0404086莊茂團(tuán)汽車覆蓋件前縱梁沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)

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1、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 汽車覆蓋件前縱梁沖壓工藝 及模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 機(jī)升0902 學(xué) 生 莊茂團(tuán) 學(xué) 號(hào) 20090404086 指導(dǎo)教師 葛榮雨

2、 二〇一一年六月十日 - 1 - 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 前言 本課題主要研究汽車覆蓋件前縱梁沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)，課題來源于韓國(guó)現(xiàn)代汽車集團(tuán)子公司威亞汽車模具（山東）有限公司。課題要求通過對(duì)零件結(jié)構(gòu)的分析、制定出合理的沖壓工藝方案，通過分析比較幾種可能的方案，選擇合理的方案設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模具，并進(jìn)行相關(guān)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，使之具有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和自動(dòng)化方面的要求。 課題內(nèi)容主要包括：沖壓工藝規(guī)程的制定，裝配圖和零件圖的繪制，以及確定合理的沖壓工藝。 1 概論 1.1 課題內(nèi)容、來源及意義 本課題是關(guān)于汽車覆蓋件前縱梁的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)（工件圖如圖1

3、.1），課題來自于威亞汽車模具（山東）有限公司。所用材料為SPRC440，厚度為1.6mm。課題要求通過對(duì)零件結(jié)構(gòu)的分析、制定出合理的沖壓工藝方案，通過分析比較幾種可能的方案，選擇合理的方案設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模具，并進(jìn)行相關(guān)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，使之具有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和自動(dòng)化方面的要求。此次汽車覆蓋件前縱梁沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)有助我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究這方面的技術(shù)，使我們了解現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展理念，用技術(shù)、經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的觀點(diǎn)來分析解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)我們創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，更重要的是通過對(duì)該零件的成形模設(shè)計(jì)，綜合的運(yùn)用在大學(xué)和公司所學(xué)的知識(shí)和方法，培養(yǎng)善于運(yùn)用工程圖紙、實(shí)驗(yàn)研究、計(jì)算機(jī)技能、以及書面和口頭表達(dá)工

4、程技術(shù)的能力同時(shí)也訓(xùn)練我們查閱應(yīng)用中外科技文獻(xiàn)，檢驗(yàn)我們的工程素質(zhì)，提高我們的綜合能力，為踏入工作崗位打下一定的基礎(chǔ)。 圖1.1 現(xiàn)代汽車覆蓋件 前縱梁 1.2 國(guó)內(nèi)外模具技術(shù)現(xiàn)狀 隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＲ恍﹪?guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國(guó)際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、

5、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步。我國(guó)已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。如東風(fēng)汽車模具有限公司，已設(shè)計(jì)制造了富康轎車部分內(nèi)覆蓋件模具。一汽模具中心生產(chǎn)了捷達(dá)王轎車外覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)。可代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計(jì)制造方法，手段上面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國(guó)際水平，在轎車模具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面，與國(guó)外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多

6、功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)疊片多功能模具，已達(dá)到國(guó)際水平。如南京長(zhǎng)江機(jī)器制造廠的電機(jī)鐵芯自動(dòng)疊鉚硬質(zhì)合金多工位級(jí)進(jìn)模具有自動(dòng)沖切、疊壓、鉚合、計(jì)數(shù)、分組，轉(zhuǎn)子鐵芯扭斜，安全保護(hù)等功能，凹模采用拼塊式，零備件可互換。常州寶馬集團(tuán)公司的步進(jìn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子帶雙回疊片硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模。具有轉(zhuǎn)子沖片落料、旋轉(zhuǎn)72再疊片，定子沖片落料、回轉(zhuǎn)90再疊片、(以消除料厚誤差)等功能。這兩項(xiàng)模具精度達(dá)2μm， 步距精度2-3μm，雙回轉(zhuǎn)精度1′，壽命達(dá)到1億次以上，制造周期5-6個(gè)月，而價(jià)格僅為同類進(jìn)口模具的1/2-1/3，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，完全可以替代進(jìn)口。其他如

7、48、54、68條腿集成電路框架多工位級(jí)進(jìn)模、電子槍硬質(zhì)合金多工進(jìn)級(jí)進(jìn)模、別克轎車安全帶座式工位級(jí)進(jìn)模、空調(diào)器散熱片多工位級(jí)進(jìn)模，均達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平。但總體上和國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。在一般沖模方面，浙江慈溪鴻達(dá)電面模具制造中心的鐵芯片復(fù)合沖模 ，實(shí)現(xiàn)系列化、 標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，模具費(fèi)用較一般低30%-50%，交貨周期7-20天，并備有現(xiàn)貨供應(yīng)。在適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)方面邁出了可喜的一步。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具

8、設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。例如，吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學(xué)模具CAD國(guó)家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國(guó)內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。 總之，模具加工技術(shù)明顯的發(fā)展方向如下： 　　高速銑削技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其推廣應(yīng)用；電火花加工技術(shù)的不斷發(fā)展；快速原型制造和快速制模（RPM/RMT）技術(shù)將得到更快更好的發(fā)展；超精加工、微細(xì)加工和復(fù)合加工；先進(jìn)表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受到重視；模具研磨拋光將向復(fù)合

9、化、自動(dòng)化、 智能化方向發(fā)展；模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展；模具CAM/DNC技術(shù)及軟件的發(fā)展和推廣應(yīng)用；切削加工刀具的正確選用。 雖然中國(guó)模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴進(jìn)口。 1.3 現(xiàn)代模具工業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，新車型更新?lián)Q代的速度不但加快，傳統(tǒng)的

