頂蓋工藝建模及CAE分析(共46頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目: 頂蓋工藝建模及CAE分析 學院(直屬系): 材料科學與工程學院 年級、 專業(yè): 材料成型及控制工程 姓 名: 張 亮 學 號: 2232 指 導 教 師: 查五生 完 成 時 間: 2012年6月1日 目 錄

2、 摘 要 本設(shè)計為頂蓋工藝建模及CAE分析。在設(shè)計中，對此工件主要進行了拉深工藝分析，其外形、尺寸、材料等均符合沖壓模具的工藝要求。通過拉深工藝分析，并在CAD/CAE軟件中進行工藝補充，構(gòu)建工藝補充面。然后對該數(shù)模進行拉深定義，選擇了模具類型及結(jié)構(gòu)，沖壓中心，坯料尺寸，在DYNAFORM軟件中模擬拉深過程,了解可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題-起皺和開裂，并尋求解決方法。最后用計算機繪制了工件的二維圖和三維圖并編寫了設(shè)計說明書。 關(guān)鍵詞：工藝設(shè)計；構(gòu)建工藝補充面；頂蓋；CAE分析 Abstract The design in this paper is copin

3、g＇s craftwork modeling and CAE analysis. In the design, the process of the drawing craftwork is analyzed. Its shape, size precision, material and so on accord with the pressing process requirements. Through analyzing the craftwork of drawing, supplement of craftwork is processed in CAD/CAE software.

4、 Then, defining the drawing of the model, choosing mould type and structure, pressing center, blank size, the drawing process is simulated in DYNAFORM software. Then the general three-dimensional drawings and detail drawings of coping are drawn by CATIA and auto-CAD, the specification of press proce

5、ss and die has been finished. Key words: craftwork design; addendum design; coping; CAE analysis 前 言 目前國內(nèi)眾多的汽車生產(chǎn)廠家。對汽車覆蓋件(頂蓋板等零件) 的生產(chǎn)模具，甚至是產(chǎn)品，大部分是從國外直接引進由此耗費了大量的資金和外匯，且直接影響到汽車的銷售價格。眾所周知，汽車沖壓件中頂蓋是最大的沖壓件，頂蓋質(zhì)量的好壞直接影響整車的外觀和質(zhì)量。同時影響著前風擋玻璃、前后車門、前后門柱、后圍等幾個較大的沖壓件的裝配質(zhì)量[1]。因此，頂蓋是一個在工藝設(shè)計、模具設(shè)計以及制造等方面都具有較大難度

6、和較高要求的沖壓件。如何利用自有的技術(shù)，設(shè)計并生產(chǎn)出不僅要性能可靠，結(jié)構(gòu)先進合理，而且對外觀、質(zhì)量也有很高要求的覆蓋件模具產(chǎn)品，一直是國內(nèi)模具技術(shù)人員急需解決的課題。 隨著非線性理論、板料成形有限元理論的完善和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,薄板沖壓成形的計算機仿真技術(shù)日漸成熟,使零件在批量生產(chǎn)前,對其成形過程進行模擬成為了可能,并在制定工藝和模具設(shè)計中發(fā)揮越來越大的作用。沖壓成形有限元模擬技術(shù)已經(jīng)成為覆蓋件沖壓工藝設(shè)計的重要輔助手段。冷沖模的設(shè)計CAD/CAM與CAE分析的結(jié)合正在改變傳統(tǒng)工藝試制模具的方式，通過對板料變形全過程的數(shù)值模擬,判斷模具設(shè)計和工藝方案的合理性,每次仿真模擬就相當于一次試模

7、過程。這種技術(shù)的結(jié)合能夠大大降低設(shè)計的成本，改變傳統(tǒng)的浪費時間成本的“設(shè)計——試制——發(fā)現(xiàn)問題——再設(shè)計——再試制——再發(fā)現(xiàn)問題”的生產(chǎn)方式，可以在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高設(shè)計生產(chǎn)的效率，有效縮短模具設(shè)計及生產(chǎn)周期。 當今世界汽車行業(yè)普遍認為，汽車車身沖壓成形技術(shù)是汽車制造技術(shù)的重要組成部分，每次汽車車身的更新?lián)Q代都需要開發(fā)相應(yīng)專用模具和增加必要的生產(chǎn)線。因此在沖壓生產(chǎn)中，如何提高沖壓生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，正確選取和采用新設(shè)備、新材料、新工藝等是沖壓技術(shù)中的主要課題。 眾所周知，車身的金屬件幾乎全部為沖壓件，而且汽車車身的更新?lián)Q代速度快。這就決定了沖壓成形技術(shù)在汽

8、車產(chǎn)品的開發(fā)中不僅影響制造周期，還直接影響成本和產(chǎn)品品質(zhì)。汽車車身沖壓成形技術(shù)的關(guān)鍵是沖壓工藝與模具技術(shù)。沖壓工藝的合理與否決定了模具調(diào)試的難易程度；模具設(shè)計決定了模具制造的難易程度及制造管理過程，因而直接影響模具制造成本和周期。汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，也是一個國家綜合實力的象征[2]。其中汽車沖壓模具設(shè)計制造是一個關(guān)鍵。它代表了一個企業(yè)開發(fā)和制造能力。車身覆蓋件模具的開發(fā)對車身開發(fā)的影響最大，其工作量要占車身開發(fā)工作量的近70%。模具開發(fā)的時間一般為8-12個月，也是影響車身開發(fā)周期的最大因素。模具開發(fā)的費用也是一個大項。近年的國際形勢表明，沒有自主的研發(fā)能力，企業(yè)就不可能在激烈的市場

9、競爭中生存下去。因此，必須提高自身的研發(fā)能力，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，縮短開發(fā)周期，提高企業(yè)的市場競爭力。 盡管國內(nèi)外已通過長期的實踐積累了大量的經(jīng)驗，形成了較系統(tǒng)的設(shè)計制造規(guī)則和方法，但新技術(shù)的出現(xiàn)仍可能為沖壓工藝和模具技術(shù)的重大變革帶來機遇。特別指出的是，以CAD/CAE/CAM為特征的計算機技術(shù)在沖壓成形中的應(yīng)用不僅能引起傳統(tǒng)工藝流程在周期、成本和品質(zhì)方面的變化，而且使一些以前難以實現(xiàn)的工藝設(shè)想可能成為現(xiàn)實。 1計算機模擬沖壓成形理論 用于板料成形數(shù)值模擬的有限元方法分為彈(粘)塑性有限元法和剛(粘)塑性有限元法:粘塑性有限元法主要應(yīng)用于熱加工,而剛塑性有限元法在板料成形中

