汽车车门外板冲压模具设计【含CAD图纸、说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览:
编号:53713006
类型:共享资源
大小:4.81MB
格式:ZIP
上传时间:2020-03-04
上传人:机****料
认证信息
个人认证
高**(实名认证)
河南
IP属地:河南
50
积分
- 关 键 词:
-
含CAD图纸、说明书
汽车
车门
冲压
模具设计
CAD
图纸
说明书
- 资源描述:
-
【温馨提示】压缩包内含CAD图并可以预览,直观呈现眼前查看、尽收眼底纵观。打包内容里dwg后缀的文件为CAD图,可编辑,无水印,高清图,压缩包内文档可直接点开预览,需要原稿请自助充值下载,所见才能所得,请见压缩包内的文件预览,请细心查看有疑问可以咨询QQ:11970985或197216396
- 内容简介:
-
设计(论文)题 目: 汽车车门外板 冲压模具设计 摘 要本次设计的内容是某轿车前车门外板的冲压模具,分析了汽车覆盖件及其冲压模具的特点及要求。汽车覆盖件的尺寸大结构属于复杂的曲面结构,零件表面的质量要求高,因此对其模具的设计也比较复杂。该零件的数学模型为由曲面构成的非参数化特征,首先利用UG软件绘制该零件的三维造型,再对其成形特点和成形工艺进行分析,为了得到合格的零件产品,必须先进行生产方案的分析与确定。再利用Dynaform软件进行数值模拟分析,借助软件对其拉深方向、工艺补充、坯料尺寸、零件的成形极限、厚度变化情况和拉延力等进行分析计算,最后是对其成形模具进行设计。拉延模的设计是本设计的重点,包括冲压方向的确定、内外工艺补充面、压料面的确定、拉延筋的设计、工艺计算等,重点对拉延凸模、凹模、压边圈进行设计,还有对顶件装置、导向装置、合模限位装置、起吊装置和通气孔等进行设计。工件在拉延成形之后需要进行修边和冲孔,在这里以拉延模为基础对修边冲孔模进行简单的设计和说明,完成工件的冲压成形。最后绘制了拉延模具的二维装配图和部分零件图。 关键词:车门外板;覆盖件;工艺分析;模具设计;UGThe design of car door panels stamping dieAbstract: The content is designed for a car before the car door panel stamping dies, analyzes and stamping automotive panel characteristics and requirements. Large size structure of an automobile covering parts are complex surface structure, high quality requirements of the part surface, so the design of their molds more complicated.Mathematical model of the part of the grounds of non-parametric feature curved surface, the first use of UG software to draw three-dimensional modeling of the part, and then analyzed the characteristics shaping and forming processes, in order to get qualified parts products must be produced programs Analysis and determination. Reuse Dynaform numerical simulation analysis software, with the software to its drawing direction, forming limit addendum, blank size, part thickness changes and drawing force of analysis and calculation, and finally the design of its mold.Drawing die design is the focus of this design, including stamping direction is determined, both inside and outside addendum, binder determination drawbead design, process calculation, focusing on drawing punch, die, blankholder ring design, as well as for top pieces of equipment, guides, clamping stopper, lifting device and the vent, etc. design. After forming the workpiece drawing needed trimming and punching, drawing die in here with the basis for trimming punching die design and simple instructions to complete the stamping workpiece shape. Finally, draw the two-dimensional