汽车中马鞍形零件冲压工艺分析及模具设计.doc

汽车中马鞍形零件冲压工艺分析及模具设计 摘要：该零件属于轿车中央通道内的一个加强零件，其产品设计要求不允许有皱折和裂痕等现象。针对该零件的形状特点，分别对弯曲、成形，拉延进行工艺分析，模拟对比。阐述成形拉延的各自优点，制定出合理工艺方案及模具结构，制造出合格零件。关键词：塑性变形、应力、应变、成形、拉延、模具设计。The Stamping Technological Analysis and Design of the Die for the Saddle Parts in Automobiles. Kong yu min wang yi wen(Jing Bo Automobile Dies Co., Ltd, Botou City, Hebei Province)Abstract: This part is one of the strengthen parts of the central channels in cars. The products designed must avoid crinkle and cracking. For the characteristics shape of this part, we do the stamping technological analysis and simulation contract for each bending, forming and drawing. The appropriate technological plan and die structure is established by the merits of the forming and drawing expounded, in order to product eligible parts.Key words: plastic distortion; stress; strain; forming; drawing; die designing.前言：零件形状特点；图 1料厚：1.0材料：H220YD+2F；长275、宽129、高191。零件凸沿距凹底相差66，零件虽然看似简单，但是四周有焊接凸沿与中间凹槽高差比较大，形状似马鞍。见图1,该零件既可分为成型、弯曲类零件又可列为拉延类零件。一、工艺分析根据零件结构形状，我们首先分别按照弯曲、成型、拉延工艺，进行分析和比较，得出优良的理论依据和设计参数，为保障设计出先进的工艺方案和先进的模具结构提供重要的因素依据。1.弯曲分析采用弯曲形式进行工艺排定的情况是将大的U形弯出，再进行两侧弯曲或者先弯曲两侧，再弯U形弯，经过整型达到产品要求。（图1）A、B处，两种形式都会出现在零件的弹性变阶段，应力和应变均产生剧烈变化，按塑性变形时应力应变关系分析，变形区应力与应变特点：图a.A处零件内R处产生压缩最大变形，零件材料受到径向拉应力1和切向压应力3厚度方向受到的垂直压应力2，此处径向伸长较大，切向压缩减小，零件会出现变薄或出现零件破裂等现象。.B处零件外R处产生拉应力最大变形为零件底部受径向拉应力1切向压应力3和厚度方向压应力2的作用，径向伸长，切向压缩厚度增加，零件此处出现零件材料折叠等现象。 其理论分析结果与CAE模拟基本一致(图a)，显然以上条件不符合弯曲类零件的设计要求。2. 成型分析该零件如果按照成型工艺方法进行顺序排列，形式可分两种情况： 模具可以按照（图2）a方向进行成型方式，模芯可以利用有气垫装置，凹模在下的原理方式。 模具可以按照（图2）b方向相反方向进行成型方式，凹模在上的原理方式，上模型腔内采用弹性压料装置。以上两个条件虽然能解决弯曲中出现的（图1）A处及R处沿形状处产生压缩最大变形不再继续，但是对于B处及外R处沿形状产生拉应力最大变形，超过了变形极限，即起伏成形的变形程度，可利用延伸率计算：a b图 2=(L1-L)/L*100式中: L1-变形后沿截面的材料长度; L-变形前材料原有长度;-延伸率;按照一次起伏成形延伸率,不能超过材料拉伸率的70-75%.既(70-75%).（图1）主视图截面尺寸L1=512、L=276.=(L1-L)/L*100=86.81（图1）侧视图截面尺寸L1=200、L=129.