【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)入凹模 拉深凸模在拉深終了時(shí)，應(yīng)能進(jìn)入拉深件成形所要求的每一個(gè)角落，不應(yīng)出現(xiàn)凸模接觸不到的死角和死區(qū)，這樣才能夠使拉深件成形。即拉深件的側(cè)壁與拉深方向無(wú)負(fù)角現(xiàn)象（圖 中的 ? 角）。按圖 （ a）的沖壓方向，凸模無(wú)法進(jìn)入凹模，拉深成為不可能。按圖 （ b） 的沖壓方向，凸模能順利進(jìn)入凹模，且進(jìn)入拉深件的所有角落，所以是可行 的拉深方向。 圖 拉深凸模必須能夠順利進(jìn)入凹模 (2)拉深深度應(yīng)均勻 拉深效果的好壞，進(jìn)料阻力各向相等是重要因素。若想進(jìn)料阻力相等，拉深深度均勻又是必要條件。在確認(rèn)拉深凸模能順利進(jìn)入凹模之后，首先要考慮的是拉深深度應(yīng)均勻。圖 所示的是兩種拉深方向產(chǎn)生的拉深深度。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) XIV （ a） 不均勻 （ b） 均勻 圖 拉深深度程度的比較 （ 3）拉入角相等 拉深進(jìn)行過程中，應(yīng)盡量做到凸模相對(duì)兩側(cè)的拉入角相等。使材料進(jìn)入凹模速度趨于相等，達(dá)到理想的變形條件。 （ 4）凸模開始與毛坯接觸狀態(tài)要平穩(wěn) 應(yīng)盡量做 到接觸的部位在中間，接觸面積要大，接觸點(diǎn)要多。只有這樣才能保證拉深時(shí)毛坯不竄動(dòng)，拉深過程穩(wěn)定（如圖 ）。 圖 凸模開始拉深時(shí)與拉深毛坯的接觸狀態(tài)示意圖 （ 5）工藝補(bǔ)充部分少 工藝補(bǔ)充是拉深件不可缺少的部分，好的拉深工序設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)是在最少的材料消耗下，拉深出合格的拉深件。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) XV 基于以上條件和零件的形狀結(jié)構(gòu)，選擇沖壓方向圖 所示的沖壓方向。 壓料面的確定 壓料面各部位的進(jìn)料阻力不一樣，在拉深過程中毛坯有可能經(jīng)凸模頂部竄動(dòng)影響表面質(zhì)量，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生拉裂和起皺。 應(yīng) 使壓料面兩端一樣高，則進(jìn)料 阻力均勻，凸模開始拉深時(shí)與拉深毛坯的接觸部位接近中心，拉深成形好。要使壓料面各部位的進(jìn)料阻力均勻，除了通過設(shè)計(jì)合理的壓料面形狀和拉深筋等措施外，拉延深度要均勻是主要條件。還要使凸模對(duì)應(yīng)兩側(cè)的材料的拉入角盡量相等。 此外， 確定壓料面形狀必須考慮以下幾點(diǎn)： （ 1）降低拉深深度 降低拉延深度，有利于防皺防裂。如果壓料面就是覆蓋件本身的一部分時(shí)，不存在降低拉延深度的問題。如果壓料面是由工藝補(bǔ)充部分補(bǔ)充而成，必要時(shí)就要考慮降低拉延深度的問題。 （ 2）凸模對(duì)毛坯一定要有拉伸作用 這是確定壓料面形狀必須充分考慮的一個(gè)重要因 素。只有使毛坯各部分在拉深過程中處于拉伸狀態(tài)，并能均勻地緊貼凸模，才能避免起皺。 工藝補(bǔ)充部分設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)覆蓋件的拉深，需要將覆蓋件的孔、開口、壓料面等結(jié)構(gòu)根據(jù)拉深工序的要求進(jìn)行工藝處理，這樣的處理稱為工藝補(bǔ)充。 工藝補(bǔ)充是 拉深 件不可缺少的部分，工藝補(bǔ)充部分在 拉深 完成后要將其修切掉，過多的工藝補(bǔ)充將增加材料的消耗。因此，應(yīng)在滿足拉深條件下，盡量減少工藝補(bǔ)充部分，以提高材料的利用率。 由零件結(jié)構(gòu)分析，此零件工藝補(bǔ)充后屬于帶凸緣的盒形件拉深，因此修邊線的選擇應(yīng)該在盒形件拉深的底部 、垂直修邊 ，且 修邊 線距拉深筋的距離應(yīng)有一定數(shù)值。 綜上所敘壓料面尺寸沿周邊 80mm，拉延筋沿周邊 12mm；工藝補(bǔ)充部分在深拉伸處各工藝補(bǔ)充 60mm,淺拉伸處補(bǔ)充 30mm。 拉延筋的設(shè)置 拉延 筋設(shè)置在壓料面上，通過不同數(shù)量、不同位置、不同的結(jié)構(gòu)尺寸以及拉深筋與槽之間松緊的改變，以調(diào)節(jié)壓料面上各部位的阻力，控制材料流入， 減慢進(jìn)料速度，削弱壓應(yīng)力， 提高制件的剛度，防止拉深時(shí)起皺和開裂。 