10、應(yīng)用有限[3]。目前,彈塑性有限元法在板料成形數(shù)值模擬中應(yīng)用較廣。用彈塑性有限元法分析板料成形問題,不僅能計算工件的變形和應(yīng)力、應(yīng)變分布,而且還能計算工件的回彈和殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變等。板料成形過程中由于板料與模具具有相對滑動、粘著和脫落,所以必須控制增量步長的大小,從而盡量反映真實情況。 1.1彈塑性有限元的基本理論 在塑性變形過程中,如果彈性變形不能忽略并對成形過程有較大的影響時,則為彈塑性變形問題,板料成形就屬于典型的彈塑性變形問題。在彈塑性變形中,變形體內(nèi)質(zhì)點的位移和轉(zhuǎn)動較小,應(yīng)變與位移基本成線性關(guān)系時,可認為是小變形彈塑性問題;而當質(zhì)點的位移或轉(zhuǎn)動較大,應(yīng)變與位移為非線性關(guān)系時,則

11、屬于大變形彈塑性問題;相應(yīng)地有小變形彈塑性有限元或大變形(有限變形)彈塑性有限元。 1.1.1小變形彈塑性有限元法 金屬塑性加工是不可逆的,因為變形功的一部分轉(zhuǎn)變成熱能。材料的性質(zhì)與應(yīng)力和變形的歷史有關(guān),由加載的歷程決定的。因此,在原則上是不能用應(yīng)力應(yīng)變分量的全量形式來描述彈塑性變形的本構(gòu)關(guān)系,而應(yīng)該采用微分形式和增量理論來描述。小變形彈塑性有限元法以小變形理論為基礎(chǔ),忽略微元體的局部變形并認為位移與應(yīng)變成線性關(guān)系,只適合分析金屬塑性成形的初期[4]。 1.1.2大變形彈性有限元法 變形體在外載荷作用下,經(jīng)變形后達到平衡,因此用現(xiàn)時位形的歐拉應(yīng)力表述平衡方程是很自然的。 1.2板料成

12、形數(shù)值模擬中的幾個關(guān)鍵問題 1.2.1材料模型 根據(jù)實際的塑性變形情況,選用相應(yīng)合理的有限元方法是至關(guān)重要的,這不僅影響模擬結(jié)果的精確度,也影響模擬的效率。對于涉及大位移的金屬成形,采用大變形彈塑性有限元法的模擬精度和效率均高于剛粘塑性有限元法。對于小位移的金屬成形,我們可以采用剛粘塑性(或剛塑性)材料模型,其模擬精度與大變形彈塑性模型基本相當,而模擬效率高于大變形彈塑性有限元法[5]。一般而言,采用彈塑性模型可以模擬金屬各類成形方式,可以得到整個變形體內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變分布的實際情況,考察模具的受力、變形情況。而剛粘塑性(實際上也包括剛塑性)模型得到的應(yīng)力、應(yīng)變分布不全面,對剛性區(qū)的處理方式

13、不夠科學〕。 1.2.2單元模型 金屬板料的板厚與產(chǎn)品的曲面曲率相比往往很小。若采用實體單元,則為了獲得合理的結(jié)果,單元各邊的長度應(yīng)與板料為同一量級,單元總數(shù)很大。而采用殼體單元則板面內(nèi)的單元可以不受板厚的限制,從而可減少單元數(shù)量。板和殼都是用來描述薄結(jié)構(gòu),只是板的中面是平面,而殼的中面可以是任意的曲面。在板料成形過程模擬,為了改善計算精度,通常采用殼理論進行公式化,可將板看作殼的一種特殊情況。 1.2.3等效拉延筋模型 在板料拉深過程中,拉深件的質(zhì)量在很大程度上受到材料流動控制的影響,為防止拉深件出現(xiàn)起皺縮頸等缺陷,常在模具上設(shè)置拉延筋來控制材料流動。板料成形數(shù)值模擬中精確模擬拉延筋

14、的影響還是比較困難的,主要是因為拉延筋尺寸較小,形狀復雜,要精確考慮板料與拉延筋的接觸,則必須將拉延筋模型劃分成非常細小的單元網(wǎng)格,這會增大很多計算工作量,因此這種做法是不現(xiàn)實的匯創(chuàng)。目前通常的做法是采用等效拉延筋模型,將拉延筋復雜的幾何形狀抽象為一條能承受一定約束力的附著在模具表面的一條拉延筋線,然后將拉延筋線離散成一系列的點,或?qū)⑵潆x散成線單元,并將阻力按等效原則分配到相應(yīng)單元的各個節(jié)點上,然后把等效力加到有限元整體剛度方程中進行求解。 1.2.4回彈模型 回彈是板料沖壓成形過程中不可避免的現(xiàn)象,它的存在影響了零件成形的精度,增加了試模、修模以及成形后校形的工作量,故在生產(chǎn)實際中迫切需

15、要對此采取行之有效的措施?？紤]到在回彈過程中,模具己經(jīng)離開工件,故實際上已不是接觸問題,若再采用靜力平衡迭代方法,將不會出現(xiàn)收斂困難,也沒有穩(wěn)定性條件的限制,計算時間可大大縮短,因此大部分學者建議采用靜力隱式有限元算法,避免了采用動力顯式積分算法[6],因為動力顯式計算中的最終穩(wěn)定靜止狀態(tài)是由系統(tǒng)最低頻率的振動所決定的,而且顯式算法中對時間步長△t的限制,會使回彈分析所需計算步數(shù)大大超過成形分析所需計算步數(shù)。隱式方法計算回彈的模型有兩種:無模法和有模法。 無模法:在成形結(jié)束時,去除模具代之以接觸反力,進行迭代計算,直到接觸力為零,適用于零件與沖壓成形模具脫離過程接觸邊界條件的非線性較弱,或者

16、沒有明顯的脫離過程的情況。 有模法:在成形結(jié)束時,讓模具反向運動,直到凸模完全與板料脫離為止。適用于在卸載過程中,零件與沖壓成形模具脫離過程存在明顯的非線性接觸邊界條件的情況。 1.2.5邊界條件 根據(jù)模具與變形工件的作用情況,工件的外表面可以分為自由表面和接觸表面兩大部分[3]。所謂自由表面即沒有與模具接觸的工件表面,該表面既沒有外力作用,又沒有位移速度的約束,實質(zhì)上自由面是p‘=0的應(yīng)力邊界,即該表面屬于應(yīng)力邊界表面s;,只不過這種零應(yīng)力條件對工件的變形沒有任何作用,同時在泛函外力功率計算項中,其值為零,因此可以不予考慮。 1.2.6摩擦力模型 工件變形是在與模具接觸面上受到的摩