=(L1-L)/L*100=55查:黑色金属机械性能:该材料拉伸率%3335间.显然(70-75%)的数倍.因此会造成B处严重破裂,所以采用成型工艺方法同样不成立。3.拉延分析拉延也可以分两个冲压方向。见图2，a和b无论是哪个冲压方向，图3，R处会出现材料折叠和起皱等现象。原因是： 图3图3中，A处1-2间的长度虽然小于R弧的展开长度，可是并不一定保证最后不起皱，这是因为从凸模开始接触毛坯到下死点的过程中，在每一瞬间位置的压料面展开长度有长、有短，若短则凸模使毛坯产生拉伸作用，若长则拉伸作用减小，甚至无拉伸作用导致零件起皱。在弯曲分析中的应力与应变同样符合此拉延中应力与应变规律。由于是U形压压料面形状，存在底部压料力合适时，则两侧的压料力远远不够，（图3）中F1=F*cos关系既FF1，将导致零件料板随着凹模向下运动并向下滑移，零件在凹腔内产生材料起皱和折叠现象。CAE模拟图如果改变压料面的形状，其形状与凸模形状相似图4，近最大限度将A处1-2间的长度与R弧的展开长度差距缩小。虽然改变零件毛坯跟随凹模向下运动H间的失控状态和FF1的问题，但对于凹模型腔内料板另一个方向仍然处于失控状态。我们再按照拉延方式进行CAE模拟。见CAE模拟图，其结果同样中间起皱并折叠。以上理论分析论点和CAE模拟表明，该零件单独弯曲、成型、拉延工艺均不成立。二. 工艺方案的确定图4图5虽然零件在单独弯曲、成型、拉延工艺均不成立情况下，我们再根据它们各自的变形区应力应变特性及金属材料在模具中的流向特点进行工艺设计调整；.将对该零件的压料面进行调整设计，改变零件变形后的截面尺寸，提高零件延伸率。对毛坯材料在运动过程中的滑移，起到外部控制作用。.对凹模型腔内起皱部分提前增加外力。 使外力对型腔内毛坯材料在塑性变形中的应力应变进行限制，达到应力应变相对平衡，同时对模具内毛坯材料滑移流向起到内部控制作用，使毛坯材料在模型腔内滑移流向相对稳定。. 综合以上特点对零件进行工艺数模设计补充（图4），特别对型腔内毛坯材料增加外力，并对其工艺进行CAE 模拟。（图5）CAE 模拟结果表明，此工艺方法比较理想和正确，也充分证明了理论分析的可行性和合理性，更加促进产品零件实现。由此对零件的冲压工艺排列如下；予弯-拉延-修边-整型-修边冲孔。见DL图 DL图三.模具结构设计随着工艺方案确定，对模具结构设计要求更加明确。特定的工艺需要特定的设备参数和模具结构才能完成。但由于模具使用单位，仅提供单动压力机设备参数。因此模具结构只有选择反拉延模具结构形式。对本零件工艺的特殊需求，需要有一个与主压力方向相同，且具备往复运动、压力相对稳定的外力来满足工艺要求。鉴于使用单位的压力机，并不具备多重功能。为此需要在较小的模具结构中设计出足够满足于工艺要求的外力机构。首先对外力进行计算：合理选择弹性体。综前所述，以工艺分析中的理论为依据，此外力必须大于零件材料在受拉应力、压应力状态下产生的弹性变形、塑性变形。一般参照校平力进行估算：既F=A*p F-校平力 A-校平投影面积（） p-单位校平（Mpa） 该零件内形投影面积为：A=45*190=8550查表：冷冲模设计基础校平和整型单位压力为p=50-80MpaF=8550*80=68400N依据计算结果和模具结构的需要，在弹簧、聚氨脂弹性体、气缸、氮气弹簧中，依照它们各自特点和模具体积结构的紧凑性及其压力相对稳定性。我们选择氮气弹簧。对模具结构进行设计；模具结构（图6）1.导板、2.凹模、3.定位板、4.气顶杆、5.吊钉螺栓、6. 氮气弹簧、7.压料芯8.限位垫、9.压边圈、10.安全螺栓、11.底限位垫、12.凸模。模具工作过程：模具在机床内安装完成后，随着设备的滑块开启，上模2.凹模随之提升型腔内7.压料芯靠6.氮气弹簧伸出。下模上的9.压边圈在4.气顶杆作用下顶起。即模具打开。放入料板，模具2.凹模开始进行闭合运动，当2.凹模与9.压边圈接触的同时，7.压料芯与料板接触。模具2.凹模行程到一定位置时，7.压料芯和12.凸模将料板夹持直至模具2.凹模闭合，模具再开启做功完成。缺点是零件成型后，在模具开启时零件受内、外力作用易造成零件变形，设计注意零件强度及其模具再开启时压边圈的顶出力和压料力的协调计算。四结束语通过对零件工艺分析和模具结构设计