汽車覆蓋件數(shù)值模擬與拉延模設(shè)計(jì)

1、汽車覆蓋件(簡稱覆蓋件)是指覆蓋汽車發(fā)動機(jī)、底盤、構(gòu)成駕駛室和車身的薄鋼板異形體的表面零件(外覆蓋件)和(內(nèi)部零件),與一般沖壓件相比較,具有材料薄、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、表面質(zhì)量要求高及生產(chǎn)成本高等特點(diǎn)。在覆蓋件的沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)模具制造工藝上，也具有獨(dú)自的特點(diǎn)【1】 ，一般需要經(jīng)過多道工序(如拉延、沖孔修邊、翻邊、整形等)才能完成。在其整個(gè)生產(chǎn)中，拉延成形則是一道關(guān)鍵的工序，而決定拉延成敗和工件質(zhì)量的，則是拉延成形的模具。以前采取單件壓制，生產(chǎn)效率、材料利用率和設(shè)備利用率均比較低。將拉延工藝作了改進(jìn)，采用中心對稱一模兩件的方法重新設(shè)計(jì)和制模，大大提高了設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率2。1沖壓工藝

2、分析（1）rember沖壓工藝rember零件的材料為cr340，板料厚度為1mm, 抗拉強(qiáng)度750 mpa，延伸率16% 。零件的結(jié)構(gòu)外形如圖1所示。該零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要經(jīng)過多道工序才能完成，根據(jù)該工件的工藝分析，工藝路線為：落料拉延沖孔、修邊cam修邊翻制沖孔、分離。具體工序圖如圖2所示。該零件局部成形較多,是沖孔、拉延和翻邊、修邊復(fù)合的結(jié)果。在拉延過程中，采用一模兩件對稱方式進(jìn)行拉延，為保證能將拉延件的全部空間形狀一次拉延出來，不應(yīng)有凸模接觸不到的“死區(qū)”，即既要保證凸模能全部進(jìn)入，盡量使拉延深度差最小，以減小材料流動性和變形分布的不均勻性。工藝補(bǔ)充是拉延工藝不可缺少的部分，但工藝補(bǔ)充

3、部分應(yīng)盡量減少，以提高材料的利用率。工藝補(bǔ)充部分除考慮拉延工藝和壓料面的需要外，還要考慮修邊和翻邊工序的要求。該工件的工藝補(bǔ)充面和垂直修邊線如圖3所示：（2）拉延仿真結(jié)果與成形性分析。拉延仿真選用的材料與上面相同，板坯尺寸為920mm200mm,摩擦系數(shù)為0.1，壓邊力初定為95kn，沖頭速度5000mm/s，在定義好模具各部分運(yùn)動和邊界條件后，提交工作到ls-dyna進(jìn)行計(jì)算。本研究考慮到該覆蓋件的變形特點(diǎn)，選用成形極限圖和厚度變化圖作為評價(jià)成形性能主要指標(biāo)。等效拉延筋的布置如圖4所示，拉延筋的參數(shù)見圖5，仿真結(jié)果見圖6所示，從成形極限圖可以看出：板料底部仍有一部分材料的成形效果不理想，壓料

4、邊仍有起皺現(xiàn)象存在，但壓料邊最后要被修邊裁剪掉，故影響不大。板料厚度變化圖如圖7所示，從板料厚度變化圖可以看出：底部圓角某些地方減薄其厚度為0.9814mm，最大變薄量為18.21，材料減薄不算嚴(yán)重；在壓料邊處某些地方板料增厚，其厚度變?yōu)?.3132mm，增厚量為9.43，這屬于正常范圍。2 拉延模具設(shè)計(jì)（1）ug的三維實(shí)體建模3-4。通過以上的數(shù)值模擬得到的參數(shù)，對汽車覆蓋件rember進(jìn)行建模，型面設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建模時(shí)，通過數(shù)模及計(jì)算所得的沖裁間隙來生成修邊的凸凹模。通過數(shù)模上的曲線，利用curve operationoffset / project，將所需曲線偏置，然后利用from