10、覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造方法已不能適應(yīng)產(chǎn)品開發(fā)的要求。汽車覆蓋件模具作為汽車車身生產(chǎn)的重要工藝裝備，直接制約著汽車產(chǎn)品的質(zhì)量和新車型的開發(fā)。覆蓋件模具因其設(shè)計(jì)制造難度大、周期長(zhǎng)而常常成為制約汽車生產(chǎn)的主要因素。通用的二維CAD系統(tǒng)無法滿足模具設(shè)計(jì)的一些特殊要求。為了提高模具設(shè)計(jì)的技術(shù)水平、縮短模具設(shè)計(jì)周期，應(yīng)用針對(duì)汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)是十分必要的。 1.4 汽車覆蓋件簡(jiǎn)介 汽車覆蓋件（以下簡(jiǎn)稱覆蓋件）是指構(gòu)成汽車車身或駕駛室、覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤的薄金屬板料制成的異形體表面和內(nèi)部零件。轎車的車前板和車身、載重車的車前板和駕駛室等都是由覆蓋件和一般沖壓件構(gòu)成的。覆蓋件組裝后構(gòu)成

11、了車身或駕駛室的全部外部和內(nèi)部形狀，它既是外觀裝飾性的零件，又是封閉薄殼狀的受力零件。覆蓋件的制造是汽車車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 1.4.1覆蓋件的分類 按功能和部位分類，可分為外部覆蓋件、內(nèi)部覆蓋件和骨架類覆蓋件三類。外部覆蓋件和骨架類覆蓋件的外觀質(zhì)量有特殊要求，內(nèi)部覆蓋件的形狀往往更復(fù)雜。 按工藝特征分類如下： （1）對(duì)稱于一個(gè)平面的覆蓋件。諸如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、前圍板、后圍板、散熱器罩和水箱罩等。這類覆蓋件又可分為深度淺呈凹形彎曲形狀的、深度均勻形狀比較復(fù)雜的、深度相差大形狀復(fù)雜的和深度深的幾種。 （2）不對(duì)稱的覆蓋件。諸如車門的內(nèi)、外板，翼子板，側(cè)圍板等。這類覆蓋件又可分為深度淺度比較平

12、坦的、深度均勻形狀較復(fù)雜的和深度深的幾種。 （3）可以成雙沖壓的覆蓋件。所謂成雙沖壓既指左右件組成一個(gè)便于成型的封閉件，也指切開后變成兩件的半封閉型的覆蓋件。 （4）具有凸緣平面的覆蓋件。如車門內(nèi)板，其凸緣面可直接選作壓料面。 （5）壓彎成型的覆蓋件。 以上各類覆蓋件的工藝方案各有不同，模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)亦有很大差別。 1.4.2 覆蓋件的特點(diǎn)和要求 同一般沖壓件相比，覆蓋件具有材料薄、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大和表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。覆蓋件的工藝設(shè)計(jì)、沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和沖模制造工藝都具有特殊性。因此，在實(shí)踐中常把覆蓋件從一般沖壓件中分離出來，作為一各特殊的類別加以研究和分析。

13、 覆蓋件的特點(diǎn)決定了它的特殊要求： （1）表面質(zhì)量 覆蓋件表面上任何微小的缺陷都會(huì)在涂漆后引起光線的漫反射而損壞外形的美觀，因此覆蓋件表面不允許有波紋、皺折、凹痕、擦傷、邊緣拉痕和其他破壞表面美感的缺陷。覆蓋件上的裝飾棱線和筋條要求清晰、平滑、左右對(duì)稱和過渡均勻，覆蓋件之間的棱線銜接應(yīng)吻合流暢，不允許參差不齊?？傊采w件不僅要滿足結(jié)構(gòu)上的功能要求，更要滿足表面裝飾的美觀要求。 （2）尺寸形狀 覆蓋件的形狀多為空間立體曲面，其形狀很難在覆蓋件圖上完整準(zhǔn)確地表達(dá)出來，因此覆蓋件的尺寸形狀常常借助主模型來描述。主模型是覆蓋件的主要制造依據(jù)，覆蓋件圖上標(biāo)注出來的尺寸形狀，其中包括立體曲面

14、形狀、各種孔的位置尺寸、形狀過渡尺寸等，都應(yīng)和主模型一致，圖面上無法標(biāo)注的尺寸要依賴主模型量取，從這個(gè)意義上看，主模型是覆蓋件圖必要的補(bǔ)充。 （3）剛性 覆蓋件拉延成型時(shí)，由于其塑性變形的不均勻性，往往會(huì)使某些部位剛性較差。剛性差的覆蓋件受至振動(dòng)后會(huì)產(chǎn)生空洞聲，用這樣零件裝車，汽車在高速行駛時(shí)就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，造成覆蓋件早期破壞，因此覆蓋件的剛性要求不可忽視。檢查覆蓋件剛性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位聲音的異同，另一是用手按看其是否發(fā)生松馳和鼓動(dòng)現(xiàn)象。 （4）工藝性 覆蓋件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸決定該件的工藝性。覆蓋件的工藝性關(guān)鍵是拉延工藝性。覆蓋件一般都采用一次成型法，為了創(chuàng)造一個(gè)良好

15、的拉延條件，通常將翻邊展開，窗口補(bǔ)滿，再加添上工藝補(bǔ)充部分，構(gòu)成一個(gè)拉延件。 工藝補(bǔ)充是拉延件不可缺少的組成部分，它既是實(shí)現(xiàn)拉延的條件，又是增加變形程度獲得剛性零件 的必要補(bǔ)充。工藝補(bǔ)充的多少取決于覆蓋件的形狀和尺寸，也和材料的的性能有關(guān)，形狀復(fù)雜的深拉延件，要使用08ZF鋼板。工藝補(bǔ)充的多余料需要在以后工序中去除。 拉延工序以后的工藝性，僅僅是確定工序次數(shù)和安排工序順序的問題。工藝性好可以減少工序次數(shù)，進(jìn)行必要的工序合并。審查后續(xù)工序的工藝性要注意定位基準(zhǔn)的一致性或定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，前道工序?yàn)楹罄m(xù)工序創(chuàng)造必要的條件，后道工序要注意和前道工序銜接好。 1.5 課題的重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn)：沖壓

