中间曲面功能抽取中面。2)为了防止网格中存在一些潜在的、影响影响模拟的缺陷，需要检查网格质量并且修补，例如重叠的面，法向不一致的单元等，必须保证所有单元的法向必须一致，否则将影响冲压方向的调整。其网格质量的检查方法有显示边界、平面法线等方法。 1111 （2）冲压方向调整 汽车覆盖件拉深成形时，所选择的拉深冲压方向既要保证最大变形区材料的变形量不超过材料的极限变形程度，避免材料被拉裂，又要保证最小变形区材料不发生弹性畸变，避免出现回弹、起皱等缺陷。所以必须选择合理的冲压方向，才能使拉深成形过程顺利实现，产品的冲压方向调整如下图2-4所示，绿色表示没有冲压负角，即不存在凸模接触不到的“死区”，红色表示存在冲压负角。图2-4 冲压方向调整冲压方向的选择应考虑以下原则：1）保证将拉深件的全部空间形状一次拉深出来，不应有凸模接触不到的“死区”，即保证凸模完全进入凹模。2）拉深深度均匀，不但可以减少材料的变形量，还可以使进料阻力均匀。3）板料的初始接触面积应尽量大，以防止材料应力集中，造成局部变薄破裂。4）有利于防止表面缺陷。对一些表面件，为了保证其表面质量，在选择拉深方向时，对重要的部分要保证不产生拉深时出现的偏移线、颤动线等表面缺陷。 （3）填补内部孔洞 如果零件上含有内孔，应该将其填充，使其成为合理的拉深件，保证拉深结果的准确性，如下图2-5所示。图2-5 内孔填充（4）压料面设计压料面是工艺补充的一个重要组成部分，对覆盖件的拉延成形起着重要作用，在压边圈和凹模作用下，板料在拉深时既能合理流动，又不能起皱和拉裂。压料面的形状对控制周边材料向模腔内流动，保证拉深深度、均匀性等有重要影响。对压料面形状的主要要求有：1） 压料面形状应该尽量平坦光顺，最好是可展曲面，压料面上不得有局部的鼓包、凹坑和下陷。2） 压料面应使成形深度小且各部分深度接近一致，尽量接近零件截面形状。3） 底部有反成形形状时，压料面必需高于反成形形状最高点，否则坯料无法定位、起不到压边作用。4） 压料面应使后续工序有可靠定位，并考虑送料取件方便。5） 压料面不能在某一方向产生很大的侧向力。压料面的基本形状包括：平压料面、单曲率直纹可展曲面、双曲率压料面。此零件截面形状起伏较大，不宜采用平压料面，故选用两线压料面，再对压料面进行局部调整，得到如图2-6所示的压料面。图2-6 压料面设计 （5）工艺补充面零件与压料面之间的过渡部分叫做工艺补充面。工艺补充部分制定的合理与否，是冲压工艺设计先进与否的重要标志，它直接影响到拉延成形时工艺参数、毛坯的变形条件、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。 确定工艺补充面应考虑的问题如下：1)通过增加局部侧壁的高度，使之间拉深高度均匀一致，促使材料各处变形均匀。2)使压料面的形状简化，或建立形状简单的外形侧壁，以减少材料浪费，提高材料利用率。 3)对某些深度较浅、曲率较小的覆盖件来说，必须保证毛坯在成形过程中有足够的塑性变形量，才能保证其能有较好的形状精度和刚度。4)要考虑对后工序的影响，要有利于后工序的定位稳定性，尽量能够垂直修边等。此零件的工艺补充面如图2-7所示。图2-7 工艺补充面设计和压料面裁剪（6）拉深筋设计 拉深筋通常设置在压料面上，通过压边圈将成形板料压合在压料面上进而对板料拉深产生阻力作用，进而控制板料的塑性流动方向和拉深时的进料速度，增加变形阻力，防止诸如起皱、破裂、拉深不足等成形缺陷的产生，改善成形工艺，提高成形件质量。在没有拉深筋时，通过Dynaform板料成形分析软件分析得此件凸缘部分有起皱缺陷，与凸模底部接触的部分成形刚度不足（详细结果见冲压过程仿真部分后处理方案一），因此需设置拉深筋，以调整板料流动方向和流动速度。