5、 feture -extrude進(jìn)行拉深，利用數(shù)模的型面進(jìn)行trim命令，可得到型面。這樣先得到凹模，然后由沖裁間隙，通過大致相同命令，即可得到凸、凹模，如圖8所示。由于ug具有參數(shù)化功能，可以方便修改，同時(shí)建議每步最好從sketch開始做起，這樣符合參數(shù)化設(shè)計(jì)要求，便于方便修改所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。依照上面繪制凸模、凹模的方法，可以繪制出下模座，壓邊圈等三維零件。圖9是在模具的各個(gè)零件繪制出的基礎(chǔ)上畫出的覆蓋件拉延模的三維模具裝配圖。（2）拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5-7。該拉延模壓邊圈和凹模之間的導(dǎo)向是在壓邊圈和凹模上鑄出凸臺和凹槽，并在上面安裝上導(dǎo)向板，導(dǎo)向間隙為0.3mm。凸模和壓邊圈的導(dǎo)向是用四塊導(dǎo)板導(dǎo)

6、向，導(dǎo)板放置在凸模形狀平滑的部位。由于是在帶液壓墊的油壓機(jī)上拉延成形的，凹模固定在活動工作臺下面，凸模固定在下工作臺上，壓邊圈由墊塊頂出。試模時(shí)應(yīng)保證所有成形接合部位接觸面積達(dá)80以上。模具的工作過程2：拉延模結(jié)構(gòu)如圖10所示，采用的是凸模和壓邊圈在下，凹模在上的倒裝結(jié)構(gòu)。工作時(shí)，氣墊柱上升，使墊塊頂起壓邊圈上升到一定位置，按固定位置放上下好的料，活動工作臺帶動凹模下行，使凹模和壓邊圈壓緊料件，凹模與壓邊圈一起下行，使料件與凸凹模接觸，加壓成形，保壓，拉延工序完成。1滑塊；2 m12螺釘；3 壓料圈；4吊耳；5 上模座；6 導(dǎo)向板；7 m24螺釘；8下底板；9限位鍵；10下墊板；11凸模塊；1

7、2 下模座；13 氣墊柱；14 墊塊；15 m10螺釘拉延模采用倒裝結(jié)構(gòu)，這樣有利于壓邊及毛坯在模具上的定位及利于提高拉延件的質(zhì)量，且出料取件流暢。制定的汽車覆蓋件rember的沖壓工藝及設(shè)計(jì)的該覆蓋件的拉延模具已用于生產(chǎn)實(shí)際。圖11即為采用上述所制訂的沖壓工藝以及所設(shè)計(jì)的拉延模具生產(chǎn)出的汽車覆蓋件rember產(chǎn)品。3結(jié)束語(1）在拉延工序中，采用dynaform進(jìn)行模擬分析板料成形過程、準(zhǔn)確預(yù)測成形過程中可能出現(xiàn)的缺陷，這對模具設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用，減少試模、修模的工作量，降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。(2）采用cae與ug三維造型及裝配功能相結(jié)合，更加有效快捷地進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。(3）所制定的工

8、藝路線，已成功用于生產(chǎn)，并且生產(chǎn)出的覆蓋件的外觀和裝配尺寸都能很好地滿足技術(shù)要求，表面無起皺和拉傷。利用該拉延模具經(jīng)生產(chǎn)，證明模具設(shè)計(jì)是合理的，且使用可靠該零件局部成形較多,是沖孔、拉延和翻邊、修邊復(fù)合的結(jié)果。在拉延過程中，采用一模兩件對稱方式進(jìn)行拉延，為保證能將拉延件的全部空間形狀一次拉延出來，不應(yīng)有凸模接觸不到的“死區(qū)”，即既要保證凸模能全部進(jìn)入，盡量使拉延深度差最小，以減小材料流動性和變形分布的不均勻性。工藝補(bǔ)充是拉延工藝不可缺少的部分，但工藝補(bǔ)充部分應(yīng)盡量減少，以提高材料的利用率。工藝補(bǔ)充部分除考慮拉延工藝和壓料面的需要外，還要考慮修邊和翻邊工序的要求。該工件的工藝補(bǔ)充面和垂直修邊線如