16、工藝規(guī)程的制定，裝配圖和零件圖的繪制，以及確定合理的沖壓工藝，盡量使工件在各個(gè)工序之間不翻轉(zhuǎn)或少翻轉(zhuǎn)。 難點(diǎn)：此沖壓件屬汽車覆蓋件，其具有空間自由曲面的特點(diǎn)，曲面形狀復(fù)雜，確定其落料展開圖和確定沖壓中心和沖壓方向?yàn)槠涫滓y點(diǎn)；其次，工藝補(bǔ)充部分的設(shè)計(jì)和拉延筋的布置及形狀；再者，在拉延工序中的工件缺陷的防止，如拉裂和起皺的防止，以及防止缺陷的方法。 2沖壓工藝方案 2.1 零件的工藝性分析 2.1.1 零件結(jié)構(gòu)分析 產(chǎn)品零件為前縱梁沖壓件。材料SPRC440冷軋鋼板，厚度1.6mm，大批量生產(chǎn)。具體尺寸見產(chǎn)品零件圖，工件圖見圖1.1。 從拉延件的零件圖可以看出，地板加強(qiáng)板基本上屬于

17、是一種矩形拉延件。該零件選用SPRC440冷軋鋼板進(jìn)行拉延是合宜的，因?yàn)镾PRC440冷軋鋼板具有很好強(qiáng)度，可以滿足加強(qiáng)作用。由覆蓋件拉延特點(diǎn)知，為了避免拉延缺陷（褶皺），應(yīng)給毛坯設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面。 該零件的基本特點(diǎn)是工件尺寸較大（長(zhǎng)866mm、寬432mm）、尺寸精度一般、材料強(qiáng)度較高。零件外形呈左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，有凹凸和其他形狀突變，系典型的板料沖壓件，可拉延成型。 從零件的形狀對(duì)其分析，雖然此拉延件整體形狀復(fù)雜，但是拉延部分基本上規(guī)則，由于拉深深度很大，不可一次拉伸成型，需要后序整形工序。工件的主要變形屬于不變薄拉深，材料流動(dòng)量很大。 2.1.2零件沖壓工藝性分析 （1）成形件的形狀復(fù)

18、雜但對(duì)稱，其模具較易加工，工藝易實(shí)現(xiàn)。 （2）拉延成形的變形程度大（最大拉伸高度為163mm）,但是變形部分分布較均勻。 （3）工件為汽車結(jié)構(gòu)加強(qiáng)部件,外廓尺寸精度要求不是很高。 （4）工件上的孔位較多（12個(gè)）,主要用于汽車總裝固定,所以孔位的位置精度要求較高。相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)與加工要保證其位置精度。 （5）在沖壓工藝中少不了拉延和成型等工藝，考慮到材料的各向異性，材料在各變型工序中難免會(huì)出現(xiàn)回彈、翹曲、起皺、變薄、劃痕等問題，這就需要設(shè)計(jì)出合理的沖壓工藝和正確的模具結(jié)構(gòu)來控制其的發(fā)生，從而生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。 2.2 工序方案的確定 本零件可供選擇的工藝方案有： （1） 落料—

19、拉延—修邊沖孔—側(cè)沖孔—整形； （2） 落料—拉延、沖孔—修邊—整形； （3） 落料—拉延—修邊沖孔—整形。 考慮到該零件的修邊復(fù)雜性和沖孔的復(fù)雜性，修改后選定的工藝方案為： 落料—拉延—修邊沖孔—整形沖孔—側(cè)修邊翻孔沖孔。 材料SPRC其， 最大延伸率為32%，流動(dòng)性能、塑性較差，基于這些特點(diǎn)分析上述方案的可行性。 采用此工藝方案理由： （1）零件為梁類零件。在汽車覆蓋件中屬于成形難度大。 （2）材料屬于高強(qiáng)度鋼板，是目前車身輕量化高強(qiáng)度化的發(fā)展前沿。屬于新材料類型。突出特點(diǎn)：成型性差、反彈嚴(yán)重。需采取整形措施。 （3）零件拉延成形深度深，局部產(chǎn)品R圓角過小，需要在拉延工程

20、對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修改，后工程采取整形手段進(jìn)行修正。 （4）后工程的沖壓方向與第一工程沖壓方向不能保持一致，需要旋轉(zhuǎn)。 （5）兩端正常的垂直修邊滿足不了要求，需要采用側(cè)修邊。 （6）產(chǎn)品中央有翻孔工序內(nèi)容，需要翻孔工程完成。  局部R值 過小 翻孔 一工序沖壓方向 修邊工序此沖壓方向不能滿足要求 圖2.1 沖壓方向分析 圖2.2 第一工序拉延 圖2.3 第二工序修邊沖孔 圖2.4 第三工序整形沖孔 圖2.5 第四工序側(cè)修邊翻孔 2.3沖裁精度的確定 沖裁件的尺寸精度，是指沖裁實(shí)際的尺寸與基本尺寸的差值，差值