17、擦力,對金屬材料流動模型、工件幾何尺寸及內(nèi)部缺陷、模具受力狀態(tài)和總載荷、總能量都有很大的影響作用。同時,塑性加工中的摩擦是在高壓、高溫條件下發(fā)生的,并且伴隨著工件的塑性變形,因此其機制十分復雜,影響因素多,如接觸面上的潤滑條件、模具表面狀態(tài)、變形溫度以及材料化學成分、性能等。 1.2.7常用材料性能參數(shù)對成形的影響 l)屈服強度u:薄板材料首先表現(xiàn)出的可測的永久塑性變形時的工程應(yīng)力[3,7]。屈服強度決定了薄板材料成形時開始產(chǎn)生塑性變形時所需的載荷,吼大,所需的成形力也就大,它對薄板材料的成形性能影響較小。 2)抗拉強度σb:薄板材料在單向拉伸試驗中承受的拉力達到最大值時,對應(yīng)的工程應(yīng)變

18、為抗拉強度?？估瓘姸圈襜的大小決定了薄板成形中所能施加的最大載荷。σb愈大,沖壓成形時零件危險斷面的承載能力愈高,其變形程度愈大。在材料與成形性能有關(guān)的其他性能大致相同時, σb大的材料,其綜合成形性能好。 3)均勻伸長率δ:單向拉伸試驗中,薄板成形在拉力作用下由均勻變形發(fā)展為集中性變形,其轉(zhuǎn)折點的變形量為均勻伸長率。均勻伸長率的大小反映了薄板變形開始發(fā)生頸縮時的變形量。因此,均勻伸長率δ愈大,薄板變形時發(fā)生頸縮變形越遲,綜合成形性能越好。 4)應(yīng)變強化指數(shù)n:材料的應(yīng)力一應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系,可用冪次式近似表示為:。=AE”,其中冪指數(shù)被稱為應(yīng)變強化指數(shù)。n值在數(shù)量上還等于(或近似等于)單向拉伸

19、時材料剛要出現(xiàn)頸縮時的實際應(yīng)變。在成形以拉伸為主的零件時,n值小的材料,零件的厚度分布不均,表面粗糙,易于產(chǎn)生裂紋,n值大的材料,零件的厚度分布均勻,表面質(zhì)量較好,不易產(chǎn)生裂紋。因此,n值愈大,薄板的沖壓成形性能愈好。在成形以壓縮為主的零件時,n值大的材料其應(yīng)變強化能力強,使危險斷面的承載能力得以強化,有利于改善薄板的成形性能。 5)厚向異性指數(shù)r:薄板制件的寬向?qū)嶋H應(yīng)變與厚向?qū)嶋H應(yīng)變之比。r值是金屬薄板沖壓成形中的極重要參數(shù),與n值一起可以作為評價薄板成形性能好壞的不可忽視的指標。r值的大小反映了薄板成形時厚向變形發(fā)展的難易程度。r值愈大,材料愈不易在厚向發(fā)生變形,即愈不易變薄或增厚;r值

20、愈小,材料厚向變形愈容易,即愈易變薄或增厚。 1.3 Dynaform特點及其應(yīng)用的一般步驟 1.3.1沖壓CAE軟件的主要發(fā)展 目前沖壓CAE軟件發(fā)展迅速，主流軟件有AUTOFORM和DYNAFORM，CAE軟件一定程度上消弱了經(jīng)驗在模具開發(fā)中所起的作用，但是也存在某些不足之處。今后沖壓CAE軟件的主要發(fā)展方向如下[2,5]： (1)提高分析準確性 為了繼續(xù)提高分析的準確性，需要發(fā)展與應(yīng)用新的本構(gòu)方程、破壞準則和摩擦模型，特別是對于某些新材料的本構(gòu)模型，為此還需要大量的實驗數(shù)據(jù)。此外，必須提高回彈與殘余應(yīng)力計算的準確性。 (2)提高分析能力 隨著仿真技術(shù)在模具設(shè)

21、計中的應(yīng)用不斷增加，需要進行分析的成形情況也越來越復雜，對仿真技術(shù)的能力也提出了越來越高的要求。今后的數(shù)值仿真不僅可以分析剛性模條件下的成形，而且可以分析模具本身的變形，這樣可以提高在接觸區(qū)的起皺預(yù)測水平。 (3)提高優(yōu)化能力 當前的成形模擬還主要用來作為虛擬實驗來代替實際的模具調(diào)試過程，不能用來作為優(yōu)化工具。借助數(shù)學上利用敏感度分析實現(xiàn)多參數(shù)優(yōu)化的方法，可以對板材成形進行優(yōu)化分析，得到最佳的板材形狀，壓邊力，拉深筋位置等成形參數(shù)有限元模擬與CAD環(huán)境的雙向嵌入是一個必然的趨勢。 1.3.2 Dynaform軟件簡介 eta/DYNAFORM5.7是由美國工程技術(shù)聯(lián)合公司

22、（ENGINEERING TECHNOLOGY ASSOCIATES,INC.）開發(fā)的一個基于LS-DYNA的板料成形模擬軟件包[8]。作為一款專業(yè)的CAE軟件，eta/DYNAFORM綜合了LS-DYNA971強大的板料成形分析功能以及自身強大的流線型前后處理功能。它主要應(yīng)用于板料成形工業(yè)中模具的設(shè)計和開發(fā)，可以幫助模具設(shè)計人員顯著減少模具開發(fā)設(shè)計時間和試模周期。eta/DYNAFORM不但具有良好的易用性，而且包括了大量的智能化工具，可方便地求解各類板料成形問題。同時，eta/DYNAFORM也最大限度地發(fā)揮了傳統(tǒng)CAE技術(shù)的作用，減少了產(chǎn)品開發(fā)的成本和周期。 在板料成形過程中，一般來說

23、模具開發(fā)周期的瓶頸往往是對模具設(shè)計的周期很難把握。然而，eta/DYNAFORM恰恰解決了這個問題，它能夠?qū)φ麄€模具開發(fā)過程進行模擬，因此業(yè)就大大減少了模具的調(diào)試時間，降低了生產(chǎn)高質(zhì)量覆蓋件和其它沖壓件的成本，并且能夠有效地模擬板料成形過程中四個主要工藝過程，包括：壓邊、拉延、回彈和多工步成形。這些模擬讓工程師能夠在設(shè)計周期的早期階段對產(chǎn)品設(shè)計的可行性進行分析。 eta/DYNAFORM具有良好的工具表面數(shù)據(jù)特征，因此可以比較好地預(yù)測覆蓋件沖壓成形過程中板料的破裂、起皺、減薄、劃痕、回彈，評估板料的成形性能，從而為板料成形工藝及模具設(shè)計提供幫助。 DYNAFORM主要模塊有面向?qū)嶋H工藝過程