drawing die assembly drawing and some parts Fig.Key words:car door panels;cover;process pnalysis;mold design;UG目 次摘 要IAbstractII1 绪论11.1 概述11.2 车门的组成和特点11.3 模具的发展与现状11.4 汽车覆盖件模具21.5 本文研究的内容和目的22 冲压工艺分析32.1 冲压的工件32.2 08AL材料32.3 冲压件工艺方案的确定42.3.1 冲压工艺方案的提出42.3.2 冲压工艺方案的对比与选择42.4 车门外板冲压模具设计思路52.5 本章小结53 车门外板拉延成形数值模拟63.1 数值模拟63.2 车门成形的有限元模拟63.2.1 拉延工艺63.2.2 数据库简易操作63.3有限元模拟的后处理123.4 本章小结144 外板拉延模具设计154.1 拉延方向的确定154.1.1 拉延方向设计要求154.1.2 工件拉延方向的确定154.2 工艺补充的设计164.2.1 工艺补充的设计原则164.2.2 制件工艺补充的确定164.3 压料面的设计174.3.1 压料面对制件成形的影响174.3.2 压料面的设计要点174.4 拉延筋的设计184.4.1 拉延筋对制件成形的影响184.4.2 拉延筋的设计要点184.5 拉延工艺的计算194.5.1 拉延模拉深力的计算194.5.2 拉延模压边力的计算204.5.3 拉延模压力中心的确定204.5.4 拉延设备的选择204.5.5 模具工作部分尺寸的计算214.6 拉延模结构形式的确定224.7 拉延模主要零件的设计224.7.1 拉延凸模的设计224.7.2 拉延凹模的设计234.7.3 压边圈的设计244.7.4 顶件装置的设计254.7.5 其他零部件的设计254.8 拉延模的工作原理264.9 本章小结265 外板修边冲孔复合模具的简单设计275.1 修边冲孔工艺的分析275.1.1 修边方向的确定275.1.2 修边模的定位285.1.3 修边模的结构形式285.2 修边冲孔模结构与零件的设计285.2.1 修边模工作部分的设计285.2.2 修边模卸料装置的设计295.3 修边冲孔模的工作原理295.4 本章小结296 模具的图样绘制306.1零件图的绘制要求306.2总装图的绘制要求307 结论31致谢32参考文献33VII1 绪论1.1 概述自从世界上第一辆汽车诞生以来,经过不断的发展、改进和创新,汽车逐渐进入了普通人的生活,来到了千家万户。汽车的出现正在改变着我们所有人的生活,如今,汽车在大家的日常生活中有着重要的作用,汽车是我们出行、旅游、上班便捷的交通工具。汽车技术的进步为汽车产业的发展带来了巨大的收益,自从1886年世界上第一辆汽车诞生以来,便出现了很多有关汽车技术的发明和专利,使汽车的发展日新月异。现代汽车是新时代新科技的发展所带来的产物,汽车技术的发展见证了人类的文明史。汽车技术的进步也带动了一些行业的技术改造和更新。汽车也丰富着我们的生活,各种与汽车相关的比赛、电影、汽车玩具和与戏也是层出不穷。汽车是我们现代生活中不可缺少的一个重要的部分1。1.2 车门的组成和特点车门是为驾驶员和乘客提供出入车辆的通道,并隔绝车外干扰,在一定程度上减轻侧面撞击,保护乘员2。汽车的美观也与车门的造型有关。车门的好坏,主要体现在,车门的防撞性能,车门的密封性能,车门的开合便利性,当然还有其它使用功能的指标等。防撞性能尤为重要,因为车辆发生侧碰时,缓冲距离很短,很容易就伤到车内人员。轿车的车门一般由门体(内板、车门外板、车门窗框、车门加强横梁和车门加强板),车门附件(车门铰链、车门开度限位器、门锁机构及内外手柄、车门玻璃、玻璃升降机和密封条)和内饰盖板(固定板、芯板、内饰蒙皮、内扶手)三部分组成3。车门外板属于车外覆盖件,与一般冲压件相比具有材料薄、空间尺寸大、质量要求高(光滑、美观,不允许有波纹、皱纹、凹痕)、刚性好、形状复/立体表面多等特点,如果外板刚度不足,在关门时会产生嗡嗡的振动声,行驶时也会发生振动。其自身外形特点是零件拉延深度浅、外表面要求光滑匀称。1.3 模具的发展与现状模具是工业生产中的基础工艺装备,其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志4。随着工业技术的发展,模具的需求量变得越来越大,对模具的使用要求也越来越高。目前我国模具工业的发展越来越迅速,产品发展重点主要应表现在:1)汽车覆盖件模;2)精密冲模;3)大型及精密塑料模;4)主要模具标准件;5)其它高技术含量的模具。与一般冲压件相比,汽车覆盖件多是尺寸大、形状复杂、相对厚度(板厚与毛坯最大长度之比)小(相对厚度最小值可达0.0003)的三维曲面,成形规律难以掌握,同时对外观质量要求高,配合精度高,形状和尺寸的一致性及互换性好,刚性好,还要有良好的成型工艺性,因此,汽车覆盖件的成型过程有其特殊性,如通常为一次拉延成形(外覆盖件),拉延时兼有胀形变形等5。正因如此,在实践中常把金属覆盖件从一般冲压件中分离出来,作为冲压加工中的特殊类别加以研究和分析。1.4 汽车覆盖件模具汽车覆盖件在制造时主要由拉深成型、修边和翻边三个基本的冲压工序组成,覆盖件模具按其完成的工序分类,主要有落料模、拉延模、修边模、翻边模、整形模,还有完成复合工序的修边冲孔模、修边翻边模、翻边冲孔模等。一般来讲,覆盖件模具的尺寸大、结构复杂、工作零件的精度要求高,而且其一般都是非标准件,需要自行设计。1.5 本文研究的内容和目的本文主要是设计出一套具有使用要求的汽车车门外板模具,并能以这套模具进行批量且自动化生产。