【文章內(nèi)容簡介】 分析研究，如果發(fā)現(xiàn)沖壓件的工藝性不合理，則應(yīng)會同產(chǎn)品設(shè)計人員，在不影響產(chǎn)品使用要求的前提下，對沖壓件形狀、尺寸、精度要求乃至原材料的選用等進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。由圖21和22可以看出該零件的尺寸大（276*236），材料較?。ǎ?形狀復(fù)雜，整體曲面是一個曲面變化較多且變化程度非常大的外凸型覆蓋件，它的橫斷面成半封閉的不規(guī)則型，側(cè)面看過去成不規(guī)則盒型變化，側(cè)面基本是斜壁，頂面上有多個大小不等的孔，表面質(zhì)量要求高：成形后要求表面平整光滑，無翹曲、褶皺、裂紋等缺陷。為了增加進(jìn)料阻力，提高材料的塑性變形，并防止起皺和拉裂，在工藝補充時設(shè)置整圈的拉延筋。材料DC04是 “一般用冷軋?zhí)间摫“濉变摬拿Q，質(zhì)量分?jǐn)?shù)（化學(xué)成分%）：C≤Mn≤S≤P≤ALT=性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度δb/MPa:270伸長率δ(%):34屈服強(qiáng)度δs/MPa:130210彈性模量E=，塑性硬化指數(shù)n=，硬化指數(shù)在鋼材中是比較高的，材料成形極限較大。 確定沖壓方向 沖壓方向影響到工藝補充部份的多少和壓料面形狀，以及成形后各工序（如整形、修邊、翻邊）的方案選定，更關(guān)系到是否能拉出合格的零件，因此，沖壓方向的確定是汽車鈑金件工藝設(shè)計的關(guān)鍵一步，可以確定拉深件在模具中的空間位置。本零件的沖壓方向由拉延工序、修邊工序和整形（翻邊）工序組成。這里需要確定的沖壓方向是拉延工序的方向。確定拉延沖壓方向，應(yīng)滿足如下幾方面的要求： ，不應(yīng)出現(xiàn)凸模接觸不到的死區(qū)，所有需拉延的部位要在一次沖壓中完成。 ，凸模和坯料的接觸面積要大，避免點接觸，接觸部位應(yīng)處于沖模中心，以保證成型時材料不致竄動。 ，壓料面各部位進(jìn)料阻力應(yīng)均勻。拉延深度均勻，拉入角相等，才能有效地保證進(jìn)料阻力均勻。 本設(shè)計用6300KN油壓機(jī)，屬于單動壓力機(jī)，因此拉延類型為單動拉延，單動拉延時，上模是凹模，因此零件在拉延模中應(yīng)如圖23所示放置，分析零件數(shù)?？芍?，沖壓方向平行于Z方向最佳，且沿Z向，如圖21所示，此時凸模兩側(cè)的拉入角基本相同，這使得兩側(cè)進(jìn)料阻力保持均衡。拉延開始時凸模與坯料表面接觸為面接觸，接觸面積大，且分布均勻，不會出現(xiàn)因應(yīng)力集中造成局部破裂現(xiàn)象。零件頂部凸（凹）槽的反拉延也能滿足如上要求。圖（23）通過對零件進(jìn)行分析，由于某車型左/右側(cè)圍A柱支撐板連接板總體屬較復(fù)雜形狀零件，和其它拉延件相比，主要的不同是頂面曲面成波浪形，但是拉得較淺，可以一次拉深成型，不用考慮在拉深過程中會出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。后面工序則較為復(fù)雜，因此在確定該件工藝方案時，考慮該件屬于內(nèi)飾件，表面質(zhì)量的要求較高，所以確定的生產(chǎn)中可以采用下面的幾套方案：A、下料——成形——沖孔——切邊——整形 B、下料——成形——沖孔切邊——整形 C、下料——成形沖孔——切邊——整形方案A把拉延成型、沖孔、切邊和整形分開來，它的缺點是需要多做一套模具，在生產(chǎn)過程中多了一道工序，效率會降低，模具成本也增加。但模具都是單工序模，這樣一來，雖然要求多做一套模具，卻降低了模具的設(shè)計難度，而且這種設(shè)計通用性好，特別適用于小型件中、小批量的生產(chǎn)和大型件的大批量生產(chǎn)，有利于流水線生產(chǎn)。方案B把沖孔切邊合成一道工序來做，做成一副復(fù)合模，沖孔是分離零件與內(nèi)部廢料，在工件的內(nèi)部進(jìn)行，修邊是分離零件與外部廢料，在工件外輪廓進(jìn)行，所以沖孔修邊可以同時進(jìn)行。這樣不但提高了生產(chǎn)效率，而且少做了一套模具，降低了模具成本，可以獲得良好的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是大大提高了模具設(shè)計難度，對設(shè)計人員的技術(shù)水平有一定的要求。