24、的自動設(shè)置模塊（AUTOSETUP）、回彈補償模塊（SCP）、模具系統(tǒng)分析模塊（DSA）、拉延筋模塊、更加強大的模面工程模塊（DFE）、增強的坯料工程模塊（BSE）、彎管模塊等，支持Windows和Unix系統(tǒng)[2]。 1.3.3應(yīng)用Dynaform模擬板料成形的流程 (l)讀入零件幾何模型并對其進行網(wǎng)格劃分 由于dynaform只適合對比較簡單的零件進行造型,所以一般用三維CAD軟 件(如Pro膽、UG)進行零件造型,零件保存成dynaform可以識別的格式(IGES,STL或DXF等)后到如Dynaform,將其進行單元網(wǎng)格劃分,利用dynaform提供的功能將板料

25、展開,對配料劃分網(wǎng)格,并根據(jù)擬定或初定的成形方案,生成工藝補充面,建立對應(yīng)的凸模和凹模的型面模型,以及壓邊圈等模具零件的面模型,并進行網(wǎng)格劃分。 (2)定義毛坯和成形工具以及其屬性。 在dynaform中定義毛坯時,材料屬性可以用18、24、36、37、39號材料模式來模擬,18號材料是冪指數(shù)塑性各向同性材料模型,24號材料時分段線形材料模型,目前使用較多的時36號或37號材料來進行沖壓成形分析,36號材料為各向異材料,平面應(yīng)力狀態(tài)、屈服應(yīng)力為指數(shù)硬化方式;37號材料是厚向異性彈塑性材料模型,而39號材料是帶FLD(成形極限圖)的厚向異性彈塑性材料模型,如果毛坯是對稱的話,還需要設(shè)置邊界條

26、件。對工具來說,dynaform都是采用剛體材料和殼單元來進行仿真,輸入實際的模具密度、彈性模量和泊松比,并選擇則壓力機的類型(單動或者雙動) (3)調(diào)整毛坯與各個工具的相對位置 調(diào)整毛坯與各個工具的相對位置,并設(shè)置運動工具的沖壓速度,壓邊力,通過動畫觀察工具之間的相對運動,保證沖壓動作的正確性。 (4)求解器計算 在生成求解器輸入文件前,還應(yīng)設(shè)置求解器參數(shù),如自適應(yīng)網(wǎng)格劃分、輸出 控制參數(shù)等。然后由板料成形數(shù)值模擬軟件生成求解器的輸入文件,提交給求解器進行計算。 (5)后置處理 將求解結(jié)果讀入Dynaform后處理器(eta/PostGL)中,以云圖、等值線和動 畫等形式顯示

27、數(shù)值模擬結(jié)果。 2汽車覆蓋件概述 2.1 覆蓋件簡介 覆蓋件主要指覆蓋汽車發(fā)動機和底盤、構(gòu)成駕駛室及構(gòu)成車身的一些零件，如轎車的擋泥板、頂蓋、車門外板、發(fā)動機蓋、水箱蓋、行李箱蓋、骨架等[9,10]。覆蓋件組裝后構(gòu)成了車身或駕駛室的全部外部和內(nèi)部形狀，它既是外觀裝飾性零件，又是封閉薄殼的受力零件。覆蓋件的制造是汽車車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 覆蓋件表面一般都具有裝飾性，除考慮好用、好修、好造外，要求美觀大方。 2.2覆蓋件結(jié)構(gòu)特征 車身覆蓋件多數(shù)是空間復雜曲面結(jié)構(gòu)、形狀復雜，從而決定其沖壓成形過程中的變形復雜性，不易分析與掌握沖壓變形規(guī)律，而且出現(xiàn)的成形質(zhì)量問題也較多。覆蓋件有較高的連接

28、要求、結(jié)構(gòu)尺寸較大、表面質(zhì)量要求高、剛性好等特點[11]。 圖2-1是幾個典型的汽車覆蓋件簡圖。沖結(jié)構(gòu)形狀及尺寸上看，這類零件的主要特點有： 右側(cè)圍B柱外板 左后側(cè)圍外板 背門外板 背門內(nèi)板 頂蓋外板 駕駛室頂蓋縱梁支架 圖2-1幾種典型的汽車覆蓋件簡圖 ① 零件總體尺寸大。如某車身頂蓋板沖壓所需坯料尺寸大2800mm×2500mm； ② 相對厚度小。車身覆蓋件沖壓用鋼板厚度范圍通常在0.8mm～1.4mm，相對板料在長度和寬度兩個方向

29、的尺寸就很小了。 ③ 形狀復雜。車身覆蓋件形狀一般是許多形狀復雜的空間曲面構(gòu)成，具有復雜的表面結(jié)構(gòu)，難以用簡單的幾何方程去描述。 ④ 輪廓帶有局部形狀 2.3 覆蓋件成形分類 汽車覆蓋件的沖壓成形分類以零件上易破裂或起皺部位材料的主要變形方式為依據(jù),并根據(jù)成形零件的外形特征、變形量大小、變形特點以及對材料性能的不同要求,可將汽車覆蓋件沖壓成形分為五類:深拉深成形類、脹形拉深成形類、淺拉深成形類、彎曲成形類和翻邊成形類[10,11]。 2.4 覆蓋件的主要成形缺陷及防止措施 由于覆蓋件形狀復雜，多為非軸對稱、非回轉(zhuǎn)體的復雜曲面形狀零件，因而決定了拉深時的變形不均勻，所以拉深時的起皺和

30、開裂是主要成形障礙。 ①起皺及防皺措施 原因：覆蓋件的拉深過程中，當板料與凸模剛開始接觸，板面內(nèi)就會產(chǎn)生壓應(yīng)力，隨著拉深的進行，當壓應(yīng)力超過允許值時，板料就會失穩(wěn)起皺。 防皺措施： 解決的辦法是增加工藝補充材料或設(shè)置拉深筋。 ②開裂及防裂措施 原因：是由于局部拉應(yīng)力過大造成的，由于局部拉應(yīng)力過大導致局部大的脹形變形而開裂。位置:開裂主要發(fā)生在圓角部位，開裂部位的厚度變薄很大如凸模與坯料的接觸面積過小、拉深阻力過大等都有可能導致材料局部脹形變形過大而開裂 。防裂措施：為了防止開裂，應(yīng)從覆蓋件的結(jié)構(gòu)、成形工藝以及模具設(shè)計多方面采取相應(yīng)的措施。 ③覆蓋件的成形障礙的防止措施

31、 覆蓋件的結(jié)構(gòu)上，可采取的措施有：各圓角半徑最好大一些、曲面形狀在拉深方向的實際深度應(yīng)淺一些、各處深度均勻一些、形狀盡量簡單且變化盡量平緩一些等。 拉深工藝方面，可采取的主要措施有：拉深方向盡量使凸模與坯料的接觸面積大、合理的壓料面形狀和壓邊力使壓料面各部位阻力均勻適度、降低拉延深度、開工藝孔和工藝切口等 （如圖2-2所示）。模具設(shè)計上，可采取設(shè)計合理的拉深筋、采用較大的模具圓角、使凸模與凹模間隙合理等措施。 圖2-2工藝孔和工藝切口 ④ 從汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計依據(jù)到設(shè)計原則的分析，確定了正確的汽車覆蓋件沖壓工藝的方案，汽車整車外形是由許多輪廓尺寸