9、圖3所示：（2）拉延仿真結(jié)果與成形性分析。拉延仿真選用的材料與上面相同，板坯尺寸為920mm200mm,摩擦系數(shù)為0.1，壓邊力初定為95kn，沖頭速度5000mm/s，在定義好模具各部分運(yùn)動和邊界條件后，提交工作到ls-dyna進(jìn)行計(jì)算。本研究考慮到該覆蓋件的變形特點(diǎn)，選用成形極限圖和厚度變化圖作為評價(jià)成形性能主要指標(biāo)。等效拉延筋的布置如圖4所示，拉延筋的參數(shù)見圖5，仿真結(jié)果見圖6所示，從成形極限圖可以看出：板料底部仍有一部分材料的成形效果不理想，壓料邊仍有起皺現(xiàn)象存在，但壓料邊最后要被修邊裁剪掉，故影響不大。板料厚度變化圖如圖7所示，從板料厚度變化圖可以看出：底部圓角某些地方減薄其厚度為0

10、.9814mm，最大變薄量為18.21，材料減薄不算嚴(yán)重；在壓料邊處某些地方板料增厚，其厚度變?yōu)?.3132mm，增厚量為9.43，這屬于正常范圍。2 拉延模具設(shè)計(jì)（1）ug的三維實(shí)體建模3-4。通過以上的數(shù)值模擬得到的參數(shù)，對汽車覆蓋件rember進(jìn)行建模，型面設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建模時(shí)，通過數(shù)模及計(jì)算所得的沖裁間隙來生成修邊的凸凹模。通過數(shù)模上的曲線，利用curve operationoffset / project，將所需曲線偏置，然后利用from feture -extrude進(jìn)行拉深，利用數(shù)模的型面進(jìn)行trim命令，可得到型面。這樣先得到凹模，然后由沖裁間隙，通過大致相同命令，即可得

11、到凸、凹模，如圖8所示。由于ug具有參數(shù)化功能，可以方便修改，同時(shí)建議每步最好從sketch開始做起，這樣符合參數(shù)化設(shè)計(jì)要求，便于方便修改所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。依照上面繪制凸模、凹模的方法，可以繪制出下模座，壓邊圈等三維零件。圖9是在模具的各個(gè)零件繪制出的基礎(chǔ)上畫出的覆蓋件拉延模的三維模具裝配圖。（2）拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5-7。該拉延模壓邊圈和凹模之間的導(dǎo)向是在壓邊圈和凹模上鑄出凸臺和凹槽，并在上面安裝上導(dǎo)向板，導(dǎo)向間隙為0.3mm。凸模和壓邊圈的導(dǎo)向是用四塊導(dǎo)板導(dǎo)向，導(dǎo)板放置在凸模形狀平滑的部位。由于是在帶液壓墊的油壓機(jī)上拉延成形的，凹模固定在活動工作臺下面，凸模固定在下工作臺上，壓邊圈由墊塊頂出。試模

12、時(shí)應(yīng)保證所有成形接合部位接觸面積達(dá)80以上。模具的工作過程2：拉延模結(jié)構(gòu)如圖10所示，采用的是凸模和壓邊圈在下，凹模在上的倒裝結(jié)構(gòu)。工作時(shí)，氣墊柱上升，使墊塊頂起壓邊圈上升到一定位置，按固定位置放上下好的料，活動工作臺帶動凹模下行，使凹模和壓邊圈壓緊料件，凹模與壓邊圈一起下行，使料件與凸凹模接觸，加壓成形，保壓，拉延工序完成。1滑塊；2 m12螺釘；3 壓料圈；4吊耳；5 上模座；6 導(dǎo)向板；7 m24螺釘；8下底板；9限位鍵；10下墊板；11凸模塊；12 下模座；13 氣墊柱；14 墊塊；15 m10螺釘拉延模采用倒裝結(jié)構(gòu)，這樣有利于壓邊及毛坯在模具上的定位及利于提高拉延件的質(zhì)量，且出料取件流暢。制定的汽車覆蓋件rember的沖壓工藝及設(shè)計(jì)的該覆蓋件的拉延模具已用于生產(chǎn)實(shí)際。圖11即為采用上述所制訂的沖壓工藝以及所設(shè)計(jì)的拉延模具生產(chǎn)出的汽車覆蓋件rember產(chǎn)品。3結(jié)束語(1）在拉延工序中，采用dynaform