在UG中通过工具车辆制造自动化冲模工程拉延筋功能得到如图2-8所示的拉深筋，其中整周的拉深筋具有防止拉深不足缺陷，两个间断的拉深筋可防止起皱拉裂等缺陷。图2-8 拉深筋设计2.2.2 冲压过程仿真汽车覆盖件冲压成形仿真使设计人员可以在成形尚未实现的生产准备阶段预见到冲压成形中可能出现的问题，并确定成形所需的技术参数，然后验证并优化模具设计。在汽车覆盖件的冲压过程中，拉延筋、压边力、板料厚度、润滑和摩擦等条件对冲压成形过程中的回弹均有不同程度的影响。在运用Dynaform进行冲压过程仿真之前需要确定坯料大小及形状，确定坯料的方法有两种：一种是在Dynaform中运用坯料工程（Blank Size Engineering-BSE）模块预测坯料形状及大小，另一种是根据汽车覆盖件深度较浅的特点选用矩形坯料，且根据经验确定坯料大小。第二种方法可以节省一套落料模具，成本低且效率高，故选此方法，初步确定坯料大小为长1510mm，宽550mm。 在应用Dynaform软件分析板料成形过程时主要包括三个基本部分，即建立计算模型、求解和分析计算结果，具体流程如下： （1）导入模型 在CAD软件（UG）中，建立板料，偏置出对应的凸模和凹模的型面模型以及压料圈等模具零件的型面模型，然后存为IGES文件格式，将上述模型数据导入Dynaform软件。 （2）网格划分 利用Dynaform软件提供的网格划分工具对板料、凸模、凹模、压料圈进行网格划分。所需注意的问题为：1）板料的网格需要适当小，凸模、凹模、压料圈的网格应该适当大，以防求解时内存不足。2）网格划分后需要检查并修正网格缺陷。 （3）定义板料和工具 启动自动设置（一方面继承了快速设置快速的优点，另一方面继承了传统设置的灵活性和可扩展性），新建模拟，注意区分单动成形与双动成形，并分别对板料和工具进行定义，如图2-9所示，工具定义时需要注意对凸模、凹模、压料圈的相对运动方向进行调整。图2-9 自动设置界面 定义板料后，单击 blankmat 按钮出现下图所示的材料对话框，单击material library 按钮，选择中国材料数据库，在打开的材料库中，选择B170P1，单击“编辑”，可以看到B170P1材料的材料参数，如表2-1。B170P1是无间隙原子高强度冷轧钢，它具有良好的冲压性能，同时有高的强度，对部件减薄有利，并具抗凹陷性能，具有出色的加工性能，非常适用于汽车覆盖件零件。 表2-1 B170P1材料参数密度/(kgm-3)杨氏模量/ GPa柏松比屈服应力/ MPa强度系数/ MPa硬化指数7.8510-92070000.28195.4634.60.201 (4）自动定位在所有工具定义好之后，需要定位好各个工具在开模时的相对位置，否则就可能得不到正确的模拟结果，此设置采用对工具进行自动定位，自动定位选择的定位基准是在冲压工程当中始终静止的工具，图2-10为工具自定位对话框，图2-11为凸凹模定位后的相对位置，注意需要根据实际情况正确放置坯料，必要时需要旋转坯料单元，保证模拟的参考价值。图2-10 工具自动定位对话框 图2-11 工具自动定位（5）工序定义工序定义的目的是方便用户设置当前模拟需要的工序个数、每一个工序所需的时间以及工具在每一个工序中的状态等等。用户可以单击设置主界面上Process 标签进入工序设置界面。用户只需要在新建一个设置时选择了程序内置的设置模板之后，程序会自动添加一些必要的工序，这些工序基本上不需要做修改或者修改很少就可以计算，这样大大减少了用户设置的时间。本例中将drawing和closing分别设置成如图2-12。 