【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和尺寸精度高的材料。 所謂沖壓工藝性是指沖壓件對(duì)工藝品的適應(yīng)性，即所設(shè)計(jì)的沖壓件在尺寸大小、尺寸精度與基準(zhǔn)、結(jié)構(gòu) 形狀等是否符合沖壓加工的工藝要求。汽車沖壓件都應(yīng)具有良好的工藝品性和經(jīng)濟(jì)性，衡量其水平的重要標(biāo)志有沖壓件的工序數(shù)、車身總成的分塊數(shù)量和尺寸大小、沖壓件的結(jié)構(gòu)等因素。減少?zèng)_壓過程的工序數(shù)，意味著減少?zèng)_壓件數(shù)、節(jié)省工裝數(shù)量、簡(jiǎn)化沖壓過程的傳送裝置，縮減操作人員和沖壓占地面積，是節(jié)約投資額和 能耗的極好措施，所以沖壓制造商都能把沖壓工序數(shù)設(shè)計(jì)作為降低汽車制造成本的重要途徑，甚至不惜改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來滿足制造工藝方面的要求。同時(shí)，還應(yīng)采用盡量大尺寸的合理的車身總成分塊，如整塊式車身左右側(cè)板及車頂蓋板，既可使汽車外形美觀。 空氣阻力減少，又可減少?zèng)_壓件數(shù)量及焊點(diǎn)，能有效地降低成本。而且現(xiàn)代汽車制造大量使用卷料、薄殼式整體車身結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度鋼板與鍍鋅鋼板，都要求應(yīng)用沖壓新工藝。 沖壓 件的 工藝性 分析 是指沖壓件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性，即沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度要求及所用材料等方面是否符合沖壓加工的工藝要求。一般說來，工藝性良好的沖壓件，可保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，還能使技術(shù)準(zhǔn)備工作和生產(chǎn)的組織管理做到經(jīng)濟(jì)合理。沖壓工藝性分析的目的就是了解沖件加工的難易，為制定沖壓工藝方案奠定基礎(chǔ)。 在產(chǎn)品零件 沖壓工藝性分析之前，應(yīng)先進(jìn)行沖壓生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性分析。因?yàn)槟＞叱杀据^高，約占沖壓件總成本的 10%～ 30%，沖壓加工的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在批量生產(chǎn)情況下，而生產(chǎn)量小時(shí)，采用其他加工方法可能比沖壓方法更經(jīng)濟(jì)。因此零件的生產(chǎn)批量是決定零件采用沖壓加工是否較為經(jīng)濟(jì)合理的重要因素。 產(chǎn)品零件沖壓工藝性分析以產(chǎn)品零件圖為依據(jù)，認(rèn)真分析研究該零件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小及精度要求，所用材料的沖壓成形性能，分析沖壓生產(chǎn)產(chǎn)生各種質(zhì)量問題的可能性。特別要注意零件的極限尺寸 (如最小沖孔尺寸，最小窄槽寬度，最小孔間距和孔邊距，最小彎曲半 徑，最 小拉深圓角半徑等 )、尺寸公差、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)及其他特殊要求。因?yàn)檫@些要素對(duì)所需的工序性質(zhì)、數(shù)量、排列順序的確定以及沖壓定位方式，模具結(jié)構(gòu)形式與制造精度的選擇均有顯著影響。 經(jīng)過上述的分析研究，如果發(fā)現(xiàn)沖壓件的工藝性不合理，則應(yīng)會(huì)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員，在不影響產(chǎn)品使用要求的前提下，對(duì)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)男薷摹? 由圖 21 和 22 可以看出 該零件 的 尺寸大（ 1163*463），材料較?。?） ,形狀復(fù)雜， 整體曲面是一個(gè)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 U 型，側(cè)面看過去成 盒 型變化，側(cè)面基本是直壁，頂面上有 13 個(gè)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(bǔ)充時(shí)設(shè)置整圈的 拉延筋 。材料 SPCC 原是日本標(biāo)準(zhǔn)（ JIS）的 “一般用冷軋?zhí)间摫“寮皫?”鋼材名稱，現(xiàn)在許多國家或企業(yè)直接用來表示自己生產(chǎn)的同類鋼材（如寶鋼 Q/BQB402 標(biāo)準(zhǔn)就有 SPCC）。日本鋼材 (JIS 系列 )的牌號(hào)中普通結(jié)構(gòu)鋼主要由三部分組成第一部分表示材質(zhì)，如： S（ Steel）表示鋼， F（ Ferrum）表示鐵 ；第二部分表示不同的形狀、種類、用途，如 P(Plate)表示板， T（ Tube）表示管 ,K(Kogu)表示工具；第三部分表示特征數(shù)字，一般為最低抗拉強(qiáng)度。如： SS400——第一個(gè) S 表示鋼 (Steel)，第二個(gè) S 表示 “結(jié)構(gòu) ”（ Structure）， 400為下限抗拉強(qiáng)度 400MPa，整體表示抗拉強(qiáng)度為 400MPa 的普通結(jié)構(gòu)鋼。 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（化 學(xué)成分 %）： C≤ Mn≤ S≤ P≤ 性能指標(biāo)： 抗拉強(qiáng)度δ b/MPa:280 伸長率δ (%):37（標(biāo)距 l0=80mm） 屈服強(qiáng)度δ s/MPa:210 杯突值 /mm: 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(bǔ)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(jì)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(diǎn)接觸，接觸部位應(yīng)處于沖模中心，以保證成型時(shí)材料不致竄動(dòng)。 ，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。 [2] 本設(shè)計(jì)用 20210KN 油壓機(jī) ，屬于單動(dòng)壓力機(jī)，因此拉延類型為單動(dòng)拉延，單動(dòng)拉延時(shí)，上模是凹模，因此零件在拉延模中應(yīng)如圖 25（ a）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 25（ b）所示，此時(shí) 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(shí)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(huì)出現(xiàn)因 應(yīng)力集中造成局部破裂 現(xiàn)象 。 零件頂部凹槽的 反拉延也能滿足如上要求 。 圖（） 最佳沖壓工藝方案的確定 通過對(duì)零件進(jìn)行分析， 由于 6某車型內(nèi)側(cè)梁加強(qiáng)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(huì)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(shí)，考 慮該件屬于外飾件，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(diǎn)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(huì)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(jì)難度，而且這種設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)難度，對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)難度幾個(gè)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(jì)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(jì)的是拉延模，沖孔修邊模和翻邊整形模由小組另外成員完成。 拉延 筋 該零件是非軸對(duì)稱的覆蓋件 ，在成型時(shí)坯料周邊產(chǎn)生的拉深變形時(shí)不均勻的，直邊部分變形小，徑向拉應(yīng)力也?。磺€部分變形較大，拉應(yīng)力也較大。所以沖件整個(gè)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(huì)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（）所示 圖（） 在拉延時(shí) ，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(huì)在內(nèi)壁危險(xiǎn)斷面處拉裂，對(duì)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(duì)圓角部分要小得多，材料的流動(dòng)會(huì)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咏睢Ｔ诠ぜ膶?duì)稱面和拉延件拉料最高點(diǎn)，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?duì)壓料面加工粗 糙度的要求 經(jīng)驗(yàn)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)充部分的設(shè)計(jì)要求，在零件模型的修邊線處，利用 UG 的曲線延伸功能，利用 軟件中的掃描曲面 (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(bǔ)充面。 補(bǔ)齊所有工藝補(bǔ)充面后，各補(bǔ)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(bǔ)充面上，根據(jù)投影線剪裁邊線不平齊的面，使得工藝補(bǔ)充面尺寸與毛坯尺寸大小一致。 建立壓料面時(shí)，要保持原零件部分壓料面與工藝補(bǔ)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(dòng)，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(bǔ)充數(shù)學(xué)模型如圖 27所 圖（） 板料沖壓成形過程是一個(gè)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(duì)如彎曲件、杯形件等簡(jiǎn)單鈑金件的成形過程進(jìn)行分析。對(duì)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(jì)迄今仍主要憑借設(shè)計(jì)員的經(jīng)驗(yàn)和類比進(jìn)行。由于缺乏較準(zhǔn)確可靠的定量分析與計(jì)算，致使設(shè)計(jì)制造出來的模具必須經(jīng)過反復(fù)試壓修改，有時(shí)甚至修改原產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，報(bào)廢重制模具后，才能沖出合格制件。這一過程導(dǎo)致了人、財(cái)、物、 時(shí)間的巨大浪費(fèi)。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(shì)可言，而且模具開發(fā)周期太長，使企業(yè)大大失去競(jìng)爭(zhēng)力。 如何迅速而準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)整個(gè)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(yàn)與試錯(cuò)方法不適應(yīng)汽車工業(yè)發(fā)展的狀況，人們?cè)O(shè)想在模具投入制造前，能否在計(jì)算機(jī)上模擬沖壓成形過程，即在虛擬環(huán)境下對(duì)所設(shè)計(jì)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(jì)，甚至修改原產(chǎn)品 的設(shè)計(jì)重新設(shè)計(jì)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(shí)際制造出來的模具進(jìn)行調(diào)試所帶來的巨大浪費(fèi)。這項(xiàng)工作又稱為板料成形的計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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(jì)制造技術(shù)都表明，汽車覆蓋件模具的設(shè)計(jì)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(jì)采