21、越小，則沖裁件的精度越高。 引起零件尺寸產(chǎn)生誤差的因素主要為凸、凹模的制造精度 ，沖裁后材料的彈性回復(fù)，以及操作的偶然因素（如定位不準(zhǔn)、材料性能不穩(wěn)等）。 由于零件尺寸未注公差值，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的IT14級(jí)處理，而模具的設(shè)計(jì)精度可以取IT12或IT13，此零件為支撐件，因此我們可以取精度為IT13。 2.4拉延件的設(shè)計(jì) 2.4.1拉延件的沖壓方向 拉深方向的確定原則是：覆蓋件本身有對(duì)稱面的，其拉深方向是以垂直于對(duì)稱面的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來確定的；不對(duì)稱的覆蓋件是繞汽車位置相互垂直的兩個(gè)坐標(biāo)面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來確定拉深方向的；拉深工序的沖壓方向盡量和以后工序的沖壓方向一致。此外，確定拉深方向必須

22、考慮以下幾方面的問題。 （1）拉深凸模能否進(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)壁與拉深方向無負(fù)角現(xiàn)象（圖2.6中的角）。按圖2.6（a）的沖壓方向，凸模無法進(jìn)入凹模，拉深成為不可能。按圖2.6（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2.6 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

23、深深度應(yīng)均勻。圖2.7所示的是兩種拉深方向產(chǎn)生的拉深深度。 （a）不均勻 （b） 均勻 圖2.7 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2.8）。 圖2.8 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。

24、 基于以上條件和零件的形狀結(jié)構(gòu)，選擇沖壓方向圖2.1所示的沖壓方向。 2.4.2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。

25、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。 2.4.3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

26、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。 2.4.4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； （

27、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； （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

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)。 3 應(yīng)用CAD/CAE提高沖壓工藝水平 3.1 CAD應(yīng)用 3.1.1 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

29、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3D-DL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

30、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。 3.1.2 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

31、、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

32、下幾點(diǎn)： （1）基于特征的（Feature-Based） Pro/ENGINEER是一個(gè)基于特征的（Feature-Based）實(shí)體模型建模工具，利用每次個(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/ENGIN

33、EER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（comp

34、onent）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。 3.1.3 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3.1 凹模平面圖 圖3.2 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3.3 凸模立體圖 3.2 CAE應(yīng)用 3.2.1 CAE分析介紹

35、 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

36、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。 3.2.2 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)。 3.2.3 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

37、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、有無沖壓負(fù)角以及最淺拉深深度。如圖3.4，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 3.4 沖壓方向分析確定 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)

38、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(迭代的次數(shù)越多，其結(jié)果越接近真值，但所需計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng))。 (3)優(yōu)化排樣 提高材料利用率，傳統(tǒng)排樣方式，材料利用率為80％ ，而優(yōu)化排樣(如圖3.5)為經(jīng)過CAE軟件優(yōu)

39、化過的排樣．利用率有所高。 圖3.5 優(yōu)化排樣 (4)CAE分析結(jié)果對(duì)模具設(shè)計(jì)的優(yōu)化 拉延筋的布置及寬度使用優(yōu)化模塊可以對(duì)拉延筋的布置、寬度進(jìn)行優(yōu)化．選擇合理的拉延筋形狀對(duì)材料流動(dòng)的約束，達(dá)到材料充分拉伸的目的。（排版） 圖3.6 優(yōu)化前后的拉延結(jié)果 由圖3.6看出，更改拉延筋后(增大拉延筋的約束力)的拉深情況遠(yuǎn)好于更改前的。這樣，模具調(diào)試周期被大大縮短，調(diào)試成本也相應(yīng)減少。 CAE分析結(jié)果可以為工藝準(zhǔn)備前期提供有力的保證傳統(tǒng)工藝方法對(duì)壓床的選用局限于簡(jiǎn)單壓彎件(可計(jì)算壓彎力、沖裁力)，對(duì)于復(fù)雜沖壓件的壓床的選用只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采取類比的方法，而根據(jù)CAE軟件

40、可迅速反求的凸凹模及壓料圈在成型過程中所需要的力．然后根據(jù)所需壓力選用合適的壓力機(jī)，避免出現(xiàn)設(shè)備浪費(fèi)或者壓力不足的情況。 3 總結(jié) (1)要以現(xiàn)實(shí)沖壓條件為基礎(chǔ)，掌握實(shí)際沖壓條件的數(shù)學(xué)描述方法。否則，CAE分析只能成為理論分析，不能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。要準(zhǔn)確描述實(shí)際沖壓條件，需要進(jìn)行大量的調(diào)查分析。 (2)CAE分析與經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)積累同等重要。如在歐美多數(shù)采用仿真設(shè)計(jì)，但在日本．模具設(shè)計(jì)師通常更多依靠經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)模具。經(jīng)驗(yàn)的重要性體現(xiàn)在：在板料成形CAE分析的預(yù)處理過程中，好的工藝輔助面及拉延筋可以快速達(dá)到預(yù)期的目的；在后處理分析發(fā)現(xiàn)成形缺陷時(shí)．無論通過什么方法來改善，都需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)。 (3

41、)CAE分析必須與零件及模具的CAD，CAM并行交互。CAE分析是為零件及模具的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)優(yōu)化等服務(wù)的，不能將CAE分析孤立，而應(yīng)該更多地滲入零件及模具的設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)，及早地改善模具設(shè)計(jì)，優(yōu)化工藝參數(shù)，甚至改進(jìn)零件設(shè)計(jì)，才能縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。 圖3.7 Auto form 分析結(jié)果顯示說明 3.2.4 應(yīng)用CAE分析制件的成形問題及提出解決方法 FLC曲線外側(cè)應(yīng)變失效點(diǎn)主要為產(chǎn)品尖角撕裂區(qū) 圖3.8 成形限制極限圖 圖3.9 產(chǎn)品成形性評(píng)估分析結(jié)果 該區(qū)域產(chǎn)品形狀有過渡變薄 及撕裂趨勢(shì)