图2-12 工序定义参数设置 （6）提交任务观察凸模和凹模之间的相对运动，确保模具动作的准确性后提交任务,如图2-13所示为提交模拟任务对话框，注意根据提示情况对指定内存进行修改，内存太大和太小都会导致提交任务失败，图2-14为任务提交管理界面。图2-13 提交任务对话框图2-14 任务提交管理器界面（7）后处理模拟结果 求解器完成计算后，必须对计算结果进行后处理，Dynaform的后处理模块提供了的料的变形图、成形极限图、应力应变图及厚薄图等直观动态地表示出变形过程及相关应力应变情况、厚薄情况、起皱破裂等缺陷，有利于我们进行科学分析，确定合理的工艺参数，提出合理的工艺方案。此课题的方案分析结果如下：在汽车三角窗安装板拉深成形过程中，出现的主要成形缺陷是拉裂和起皱，其中影响因素有拉延筋设计、压边力大小、坯料大小、单动或双动拉深成形。方案一：双动拉深成形，无拉深筋，压边力300KN，矩形坯料：长1510mm，宽550mm。应用eta/POST 进行后处理，得到成形极限图（Forming Limited Diagram-FLD），如图2-15所示，凸缘部分有起皱缺陷，与凸模底部接触的部分成形不足，因此需设置拉深筋。图2-15 成形极限图方案二： 双动拉深成形，有拉深筋，压边力300KN，矩形坯料：长1510mm，宽550mm。应用eta/POST 进行后处理，得到成形极限图（FLD），如图2-16所示，厚度变化图如图2-17所示，相比于方案一，与凸模底部接触的部分刚度得到提高，但还需进一步消除起皱、拉裂缺陷；并且，观察成形过程可以看出，先出现起皱缺陷，进而导致坯料无法顺利进入模具而出现拉裂现象，如图2-18所示，故重点消除起皱缺陷。图2-16 成形极限图图2-17 厚度变化图图2-18 先皱后裂示意图 方案三： 双动拉深成形，有拉深筋，压边力500KN，矩形坯料：长1510mm，宽550mm。 为了消除凸缘起皱缺陷，将压边力加大为500KN，得到成形极限图（FLD），如图2-19所示，厚度变化图如图2-20所示，可知拉裂缺陷反而加重，故此方案改进失败。图2-19 成形极限图图2-20 厚度变化图方案四：双动拉深成形，有拉深筋，压边力300KN，矩形坯料：长1510mm，宽590mm。拉深件起皱的原因之一是坯料进料过快，故考虑加大坯料宽度至590mm，增大进料阻力。通过后处理得到成形极限图（FLD），如图2-21所示，厚度变化图如图2-22所示，可知起皱和拉裂缺陷没得到改善，故此方案失败。图2-21 成形极限图图2-22 厚度变化图方案五：单动拉深成形，有拉深筋，压边力300KN，矩形坯料：长1510mm，宽550mm。通过后处理得到成形极限图（FLD），如图2-23所示，厚度变化图如图2-24所示，从厚度变化图及成形极限图上可以看出，零件已无拉裂，起皱现象得到改善，但是成形不足，故考虑加大压边力，以增加成形刚度。图2-23 成形极限图图2-24 厚度变化图方案六：单动拉深成形，有拉深筋，压边力400KN，矩形坯料：长1510mm，宽550mm。应用eta/POST 进行后处理，得到成形极限图（FLD），如图2-25所示，厚度变化图如图2-26所示，从厚度变化图及成形极限图上可以看出，零件已无拉裂，起皱现象也明显改善，零件部分最大增厚率大约为4%，最大减薄率大约为27%，都满足允许的范围，法兰部分虽然起皱严重，但会在后续工序中被切去，不影响零件质量。图2-25 成形极限图图2-26 厚度变化图 方案七：单动拉深成形，有拉深筋，压边力500KN，矩形坯料：长1510mm，宽550mm。