敷設(shè)拉延筋的原則是： （ 1）拉深深度淺的應(yīng)敷設(shè)為增加剛性的拉深筋或拉深檻； （ 2）為使進(jìn)料阻力均衡，在直線部分敷設(shè)拉深筋或拉深檻； （ 3）為克服起皺，應(yīng)在凸曲線敷設(shè)較寬的拉深筋； （ 4）拉深筋或拉深檻盡量靠近凹模圓角，但不能影響修邊模的強(qiáng)度； 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) XVI （ 5）在同一位置應(yīng)盡量布置一條拉深筋，必要時(shí)才增至兩條或三條。 綜上分析零件的成型結(jié)構(gòu)和工藝補(bǔ)充后的形狀，拉延部分變形較大，所以必須設(shè)置拉延筋。同時(shí)考慮到工件材料（ SPRC440）拉延性能較差，拉延形狀類似盒形，故壓料筋在直邊處設(shè)有，在圓角邊不設(shè)有。在零件的四個(gè)直邊處各設(shè)有一條拉延筋。 壓料筋距離凸模外輪廓尺寸沿凸模外輪廓形狀不變，尺寸大小決定于凹模圓角大小和壓料圈強(qiáng)度，一般取 30～ 35mm（考慮 到零件的結(jié)構(gòu)，本例中取 20mm） 。壓料筋相互之間的尺寸沿壓料筋形狀不變，一般取 28～ 30mm（本套模具取只取一條拉延筋）。如果壓料面就是覆蓋件本身的凸緣面時(shí)，則壓料筋距凸模外輪廓尺寸等于壓料筋距修邊線尺寸和修邊線距凸模外輪廓尺寸之和。壓料筋之間的尺寸同樣取 28～30mm。 壓料筋突出高度在圖樣上 為 4mm，實(shí)際上第一根壓料筋往外的壓料筋高度是依次遞減的。 壓料筋的寬度 A 有 12mm， 16mm 兩種，根據(jù)拉延件的大小決定，一般取寬度為16mm (本套模具采用的是 12mm)。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) XVII 3 應(yīng)用 CAD/CAE 提高沖壓工藝水平 CAD 應(yīng)用 CAD 設(shè)計(jì)介紹 自 20 世紀(jì) 80 年代以來，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（ CAD）已得到了廣泛的應(yīng)用，并且得到了快速的發(fā)展，在模具設(shè)計(jì)、制造中也顯示了巨大的優(yōu)越性。 CAD 設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于：能夠直觀反映設(shè)計(jì)的真實(shí)狀態(tài)，通過運(yùn)動(dòng)模擬、干涉檢查等數(shù)字化分析手段，在設(shè)計(jì)階段就能避免以往在生產(chǎn)制造中才能發(fā)現(xiàn)的問題。標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)可為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可以直接裝配的參數(shù)化、系列化的零件；沖壓設(shè)備庫(kù)、典型結(jié)構(gòu)庫(kù)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了可參考的模型；而基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫(kù)使模具設(shè)計(jì)更加靈活、智能。資源庫(kù)與知識(shí)工程的有機(jī)結(jié)合，形 成了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)，成為三維實(shí)體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。與 3DDL 圖技術(shù)、實(shí)體泡沫加工技術(shù)的結(jié)合，達(dá)到真正意義上的三維實(shí)體設(shè)計(jì)。并以此為契機(jī)，帶動(dòng)整個(gè)模具生命周期的技術(shù)提升。實(shí)現(xiàn)模具制造的CAE/CAD/CAM 一體化，使模具生產(chǎn)越來越依賴于高科技手段，最大限度地降低人工勞動(dòng)的強(qiáng)度，提高模具的制造精度，縮短模具生產(chǎn)周期。 CAD 軟件介紹 AutoCAD（ Auto Computer Aided Design）是美國(guó) Autodesk 公司首次于 1982 年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、 設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)?，F(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。 .dwg 文件格式成為二維繪圖的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)格式。 Pro/Engineer 是美國(guó) PTC 公司的產(chǎn)品，于 1988 年問世。 10 多年來，經(jīng)歷 20 余次的改版，已成為全世界及中國(guó)地區(qū)最普及的 3D CAD/CAM 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)。 Pro/E 是全方位的 3D 產(chǎn)品開發(fā)軟件包，和相關(guān)軟件 Pro/DESINGER （造型設(shè)計(jì)）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、加工制 造、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，從而使用戶縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間并簡(jiǎn)化了開發(fā)的流程；國(guó)際上有 27000 多企業(yè)采用了 PRO/ENGINEER 軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 Pro/E 獨(dú)樹一幟的軟件功能直接影響了我們工作中的設(shè)計(jì)、制造方法。與其他同類三維軟件（ MDT、 UG、 CATIA 等）相比， Proe/ENGINEER 的不同之處在于以下幾點(diǎn)： （ 1）基于特征的（ FeatureBased） Pro/ENGINEER 是一個(gè)基于特征的（ FeatureBased）實(shí)體模型建模工具，利用每濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) XVIII 次個(gè)別建構(gòu)區(qū)塊的方式構(gòu)建模型。設(shè)計(jì)者根據(jù)每個(gè)加工過程，在模型上構(gòu)建一個(gè)單獨(dú)特征。特征是最小的建構(gòu)區(qū)塊，若以簡(jiǎn)單的特征建構(gòu)模型，在修改模型時(shí)，更有彈性。 （ 2）關(guān)聯(lián)的（ Associative） 通過創(chuàng)建零件、裝配、繪圖等方式，可利用 Proe/ENGINEER 驗(yàn)證模型。由于各功能模塊之間是相互關(guān)聯(lián)的，如果改變裝配中的某一零件，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)地在該裝配中的其他零件與繪圖上反映該變化。 （ 3）參數(shù)化（ Parametric） Pro/ENGINEER 為一參數(shù)化系統(tǒng)，即 特征之間存在相互關(guān)系，使得某一特征的修改會(huì)同時(shí)牽動(dòng)其他特征的變更，以滿足設(shè)計(jì)者的要求。如果 某一特征參考到其他特征時(shí)，特征之間即產(chǎn)生父 /子（ parent/child）關(guān)系。 （ 4）構(gòu)造曲面（ surface） 復(fù)雜曲面的生成主要有三種方法： 1）由外部的點(diǎn)集，生成三維曲線，再利用 Pro/E下 surface 的功能生成曲面。 2）直接輸入由 Pro/desinger（造型設(shè)計(jì)）產(chǎn)生的曲面。 3）利用 import（輸入）功能，以 IGES、 SET、 VDA、 Neutral 等格式，輸入由其他軟件或三維測(cè)量?jī)x產(chǎn)生的曲面 （ 5）在裝配圖中構(gòu)建實(shí)體 根據(jù)已建好的實(shí)體模型，在裝配（ ponent）中，利用其特征（平面，曲面或軸線）為基準(zhǔn)，直接構(gòu)建（ Create）新的實(shí)體模型。這樣建立的模型便于裝配，在系統(tǒng)默認(rèn)（ default）狀態(tài)下，完成裝配。 CAD 在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 基于 CAD 軟件的優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)采用 Auto CAD 繪制二維圖。 圖 凹模平面圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) XIX 圖 壓邊圈平面圖 三維實(shí)體圖的繪制采用 Pro/Engineer。另外沖壓分析時(shí)應(yīng)用了 Catia V5，在實(shí)體圖的演示方面采用了 Product View。 