此车门外板要求足够的刚度,外边面质量要求高(光滑、美观、匀称),尺寸精度高满足装配。通过利用UG软件绘制工件的三维模型图,分析工件的成型工艺,使用Dynaform软件进行拉延成形过程的有限元分析,设计模具的整体结构以及用AutoCAD软件绘制模具工作零件的二维图和总装图完成设计。这次设计,对我而言是在大学一次最重要的课程,综合性很强,不单单提高自己对本专业知识的理解,且为以后从事模具行业奠定一定的基础。特别是,在老师同学的帮助下,自己能一个人去熟练掌握设计模具的具体步骤,充分加强自己各方面的能力。2 冲压工艺分析2.1 冲压的工件图2.1 车门外板三维图图2.2 车门外板二维图和尺寸图2.1所示是车门外板结构图,材质选用08AL优质碳素结构钢。制件尺寸大(1250mm1100mm),厚度为0.8mm。零件上面有一个车玻璃窗的位置,一个车门把手的孔。外形较复杂,拉深深度不是很深,属于汽车拉深件;此类拉深件的拉深表面主要是靠压料面下的毛坯向里面补充而拉深成形;变形、应力比较均匀,一般都不会破裂。图2.2为工件的尺寸。2.2 零件材料分析本车门外板采用的是08AL材料,08AL是优质碳素结构钢的一种,“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08%,“A”表示质量等级,“L”为“拉”字的汉语拼音首字母,表示其拉伸性能好。它是一种很软的低碳钢,其强度、硬度非常低,可塑性及韧性较好,对于冷加工性能较好。其抗拉强度b325 MPa。08AL一般用于轧制成薄带、薄板、冷轧变形材、冷拉、焊接件、冷冲压等,主要用于制造6mm以下的各种冷冲压构件,如车身、驾驶室、各种仪表及机器外壳等6。2.3 冲压件工艺方案的确定2.3.1 冲压工艺方案的提出工艺方案是在保证冲压件质量的前提下,实现高效和低成本的生产,通过上面的分析,该制件属于大批量生产。汽车覆盖件的冲压加工成形工序有落料、拉延(拉深)、修边(冲孔)、翻边(翻孔)、和整形等7,其中最基础、最重要的就是拉延成形工序。在编制冲压工艺时,关键在于拉延的可能性和可靠性,如果覆盖件能够进行拉延,对于拉延以后的工序,主要是确定工序数和安排工序之间先后顺序的问题。一般来说,覆盖件都是进行一次拉延成形的,拉延工艺性的好坏主要取决于覆盖件的形状。为实现工件的一次拉延成形,对深度深的、立体曲面复杂的覆盖件,除了对拉深的形状进行优化外,还必须采用性能比较好的深拉延钢板。结合本设计的工件,初步确定了一下几种冲压工序:方案一:把工件的数学模型展开,计算其外形尺寸,第一步是下料和垂直冲孔,第二步进行拉延成形,共需要两套模具;方案二:把工件的数学模型展开,计算其外形尺寸,第一步下料,第二步垂直冲孔,最后拉延成形,共需要三套模具;方案三:先对工件的模型进行工艺补充,第一步进行拉延成形,第二步修边,最后冲孔,共需要三套模具; 方案四:先对工件的模型进行工艺补充,第一步进行拉延成形,最后同时修边和冲孔,共需要两套模具。2.3.2 冲压工艺方案的对比与选择方案一先对零件展开,因为这是个复杂的数学模型,有很多的复杂曲面,虽然可以借助计算机来计算出展开尺寸,但是那些孔的位置也是很难确定的,存在工艺的缺陷,这个方案不可取。方案二实施起来浪费材料,增加了加工工序,不是合适的方案。方案三第一步就是对零件进行工艺补充,采用了拉延筋,这样可以防止起皱,有利于冲压件的顺利成形,并且经过了工艺补充,这样使零件的外形尺寸的精度得到了很好的保证。但是先进行修边,后进行冲孔,增加了整个模具的设计与制造的复杂程度,增加了制造工序,因此方案二也不是最佳的方案。方案四与方案三比较都是先进行工艺补充后,再拉延成型,后同时冲孔和修边,保证了孔的位置尺寸和外形尺寸,虽然增加了模具的复杂程度,增加了模具制造的费用和时间,但只有两套模具,减少了模具的制造成本, 减少了生产周期和制造工序,因此方案四是可取的方案。所以本次设计采用方案四。先进行一次拉延成形,拉出工件的整体外形部分,再进行车门玻璃窗和门把手的冲孔(此冲孔必须要在拉深成形后再进行)和外部轮廓的修边工序。根据制定的工序,需要设计出一套拉延模具和一套修边冲孔模具。2.4 车门外板冲压模具设计思路对于车门外板的冲压成形,其中最主要的工序就是外板的拉延成形,后续再加以修边、冲孔和翻边等工序得到最终的复合要求的工件。由于拉延模具中有压边圈和拉延筋的存在,为了满足工件拉延成形的要求和保证拉延成形的质量,后面修边和翻边等工序不可能与拉延在同一套模具中经过冲压而得到,因此,拉延模具和修边模具就必须分别设计。本设计首先利用Dynaform软件对零件的成形进行模拟,然后再借助模拟分析进行模具设计,本次主要对拉延模具进行分析,设计了一套车门外板拉延模具和修边冲孔模的简单设计说明。2.5 本章小结本章对工件进行分析,确定了工件的成形工艺过程,为接下来的模具设计制定了方向和思路。3 车门外板拉延成形数值模拟3.1 数值模拟影响金属塑性成形的因素包括所选用材料的性能、模具的形状、坯料的形状、工艺参数的设定值等8。以往主要是依靠实验、经验或是在较多的简化和假设的前提下进行理论分析处理来解决此类问题。但往往这样理论分析所得的结果与实际结果有很大的出入,因此在实际中不能广泛的应用此方法。本章利用DYNAFORM软件对汽车前门内板进行拉延成形过程的有限元分析。3.2 车门成形的有限元模拟3.2.1 拉延工艺通过分析知道本工件在成形时没有成形很困难的部分,从外形看比较简单流畅,如果选择的冲压方向合理的话就不会出现冲压负角。本工件没有法兰部分,需要在工件本体部分以外添加工艺补充面之后才能进行拉延成形9。本零件的工艺补充部分包含两类:一种是车窗那里需要填充的部分;第二种是零件外轮廓线边缘部分的外工艺补充部分,它由拉延部分的补充面和压料面组成。