应用eta/POST 进行后处理，得到成形极限图（FLD），如图2-27所示，厚度变化图如图2-28所示，从厚度变化图及成形极限图上可以看出，零件成行不足缺陷明显得到改善，但是出现了轻度拉裂缺陷，且零件部分最大增厚率大约为4%，最大减薄率大约为32%，最大减薄率超过允许的范围，故压边力过大，此方案不可取。图2-27 成形极限图图2-28 厚度变化图综上所述，方案六为最佳方案：单动拉深成形，有拉深筋（整周的拉深筋与两个间断的拉深筋），压边力400KN，矩形坯料：长1510mm，宽550mm。此方案中零件已无拉裂，起皱现象也明显改善，法兰部分虽然起皱严重，但会在后续工序中被切去，大部分成形不足的区域也将在后续工序中切除，不影响零件质量。第三章 工艺分析3.1 工艺方案确定汽车覆盖件的形状复杂，尺寸大，因此不能在一道工序中直接获得，需要再多道工序才能完成，基本的冲压工序有落料、拉深、修边、冲孔、翻边、整形等。为保证冲压件的质量及各种要求，必须选择合理的冲压工艺。根据制件的结构，初步确定该制件的工艺方案有以下几种：方案一:拉延修边、冲异型孔修边、（侧）冲孔翻边、整形图3-1 修边冲孔数模 第二道工序完成后如图3-1所示，第三道工序修边中间连接部分，冲分布在周围的孔，第四道工序翻边整形。此方案的缺点是第二道工序将大的异型孔冲掉后，不利于后续工序定位，且后续工序冲裁强度不够；且第三道工序修边中间连接部分，将两个对称件分离，不利于均匀受力，对称翻边整形。方案二：拉延修边、(侧）冲孔修边、冲异型孔翻边整形图3-2 修边冲孔数模 第二道工序完成后如图3-1所示，第三道工序修边中间连接部分，冲中间尺寸较大的异型孔，第四道工序翻边整形。此方案的缺点是中间连接部分与异型孔距离较近，第三道工序将因空间太小无法安排修边凹模与冲孔凸模的位置。方案三：拉延修边、冲孔修边、冲孔修边、冲孔、翻边、整形由方案一与方案二的分析可知图3-2中中间连接部分和异型孔都不能在一道工序里完全修边冲孔，故采取部分修边冲孔，故第二道工序将冲掉两个小孔及部分异型孔，第三工序冲掉32个小孔、部分异型孔、部分中间连接，第四道工序修边冲孔剩余的异型孔、中间连接及两个小孔，翻边和压料体整形。综上所述，方案三为最佳方案，具体见工序流程图（Die Layout drawing-DL图）。3.2 工序流程图（DL 图）的设计 DL 图即模具设计时的工艺流程图，可以明确表示出工序划分及加工内容、冲压送料方向、工艺补充、修边线翻边线、修边位置废料刀布置、产品等。DL 图设计可以系统地全方位地指导模具 设计、制造、调试整个生产管过程，克服了模具单工序加工造成各工序之间不衔接统一、模具质量下降，制造周期长的缺陷。该制件的工艺流程共4序：拉延修边、冲孔修边、（侧）冲孔修边、冲孔、翻边、整形，图3-3至图3-6为利用UG软件设计的三维DL图。图3-3 OP10：拉延图3-4 OP20：修边、冲孔图3-5 OP30：修边、（侧）冲孔图3-6 OP40：修边、冲孔、翻边、整形第四章 模具设计4.1 概述汽车覆盖件模具的设计最初是以手工绘制二维图为主，由于计算机的快速发展，模具制造厂家逐渐将手工绘图转向计算机绘图，近几年一些大的厂家利用UG软件对汽车覆盖件模具的设计进行三维实体设计。汽车覆盖件模具三维实体设计的应用，大大优化了模具结构，充分利用现有资源，缩短了模具设计和加工制造周期，提高了模具设计和制造水平。本次汽车三角窗安装板主要采用四个工序来完成，分别是拉深工序修边冲孔工序修边（侧）冲孔工序修边冲孔翻边整形工序。 拉深工序是覆盖件冲压的关键工序，覆盖件的形状大部分是在拉深工序完成的，所以，拉深模的设计也起到了最基础和最关键的作用。可以说模具设计质量的高低，是汽车覆盖件冲压成形技术水平的重要标志之一，直接影响到模具的制造成本、模具调试工作量的大小、生产准备周期的长短，甚至影响车身的开发能力。