42、可以通過調(diào)整模 具R圓角和板材大小壓邊力 大小來改變 該區(qū)域產(chǎn)品延伸不足可以 通過調(diào)整模具圓角和壓邊 力大小改變 圖3.10 產(chǎn)品最終分析結(jié)果局部詳細(xì)示圖 3.2.5 分析報(bào)告 該產(chǎn)品在沖壓工藝分析過程中，考慮到工藝補(bǔ)充部分圓角小，在調(diào)試中更改此區(qū)圓角；另外板料尺寸需按實(shí)際情況調(diào)整。其中，上圖圖示紅色區(qū)域?yàn)檫^渡變薄區(qū)域，調(diào)試時(shí)應(yīng)注意控制板料變薄率，變化范圍應(yīng)在20%以內(nèi)。 4 工藝計(jì)算及主要參數(shù)確定 4.1 毛坯尺寸的確定 依據(jù)工藝數(shù)模得該件最大拉深距離為170mm。毛坯

43、尺寸可以根據(jù)制件展平后的輪廓尺寸和壓料尺寸來確定。其毛坯尺寸確定計(jì)算為： 第一部分：工件輪廓尺寸 最大長(zhǎng)度1160mm，最大寬度256mm； 第二部分：壓料尺寸 壓料面沿周邊80mm 拉延筋沿周邊12mm； 第三部分：工藝補(bǔ)充部分 深拉伸處各工藝補(bǔ)充60mm,淺拉伸處補(bǔ)充30mm； 其總面積為：1300396=5148000mm2 。 在實(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中為了便于取料，將毛坯尺寸確定為1300mm400mm 材料的利用率： η=制件面積/毛坯面積100%=296960mm2/520000mm2=57.1% 4.2 計(jì)算拉深工序的力 壓邊力必須適當(dāng)，如果壓邊力過大，

44、會(huì)增加拉入凹模的拉力，使危險(xiǎn)斷面拉裂；如果壓邊力不足，則不能防止凸緣起皺。 壓邊力為壓邊面積乘單位壓邊力即 =Ap （4.2.1） 式中 ——壓邊力 ,N； A——在壓邊圈下毛坯的投影面積 ,mm； p——單位壓邊力,MPa。 在材料為SPRC440的情況下，其單位壓邊力在2.5～3.0取3.0，在壓邊圈下的投影面積為A=302744mm2 故壓邊力由式（4.2.1）得 PQ=3027443.0=908232N 對(duì)于橫截面為矩形的拉深件拉深力 （4.2.2） 式中— 拉深力，N ； L——危險(xiǎn)斷面周長(zhǎng)，mm;利用軟件分析L

45、=2860mm； t——工件坯料厚度，mm ；t=1.6mm； p——危險(xiǎn)斷面上的單位拉深力，MPa ；SPRC440的抗拉強(qiáng)度為280~390Mpa,取300Mpa. ∴ =28601.6300 =1287000N。 總的拉深力P為拉深所需要的力和壓料所需要的力， 即 =908232+128700 =2195232 N ≈2.2 KN 4.3 修邊力、卸料力、推件力及頂件力的計(jì)算 計(jì)算沖裁力的目的是為了合理選用壓力設(shè)備和模具設(shè)計(jì)，壓力機(jī)的噸位必須大于沖裁力，才適應(yīng)沖裁要求。 （1）沖裁力 （4.3.1） 式中

46、 — 沖裁力（N）； L — 沖裁件的周長(zhǎng)（mm） ； t — 材料的厚度(mm) ； τ — 材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)，SPRC440的抗剪強(qiáng)度為220～310 MPa，取310 MPa。 但考慮到凸凹模刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料的力學(xué)性能的變化和材料厚度偏差等因素，實(shí)際需要的沖裁力還需增加30%，即 F=1.3 F0 （4.3.2） ∴ =31031.5310 =1442895 N F=1.31442895 =1875763 ≈1.88 KN （2）切刃側(cè)壓力 （4.3.3）

47、 ∴=0.63 KN （3）卸料力 （4.3.4） 其中，K——卸料力系數(shù)，查表4.1取0.05； ∴=0.051.88=0.094 KN （4）推件力 （4.3.5） 其中 n=h/t, n——同時(shí)卡在凹模內(nèi)的零件或廢料數(shù)； h——圓柱形凹模的腔口高度（mm）； t——料厚(mm)； K—

48、—卸料力系數(shù)，查表4.1,K=0.055。 由設(shè)計(jì)知，h=6mm,則n=4, ∴=40.0551.88 =0.42 KN （5）頂件力 （4.3.6） 其中，K——頂件力系數(shù)，查表4.1,K取0.06； ——修邊的沖裁力(N); ∴=0.061.23 =0.074 KN （6）沖裁總的沖壓力 （4.3.7）

49、 =（1.88+0.63+0.094+0.42+0.074） KN =3.098 KN≈3.1KN 表4.1 卸料力、推件力及頂件力系數(shù) 料厚（mm） K推 K頂 K卸 0．5～2.5 0.055 0.06 0.04～0.05 4.4 沖壓設(shè)備的選擇 4.4.1 拉延工序沖壓設(shè)備的選擇 壓力機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)工作臺(tái)面尺（左右前后）1810mm1320mm,閉合高度850mm, 總的拉深力F=2.2 KN來選擇。 實(shí)際生產(chǎn)中，可按下式估算壓力機(jī)的公稱壓力F0， 淺拉深：F0>(1.6～1.8)F總