3.2.2 数据库简易操作 (1) 创建数据库启动Dynaform软件,选择菜单文件另存为,输入“chemen.df”为文件名,将建立的数据库保存在自己设定的目录下,保存数据库。(2) 导入igs模型 选择文件导入,将车门外板件的IGS格式的文件导入到软件中,如图3.1所示:图3.1 导入的零件模型 选择菜单零件层的编辑,修改零件层的名称、编号和颜色,修改车门外板零件层名称为DIE,点击确定。(3) 曲面网格划分 选择菜单预处理网格划分,弹出网格划分菜单对话框。 在“曲面网格划分”对话框中设定最大单元值为20,其它各项的值采用默认值,自动划分网格。划分的网格单元图3.2所示:图3.2 划分的网格单元(4) 网格检查和修补 选择菜单前处理模型检查,单击“显示边界”按钮。 点击清除高亮显示按钮,点选平面法向按钮,确定所有单元的法向量方向一致。 (5) 冲压方向的调整在Dynaform中,本功能用来调整零件的冲压方向,它允许用户移动工件且围绕任意轴旋转工件,通过平均所有单元的法矢来调整冲压方向,使冲压负角和拉延深度达到最小,从而更适合于拉延。选择模面工程预处理菜单项,在弹出的对话框中选择冲压方向调整选项,将模型调整到一个最佳的冲压方向的位置上。如图3.3所示,从图中可以看出,拉延件的最深的拉深深度为107mm。图3.3 冲压方向的选择(6) 内部填充 选择菜单模面工程前处理,选择自动填充按钮,点击应用,模型中的所有孔洞的边界线都是高亮显示。 在模型中最大的孔洞边界上选择一个节点,则高亮显示线被去除,点击鼠标中键,填充内孔如图3.4所示:图3.4 被填充内孔的模型(7) 添加工艺补充面 创建内压料面:选择模面工程压料面菜单项,将当前零件定义成凹模,在弹出的压料面对话框中选择压料面类型为两线压料面,点选内压料面选项,输入压料面的法兰宽度为20mm,点击定义压料面方向按钮,点击鼠标左键选择参考点,结果如图 3.5所示:图3.5 压料面设置 创建内工艺补充面:选择模面工程工艺补充面菜单项,在轮廓母线组中点击新建,选择截面线类型为2,输入半径均为5.00mm,输入部件的值为10.0mm,点击分配按钮,选择类型为内部,关闭通过段选项,点击选择,在凹模内部边界上拾取一个节点,点击应用按钮,生成工艺补充面曲面。 内压料面裁剪:选择模面工程模面修改菜单项,点击裁剪压料面选项,确认选择,返回到裁剪压料面对话框,点击应用按钮,弹出窗口提示用户是否裁剪压料面,点击按钮确认,结果如图4.6所示:图3.6 创建的内工艺补充面 创建外压料面:编辑零件层,将C_BINDER改为INNBIND,选择模面工程压料面菜单项,选择压料面类型为两线压料面,点选外压料面选项,法兰宽度设为200mm。点击定义压料面按钮,点击鼠标中键确定,点击应用按钮创建新的压料面,点击否按钮保留INNBINDE,生成外压料面。 创建外工艺补充面:选择模面工程工艺补充面菜单项,在产生补充面组中点击新建按钮,选择截面线类型,并加以编辑,创建外工艺补充面。然后裁剪外压料面,最后结果如图 3.7所示,最后生成的模面如图 3.8所示:图3.7 裁剪后的压料面图3.8 生成的整个模面(8) 坯料尺寸估算由于汽车覆盖件的形状复杂,人工很难准确地计算出拉深件的表面面积,在这里,我们利用Dynaform软件坯料工程中设置的计算模块来计算毛坯尺寸的大小和形状。 将需要求板料的图层编辑添加到一个图层中,如图 3.9所示。然后检查、修补该零件层中的网格。图3.9 检查修整后 选择坯料工程预处理菜单项,单击毛坯尺寸估算选项,弹出毛坯估算对话框,确保在材料库中选择材料DQSK,类型为36,修改毛坯厚度为1.2mm,经过计算得到的毛坯展开轮廓线如图3.10所示:图3.10 计算后展开的毛坯(9) 矩形包络选择菜单坯料工程开发,在对话框中选择板坯形状拟合选项。选择坯料轮廓线,创建包络坯料轮廓的包络矩形。图3.11 创建的包络矩形线(10) 偏置矩形轮廓线并生成毛坯网格包络后的矩形轮廓线没有余量,不是毛坯尺寸,还需要偏置放大以增加压料面的部分,偏置距离为50。将偏置后的矩形轮廓定义为实际的落料形状,并生成网格。得出毛坯的尺寸为1530mm1430mm。(11) 快速设置打开设置工具栏,进行快速设置,定义好上部工具、压边圈、拉延筋和坯料,自动分配后点击应用,可以进行冲压时的动画预览,如图3.12所示,然后提交任务,进行计算。图3.12 定位好的工具3.3 有限元模拟的后处理(1) 后处理结果打开软件后处理部分,可以看到工件的模拟结果如图3.13所示:图3.13 成形结果(2) 通过软件对其拉延成形进行简单的优化如图3.14所示,是在不同拉延速度时得到的成形图: a) b)图3.14 不同拉延速度时的拉延结果图a是在工具速度为3000时的成形结果,工件成形比较完好;图b是在工具速度为5000时的拉延结果,工件在拉延到一定程度后,软件出现失真现象,拉延失败。在覆盖件拉延时,拉延速度对其会有很大影响,在实际中需要选择合适的拉延速度才能拉延出复合要求的工件。如图3.15所示,是在有拉延筋和没有拉延筋的情况下得到的结果: a) b)图3.15 有无拉延筋时的成形结果图a是在有拉延筋时的拉延结果,工件成形比较好;而b是在没有拉延筋时的拉延结果,从图中可以明显看出工件有起皱现象。拉延筋对于覆盖件拉延来说很重要,有拉延筋时可以在拉延过程中可以对坯料产生较大的压力,能够有效地避免工件的起皱现象。因此在后续的设计当中,可以借此作为参考对模具的拉延筋进行设计。(2) 工件成形极限图如图3.16所示:图3.16 成形极限图根据模拟结果,对成形极限图进行研究,发现存在一些起皱状态,关键部分属于安全成型区域,因此此产品在成形极限图的研究下可以成形。