方案C是將拉延成型與沖孔合成一道工序，雖然也比A方案少一道工序設(shè)計，但是拉延與沖孔一起，需要考慮的要素較多，難度在三種方案中也最大。因該零件為汽車覆蓋件，屬于大批量生產(chǎn)，經(jīng)過全面分析、綜合考慮，以零件質(zhì)量、生產(chǎn)批量及經(jīng)濟(jì)性,還有模具的設(shè)計難度幾個方面衡量，認(rèn)為三種方案中方案B為最佳的方案。需要設(shè)計的模具有拉延模和沖孔修邊模以及整形模。則最后的方案為：下料——成形——沖孔切邊——整形這里需要設(shè)計的是拉延模，沖孔修邊模和翻邊整形模由另外成員完成。拉延筋該零件是軸對稱的覆蓋件，在成型時坯料周邊產(chǎn)生的拉深變形是不均勻的，直邊部分變形小，徑向拉應(yīng)力也??；曲線部分變形較大，拉應(yīng)力也較大。所以沖件整個側(cè)壁內(nèi)拉應(yīng)力的分布是不均勻的，差值可能相當(dāng)大。如果不采取一定的措施就會在拉深過程中產(chǎn)生諸如起皺、拉裂等。解決此類問題最常用的辦法就是設(shè)置合理的拉延筋。拉深件壓料面上各部位的進(jìn)料阻力存在很大的差別，如圖（24）所示圖（24）在拉延時，四周圓角部分的材料要進(jìn)入凹模型腔內(nèi)，毛坯在徑向拉應(yīng)力、切向壓應(yīng)力和雙向反復(fù)彎應(yīng)力的作用下，變形阻力很大，所以這部分不需要拉延筋。否則再增加拉延阻力會在內(nèi)壁危險斷面處拉裂，對成型很不利。相反，在工件平面輪廓的直線部分，主要是彎曲變形，進(jìn)料阻力相對圓角部分要小得多，材料的流動會形成內(nèi)皺，且無法排除。為使進(jìn)料均勻，在直線部分要設(shè)置恰當(dāng)?shù)睦咏?。在工件的對稱面和拉延件拉料最高點，形狀還有轉(zhuǎn)折，在轉(zhuǎn)折處外面的拉延筋應(yīng)是斷開的。如上所述，在直線部分設(shè)置拉延筋，既增加了進(jìn)料阻力，也使直線部分和圓角部分的進(jìn)料阻力均勻化，從而防止材料“多則鄒，少則裂”的現(xiàn)象發(fā)生。 在一般拉延成型過程中，為了減少內(nèi)皺，往往采取增加毛料尺寸的辦法。增加一條拉延筋可以代替不少壓料面積所取得的增加阻力的效果。何況拉延筋通過調(diào)整修磨間隙的辦法十分方便。 采用拉延筋后，壓料面的間隙可以適當(dāng)?shù)募哟?，也可以適當(dāng)?shù)慕档蛯毫厦婕庸ご植诙鹊囊蠼?jīng)驗表明，某些拉延件，不用拉延件也能成型，但是形狀不夠穩(wěn)定，剛性較差。拉延筋是否設(shè)置，設(shè)置位置、數(shù)量和形狀等式拉延成型中的重要問題，它往往成為拉延成敗的關(guān)鍵。 建立壓料面壓料面是工藝補充的另一重要部分。如果零件有凸緣部分，可利用零件的凸緣面當(dāng)作壓料面，除此之外，為了補充零件拉延側(cè)壁的進(jìn)料，還需將其向外延伸到零件的展開尺寸。按照工藝補充部分的設(shè)計要求，在零件模型的修邊線處，利用UG的曲線延伸功能，(Swept)、網(wǎng)格曲面(Through Curves Mesh)、曲面倒圓(Blend)和橋接曲面(Bridge Surface)等功能按曲面原有的趨向線方向進(jìn)行處理，以生成所需的工藝補充面。補齊所有工藝補充面后，各補充面邊線一般都不平齊，用毛坯邊線在Z方向投影到工藝補充面上，根據(jù)投影線剪裁邊線不平齊的面，使得工藝補充面尺寸與毛坯尺寸大小一致。建立壓料面時，要保持原零件部分壓料面與工藝補充部分壓料面的光順。使材料在拉延過程中便于向凹模內(nèi)流動，并防止毛坯在壓料過程中就產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。初步確定的工藝補充數(shù)學(xué)模型如圖25所示圖（25）板料沖壓成形過程是一個非常復(fù)雜的塑性成形過程，許多因素都直接或間接地影響著成形的結(jié)果。經(jīng)典的板料成形理論只能對如彎曲件、杯形件等簡單鈑金件的成形過程進(jìn)行分析。對于如汽車覆蓋件那樣形狀復(fù)雜的鈑金件就顯得無能無力。這使得汽車模具的設(shè)計迄今仍主要憑借設(shè)計員的經(jīng)驗和類比進(jìn)行。由于缺乏較準(zhǔn)確可靠的定量分析與計算，致使設(shè)計制造出來的模具必須經(jīng)過反復(fù)試壓修改，有時甚至修改原產(chǎn)品的設(shè)計，報廢重制模具后，才能沖出合格制件。這一過程導(dǎo)致了人、財、物、時間的巨大浪費。隨著沖壓零件的復(fù)雜性和精度要求的日益提高，這種方法不僅在質(zhì)量上得不到保證，成本上無任何優(yōu)勢可言，而且模具開發(fā)周期太長，使企業(yè)大大失去競爭力。