50、 （4.4.1） F0=2.21.6=3.52KN 經(jīng)過計(jì)算壓力機(jī)的公稱壓力要大于352噸，則選擇J36—800B閉式雙點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)。 則必須滿足最大裝模高度>模具的最大高度 即 990>850滿足要求。 表4.2 J36—800B閉式雙點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)技術(shù)參數(shù) 序號(hào) 名稱 數(shù)值 單位 1 公稱壓力 800 噸 2 最大裝模高度 990 毫米 3 滑塊行程 500 毫米 4 最小裝模高度 450 毫米 6 滑塊速度空程下行 80 毫米 7 滑塊行程次數(shù) 10 次/分 8 工作臺(tái)板

51、尺寸（前后左右） 18004000 毫米 9 電機(jī)總功率 90 千瓦 4.4.2 修邊沖孔工序沖壓設(shè)備的選擇 壓力機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)工作臺(tái)面尺（左右前后）1500mm1130mm,閉合高度950mm, 總的沖壓力F=3.1KN來選擇。 實(shí)際生產(chǎn)中，可按下式估算壓力機(jī)的公稱壓力F0， F0>(1.6～1.8)F總 F0=3.11.6=4.96KN 經(jīng)過計(jì)算壓力機(jī)的公稱壓力要大于500噸，則選擇YA32—630液壓四柱壓力機(jī)。 則必須滿足最大開口高度與模具閉合高度之差小于液壓機(jī)的滑塊行程 即 1700-950<900，

52、滿足要求。 表4.3 YA32-630液壓機(jī)技術(shù)參數(shù) 序號(hào) 名稱 數(shù)值 單位 1 公稱壓力 630 噸 2 最大開口高度 1700 毫米 3 滑塊行程 900 毫米 4 最小開口高度 800 毫米 5 滑塊速度空程下行 100 毫米 6 滑塊速度 10 毫米/秒 7 滑塊速度回程 80 毫米/秒 8 工作臺(tái)板尺寸（前后左右） 15801500 毫米 9 電機(jī)總功率 37 千瓦 4.5 壓力機(jī)的校核 4.5.1 拉延工序壓力機(jī)的校核 壓力機(jī)型號(hào)的確定主要取決于沖壓工藝的要求及沖模結(jié)構(gòu)。選用閉式雙

53、點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)時(shí)，必須滿足以下要求： (1) 壓力機(jī)的公稱壓力Fg必須大于沖壓計(jì)算的總壓力F，即Fg > F； 拉深所需要的總的沖壓力為F=2.2KN，J36—800B閉式雙點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)的公稱壓力為Fg=8.0KN，故Fg > F，滿足要求。 (2) 壓力機(jī)的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求， 即： Hmax - 5mm ≥ Hm ≥ Hmin + 10mm ； 式中 Hmax、Hmin—分別為壓力機(jī)的最大、最小裝模高度（mm）; Hm—模具閉合高度（mm）； 所選壓力機(jī)的最大裝模高度990mm,最小裝模高度450mm,模具閉合高度850mm, 所以：

54、990-5>850>450+10,滿足要求。 (3) 壓力機(jī)的滑塊行程必須滿足沖壓件的成形要求。對(duì)于拉深工藝，為了便于放料和取料，其行程必須大于拉深件高度的2—2.5倍； 壓力機(jī)的滑塊行程為500mm,拉延件的最大高度為140mm，所以500>140(2-2.5),滿足要求。 (4) 為了便于安裝模具，壓力機(jī)的工作臺(tái)面尺寸應(yīng)大于模具尺寸，一般每邊大50—70mm，臺(tái)面上的孔應(yīng)保證沖壓件或廢料能漏下。 壓力機(jī)臺(tái)面尺寸，前后為1800m，左右為4000mm，拉延模的最大寬度1350mm，最大長(zhǎng)度1810mm，符合要求。綜上所述，J36—800B閉式雙點(diǎn)單動(dòng)壓力機(jī)的選擇符合沖壓要求。

55、 5 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 拉延模結(jié)構(gòu) 5.1.1 拉延模結(jié)構(gòu)種類 拉深模結(jié)構(gòu)可分為：按使用的壓力機(jī)不同，可分為單動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉深模與雙動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉深模；按工序的組合程度不同，可分為單工序拉深模、復(fù)合工序拉深模與級(jí)進(jìn)工序拉深模；按結(jié)構(gòu)形式與使用要求的不同，可分為首次拉深模與以后各次拉深模、有壓料裝置拉深模與無壓料裝置拉深模、順裝式拉深模與倒裝式拉深模、下出件拉深模與上出件拉深模。 5.1.2 拉延模結(jié)構(gòu)的確定 形狀簡(jiǎn)單、深度淺的覆蓋件一般采用單動(dòng)壓力機(jī)來成型；形狀復(fù)雜、深度深的覆蓋件必須采用雙動(dòng)壓力機(jī)成型。這是因?yàn)閱蝿?dòng)壓力機(jī)的壓料力是靠機(jī)床下面的油缸的壓

56、力和行程都比雙動(dòng)壓力機(jī)小得多，其不能提供較大壓料力和復(fù)雜深拉延件所需的成形力。其次，單動(dòng)壓力機(jī)所用拉延模的壓邊圈比較薄，剛性相對(duì)弱，亦不能適應(yīng)復(fù)雜深拉延件的成型。 分析后地板加強(qiáng)板的形狀結(jié)構(gòu)，可知該拉延件屬于淺拉延，拉延件形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，因此確定該拉延模采用單動(dòng)壓力機(jī)上使用的拉延模。單動(dòng)拉延模結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要由三大件（凸模、凹模和壓料圈）組成。這種拉延模呈倒裝形式，凸模與壓料圈、凹模與凸模之間分別裝有倒向裝置，模具外輪廓尺寸和閉合高度必須嚴(yán)格適應(yīng)壓力機(jī)參數(shù)要求。 根據(jù)所采用的模具形式，此拉延模的凸模、凹模、壓料圈都采用實(shí)型鑄造而成，為方便安裝，節(jié)約材料在不影響剛度和強(qiáng)度的條件下對(duì)非重要部分