(3) 工件成形极限图如图3.17所示:图3.17 工件厚度变化图根据模拟结果,发现制件厚度变化不是很大,且厚度分布比较均匀,此产品在厚度变化图的研究下可以成形。3.4 本章小结本章利用Dynaform软件对工件的成形进行模拟和分析,对工件的工艺补充部分进行了补充,对后面的模具设计提供了参考。通过计算,得出了工件的模拟成形的结果,在分析条件下,工件可以完成拉延成形。4 外板拉延模具设计4.1 拉延方向的确定汽车覆盖件的冲压工艺一般由两道或两道以上的工序才能够完成,确定拉延方向是覆盖件拉延工艺的第一步,每一道工序的冲压方向都要根据本工序的具体情况来确定。首先要确定的是拉延工艺的冲压方向,然后制定后续工序的冲压方向,并且尽可能将各工序的冲压方向设计成一样的,这样可以减少覆盖件在流水线上的翻转次数,减轻工人的劳动强度。拉延方向设计的合不合理,直接决定了能否拉延出复合要求的工件,同时影响到后续的冲压工序。4.1.1 拉延方向设计要求 合理的拉延方向需要考虑以下因素: 保证凸模能顺利进入凹模,拉延完成时,必须能进入拉延成形要求的每一个角落,不能出现凸模接触不到的死角和死区,这样可以方便一次完成冲压件的拉延。并且,为了完成制件表面上加强筋等的局部成形,应使该表面与拉延方向垂直或较小的夹角。 应尽可能的使拉延深度适中,而且深度要均匀,保证压料面各部分进料阻力均匀,当拉深深度相差过大时,因不同部位的进料阻力不一样,会产生毛坯窜动。拉延深度太深,容易产生破裂、起皱等质量问题;拉延深度太浅,则会使材料在成形过程中得不到充分的塑性变形,覆盖件的刚度不够。因此,所选择的拉延方向,应使拉延件的拉延深度适中,既能使成形过程顺利完成,又能充分发挥材料的塑性变形能力9。4.1.2 工件拉延方向的确定根据以上的设计原则,将零件放入Dynaform软件中进行模拟,得出了在拉延时深度最小,没有负角度时的拉延方向。本工件拉延的最深深度为107mm,如图4.1所示: 图 4.1 冲压方向4.2 工艺补充的设计冲压方向确定之后,为了满足拉延工艺的要求,拉出符合质量要求的工件,对大多数汽车覆盖件要将其形状、轮廓或深度进行工艺补充。覆盖件拉延成形时,必须将覆盖件的翻边展开,将覆盖件的窗口、孔等填平,增加压料面、拉延筋等,在零件本体外增加一部分材料,这部分添加的材料就是工艺补充。工艺补充部分的设计是冲压工艺的重要内容10。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,增加工艺补充的作用,在于改善覆盖件拉延时的工艺条件,改善拉延件工艺性,力求使各处材料变形均匀,增加工艺补充后的拉延件,在后续切边、翻边工艺时,可有效地定位。4.2.1 工艺补充的设计原则 简化拉延件的结构形状。拉延件形状越复杂,拉延就越困难,设置工艺补充部分可以使拉延件的结构、形状简单,越接近于基本形状的零件,冲压成形过程中材料的流动和塑性变形就越容易控制。 应尽可能保证良好的塑性变形的条件。对有些斜度大的拉延件,为了保证拉延时材料能够很好地贴紧凸模,可以在工艺补充部分上增加一部分直壁以保证良好的拉延条件。 内孔封闭的原则,对于内部有孔的零件,首先要将孔洞进行封闭补充,将零件变为无内孔的零件,但若该部分属于内部的局部成形部分则需要进行变形分析。这部分成形一般都属于胀形成形,若其胀形变形超过材料的极限,需要在工艺补充部分预冲孔或切口,这样可以减小胀形变形量。 尽可能使用料减少,工艺补充部分不是零件结构的一部分,只是成形工艺的需要,一般在拉延结束之后的修边工序中会被切除,因此在保证了拉延件有良好的拉延条件的前提下,应尽可能的减少工艺补充部分的用料,这样可以提高材料利用率。4.2.2 制件工艺补充的确定工艺补充的设计要有利于修边等后续工序中工件的定位和可靠,尽量满足垂直修边、垂直翻边,以便设计结构简单的模具。拉延模在工作时,模具的压料面需要进行调整,在工作一段时间后要对磨损的拉延筋进行打磨加工,但是这个加工不能影响到修边线,一般拉延筋到修边线的距离为25mm,修边线到凸模圆角的距离通常取35mm,凸模圆角半径一般取310mm。当凹模圆角半径也是工艺补充的部分时,半径取810mm;当凹模圆角本来就是工件的一部分时,要保证拉延成形的要求。根据以上要求,经过Dynaform软件的模拟和分析,综合考虑得出制件如下图4.2的工艺补充示意图:图4.2 工艺补充4.3 压料面的设计4.3.1 压料面对制件成形的影响压料面是工艺补充的重要部分,是指位于凹模圆角半径Rd以外,并且在拉延开始时被压边圈和凹模压住的那一部分材料。压料面的形式与位置决定了拉力的大小与分布。因此,压料面设计的好坏直接影响到压料毛坯向凹模内流动的方向与速度、毛坯变形的分布和大小、破裂起皱等问题,甚至关系到拉延成形的成功与否。压料面分为两种:一种压料面是拉延件法兰面的一部分,这种压料面的形状已经是确定的,允许局部修改,但在后续工序需要进行整形,来达到零件的形状要求;另一种压料面是由工艺补充部分补充而得到的,压料面的形状多为曲面,这种压料面在拉延后的修边工序中会被切除11。4.3.2 压料面的设计要点 压料面的形状应尽量简单,最好为水平平面。在保证良好的拉延前提下也可以设计成锥面、单曲面或平滑的双曲面。但是设计的面不要有大角度的交叉,高度变化剧烈的形状,压料面上不能有凸起或凹坑。 压料面与拉延方向的相对位置要合理。最有利的压边位置时水平位置;其次是相对于水平面由上向下倾斜的压料面,倾角一般在4050。 压料面应保证凸模对拉延毛坯有一定的拉延效应。压料面任一断面的曲线长度应小于拉延件内部相应断面线的长度;压料面的仰角应大于凸模的仰角。 压料面的选取应尽量使成形深度降低且各部分成形深度均匀,以减小成形难度。