32、較大且具有空間曲面形狀的覆蓋件焊接而成的。因此，此類覆蓋件與一般薄板沖壓件相比，具有材料相對厚度小，形狀復雜，尺寸精度和表面質(zhì)量都有較高要求。即覆蓋件表面平滑，棱線清晰，空間曲面形狀合理，不允許有皺紋，劃傷，拉毛等表面缺陷。而整車表面質(zhì)量的好壞取決于覆蓋件的沖壓。這就決定了覆蓋件拉深工藝的編制到?jīng)_壓模的設(shè)計，必須全面仔細地考慮，才能有效地避免覆蓋件的起皺、開裂、拉毛回彈現(xiàn)象。 3覆蓋件沖壓成形工藝設(shè)計 覆蓋件的沖壓工藝包括拉深、修邊、翻邊等多道工序，確定沖壓方向應(yīng)從拉深工序開始，然后制定以后各工序的沖壓方向[10]。應(yīng)盡量將各工序的沖壓方向設(shè)計成一致。 3.1覆蓋件拉深工藝設(shè)計的

33、依據(jù)。 （1）選用合理經(jīng)濟的覆蓋件的材料 　 汽車覆蓋件的拉深工藝是以金屬的塑性性能為基礎(chǔ)的沖壓加工方法，因此，一般選用屈服點σs和屈服強度比σs/σb較低，而伸長率δ、厚向異性指數(shù)n 較高的薄板材料。目前汽車覆蓋件常用的材料有0.5~1.5mm的08F或08AL冷軋鋼板，這些材料基本上能滿足拉深的表面質(zhì)量要求。 （2）為了保證覆蓋件幾何形狀的一致性，不影響表面 質(zhì)量，應(yīng)盡可能在一道拉深工序中完成覆蓋件全部空間曲面形狀（包括筋條、鼓包等） （3）覆蓋件的拉深深度在符號產(chǎn)品尺寸的條件下盡可能平緩均勻，讓各處的變形程度趨于一致。 （4）覆蓋件的主要結(jié)構(gòu)面上如果有急劇的凸凹槽和較深的鼓包等局部形

34、狀。在制定拉深工藝時，可以加大過渡區(qū)域或過渡圓角、工藝切口等方法，改善材料的流動和補充條件。 （5）適當?shù)卦O(shè)置拉深筋、拉深檻和合適的壓料面，達到完好的效果。 （6）覆蓋件上的孔一般應(yīng)在零件拉深成形后沖 3.2拉深工序的工藝處理 3.2.1、拉深方向的選擇 (1)拉深沖壓方向?qū)畛尚蔚挠绊? 凸模能否進入凹模、對破裂和起皺的影響等。 (2)拉深方向選擇的原則 ①保證能將拉深件的所有空間形狀（包括棱線、肋條、和鼓包等）一次拉深出來，不應(yīng)有凸模接觸不到的死角或死區(qū)。 如圖a，若選擇沖壓方向A，則凸模不能全部進入凹模,造成零件右下部的a區(qū)成為“死區(qū)”,不能成形出所要求的形狀。選擇沖

35、壓方向B后,則可以使凸模全部進人凹模,成形出零件的全部形狀。 圖b)是按拉深件底部的反成形部分最有利干成形面確定的拉深方向,若改變拉深方向則不能保證90°角。 圖3-1拉深方向確定實例 ②有利于降低拉深件的深度。 拉深深度太深,會增加拉深成形的難度,容易產(chǎn)生破裂、起皺等質(zhì)量問題；拉深深度太淺,則會使材料在成形過程中得不到較大的塑性變形，覆蓋件剛度得不到加強。 ③盡量使拉深深度差最小。 以減小材料流動和變形分布的不均勻性（如圖3-2)。 圖3-2拉深深度與拉深方向 ④保證凸模開始拉深時與拉深毛坯有良好的接觸狀態(tài)。 開始

36、拉深時凸模與拉深毛坯的接觸面積要大，接觸面應(yīng)盡量靠近沖模中心（如圖3-3）。 圖3-3 凸模開始拉深時與拉深毛坯的接觸狀態(tài)示意圖 3.3.2、壓料面的設(shè)計 正確確定壓料面的形狀： 　 壓料面是覆蓋件工藝補充面的一個組成部分，即位于凹模圓角半徑以外的那一部分毛坯[9]。拉深前，壓料圈將要拉深的毛坯壓緊在凹模壓料面上，不形成皺紋或折痕，在拉深過程中，壓料面逐步進入凹模型腔內(nèi)。同時，盡可能降低拉深深度，保證進入凹模里的材料不皺不裂，獲得合格的拉深件。因此，確定壓料面要做到如下幾點： ① 壓料面盡可能為平面、圓柱面、圓錐面或曲率很小的雙曲面等可展面，當毛坯

37、被壓緊時，不應(yīng)該產(chǎn)生皺紋或扭曲現(xiàn)象，以便材料向凹模內(nèi)順利流動。 ② 壓料面與拉深凸模的形狀應(yīng)保持一定的幾何關(guān)系。保證在拉深過程毛坯始終處于拉脹狀態(tài)，拉入凹模內(nèi)的材料不會“多料”，也就不會產(chǎn)生皺紋。為此，必須滿足如下關(guān)系： 　L>L1，α>β 式中L——凸模形狀展開長度 　　　　L1——凹?？谝詢?nèi)壓撩面展開長度 　　　　α——凸模夾角 　　　　β——壓料面夾角 　　明確壓料面展開長度與圖模展開長度的關(guān)系 凸模夾角與壓料面夾角的關(guān)系 ③ 同時，為了使壓料可靠，壓料面與拉深方向之間的夾角θ一定是θ≥600=900最理想的狀態(tài)。 壓料面是工藝補充部分組成的一個重要部分，即凹模圓角半徑以外的

38、部分。壓料面的形狀不但要保證壓料面上的材料不皺，而且應(yīng)盡量造成凸模下的材料能下凹以降低拉深深度，更重要的是要保證拉入凹模里的材料不皺不裂。因此，壓料面形狀應(yīng)由平面、圓柱面、雙曲面等可展面組成，如圖3-4示。 確定壓料面形狀必須考慮以下幾點： （1）降低拉深深度 圖3-5示是降低拉深深度的示意圖。 （2）凸模對毛坯一定要有拉伸作用 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，如圖3-6 平面；2-圓柱面；3-圓錐面；4-直曲面 圖3-4料面形狀 1- 壓邊圈；2-凹模