修边冲孔工序是将冲孔工艺安排在修边工序，修边是外轮廓整形，冲孔是在内部工作，一般不会互相影响，同时降低模具费用，减少生产工序，提高生产效率，但是也提高了模具制作的难度。翻边整形工序一般在一套模具中成形。覆盖件的翻边一般都是沿着轮廓线向内或向外翻边，由于覆盖件平面尺寸很大，翻边时只能水平方向摆放，其向内向外翻边应采用斜楔结构。整形工序的主要内容是将拉深工序中尚未成形出的覆盖件形状成形出来，此制件为压料体整形。此课题重点设计绘制了拉延模和第一套修边冲孔模。4.2 拉延模具设计4.2.1 拉延模具介绍拉深模是保证制成合格覆盖件最主要的装备，其作用是将平板状毛坯料经过拉深工序使之成形为立体空间工件。汽车覆盖件拉深模的设计是实现覆盖件质量要求和工艺要求的关键，可以说模具设计质量的高低，是汽车覆盖件冲压成形技术水平的重要标志之一，直接影响到模具的制造成本、模具调试工作量的大小、生产准备周期的长短，甚至影响车身的开发能力。根据使用的冲压设备不同，汽车覆盖件拉延模可以分为单动压力机上用的拉延模和双动压力机上用的拉延模两大类，两者工作方式不同，模具安装的方法不同。拉延模的结构主要有三大件组成:凸模、凹模、压边圈，此外还需要一些标准件，如导滑板、定位板组件、调整垫块、安全螺钉等组件。根据模拟结果以及各工艺参数，此制件选用单动拉延模。单动拉延模的压边形式主要有弹簧或者橡皮压边和气压或液压压边形式两种： 1）弹簧或者橡皮压边：弹簧和橡皮的弹性曲线都是直线，其弹力随压下行程的增大而增大，与冲压工艺要求产生的压边力相反，防皱的效果不好，一般只用于形状简单的浅拉深件。2）气压或液压压边形式：动力来源于气缸或者液压缸的压力，通过托杆作用于压边圈上，压力基本保持不变，可以通过调节压缩空气或者液压缸压力的大小来满足工艺要求。此制件选用第二种压边形式。此外，由于覆盖件拉延模形状复杂，所以凸凹模、压边圈、固定座等主要零件采用带加强筋的空心铸件结构，所用的材料应满足耐磨、不宜拉毛、易加工，并能进行局部表面火焰淬火。通常根据生产量和模具使用寿命选择，小批量生产时采用灰口铸铁HT250或HT350；中批量生产时，采用球墨铸铁QT500-7或QT600-3；大批量生产时，采用镍铬铸铁或者钼铬铸铁等合金铸铁。4.2.2 压力机选择 （1）拉深力 根据P=KLt来计算拉深力，K为拉伸系数取值为0.5-0.8，取为0.6L为凸模横截面周长（mm）t为毛坯的厚度（mm）为毛坯材料的强度极限P=KLt=0.632011.2634=1461192.48 N= 1461.19KN（2）压边力压边力；压边圈的宽度压边环区按中值直径计算的周长（mm）为单位压边力（MPa）经精算，求得 400 KN（3） 压力机的总压力总的压力=P+Q=1461.19+400=1861.19kN（4）压力机型号选择对于浅拉深，,所以= 定为根据已经求得的压力来选择压力机型号，查阅冲压模具简明设计手册初步选用压力机：S4-400，模具设计完成后将对压力机型号进行安装尺寸校核。表4-1 S4-400压力机参数压床型号S4-400标称压力(KN)4000滑块行程（mm）300行程次数（次/分）12最大装模高度(mm)1270装模高度调节量（mm）250工作台垫板尺寸（左右*前后*厚度）4700*2600*2004.2.3 拉延模具结构设计（1）拉延模下模汽车覆盖件单动拉深模的凸模结构与一般的拉深凸模结构差不多，也是固定在模板上，模板再与上滑块或工作台联结。 1）凸模设计由于汽车覆盖件的尺寸比较大，凸模的尺寸也比较大，故采用铸造成型，且为中空式的壳体结构。