综合考虑以上因素,结合本工件的拉延成形特点,得出以下压料面示意图如图4.3所示:图4.3 压料面4.4 拉延筋的设计4.4.1 拉延筋对制件成形的影响在汽车覆盖件的拉延中,一般在拉延凹模口周边的压料面上设置凹进或凸起的拉延筋或拉延槛,目的是增加材料的变形阻力,以此来控制材料的流动,提高制件的刚性。拉延筋能够很有效地控制压料面上毛坯的流动,根据需要可以调节压料面上各部位的进料阻力,从而解决拉延破裂、起皱、面畸变等质量问题。因此,拉延筋的位置、数量和形状的合理布置是拉延出满意拉延件的必要条件12。拉延筋(槛)的结构形式如图4.4所示: (a) (b)图4.4 拉延筋(槛)4.4.2 拉延筋的设计要点拉延筋的位置尺寸应尽可能从凹模口中给出,一般距离模口2530mm。设计拉延筋的数量以及位置时,必须根据拉延件的形状特点、拉延深度和材料的流动性等情况而定,要达到的目的不同,拉延筋的布置也不同。 凹模内轮廓的曲率变化不大时,拉延成形中压料面上坯料的变形差别也不大,为了加大材料的变形程度,可以沿模口设置封闭的拉延筋。 凹模内轮廓的曲率变化大时,拉延时压料面上坯料的变形差别会比较大,为了调节毛坯的变形差异,均匀毛坯的流动速度,可沿着凹模口设置间断式的拉延筋。 若为了改善压料面上材料流动的不均匀性,可在压料面上流动速度快的地方设置拉延筋。根据以上要求和特点,本设计采用半圆拉延筋,拉延筋的各项尺寸如图4.5所示。本工件内轮廓的曲率变化不大,冲压时各部位的变形差别也不大,采用封闭的拉延筋,拉延筋在压边圈上的布置如下图4.6所示,拉延筋距离凹模口30mm。图4.5 拉延筋尺寸图4.6 拉延筋布置图4.5 拉延工艺的计算4.5.1 拉延模拉深力的计算车门外板属于一个不规则的形状,不能使用一般的圆筒件、带法兰圆筒件、锥形零件的计算公式对其进行计算,需要采用任何形状的拉深力的计算公式: F=Ltb k (4-1)式中:L为拉延件的截面周长,mm;t为材料厚度;b 为材料的抗拉强度,MPa;k为修正系数,一般k=0.50.8。这里,L利用UG软件的测量功能对模型进行测量,得到制件拉延时的周长为4258mm,面积为1168085mm;t为0.8mm;b 是08AL材料的抗拉强度,查资料,取为350MPa;k取上限0.8。计算得到制件的拉深力为:F=Ltb k=42580.83500.8=953792N=954kN4.5.2 拉延模压边力的计算对于拉延来说,压边力的大小是很重要的,如果压边力过大,坯料就会被拉裂,压边力过小,坯料得不到充分的压边,就容易起皱。压边力的计算公式为: Q=Aq (4-2)式中:A为压边圈下坯料的投影面积,mm;q为单位压边力,MPa,可以通过查表选取。对于车门外板,利用UG软件得到A的值为101981mm;q的值在表中查得为2MPa。则计算压边力为:Q=Aq=1019812=203962N=204kN4.5.3 拉延模压力中心的确定设计模具时,要使模具的压力中心通过模柄的轴线,这样可以保证模具的压力中心和冲床滑块中心重合13。如果它们的中心不一致,冲压时会产生偏裁而出现侧压力,导致模具以及压力机滑块的急剧磨损,这样就会降低模具和压力机的使用寿命。由于本覆盖件的外形是曲面结构,外形尺寸很复杂,很难用几何作图方法来确定它的压力中心,因此在这里使用毛坯的几何中心作为压力中心。本零件的毛坯尺寸是由Dynaform软件分析得到:1530mm1430mm0.8mm, 作这个毛坯的对角线的交点就模具的压力中心。4.5.4 拉延设备的选择对于单动压床: P压=F+Q (4-3)式中P压压床的公称压力;F拉延力; Q压边力。因此,单动压力机的P压=F+Q=954+204=1158kN。 在实际生产中按下式确定压力机的公称压力:Fg(1.61.8) P=1.81158kN=2084.4kN因此可选压机为:Y27-1300(框架式单动薄板拉伸液压机),主要技术参数如表所示:表1 压力机相关参数型号Y27-1300型式闭式双点单动公称力13000KN滑块行程1500mm最大闭合高度2200mm工作台尺寸(mm)55002700液压垫力4000kN行程次数811次/min滑块平面尺寸(mm)550027004.5.5 模具工作部分尺寸的计算(1)凸、凹模拉深间隙的计算。本模具是带压边圈的拉深模,其间隙查表确定:Z/2=(11.1)t=10.8=0.8mm(2)凸、凹模工作部分尺寸与公差的计算。本工件的外形尺寸精度是在后序的修边和整形等工序中得以保证的,本工序不是零件成形的最后工序,因此在拉延工序中不需要太高的精度等级,根据IT11级来确定工件的外形尺寸。工件的外形尺寸:R20+0.13、1250+0.71、1107+0.65、1112+0.65。这里给的是工件的外形尺寸,所以拉延以凹模为基准件,凸模尺寸由凹模尺寸减去间隙配做得到。凹模工作部分尺寸:凸模工作部分尺寸:(3)凸、凹模圆角半径的计算。凹模圆角半径: R凹=(813)t (4-4)式中t为板坯的厚度,0.8mm,则凹模圆角半径取中间值10mm。凸模圆角半径: R凸=(610)t (4-5)式中t为板坯的厚度,0.8mm,因此凸模圆角半径取为8mm。4.6 拉延模结构形式的确定汽车覆盖件拉延模有正装和反装两种类型,根据所使用拉延设备的不同,反装车门外板拉延模是在单动压力机上拉延的拉延模(或称单动拉延模)14,正装拉延模是在双动压力机上拉延的拉延模(或称双动拉延模)。单动拉延模结构复杂,尺寸大,制造精度要求较高,成本也高。但是模具能够成形较大尺寸的汽车覆盖件,采用通气孔,塑料弯管等结构或装置,有利于保证工件的加工质量。此模具适用于结构较复杂、尺寸大、生产批量大的汽车覆盖件类零件的加工。因此,本模具选择单动拉延模结构,凸模在下,凹模和压边圈在上,利用单动压力机作为压力设备。