39、；3-凸模 圖3-5 壓料面與沖壓方向的關(guān)系 圖3-6毛坯成拉伸狀態(tài) 3.3工藝補充部分的設(shè)計 3.3.1合理增加工藝補充面 工藝補充面的作用在于改善拉深覆蓋件拉深時的工藝條件，使材料各處變形均勻，也是拉深后修邊和翻邊工序的需要。因工藝補充面在拉深后被修掉，所以盡量少用工藝補充面，為了節(jié)約材料。同時，尺寸滿足的情況下，盡量采用淺拉深，讓制件容易成形。工藝補充面就可以改善了拉深條件。拉深件無直壁部分，在拉深過程中斜壁部分容易起皺形成波紋。如在拉深件工藝補充面上直壁段，在拉深此段時增大改善拉深條件可增大進料阻力，使毛坯緊貼凸模成形，這樣減少或消除斜壁的起皺

40、。 為了實現(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)根拉深工序的要求進行工藝處理，這樣的處理稱為工藝補充。如圖3-7的工藝補充。 工藝處理的內(nèi)容包括：確定壓料面形狀、工藝補充、翻邊的展開、沖工藝孔和工藝切口等內(nèi)容，是針對拉深工藝的要求對覆蓋件進行的工藝處理措施。 3.3.2工藝補充設(shè)計的原則： （1）內(nèi)孔封閉補充原則（為防止開裂采用與沖孔或工藝切口除外）； （2）簡化拉深件結(jié)構(gòu)形狀原則（如圖3-8） （3）對后工序有利原則（如對修邊、翻邊定位可靠，模具結(jié)構(gòu)簡單） 圖3-7工藝補充示意圖 　　 a) 　　

41、 　　 b) 　 c) a)簡化輪廓形狀；b)增加局部側(cè)壁高度；c)簡化壓料面形狀 圖3-8簡化拉深件結(jié)構(gòu)形狀 3.4、拉深筋設(shè)置 拉深筋在汽車覆蓋件的拉深成形中占有非常重要的地位。在很多情況下，拉深筋的設(shè)置是否合理甚至決定著沖壓成形的成敗。因此，拉深筋的設(shè)計是汽車覆蓋件拉深件設(shè)計的一項主要內(nèi)容。由于拉深毛坯實際受到的力與拉深筋的參數(shù)有著很大的關(guān)系：拉深筋高度越高，拉深筋的圓弧半徑越小，筋與壓料面間的過渡圓角半徑越小，都會使得毛坯受到的徑向拉應(yīng)力增加。所以說，拉深筋的設(shè)計要考慮選擇哪種類型的拉深筋、如何布置拉深筋、以及拉深筋的各參數(shù)的大小如何

42、確定等問題。 1）拉深筋在覆蓋件拉深成形中的作用 在拉深件的成形過程中，毛坯受的力一部分來源于沖壓設(shè)備傳遞給凸模的作用力，一部分來源于壓料面的作用力，其中壓料面作用力占有較大的比例。而壓料面的作用力的大小主要是由拉深筋的參數(shù)決定的。因此，在汽車覆蓋件的成形中，拉深筋起著舉足重輕的作用： （1）增大進料阻力。壓料面上的毛坯在通過拉深筋時要經(jīng)過數(shù)次彎曲和反彎曲，使毛坯向凹模內(nèi)流動的阻力大大增加，也使凹模內(nèi)部的毛坯在較大的拉力作用下產(chǎn)生較大的塑性變形，從而可以提高覆蓋件的剛度和減少由于變形不足而產(chǎn)生的回彈、松弛、扭曲、波紋及收縮等，防止拉深成形時懸空部位的起皺和畸變。 （2）調(diào)節(jié)進料阻力的分

43、布。通過改變壓料面上不同部位拉深筋的參數(shù)，可以改變不同部位的進料阻力的分布，從而控制壓料面上各部位材料向凹模內(nèi)流動的速度和進料量，滿足毛坯塑性變形和塑性流動的要求，調(diào)節(jié)拉深件各變形區(qū)的拉力及其分布，使各變形區(qū)按需要的變形方式、程度變形。 （3）可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)進料阻力的大小。 （4）降低對壓料面的要求。減少壓料面積，減少毛坯材料的消耗。 （5）降低對壓邊力的要求。 （6）拉深筋外側(cè)已經(jīng)起皺的板料通過拉深筋時可以得到一定程度矯平。 2）拉深筋的種類 根據(jù)實際應(yīng)用中的情況，拉深筋可以分為鑲?cè)胧嚼罱詈驼w切削式拉深筋（此形式優(yōu)先使用）兩類。每類從筋數(shù)量上又可以分為單筋和重筋兩種。根

44、據(jù)斷面形狀，拉深筋又可分為圓筋（包括半圓筋、劣半圓筋和優(yōu)半圓筋）、矩形筋、三角筋和拉深檻等。 單筋中，一般情況下，圓筋產(chǎn)生的阻力最小，拉深檻產(chǎn)生的阻力較大，常用于允許有較大進料量的沖壓成形工藝或沖壓成形部位。而矩形筋、三角筋產(chǎn)生的阻力更大，一般用于不允許進料或只允許少量進料沖壓件的成形部位。重筋包括雙筋和三重筋，本身形式多為圓筋。在相同幾何參數(shù)的前提下，重筋產(chǎn)生的阻力要大于單筋，三重筋要大于雙筋。因此重筋多用于需要拉深筋阻力較大的成形工藝或沖壓件中不允許進料或少量進料的部位。但有的情況下，雖然沖壓件的某些部位允許有較大的進料量，但為了保證毛坯進入凹模時的平整，也可以設(shè)置高度較小的重筋。由于拉

45、深筋比拉深檻在采用的數(shù)量、形式及調(diào)節(jié)阻力等方面都更靈活方便，因此應(yīng)用比較廣泛。在拉深成形中使用最多的是圓形筋和矩形筋。圖3-9中給出了三種筋的斷面形狀和各部分尺寸標注： 圖3-9常用拉深筋種類 3）拉深筋的設(shè)計 （1）拉深筋形式的確定 在設(shè)置拉深筋時，選擇單筋還是雙筋除了考慮筋產(chǎn)生的阻力之外，還要從表3.1中的幾個因素出發(fā)來考慮。如果都為單筋，影響拉深筋阻力的各種影響因素中則以筋形式、筋參數(shù)最大。不同形式的拉深筋產(chǎn)生的阻力不同，在筋參數(shù)相同的情況下，拉深筋阻力的次序依次是：雙筋、矩形筋、拉深檻、圓筋。所以，要根據(jù)不同的拉深情況選擇不同形式的拉深筋。 表3.1單筋和