如何迅速而準(zhǔn)確地預(yù)測整個沖壓成形過程可能出現(xiàn)的起皺、開裂以及不合要求的回彈等缺陷并確定其中的一些重要沖壓參數(shù)，已成為沖壓技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。為改變這種傳統(tǒng)的經(jīng)驗與試錯方法不適應(yīng)汽車工業(yè)發(fā)展的狀況，人們設(shè)想在模具投入制造前，能否在計算機(jī)上模擬沖壓成形過程，即在虛擬環(huán)境下對所設(shè)計的模具進(jìn)行分析。如果可行，再投入制造。如果不行，再修改模具設(shè)計，甚至修改原產(chǎn)品的設(shè)計重新設(shè)計模具，重進(jìn)行模擬分析，直至可行再投入模具制造。這樣可以避免用實際制造出來的模具進(jìn)行調(diào)試所帶來的巨大浪費。這項工作又稱為板料成形的計算機(jī)輔助工程分析(CAE)。隨著非線性理論、有限元分析技術(shù)的深入和發(fā)展，特別是近幾年來計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，大型復(fù)雜沖壓成形過程的數(shù)值模擬已逐漸從實驗室階段走向?qū)嵱没A段，它有機(jī)地融人到模具CAE系統(tǒng)中，并日益成為推動沖壓件模具工業(yè)乃至汽車工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家對板料沖壓成形的數(shù)值模擬技術(shù)十分重視，甚至投入大量的人力物力自己進(jìn)行研究和開發(fā)。美國的工業(yè)“三巨頭”(通用、福特、克萊斯勒），德國的大眾、奔馳，日本的豐田、三菱、日產(chǎn)等大型汽車制造公司都把板材沖壓成形過程數(shù)值模擬技術(shù)作為基本技術(shù)，引入產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中。在國內(nèi)，隨著汽車產(chǎn)品自主開發(fā)能力的提高，廣大汽車制造相關(guān)企業(yè)對采用該技術(shù)投入了極大熱情。國內(nèi)汽車相關(guān)企業(yè)對該技術(shù)感興趣或準(zhǔn)備采用的比例占到70％以上。當(dāng)代汽車和現(xiàn)代模具設(shè)計制造技術(shù)都表明，汽車覆蓋件模具的設(shè)計制造離不開有效的板成形模擬軟件。世界上大的汽車集團(tuán)，其車身開發(fā)與模具制造都要借助于一種或幾種板成形模擬軟件來提高其成功率和確保模具制造周期，國際上的軟件主要有美國eta公司的DYNAFORM，法國ESI集團(tuán)的PAM系列軟件，德國AutoForm工程股份有限公司的AutoForm，國內(nèi)有吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的KMAS軟件，北航的SheetForm，華中科技大學(xué)的Vform等。本設(shè)計采用CAE，對左/右側(cè)圍A柱支撐板連接板的拉延成形工序進(jìn)行成形模擬。 圖（26） 圖（27）分析任務(wù)完成后出現(xiàn)圖（26）所示的界面，選擇保存路徑進(jìn)行保存。利用圖（27）所示的展開面，利用UG ，選擇輪最大的輪廓線進(jìn)行草繪，進(jìn)而可計算出需要下料的大小。具體結(jié)果需要下料的面積為：S=330mm*280mm 沖壓設(shè)備的選用沖壓設(shè)備的選用原則:，應(yīng)該能保證成行零件的取出與毛坯的放進(jìn)，例如拉深所用壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。，且還須留有安裝固定的余地，但是過大的工作平面上安裝小尺寸的沖模對工作臺的受力是不利的。壓力機(jī)工作臺面的尺寸大于壓力機(jī)滑塊底面積, 壓力機(jī)滑塊底面積必須大于模具的尺寸,所以只須考慮壓力機(jī)滑塊底面積的大小.。模具的閉合高度H0是指上模在最低的工作位置時，下模板的底面到上模板的頂面的距離。壓力機(jī)的閉合高度H是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長短能調(diào)節(jié)，也即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機(jī)有最大閉合高度Hmax和最小閉合高度Hmin。