【文章內(nèi)容簡介】 ；設(shè)計技術(shù)的普遍應(yīng)用，如多種設(shè)計軟件，分析模擬仿真，加工仿真等都給模具設(shè)計提供了一體化的解決方案，極大地提高了模具設(shè)計的效率；標準件的使用越來越精細化、集成化，模具結(jié)構(gòu)簡單化但兼顧生產(chǎn)要求等。計算機輔助設(shè)計對模具制造業(yè)的影響是巨大的，隨著各種電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，這種轉(zhuǎn)變必將越來越深。 雖然模具總體呈現(xiàn)以上所描述的趨勢發(fā)展，但是反觀國內(nèi)的汽車模具制造業(yè)，仍有不少的技術(shù)是參考國外的，設(shè)計規(guī)范也進本參考國外的標準，對于計算機輔助設(shè)計這一方面，雖然有所普及，但是應(yīng)用的根基還是不深，從業(yè)人員對軟件運用不熟悉、設(shè)備傳統(tǒng)老舊，極少擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的加工設(shè)備等等方面的因素，都變成了我國汽車覆蓋件模具發(fā)展的瓶頸，制約著行業(yè)的轉(zhuǎn)型。因此，我國的模具制造技術(shù)與國外相比較，差距還是非常大的。 汽車模具發(fā)展的關(guān)鍵問題 針對以上出現(xiàn)的情況，歸納出如今我國汽車模具行業(yè)發(fā)展面臨的幾個關(guān)鍵問題。首先，模具的自動化加工是大勢所趨，國內(nèi)的加工裝備自動化遠低于國外的同等水平，這一方面要求我 們必須要加大力度去研發(fā)同類產(chǎn)品，提高裝備質(zhì)量，模具加工能做到 “自給自足 ”，第一章 緒論 3 不依賴于進口的設(shè)備；其次，仿真技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展已經(jīng)成為如今模具設(shè)計的必要借助手段，有了前期的仿真和分析，模具設(shè)計的問題點就會有所減少，模具的質(zhì)量也會顯著提高；然后，車身的分塊盡量少，采用盡量大的合理的分塊，如采用整塊式的車身左右側(cè)板和車頂蓋，這樣可以減少模具的數(shù)量，提高生產(chǎn)效率；最后，減少沖壓工序數(shù)，這樣就可以減少沖壓件數(shù)，減少工藝裝備數(shù)量和設(shè)備占地面積，簡化沖壓的傳送裝置，減少操作工人，這樣可以節(jié)省投資成本和能源消耗。除了這些方面， 其他的關(guān)鍵問題如材料選擇等都亟需研究解決，這樣才有可能迎來我國汽車模具行業(yè)的春天。 汽車模具的種類定義概述 生活中，無論是貨車的駕駛室，還是高檔汽車的車身，都是由覆蓋件構(gòu)成的。而這里所說的覆蓋件，大部分是采用冷沖壓加工制造成形的。與一些鈑金類的小型模具相比，汽車模具的體積要大得多，成形這些車身覆蓋件的且采用冷壓的模具都是汽車模具。 汽車覆蓋件簡介 汽車覆蓋件（以下簡稱 “覆蓋件 ”）指的是汽車車身外表形狀的零件，俗稱為 “白車身 ”?；蛘呖梢赃@樣認為，是暴露在汽車外表面的鈑件。覆蓋件又分為外覆蓋件和內(nèi)覆蓋件。外門板、頂蓋、發(fā)動機外板、行李箱外板、側(cè)圍外板等，這些部件都是暴露在汽車外表面，稱為外覆蓋件；內(nèi)門板、發(fā)動機內(nèi)板、行李箱內(nèi)板、前后擋泥板等，這些部件不暴露在汽車外表面，不能直觀地被看見，稱為內(nèi)覆蓋件 [6]。其如圖 11 所示。這些鈑件經(jīng)過焊接之后就形成了汽車的車身。 圖 11 捷達轎車的車身殼體 汽車覆蓋件在稱身不同的部位其作用也不相同，其成形的加工工藝也不盡相同，但制造覆蓋件的板材通常要求有以下的特性：強度高、質(zhì)量輕、成形性能好；具有良好的焊接性能、抗凹陷性、耐腐蝕性，表面光潔，易涂裝，材料不污染環(huán)境，且可以再生；質(zhì)量均勻、供應(yīng)渠道寬、價格合理等 [7]。 