圖 凸模立體圖 CAE 應(yīng)用 CAE 分析介紹 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) XX 成型 CAE 在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，實(shí)際上是對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化的過程。在板料設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用 CAE 技術(shù)，可以避免和減少傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的浪費(fèi)、失誤甚至報(bào)廢，有效提高模具開發(fā)的效率，降低開發(fā)成本。 CAE 在汽車鈑金零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用由于汽車覆蓋件形狀及其成形過程的多樣性和復(fù)雜性，多數(shù)情況下成形工序與工藝參數(shù)要通過多次試驗(yàn)才能確定。加工過程的控制、模具的設(shè)計(jì)和制造都直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)格。加工過程不 當(dāng)或模具形狀不合適很容易出現(xiàn)成形件破裂、起皺或其他成形缺陷。為了避免這類情況的發(fā)生，通常需要修改成形工序和工藝參數(shù)或修改模具形狀。隨著工業(yè)化的日益發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)明顯不適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求。汽車企業(yè)為了縮短開發(fā)周期，提高新產(chǎn)品開發(fā)的綜合效益，大量采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來設(shè)計(jì)和模擬分析車身覆蓋件，從而大大縮短了車身覆蓋件的開發(fā)周期。 CAE 軟件介紹 本文運(yùn)用的 AutoForm 是一款由瑞士開發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件，可以用于薄板、拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等過程的 模擬，配合不同的功能模塊，還可以進(jìn)行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)。 CAE 應(yīng)用介紹 1 沖壓方向的確定 傳統(tǒng)沖壓方向的確定有很大的局限性，對(duì)一些復(fù)雜沖壓件沖壓方向的確定顯得束手無(wú)策 (傳統(tǒng)工藝確定沖壓方向可操作性不強(qiáng) )，往往有些形狀復(fù)雜的沖壓件因?yàn)闆_壓方向確定的不合理出現(xiàn)調(diào)試不出合格件的情況。 傳統(tǒng)工藝確定；中壓方向的方法如下。 (1)保證凸模能夠順利進(jìn)入凹模。 (2)使凸模接觸毛坯的面積大。 (3)壓料面各部分進(jìn)料阻力要均勻可靠。 而運(yùn)用 CAE 分析可以根據(jù)沖壓件的幾何形狀快速確 定最佳沖壓方向、有無(wú)沖壓負(fù)角以及最淺拉深深度。如圖 ，可以根據(jù)沖壓件的工藝編排情況來確定最佳的沖壓方向。 Average normal：平均法向 Min draw depth：最小拉深深度 Min backdraft：最小負(fù)角 Screen axes：目視方向 圖 沖壓方向分析確定 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) XXI 對(duì)于一些復(fù)雜沖壓件的沖壓方向確定亦可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)整沖壓方向，便于材料流動(dòng)．同時(shí)車身坐標(biāo)系與沖壓坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換亦能輕松實(shí)現(xiàn)。 2 毛坯尺寸的估算 優(yōu)化以及排樣的優(yōu)化 (1)毛坯尺寸的估算 對(duì)于一些沖壓件可根據(jù)成形方 式 (拉深、壓彎等 )來反求毛坯尺寸，使用不同的約束條件將得到不同的毛坯尺寸 (Onestep)。 (2)迭代法 優(yōu)化坯料尺寸反求出的毛坯尺寸可能不夠精確使用 A u t o fo r m 優(yōu)化(Optimization)模塊，反復(fù)求解得出最接近結(jié)果的真值