57、進(jìn)行挖空。并且在影響強(qiáng)度和剛度的部位設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋。 模具鑄件的壁厚與模具的尺寸大小、零件生產(chǎn)批量、以及受力情況都有很大的關(guān)系，該制件是批量生產(chǎn)，該模具是中型模具。 參照汽車模具標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)凸模、凹模結(jié)構(gòu)尺寸。其它小零件盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。確定凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)考慮模具的磨損和拉延件的彈復(fù)。依據(jù)拉延件三維數(shù)模尺寸來確定凸模和凹模工作部分尺寸。其相關(guān)尺寸見凸模和凹模零件圖。 綜上所述，拉延模設(shè)計(jì)如圖5.2。 表5.1 大批量生產(chǎn)時(shí)拉延模鑄件壁厚（單位：mm） 模具大小 A B C D E F G 中小型 40～50 35～45 35～45 35

58、～45 35～45 45～55 30 大型 70～95 60～80 50～65 45～65 50～65 40～50 30～40 4 3 5 2 1 1.凹模 2.壓邊圈 3.凸模 4.頂桿 5.導(dǎo)滑板 圖4.2 拉延模結(jié)構(gòu)圖 5.1.3 凸、凹模結(jié)構(gòu) (1)凸、凹模圓角 凸、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得是否合理，直接影響拉延時(shí)坯料金屬流動(dòng)性。凹模圓角半徑R凹越大，材料越易進(jìn)入凹模；但R凹過大，材料易起皺。因此，在材料不起皺的前提下， R凹=（6～8）t 式中 t——板料厚度（mm）； 但當(dāng)凹模圓角處于工藝補(bǔ)充部分上，根據(jù)常

59、用板料厚度，取中間值（6～8）t。當(dāng)壓料面是制件本身凸緣的一部分時(shí)，則凹模圓角半徑就是拉延件要求的圓角半徑。如果拉延件要求圓角半徑過小，影響拉延變形時(shí)，則適當(dāng)加大到合適數(shù)值，用后續(xù)的工序整形圓角也能達(dá)到要求數(shù)值。根據(jù)所給數(shù)模標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量R凹=5mm。 凸模圓角半徑R凸過小，會(huì)使坯料在此受到過大的彎曲變形，導(dǎo)致危險(xiǎn)斷面材料嚴(yán)重變薄甚至拉裂；R凸過大，會(huì)使坯料懸空部分增大，容易產(chǎn)生“內(nèi)起皺”現(xiàn)象。一般R凸＜R凹，取R凸=（0.7～1.0）R凹，但根據(jù)所給數(shù)模，R凸=8mm。 拉延凸模的圓角半徑即拉延件的內(nèi)輪廓圓角半徑，尺寸和拉延件圓角半徑要求的尺寸相同。 （2）凸、凹模間隙 拉延凸、凹模間隙

60、的大小，對(duì)拉延力、制件質(zhì)量和模具壽命都有影響。間隙過大，容易起皺；過小，則拉延件壁變薄加重，甚至拉斷。 在此拉延過程中，凸模與凹模之間的間隙，直邊部分取z=t=1.5mm，在圓角部分由于材料復(fù)原，故其間隙應(yīng)比直邊部分間隙大0.1t，即z=t+0.1t=1.65mm。（t為零件厚度）凸模和凹模工作部分尺寸應(yīng)該根據(jù)拉延件的尺寸來確定，在確定凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)考慮模具的磨損和拉延件的彈復(fù)。 5.1.4壓邊圈設(shè)計(jì) 壓邊圈的質(zhì)量決定拉延過程中的壓料效果，它既要有一定的壓料力，還要使壓料區(qū)的材料在不起皺的情況下，順利的流入凹模口內(nèi)。本次設(shè)計(jì)的壓料面上有8個(gè)上導(dǎo)擋料板定位毛坯方便送料，上導(dǎo)擋

61、料板選用汽模標(biāo)準(zhǔn)QM3115—2002。8個(gè)小凸臺(tái)安裝平衡塊其作用是調(diào)整進(jìn)料阻力，通過調(diào)整壓料圈與凹模之間的間隙來實(shí)現(xiàn)。平衡塊選用標(biāo)準(zhǔn)件，查標(biāo)準(zhǔn)QM1623—2002。該模具是中型模具，選用直徑為60mm，高度為20mm的平衡塊。 5.1.5導(dǎo)向裝置 根據(jù)工藝方法的不同，模具對(duì)導(dǎo)向精度和導(dǎo)向剛度的要求也不同，模具的導(dǎo)向形式也不同。常用的導(dǎo)向方式有導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向、導(dǎo)板導(dǎo)向、導(dǎo)塊導(dǎo)向及背靠塊導(dǎo)向等四種基本形式。由于此件屬于中型件的拉延采用導(dǎo)滑板導(dǎo)向，此結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、造價(jià)低。需要導(dǎo)向的有上模板（凹模）和下模板（凸模）的導(dǎo)向及壓邊圈的導(dǎo)向。以上模板上的導(dǎo)滑平臺(tái)為基準(zhǔn)，在下模板和壓料圈上安裝導(dǎo)滑板。根