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 汽車模具的種類 拉延模，也叫拉深模，它是將有一定厚度的板材通過模具拉深變成具有一定形狀的殼體，這套模具就叫拉延模，如圖 12 所示。按照拉延模的結(jié)構(gòu)形式，可分為單動拉延模和雙動拉延模。單動拉延模（圖 12a）的凹模在上方，凸模在下方；雙動拉延模（圖 12b）的凹模在下方，凸模在上方。 a) 單動拉延模 b) 雙動拉延模 圖 12 拉延模 修邊沖孔模，是拉延成形后的板件按要求進行輪廓修邊，將板件沒有用的部分剪去，并把板件上的孔用沖頭沖出來的一種復(fù)合模具。修邊沖孔模可以分為垂直修邊沖孔模、水平修邊沖孔模以及傾斜修邊沖孔模三大類，本課題設(shè)計的是垂直修邊沖孔模。其大致結(jié)構(gòu)如圖 13 所示。 圖 13 修邊沖孔模 因為覆蓋件上通常會有數(shù)量比較多的孔，設(shè)計中除了采用單獨的沖孔模具之外，常常將一部分的孔合并到修邊的工序中，這樣就減少了一些工序。 翻邊整形模，這類模具主要完成拉延無法成形或者可以成形但后工序無法處理的局部邊以及形面，其結(jié) 構(gòu)如圖 14 所示。 圖 14 翻邊整形模 第一章 緒論 5 包括下料模在內(nèi)的四種類型是汽車覆蓋件模具的主要種類。通常汽車覆蓋件的沖壓都需要用到以上的幾套模具。 本次設(shè)計將重點放在拉延模與修邊沖孔模兩種類型的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計上。翻邊整形模不做描述。 CATIA 和 AutoCAD 在本次設(shè)計中的應(yīng)用 CATIA 是法國達索開發(fā)的一個三維軟件，自從問世以來，已經(jīng)廣泛地為世界各地的生產(chǎn)制造商提供了許多解決方案。在汽車模具設(shè)計方面， CATIA 更是以其強大的曲面造型功能、裝配功能在設(shè)計中獨占鰲頭，深受設(shè)計者的喜愛。本次設(shè)計主要使用軟件的曲面造型、零件設(shè)計、裝配體設(shè)計以及工程圖設(shè)計這幾大模塊。先從模具總體的形狀出發(fā)考慮，繪制出大體的結(jié)構(gòu)，再繪制其他的零部件，然后進行裝配，不合適的地方可以很方便的進行修改，并同步更新。 AutoCAD 主要用于二維圖的出圖，繪制模具的總裝配圖、以及工作部分的零件圖。 第二章首先對沖壓的產(chǎn)品板件 ——縱梁進行材質(zhì)與力學(xué)性能方面的分析，提取軟件中的數(shù)模，對相關(guān)的工序內(nèi)容進行一一列出說明。之后對需要進行的工序進行編排，并確認，分析要用到的模具的特點，對其大體結(jié)構(gòu)進行構(gòu)思。 第三章主要是工藝參數(shù)的確定，包括拉延力、沖裁力、壓料力等的計算，然后對選擇的壓力機進行校核。 第四章對拉延模作了詳細的介紹，包括模具主體部分結(jié)構(gòu)的材料選擇，模具常用的導(dǎo)向方式和鑲塊設(shè)計等。 第五章對修邊沖孔模的材料、修邊刀塊以及廢料刀的設(shè)計也作了說明。 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 第二章 沖壓件工藝分析 產(chǎn)品分析 產(chǎn)品三維圖如圖 21 所示： 圖 21 縱梁三維圖 產(chǎn)品為縱梁沖壓件，材料 HX260YD，料厚 ，大批量生產(chǎn)。形狀不算太復(fù)雜，輪廓形狀不規(guī)則，不對稱，孔位較多，頂部與側(cè)部均有孔位，有凹凸與局部形狀突變，拉深成形的變形深度大，但是變形部分分布較均勻。該板件為左右件，可以以一模兩件的方式布排，最后剪斷分離。經(jīng)過 CATIA 軟件對該制件的大致測量，該制件長約 667mm，寬約212mm，高約 120mm，是典型的板材沖壓件。 板件的材質(zhì)是 HX260YD，是歐洲標準的一種鋼的牌號。通過查閱國內(nèi)的相關(guān)標準以及資料，這種鋼近似于國內(nèi)的 HC260YD+Z，是無間隙原子高強度鋼，表面鍍鋅，提高車身耐腐蝕性能。其化學(xué)成分如表 21 所示。 