除了工艺上的要求外（如翻边的展开或工艺补充），凸模轮廓尺寸和拉深深度即为零件尺寸，凸模结构如图4-1所示 ，凸模型面是随型结构，厚度为50mm，同时在影响强度和刚度的部位需设置加强筋，凸模的随型筋壁厚一般取 4050mm，此制件取40mm。凸模和压边圈直接以导板进行导向，凸模四周分别分布有四个导板，将与压边圈导向。(a) 凸模底面图(b) 凸模正二测视图图4-1 凸模凸模材料为钼铬铸铁，其性能：铸铁加入钼铬可以明显改善铸造性能，淬火性好，可进行深度淬火；对回火脆性倾向少； 高温加工性好，加工后美观；熔接性好；冲击的吸收性能好，锤子砸上去会与反弹感；焊接容易。凸模热处理：拉延凸模棱线及圆角表面淬火，HRC50-55 。 2）下模座设计下模采用分体设计，节约材料成本，下模座采用铸件结构，凸模通过螺钉紧固在下模座上，除此之外，需要在下模座上完成凸模安装面、托杆孔等结构设计，如图4-2所示。图4-2 下模正二测视图下模座材料为HT300，其性能：铸铁是含碳量大于 2.11并含有较多硅、锰、磷、硫等元素的多元铁基合金，组织是由基体和石墨组成的，具有力学性能低、耐磨性能好、铸造性能好、切削性能好等性能，下模座热处理为人工时效。其中，自润导板主要起导向作用，材质通常是HT250+石墨；调整垫块主要用来调整凸模及压边圈是否敦实，材质通常是45；安全螺栓合件主要是防止压料圈在受力时抬得过高，材质为钼铬铸铁。（2）拉延模压料圈压料圈的作用是将板料压紧在凹模上，防止板料起皱，材料为钼铬铸铁，其结构如图4-3所示，其中压力调整垫：用来调整压边力等，材质通常为45；定位板组件：主要用于毛坯板料的定位，材质通常为A3；此外，为了节约成本、提高强度、美观模具，需要对压边圈进行合理的减轻，设有减重孔。压边圈的结构尺寸为： 1）确定压边圈的高度：保证与上下模导滑面的长度，保证足够的铸件强度,压边圈的最小高度应不小于250mm。2）确定压边圈的长宽：在调整垫块、定位板、气垫顶杆等都合理布置完成之后，结合与上模的导向部分尺寸，即可确定压边圈的大致长宽，单动拉延模的最小宽度取150mm。3）压料面尺寸一般取工艺数模的坯料线向外扩20mm得到所需要的有效压料面积，当压料面为曲面且落差大时，应该注意坯料折弯后的边界扩大有效压料面，避免过大增加研合工作量。（a）压边圈正二测视图（b）压边圈底面图图4-3 压边圈（3）拉延模凹模上模采用整体铸件结构，凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉深圆角，其结构包括凹模压料面、凹模拉延圆角、凹模内的成形部件。拉深毛坯是通过凹模圆角逐步进入凹模内腔，直至拉深成凸模的形状。凹模结构如图4-4所示，其中凹模模具端头上设计有导向装置，与压边圈上的导滑槽和导板进行导向；凹模同样设有减重孔，也是为了减轻压力机的负担；凹模上还要有定位板避让孔。图4-4 凹模（4）拉延模导向导向零件是汽车覆盖件冲压模具的重要零件，对模具的精度、覆盖件的精度、模具的寿命都有很大影响。由于汽车覆盖件一般不是轴对称的，因此，要求冲模的导向必须能承受较大的侧向力。拉深模具中经常采用的导向方式有导柱导套导向、导板导向、导块导向、背靠块导向等四种，本模具采用导板导向。导板亦称防磨板，可以提高导向面的耐磨性和导向精度。导向面应选在被导向滑动零件轮廓的直线或最平滑的部位，一般取4-8处，且前后左右对称分布，按比例配置在各导向部位。（5）拉延模装配图拉延模主要有三大件组成：凸模、凹模、压边圈，完成这三部分设计后，在装配环境中，通过 WAVE 几何链接技术建立父子装配组件约束关系，进行剩余组件的设计，最终完成模具的整体装配设计，如图4-5所示。