46、重筋的特點 名稱 單筋 重筋 結(jié) 構(gòu) 簡單，便于修改拉深筋參數(shù) 復雜，加工難度大，修正困難 寬 度 較小，模具尺寸小 較大，模具、毛坯尺寸大 使用壽命 較短 較長 精度要求 對壓料面精度要求高 對壓料面精度要求低 沖壓件質(zhì)量 沖壓件表面質(zhì)量不如重筋 可獲得較高的表面質(zhì)量 （2）拉深筋幾何參數(shù)的確定 當拉深筋的形式定下來后，在沖壓生產(chǎn)中筋阻力的進一步調(diào)整則需要以調(diào)整筋參數(shù)為主。筋參數(shù)中對筋阻力影響較大的是筋圓角半徑和筋高。筋越高，筋阻力越大；筋圓角半徑越小，筋阻力越大。對于圓角半徑較小的筋，易出現(xiàn)板料在筋內(nèi)的卡死自鎖現(xiàn)象。此外，改變筋的圓角半徑

47、比改變壓邊力引起的筋約束力的變化要靈敏的多。由于拉深筋的重要作用和對它們進行修改操作的方便性決定了模具設(shè)計和調(diào)試過程中，調(diào)整拉深筋的幾何參數(shù)成為獲得滿意沖壓件經(jīng)常采用的手段，具體的調(diào)整方法見表3.2。 表3.2 拉深筋調(diào)整方法 調(diào)整目的 調(diào)整手段 拉深筋提供足夠的拉深阻力 增大筋高，減小拉深筋和筋槽的半徑 沖壓件具有較高的成形和表面質(zhì)量 增大筋高，增大拉深筋和筋槽的半徑 提高拉深筋壽命 避免拉深筋和筋槽半徑過小，同時增大筋高 有利于拉深筋的加工和調(diào)整 著重考慮拉深筋的高度 4）拉深筋的布置 拉深筋的數(shù)量以及位置主要由覆蓋件的外形和拉深深度來確定。首先，布置拉深筋時一定

48、要保證拉深筋的方向與拉深毛坯的流動方向垂直。為了便于材料定位，一般將拉深筋設(shè)置在上壓料面上，拉深筋槽設(shè)置在下壓料面上。拉深筋的設(shè)置，遵循在曲率小的區(qū)域設(shè)置較大阻力拉深筋，曲率大的區(qū)域設(shè)置較小阻力的拉深筋或不設(shè)拉深筋的原則。目的不同，拉深筋的布置也不同，其具體的布置原則見表3.3。 除了要考慮目的，拉深筋位置的確定還要根據(jù)拉深件的形狀特點、拉深深度、材料的流動情況以及凹?？诘男螤畹纫蛩貋泶_定。表3.4列出了拉深件的不同輪廓形狀所對應(yīng)的拉深筋的布置方法。 表3.3 拉深筋布置的主要原則 作用和要求 布置原則 增加進料阻力，提高材料變形程度 放整圈或間斷的1條拉深檻或1到3條拉深筋 增

49、加徑向拉應(yīng)力，降低切向壓應(yīng)力，防止毛坯起皺 在容易起皺的部位設(shè)置局部的短筋；圓角和直邊都有筋時，筋高可不同 調(diào)整進料阻力和進料量 1.拉深深度大的直線部位，放1-3條拉深筋 2.拉深深度大的圓弧部位，不放拉深筋 3.拉深深度相差較大時，在深的部位不設(shè)拉深筋，淺的部位設(shè)拉深筋 另外，當布置非封閉的雙重或多重拉深筋時，拉深筋的末端尺寸關(guān)系一般是里面的筋比外面的筋長40mm。 表3.4根據(jù)拉深件輪廓形狀進行拉深筋布置的方法 輪廓形狀 要求 布置方法 大外凸圓弧 補償變形阻力不足 設(shè)置深長筋 大內(nèi)凹圓弧 1.補償變形阻力不足， 2.控制拉深時相鄰的外凸圓弧部分的材料向

50、此部分流動的量，避免起皺。 設(shè)置1條長筋和2條短筋 小外凸圓弧 塑性流動阻力大，應(yīng)讓材料有可能向直線區(qū)進行一定的分流 1.不設(shè)拉深筋 2.相鄰筋的位置與凸圓弧保持80到120的夾角 小內(nèi)凹圓弧 將兩相鄰側(cè)面擠過來的多余材料延展開，保證壓料面下的毛坯處于良好狀態(tài) 1.沿凹?？诓辉O(shè)拉深筋 2.在離凹?？谳^遠的設(shè)置兩段短筋 直 線 補償變形阻力不足 根據(jù)直線長短設(shè)置1-3條拉深筋，（長者多設(shè)，并呈塔形分布，短者少設(shè)） 4頂蓋工藝設(shè)計 頂蓋是典型的汽車覆蓋件之一，一般都帶有裝飾性，要求美觀大方，例如帶有連貫性裝飾棱線，裝飾筋條，裝飾凹坑，加強筋等。表面不允許有皺紋、凹

51、痕、擦傷以及其他破壞表面美感的缺陷。依據(jù)頂蓋成形工藝方案，同時考慮模具加工、維修、調(diào)整的可行性，確定了頂蓋模具結(jié)構(gòu)形式。通過對頂蓋拉深模、修邊模、翻邊模設(shè)計的關(guān)健技術(shù)進行探討和對在模具調(diào)試過程中沖壓件發(fā)生的拉裂、起皺等缺陷問題進行分析，提出了解決缺陷的措施。 4.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)資料 汽車頂蓋示意圖見圖4-1. 圖4-1.汽車頂蓋示意圖 頂蓋所用材料：DC04,料厚：1.00mm,其成型類型：單動拉延。生產(chǎn)批量：大批量； 其數(shù)據(jù)格式：CatiaTIgs；其拉延設(shè)備：LS4-2000T；所用分析軟件：DYNAFORM 5.7.3 頂蓋試件坯料尺寸：166

52、0*1350*1.0；模具（沖壓）中心：X：1600 、Y：1750 、Z：1800 4.2頂蓋成形存在的問題 頂蓋屬于大型汽車覆蓋件，國外研究機構(gòu)現(xiàn)已發(fā)展到對頂蓋成形的“虛擬設(shè)計”階段，即在計算機上模擬頂蓋拉深成形過程，從而觀察材料受力和變形的情況、材料流動和材料變薄的程度，以確定合理的工藝參數(shù)和模具設(shè)計參數(shù)，來完善沖壓工藝和模具設(shè)計。雖然計算機分析與仿真技術(shù)(CAE)己經(jīng)能在工程實際中幫助解決傳統(tǒng)方法難以解決的模具設(shè)計和沖壓工藝設(shè)計難題，如拉裂預(yù)測、回彈計算和起皺預(yù)測等，但由于頂蓋類沖壓件的沖壓成形過程包含十分復雜的物理現(xiàn)象，各種參數(shù)如拉深工藝補充面、壓料面形狀、拉深筋布置、制件的側(cè)壁