表 21 HX260YD 的化學(xué)成分（ %） C Si Mn P S Nb Ti Al max max max max max max max max HX260YD 的屈服強度 260 ~ 320s M P a? ? ，抗拉強度 380 ~ 440b M P a? ? ，取420b MPa? ? 。 通過控制鋼中的化學(xué)成分來改善鋼的塑性應(yīng)變比和應(yīng)變硬化指數(shù)。查閱相關(guān)資料卡，由于鋼中元素的固溶強化和無間隙原子的微觀結(jié)構(gòu)，這種鋼既具有高強度，又具有非常好的冷成型性能，通常用來制作需要深沖壓的復(fù)雜部件 [8]。 現(xiàn)代汽車的質(zhì)量越來越輕，因此，汽車制造在選用材料方面也花費了大量的功夫。這種高強度板就是在低碳鋼的基礎(chǔ)上采用一些強化方法來獲得的，其抗拉強度得到很大的提高，正是因為這種特性，可以在減小厚度的情況下仍然能達到汽車的車身要求，這樣便可第二章 沖壓件工藝分析 7 以達到減輕汽車車身重量的要求。 沖壓模具設(shè)計方案的提出與論證 汽車覆蓋件的形狀比較復(fù)雜，不可能一個工序就能沖出合格的產(chǎn)品，通常都要安排幾個工序來完成沖壓過程。為了保證板件成形后的質(zhì)量，尺寸精度等各種要求，必須要制定合理的沖壓工藝流程， 如果要想沖壓出所需要的產(chǎn)品，那么需要的工序如下： （ 1）下料；（ 2）拉延；（ 3）修邊；（ 4）沖孔；（ 5）翻邊整形。 根據(jù)以上所列出的幾種工序，可以組合出以下幾種沖壓方案： 方案一：下料 → 拉延 → 修邊 → 沖孔 → 翻邊整形 方案二： 下料 → 拉延 → 沖孔 → 修邊 → 翻邊整形 方案三：下料 → 拉延 → 修邊沖孔 → 翻邊整形 對比以上的三種方案，分析每種方案的特點： 方案一：從生產(chǎn)效率和模具結(jié)構(gòu)的以及模具的壽命三個方面來考慮，將修邊和沖孔兩個工序分開，有利于降低沖裁力，提高模具壽命，但是分為兩個工序，會增加一套模具，從而增加模具的成本，而且生產(chǎn)效率略低。 方案二：這個方案的缺點與方案一的相差不大。 方案三：這個方案是將修邊和沖孔兩個工序合并為一個工序，雖然模具結(jié)構(gòu)比方案一的要復(fù)雜一些，但是只需一套模具即可完成，既節(jié)省了成本，又提高了效率；在同一套模具上完成兩個工序，沖出來的孔位的精度會高一些，避免后工序二次定位。 經(jīng)過分析與對比，結(jié)合模具壽命、模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)效率、生產(chǎn) 成本等多方面的因素考慮，可以看出方案三比較理想，因此，本課題設(shè)計采用方案三進行設(shè)計。 產(chǎn)品數(shù)模分析 產(chǎn)品數(shù)模是接到客戶提供的數(shù)據(jù)模型后，根據(jù)一些參數(shù)，結(jié)合 CAE軟件進行工藝分析之后的產(chǎn)品模型，里面包含設(shè)計所需要的信息，如板件的形狀、模具行程、板件的材質(zhì)厚度、成形所用的壓力機信息等等。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計就是根據(jù)產(chǎn)品數(shù)模來進行的。 拉延模數(shù)模 經(jīng)過對拉延工序的數(shù)模（如圖 22 所示）進行分析 。 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 圖 22 拉延工序數(shù)模 結(jié)合 CATIA 測量，拉延之前的板料形狀輪廓為上圖表示的素材線，板料長約 1200mm，寬約 475mm，料厚為 屬于尺寸比較大的板件，四周向內(nèi)凹陷的半圓弧形狀為定位板件而設(shè)置。從拉延的特點可以知道，為了不使板料在拉深過程中出現(xiàn)拉裂、起皺等現(xiàn)象，需要添加工藝補充面。金屬的流動量不大，兩側(cè)設(shè)置拉延筋，平衡材料流動量，減緩材料的流動速度。收料線為拉伸過程結(jié)束后，板件在自然狀態(tài)下的輪廓線。