图4-5 装配图经测量，模具装配后的闭合高度为845mm，长度为2430mm，宽度为1300mm，现在对压力机的安装尺寸进行校核：1）模架闭合高度的校核模架整体闭合高度Hm=845mm；压力机的最大闭合高度为1270mm；封闭高度调节量为250mm。压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求，即Hmax-5mmHmHmin+10mm式中: Hmax压力机的最大装模高度（ mm）;Hmin压力机的最小装模高度（ mm）；Hm模具闭合高度（mm）考虑到上下模座的高度有：1270-5Hm250+10，故模具的闭合高度满足要求。2）S4-400压力机工作台的长度和宽度为4700mm和2600mm，分别大于模具的长度和宽度，故符合要求。4.2.4 拉延模具工作原理模具的工作过程如下，如图4-6所示：图4-6 模具工作示意图（1） 将模具安装在所选压力机上，开模；（2）顶杆在气垫的作用下，压料圈上升到预定高度；（3）将毛坯放在模具压料面上，并通过定位板组件准确定位；（4）压力机上滑块下行带动上模下行；（5）上模和压边圈压料面部分首先与毛坯接触，将毛坯压住，使压边部分毛坯受到的变形阻力变大；（6）上模继续下行，开始拉深成形过程；（7）在拉深成形后期成形内部的局部形状；（8）压力机上滑块达到下死点，拉深成形过程结束；（9）压力机上滑块回程，带动上模上行；（10）压边圈在顶杆的作用下上升，把制件顶出；（11）取出制件。4.3 修边冲孔模具设计4.3.1 修边冲孔模具介绍修边模用于将拉深件的工艺补充部分和压料凸缘的多余料切除，为翻边和整形准备条件。修边形状的工艺性不仅直接关系到修边的质量和模具的设计而且影响到以后翻边的稳定性。对于汽车覆盖件，修边轮廓多数是空间不规则形状，为节省模具、提高生产效率，设计时尽量将两冲孔与修边工序合并，成为修边冲孔工序。根据修边模运动方向，可将其分为三种模具：垂直修边模、水平修边模和倾斜修边模。垂直修边模的修边凸（凹）模沿垂直方向做上下运动，模具结构简单、废料处理也比较方便，应优先采用。水平修边模的修边凸（凹）模沿水平方向运动，凸（凹）模的水平方向运动可以通过斜楔机构或通过在模具上加装水平方向的液压缸来实现，这种修边需采用斜楔机构，模具结构复杂，工作部分占用面积较大。倾斜修边的修边凸（凹）模与垂直方向成一定角度运动，凸（凹）模的倾斜方向运动可以通过斜楔机构或通过在模具上加装倾斜方向的液压缸来实现。本此设计的模具为垂直修边冲孔模，其工作部分包括上模镶块、下模镶块或修边凸模、冲孔凸模与凹模、压件器；非工作部分为上模座和下模座。此外，修边冲孔模具采用拉深件侧壁定位，冲压件周边废料采用废料刀分离切除，并合理设计废料滑板使废料滑出；根据卸料力计算弹簧的个数，参与压件器的压料与退料。4.3.2 压力机选择汽车覆盖件的形状复杂，冲裁力、压边力、卸料力、顶件力之和为冲压力，冲压力是选择压力机的依据。（1）压边力 Q = F*qQ为压边力（N）；F为压边的面积，F=324058.88；Q为单位压边力， 查得:q=2.53。Q=Fq=324058.883=972176.64N=972.18KN（2）冲裁力无剪切时的冲裁力P=（N）P为冲裁力（N）L为冲裁轮廓长度（mm）T为板厚（mm）为抗拉强度已知：零件材料为B170P1,抗拉强度为350，材料厚度t=1.2mm ，由UG系统分析算得L=5145.60mm，故修边冲裁力:P=5145.601.2350=2161191.98N=2161.19KN（3）卸料力 = 0.05 P =0.052161.19KN=104.06KN（4）顶出力 = 0.06 P1 =0.062161.19KN=129.67KN（5）压力机总压力 = Q P =972.18+2161