4.7 拉延模主要零件的设计4.7.1 拉延凸模的设计车门外板单动拉延模中,凸模部分安装在下模上。由于模具结构复杂,尺寸较大,为了减轻模具零件的重量,因此拉延模中的凸模、凹模、压边圈等都采用带加强筋的空心铸件结构。由于零件料厚只有0.8mm,为了降低模具材料成本,又保证满足模具有足够的强度、韧性和良好的加工工艺性的要求,凸模、凹模和压边圈的材料均选用钼铬铸铁,热处理硬度达到HCR5055。为保证模具的装配精度和质量,降低模具制造难度,凸模和下模座、凹模和上模座采用的都是整体式结构。凸模工作部分表面处的模壁厚比其它部位的壁厚要大一些,一般为7090mm,这里取70mm,非工作部位的壁厚为40mm。由于下模座与凸模为整体加工,凸模型腔下部深度较深,铸造过程中型砂不容易去除,故在凸模下部肋条中应设计孔位,便于散热与型砂的去除,提高铸件的质量。凸模尺寸设计设计包括凸模高度、模座尺寸和工作部分的尺寸等。高度: H凸=h+H圈+L (4-6)式中h为工件的最大拉深深度,通过Dynaform软件分析,取为107mm;H圈 是压边圈的高度,取为300mm;L为压边圈下表面距离凸模座上表面的安全距离,取50mm。于是凸模的高度为:H凸=h+H圈+h1=107+300+50=457mm凸模座尺寸:模座厚度按经验值取为250mm,外轮廓尺寸为冲压坯料尺寸加上安装导向装置的空间,坯料尺寸为1430mm1530mm,则凸模座尺寸设计为1900mm2000mm。凸模工作部分的外轮廓尺寸就是工件的内轮廓尺寸。凸模的二维图如图4.7所示: 图4.7 凸模二维图4.7.2 拉延凹模的设计由于零件的外形尺寸比较大,在模具手册中选取不到标准的模座,因此自行设计。凹模与凸模一样也要设计成整体式的结构,即凹模和上模板是整体铸造的。在拉延时凹模会将坯料紧压在压边圈上,凹模型腔内的空气不能顺利的排出,这样会影响零件的成形,因此必须要设计通气孔来排凹模内的空气,通气孔的位置设在工件的工艺补充部分。凹模座的长度和宽度与凸模一致。凹模尺寸设计包括凹模厚度、凹模圆角半径、模座尺寸等。凹模座:凹模座尺寸设计与凸模座尺寸相同,为1900mm2000mm250mm。凹模厚度:H凹=h+h0 (4-7)式中h为工件拉深的最深深度,107mm;h0是凹模壁厚;因为本设计的凹模是和凹模座整体铸造的,有了凹模座的厚度,不必要另取凹模壁厚,因此凹模厚度设计为110mm。凹模外轮廓尺寸要比坯料尺寸大,这里设计为1500mm1600mm。凹模圆角半径:R凹=(813)tt为板坯的厚度,0.8mm,则凹模圆角半径取中间值10mm。凹模工作部分的内轮廓尺寸就是工件的外轮廓尺寸。图4.8 凹模二维图4.7.3 压边圈的设计工作时,压边圈受到较大的载荷,压边圈要有一定的厚度以满足强度和刚度的要求,因此压边圈高度一般不低于200mm。同时考虑到导板空间,沿压料面形状铸造,比压料面低20mm,本设计压边圈高度为300mm。在整个拉延过程中,压边力必须要均匀并且压边圈不能将坯料压得过紧,这里采用的是带限位装置的刚性压边圈,使压边圈和凹模之间始终保持一定的距离,对于凸缘小或球形的抛物线件的拉深,为了防止起皱,压边圈上设计有拉延筋。压边圈尺寸设计包括厚度和外轮廓尺寸。厚度:压边圈厚度取为300mm。压边圈外形尺寸大小要比坯料的尺寸(1530mm1430mm)大,留有对坯料的定位装置和与上下模板之间的导向装置,这里设计成与上下模座同样大小。所以压边圈的尺寸为:1900mm2000mm300mm。其内轮廓尺寸与凹模尺寸相同,图4.9 压边圈二维图4.7.4 顶件装置的设计拉延成形后,零件留在凸模上为了使零件从凸模中取出,进行下一道工序,必须设计顶件装置。顶件装置一种是用顶出器顶出,一套拉延模的顶出器一般为35个,相互间距离尽可能大。顶起拉延件的时候要求平稳,且不产生移位,顶件器顶面与工件形状一致,最好设在平整型面上。但是本拉延的工件的形状多为曲面,几乎没有平面,因此不适合用顶件器。从整个模具的结构考虑看,由于压边圈装在凸模上面,因此选择顶件装置由压边圈来实现,能够平稳地把工件顶出。压边圈是通过压边圈顶杆和压力机的顶出缸连接的,当拉延完成后,上模架向上运动后,通过液压机下的顶出缸顶出压边圈,通过压边圈把零件抬高,就可以轻松地实现顶件的要求了。顶件所需要的力由液压机下的顶出缸提供,顶出力的大小与压边圈的重量以及凸模与工件的摩擦相关,因此计算这个力是很复杂的,而这个力往往是根据经验来计算,由经验可得这个为拉延成形力的10%,因此这个约为0.1F =954kN0.1=95.4kN,由于液压机下面的顶出缸的作用力为4000kN,因此足够顶出零件。因此这里的顶件装置就是压边圈。4.7.5 其他零部件的设计 导向装置:为了使拉延时,上模能准确的与压边圈进行配合,防止压边圈在运动过程中出现跳动,因此,必须对压边圈进行导向,选用导板作为压边圈和凸模之间的导向装置,在凸模和压边圈的四个角安装四个导板结构,导板尺寸为200mm60mm240mm。压边圈和凹模之间没有侧向压力的作用,可用导柱导套装置进行导向,导柱尺寸为120mm300mm,导套尺寸为120mm150mm,配合精度按H7/h6制造。 合模限位装置:合模限位块又称调整块,为了保证整个拉延时压边力均衡和防止将坯料压得过紧,使压边圈与凹模之间保持一定的距离S,这个距离通过经验得S=1.2t=1.20.8=9.6mm。通过安装四块调整块在压边圈四个角上,通过试验使压边圈周围保持均匀合模间隙,从而保证均匀压料力, 调整块采用工具钢制造并淬火,保证能够承受压边力,限位块的使用经过不断的调整来实现。 压边圈限位螺钉:倒装拉延模的压边圈套在凸模上,在拉延开始时,压边圈通过顶杆顶起,使压边圈达到最高点,然后把坯料放进去,考虑到顶杆顶起时,压边圈可能超过其最大高度,因此应在下模上设置限位螺钉。 