分模線是凹模與凸模的分界線，決定凸模和凹模的形狀。數(shù)模的壓機選用濟二 2020T。 修邊沖孔數(shù)模 從圖 23 的分析，結(jié)合 CATIA 軟件的測量結(jié)果，這套模具包括修邊與沖孔兩個工序，其中，修邊有垂直修邊與側(cè)修邊，有 5 個孔，都是以垂直沖孔（正沖）的形式?jīng)_裁出來，同時還設(shè)置了 4 處把廢料分塊的廢料刀。經(jīng)軟件計算，修邊線長度總長為 ，沖孔部分長度為 ，廢料刀部分的長度總長為 ，綜上所述，整套模具的剪切長度為 3 9 3 1 . 0 8 6 7 1 1 . 4 5 9 2 0 9 . 4 4 8 5 1 . 9 4 5L m m m m? ? ? ?。數(shù)模的壓機選用濟二 1000T。 a）正剪 b）側(cè)剪 圖 23 修邊沖孔模數(shù)模 模具結(jié)構(gòu)特點 根據(jù)客戶所提出的要求，拉延模具采用雙動拉 延。主體結(jié)構(gòu)大致可以分為上模、壓邊圈、下模，因為板件材料是高強度鋼，因此下 模與壓邊圈采用鑲塊結(jié)構(gòu)。從節(jié)省材料成本的角度考慮，下模的型面部分也需采用鑲件。 模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)向來保證沖壓精度。 第二章 沖壓件工藝分析 9 修邊沖孔模具主體結(jié)構(gòu)可分為上模、上壓料以 及下模，壓力源采用氮氣缸，導(dǎo)向機構(gòu)也是采用導(dǎo)柱來保證精度。下模型面部分鑲鋼 塊，沖裁部分采用分刀塊形式，設(shè)置四處廢料刀。模具上有兩處斜楔，一處用于沖孔，另 外一處用于側(cè)剪。按掉料方向設(shè)置，設(shè)置六處廢料滑槽，將廢料排出模具外。 根據(jù)汽車模具的制造特點，上模、下模和壓邊 圈都采用實型鑄造制造出來，考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場工人安裝模具的問題，在不影響模具的 強度和剛度的前提下，對模具上作用不大的部分進行挖空，影響剛度和強度的地方補上加 強筋。模具外輪廓尺寸都要根據(jù)壓力機的參數(shù)來進行設(shè)計。 根 據(jù)有關(guān)汽車模具的設(shè)計知識，模具應(yīng)該盡量可 能地根據(jù)客戶要求來選用標準件，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，應(yīng)該結(jié)合相關(guān)的標準 件的形狀來設(shè)計其安裝位置，模具各個部分的部件不可以產(chǎn)生干涉。 本章小結(jié) 本章對縱梁進行分析，材料為 HX260YD，其屈服強度 260 ~ 320s M P a? ? ，抗拉強度380 ~ 440b M P a? ? ，沖壓時一模兩件，左右件布置 。經(jīng)過工序的分析，采用 下料 → 拉延 →修邊沖孔 → 翻邊整形這一方案，可以有效減少工序，降低模具成本。 數(shù)模提供的信息主要有：素材線、收料線、分 模線、模面、修邊線、廢料刀位置、沖孔位置等。這些信息是整個模具設(shè)計的關(guān)鍵。 模具的結(jié)構(gòu)大概分為三大部分，即上模、下模 和壓邊圈（壓料）。各個部分的鑄件壁厚按照規(guī)范設(shè)計。模具結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生干涉。華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 10 第三章 工藝計算及相關(guān)參數(shù)的確定 拉延力計算 拉延模成形主壓力 1P ： 21 ( ) 2 ( / ) ( ) ( )bP k g f C k g f m m T m m L m m?? ? ? ? （ 31） 其中： b? ：抗拉強度（ 2/kgf mm ） C ：系數(shù) L ：凸模輪廓線周長（ mm ） T ：板厚（ mm ） 系數(shù) C 的選取參照