62、據(jù)模具的實(shí)際結(jié)構(gòu)和拉延深度，查標(biāo)準(zhǔn)QM1301-2002，上模板和下模板選用C100100的導(dǎo)板8個(gè)，下模板與壓邊圈選用C100125的導(dǎo)板8個(gè)。 5.1.6 卸料裝置 由相對(duì)拉延毛坯外形均勻分布的8根頂桿在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下推動(dòng)壓邊圈，使壓邊圈向上運(yùn)動(dòng)，完成凸模的卸料，在凹模座內(nèi)，分布2個(gè)卸料頂銷，完成凹模的卸料。這樣就可以提高自動(dòng)化生產(chǎn)程度，模具運(yùn)行也較穩(wěn)定從而延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命，保證了工件質(zhì)量也有利于減小噪音。  6 模具制造、操作及維護(hù)要點(diǎn) 由于模具的制造成本比較高，所以在模具制造、操作及維護(hù)中都要求用科學(xué)的方法去選擇制造模具的材料和制造模具的合理科學(xué)的工藝過程。這樣可以使得模具的

63、壽命延長(zhǎng)，減少零件的制造成本。 對(duì)模具材料的要求是必須要有足夠的硬度和耐磨性，模具工作部分材料的硬度，經(jīng)過熱處理后必須高于材料的2倍以上。因此，沖壓模具工作部分的硬度一般要求達(dá)到HRC54以上。凸、凹模在使用一段時(shí)間以后，有時(shí)可以明顯的看出其磨損現(xiàn)象，例如：沖裁凸模和凹模刃口變鈍、棱角變圓、在刃口附近的平面或規(guī)則曲面因磨損變成凹面或凸面和不規(guī)則曲面；在拉深凹?；驔_裁凸、凹模的工作表面上出現(xiàn)粘接瘤和剝落坑等。這些現(xiàn)象的大多數(shù)是因黏著磨損造成，少數(shù)為磨粒磨損，表面疲勞磨損和腐蝕磨損較少。所以在選擇材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)從降低粘著磨損的角度去考慮。 模具在使用中因磨損而使工作部分尺寸發(fā)生變化，影響沖壓

64、件質(zhì)量，所以要求模具材料有良好的耐磨性，以保證模具的壽命。模具的耐磨性和模具材料的硬度及炭化物的種類、數(shù)量、形狀、分布等有關(guān)。 對(duì)模具材料的要求必須滿足一定的強(qiáng)度和韌性，模具在工作的時(shí)候，往往受到很大的沖擊，所以要求模具材料有足夠的強(qiáng)度和韌性。此外，還要求模具要有良好的加工工藝性能。 6.1 提高模具使用壽命的途徑 (1) 合理的設(shè)計(jì)模具，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，主要應(yīng)考慮選取合適的間隙值，保證足夠的剛度，注意凸模的外形設(shè)計(jì)，采用導(dǎo)向裝置，降低模具表面粗糙度，適當(dāng)選取模具硬度等。 (2) 正確選用模具材料和采用新材料，傳統(tǒng)的選用Cr12。 (3) 保證熱處理的質(zhì)量。 (4) 保證加工質(zhì)量和采

65、用新的加工方法。 6.2 模具在制造過程中的要求 (1) 所有的、安裝在模具上的圓柱銷必須易于拆卸，為了達(dá)到這樣的要求，可以在模具中提供拆卸孔或者使用帶螺紋孔的圓柱銷。 (2) 在不易裝拆的零件上，打出兩個(gè)螺紋孔。這樣在裝拆零件的時(shí)候可以避免許多麻煩。 (3) 對(duì)大型機(jī)加工零件提供起重孔和加工用的固定孔。 (4) 對(duì)模具零部件打印出件號(hào)、材料的牌號(hào)。 (5) 對(duì)模具零部件或鑄件的尖角進(jìn)行倒角處理。這樣可消除尖角出的鑄造應(yīng)力。 (6) 對(duì)模具敞開的壓料板、退料板彈簧和氣路裝置的周圍，提供保護(hù)裝置。 (7) 沖孔用的沖頭使用后拔除，將孔堵上并修整到不影響制件質(zhì)量。 6.3 模具安

66、裝使用維護(hù)說明 (1) 檢查壓床是否工作正常 (2) 開出壓床工作臺(tái)，將托桿按模具銘牌上注明的位置放入工作臺(tái)托桿孔內(nèi)。 (3) 將快速定位銷按照模具上銘牌注明的位置放入工作臺(tái)托桿孔內(nèi)。 (4) 將模具按照定位銷或鍵槽位置吊放在工作臺(tái)面上。 (5) 工作臺(tái)開入壓床到位，滑塊用點(diǎn)動(dòng)和微調(diào)方式逐漸接觸上底板。 (6) 將上底板用壓床螺釘緊固，下底板壓板螺釘先不擰緊。 (7) 開動(dòng)滑塊，取出存放限制器放好，滑塊上下導(dǎo)正三次后，將下底板壓板螺釘緊固。 (8) 閉合高度調(diào)到距限制器1mm處。模具氣路系統(tǒng)接通氣源。 (9) 按銘牌要求調(diào)整壓床氣墊壓力。 (10) 將板料放入模具內(nèi)連續(xù)沖壓三件，檢查合格后批量生產(chǎn)。 (11) 保證廢料滑出暢通無阻并定時(shí)清理廢料盒中廢料。 (12) 一個(gè)批次生產(chǎn)完之后檢查模具狀態(tài)并清理雜物，表面涂防銹油，放好存放限制器入庫(kù)保存。 (13) 所有易損件、導(dǎo)柱或滑塊表面應(yīng)定期涂潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。 7 結(jié) 論 本課題對(duì)汽車前縱梁沖壓工藝作了全面