起重棒的设计:因为模具的尺寸大,因此其质量也都很大,必须考虑到设计起重棒来解决模具的吊装问题。考虑到铸件在吊起中的翻转,四个起重棒承受整个铸件的重量,故选用直径为60mm的起重棒,材料为Q235A。 通气孔的设计:拉延时,毛料被压料圈压在凹模压料面上,整体凹模型腔里的空气如果不排出,压缩后的气体会将成型工件顶瘪。因此,在凸模和凹模型腔的非工作表面或后序切掉的废料部分必须钻制610个直径为2030mm的气孔,相应地在凹模下面铣出通气槽与通气孔接通,使空气排出。4.8 拉延模的工作原理上模合模前,压力机中的顶杆通过液压缸将压边圈顶起,操作工人将板料放到压料面上,放好板料后,上模在压力机上滑块的作用下开始下行,下行过程中上下模座中的导柱导套发挥导向定位作用,使得模具在运行过程中准确定位。上模下行时首先与压边圈一起压住板料,与上模压出压料面形状,上模与压边圈靠导柱导向,压边圈与上模一起平稳下行。上模下行至一定程度开始与下模的凸模接触,与下凸模一起作用使板料成形,当压边圈与下模上的合模限位块接触时拉延成形完毕。上模开始回程,压边圈在顶杆作用下与上模一起上行,此时,工件在压边圈的作用下与下模脱离,压边圈上升至一定高度将不再运动。由于零件的重量大,其本身的重力远大于上模对零件的夹紧力,所以零件靠自身的重力作用留在压边圈上,零件的取出变得非常方便。4.9 本章小结本章是本设计最核心的章节,对工件成形的拉延模具进行了详细的设计,确定了工件的冲压方向、工艺补充部分、压料面和拉延筋等,对模具的工作部分进行了计算,设计出拉延凸模、凹模和压边圈等主要工作零件和一些辅助零件,完成了拉延模具的设计。5 外板修边冲孔复合模具的简单设计5.1 修边冲孔工艺的分析所谓修边就是将拉延后的工件上工艺补充部分和压料凸缘的多余部分切除掉,这是汽车覆盖件中保证工件尺寸所必须的一道工序,一般是在拉延之后,翻边之前15。修边模具的设计中,要解决的最主要的问题是修边方向和工件定位的问题。5.1.1 修边方向的确定修边方向指的是修边凸模或者凹模镶块的运动方向,它可以不与压力机滑块的运动方向一直保持相同。修边方向分为垂直修边、水平修边和倾斜修边三种。如图5.1所示:图5.1 修边方向示意图(1)垂直修边:如图a所示,此类修边时,修边模的运动方向是和压力机的滑块的运动方向是一致的,修边面与水平面的夹角小于30。垂直修边模结构简单,在修边时首先考虑采用。(2)水平修边:如图b所示,此类修边模的运动方向是和压力机滑块的运动方向垂直。适用于要修边的面是侧壁时的情况,侧壁几乎是垂直的,选择垂直修边比较好。(3)倾斜修边:如图c所示,倾斜修边中,工件的侧壁和水平面成一定比较大的角度,此时,使用垂直修边和水平修边都不能产生好的修边效果,需要设计成倾斜修边比较好。图5.2 修边线的形式如上图5.2所示是修边线的形式。修边方向和修边线的确定是相互确定的,修边线的位置在哪里是对修边方向选择的参考。(1)图中a,修边线在拉延件压料面上,修边采取垂直修边。(2)图中b,修边线在拉深件底面上,采用垂直修边。 (3)图中c,修边线在拉延件短斜面上,采用垂直修边。(4)图中d,修边线在拉延件长斜面上,采用垂直修边。 (5)图中e,修边线在拉深件侧壁上,采用水平修边或倾斜修边。本设计的车门外板经过拉延后,四周与水平面的夹角都较小,符合垂直修边的条件,为了得到好的修边质量和简单的模具结构,本模具选用垂直修边,修边线选则如图5.2中b所示,B为35mm;C为1020mm;R为310mm; R810mm。因为本设计不用考虑后续的工序,修边线的位置就是工件外轮廓的形状。5.1.2 修边模的定位修边模的定位方式,主要有按拉深件的形状定位,用拉延件凸台定位,工艺孔定位。利用拉深件的形状定位可靠,并有自动导正作用,虽然增加了制造的难度和加工经济费用,但是能很好的保证模具精度要求,同时能够有一定的矫正作用。因此在这里选择用拉深件的外形定位。5.1.3 修边模的结构形式本此设计的是一套在拉延工序之后的修边冲孔复合模具,修边修的是在拉延工序中添加在工件上的工艺补充部分,包括轮廓外面的部分和内部车窗部分;冲孔冲的是车门把手的位置。修边采用的是垂直修边的方式,也是采用倒装,凸模在下,修边凹模在上部16。由于有冲孔工序的存在,下模(凸模)中要设计用于冲孔的废料的顶住装置。5.2 修边冲孔模结构与零件的设计5.2.1 修边模工作部分的设计修边模刃口是修边模的主要结构,修模刃口的形式有镶块式和整体式,以镶块的结构模式将刃口材料安装在凸模或者凹模上是镶块式,如果将刃口材料堆焊在凸模或者凹模上是整体式。本次设计的是车门外板,其修边线轮廓多为不规则的空间曲线,并且修边线很长,为了使制造、装配和修理方便,修边模的刃口形式通常都用镶块结构。修模镶块的设计需要合理才能比较好的完成修边工序,制造出质量高的修边件。镶块的长度应根据使用的材料来进行选择,太长会使加工及热处理不方便,太短会不好进行安装。一般刃口是长直线部分的镶块长度可以加大,复杂弯曲部分应该分成小的、单独的块。小圆弧部分单独做成一块,大圆弧、长直线部分可以分成几块。凸模和凹模中的镶块,应使它们的结合面尽量错开,避免产生毛刺。在修边模中,凸模安装在下,凹模在上,凸模的外轮廓尺寸就是工件的内轮廓尺寸。与拉延工序中的凸、凹模一样,使用的是空心结构,上下模分别和上下模座都是整体铸造的方式。其中还需要在下模上设置用于门把手孔和车窗部分的冲孔凹模部分,以及废料的顶出。在修边凹模上安装用于冲孔的凸模部分。5.2.2 修边模卸料装置的设计经
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。