設(shè)計模具時，模具閉合高度H0得數(shù)值應(yīng)滿足下式Hmax5mm≥H0≥Hmin+10mm無特殊情況H0應(yīng)取上限值，即最好取在：H0≥Hmin+1/3L，這是為了連桿調(diào)節(jié)過長，羅紋接觸面積過小而被壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床臺面上加墊板。總的沖壓力為拉深力與壓邊力總和。查資料得任意形狀拉深力為：Fl =LtδbK（L—凸模周邊長度，mm；t —材料厚度，mm；δb—材料抗拉強(qiáng)度，MPa；K—系數(shù)，~，這里選2）利用UG軟件的測量工具可得，L為1077mm,則：Fl =10773502=1206240N任意形狀壓邊力為:12TFY=AP(A－壓邊圈面積，平方毫米；P—單位壓邊力，KN；~3，由于DC04材料性能，這里選用3)利用UG軟件的面屬性，測量可得面積為44731，則FY=344731=134193N。沖壓力F=Fl+FY=1206240+134193=1340433N=。第三章 拉延模設(shè)計拉延也成為拉深，是指利用專用模具將平板毛坯制成開口空心零件或者把空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的一種沖壓工藝方法。拉延時空心件主要靠位于凸模底部以外的材料流入凹模而形成。拉延成形是能否生產(chǎn)出合格零件產(chǎn)品的關(guān)鍵，汽車鈑金件的質(zhì)量好壞在很大程度上受拉延模質(zhì)量的控制。拉延工序所使用的模具叫拉延模。拉延模結(jié)構(gòu)相對簡單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸凹模間隙略大于或等于板料厚度用拉延的方法可以制成桶形、階梯型、錐形、球形和其他不規(guī)則形狀的薄壁零件，如果和其他沖壓成型工藝配合，還可以的制造成形狀氣味復(fù)雜的零件。用拉延的方法來制造薄壁空心的零件，生產(chǎn)效率高，省材料，零件的強(qiáng)度和剛度好，精度較高，拉延可以加工的范圍非常廣泛，直徑從幾毫米的小零件到直徑為23m的大型零件。因此，拉延在汽車、航空航天、國防、電器和電子等工業(yè)部門和日用品生產(chǎn)中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。根據(jù)使用沖壓設(shè)備不同，汽車覆蓋件拉延?？煞譃閱蝿永幽：碗p動拉延模。單動拉延模在單動壓力機(jī)上使用，上模是凹模，下模是凸模，稱為拉延模的倒裝，中間的壓邊圈通過彈簧、橡皮或氣墊獲得壓邊力。單動拉延模的特點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低。雙動拉延模在雙動壓力機(jī)上使用，雙動壓力機(jī)上滑塊分內(nèi)滑塊和外滑快兩個部分，上模固定在內(nèi)滑塊上，壓邊圈固定在外滑塊上，壓邊力由外滑塊獲得。雙動拉延模的特點是壓邊力大，便于調(diào)節(jié)，且壓邊力是剛性的，壓邊穩(wěn)定可靠；行程大，可拉延深度大的拉延件。一般用于拉延成形型面復(fù)雜落差大、表面質(zhì)量要求高的大型零件。形狀簡單、拉延深度不大的鈑金件一般采用單動壓力即來成形。根據(jù)零件特點，本設(shè)計適合采用單動拉延模，且本設(shè)計按6300KN油壓機(jī)參數(shù)設(shè)計，6300KN油壓機(jī)屬單動壓力機(jī)，因此本設(shè)計拉延模結(jié)構(gòu)為單動拉延模。拉延模的凸模、凹模和壓邊圈尺寸大，形狀復(fù)雜，從成本和效率來來考慮,一般都采用鑄造結(jié)構(gòu)，且上、下模座與工作部分零件整體鑄造。要求既要有足夠的強(qiáng)度和剛度又要減輕重量，因此鑄件上非重要部分應(yīng)掏空，在影響強(qiáng)度和剛度部分應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)筋。鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻，避免由于冷卻速度差別過大形成熱應(yīng)力，使鑄件薄厚連接處產(chǎn)生裂紋；避免厚壁處形成金屬聚集的熱節(jié)，致使厚壁處易于產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。設(shè)計鑄件壁的連接或轉(zhuǎn)角時，也應(yīng)盡力避免金屬的積聚和內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生