53、形狀、潤滑條件、拉深方向及工藝圓角等的確定，還需大量的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)積累。因此，國外頂蓋類沖壓件的成形CAE技術(shù)有待進一步完善和實用化。我國汽車車身開發(fā)領(lǐng)域CAD/CAE的應(yīng)用，多數(shù)廠家正處于開發(fā)階段，尚未完全在開發(fā)過程中應(yīng)用。車型的模具開發(fā)沒有達到數(shù)據(jù)化。各類型數(shù)據(jù)庫和典型沖壓件的工藝參數(shù)，尚未建立。另外，國內(nèi)模具產(chǎn)業(yè)不發(fā)達，對經(jīng)驗積累極為不利。設(shè)計水平低、制造及調(diào)試周期長，嚴重阻礙了汽車工業(yè)的快速發(fā)展。 4.3頂蓋沖壓成形工藝分析及工藝確定 頂蓋產(chǎn)品質(zhì)量要求制件外觀光順平滑，不允許有波紋、皺紋，凹陷、拉痕以及其它破壞表面美感的缺陷。制件的裝飾棱線，要求清晰、平滑、左右對稱和過渡均勻，與相鄰

54、覆蓋件的裝飾棱線銜接處應(yīng)吻合，不允許參差不齊。頂蓋組裝時窗口翻邊吻合，表面挺括，剛性好。車門外板兩面棱線、筋條等，只能在拉深工序中形成，否則很難保證其幾何形狀的一致性和表面光滑。頂蓋拉深件工藝制定的合理性，是保證其表面質(zhì)量、增強剛性的關(guān)鍵。確定沖壓成形工藝主要內(nèi)容包括:沖壓方向、送料方向、成形面工藝補充、壓料面、拉深件的側(cè)壁形狀、工藝圓角、拉深筋等。 4.3.1頂蓋成形工藝分析 頂蓋是一種平坦淺拉深件。由于外觀表面質(zhì)量要求高，因此要求對變形材料進行充分成形，才能拉制出光滑并具有剛性的零件。如果沖壓件形不充分，導致貼模度很差，成形后在零件表面上殘留著鼓包和皺折。某些部位剛性較差，受振動后就會

55、產(chǎn)生空洞聲。并造成制件的早期損壞。通常汽車覆蓋件拉深時既有曲面形狀的內(nèi)部脹形和外周拉深的復合變形特點，也有變形沿零件的周邊分布不均勻的特點。應(yīng)綜合考慮這幾方面因素的相互關(guān)系和影響，并根據(jù)零件幾何形狀的特點予以靈活地運用。 由于頂蓋的表面曲率小，其拉深變形所需的徑向拉應(yīng)力的數(shù)值如果不大，零件在模具內(nèi)的形狀在出模后不能保持下來，即回彈變形大，或者說根本不能緊密地貼模.靠調(diào)整毛坯的尺寸或者增大壓邊力，以達到產(chǎn)生較大且均勻的徑向拉應(yīng)力的方法是可行的，但不經(jīng)濟。在這種情況下，能夠保證得到比較均勻并符合要求的徑向拉應(yīng)力的有效措施，是采用拉深筋或拉深檻。 加強拉深筋的作用，基本上不使毛坯的周邊產(chǎn)生拉深變

56、形，而主要由毛坯的中間部分的脹形機理使毛坯成形。毛坯受力狀態(tài)下的形狀在出模卸載后仍可保留，所以成形精度高。頂蓋在成形時，凸模表面與毛坯以大表面接觸，由于平面上的拉應(yīng)力很低，材料得不到充分的塑性變形，這使材料變形不足，對增強制件的剛性不利。頂蓋的裝飾線有利于提高沖壓件表面的剛性，但不利于美觀;流行的頂蓋表面是平坦的，或是帶有淺形的裝飾線，這使制件變形不充分，容易造成制件中部塌陷凹坑的產(chǎn)生。在成形過程中，扣手處材料的變形是處于脹形狀態(tài)，外界材料的補充不充分，制件表面易裂部位也在于此。 4.3.2、頂蓋總體工藝方案確定 沖壓工藝的制定應(yīng)以消除和防止沖壓缺陷產(chǎn)生為目標，同時考慮工裝制造能力、生產(chǎn)水

57、平、工裝制造周期、投資成本、生產(chǎn)設(shè)備及沖壓生產(chǎn)的場地條件等。 依據(jù)頂蓋沖壓件使用要求及實際生產(chǎn)情況，確定頂蓋的工序，頂蓋沖壓工藝流程:拉延（如圖4-2）——修邊（如圖4-3）——側(cè)整形、整形、修邊（如圖4-4）——側(cè)切、側(cè)沖孔、整形（如圖4-5） 圖4-2.拉延 圖4-3.修邊 圖4-4.整形/修邊 圖4-5.側(cè)沖孔/側(cè)切/整形 4.4 沖壓方向的確定 沖壓方向的確定是頂蓋沖壓件工藝設(shè)計的關(guān)鍵，是確定沖壓件在模具中的空間位置

58、。它不但決定能否生產(chǎn)出合格的沖壓件，而且影響到工藝補充部分的多少和壓料面的形狀。在拉深工序中，沖壓件往往會由于沖壓方向確定不當，而增加調(diào)整困難。頂蓋類沖壓件沖壓方向確定所遵循的規(guī)律是: (1)保證凸模形狀能夠進入凹模，且形狀凍結(jié)性好，不產(chǎn)生負角，最好應(yīng)使制件在一次拉深中完成。 (2)保證拉深深度。深度應(yīng)淺且均勻，深度均勻是保證頂蓋拉深模具壓料面各部位進料阻力均勻的主要條件，進料阻力不一樣，在拉深過程中，毛坯就有可能經(jīng)凸模頂部竄動，產(chǎn)生線偏移，嚴重的會破裂和起皺。 (3)凸模應(yīng)與成形件有良好的接觸狀態(tài)。拉深開始時，凸模兩側(cè)的包容角盡可能作到基本一致(=p)。使材料流動時兩側(cè)阻力接近，從而為

59、拉深創(chuàng)造條件。如圖4-6所示: 通常應(yīng)適當增大凸模接觸面積，以防止材料在點接觸處產(chǎn)生應(yīng)力集中而造成局部破裂。頂蓋沖壓件拉深時，凸模表面與毛坯以大平面接觸，除手扣部位易裂外，其它部位由于平面上拉應(yīng)力很低，材料得不到充分的塑性變形，因而制件剛性降低;這是產(chǎn)品沖壓工藝性缺陷造成的原因。 圖4-6頂蓋拉深凸模兩側(cè)的包容角 (4) 不應(yīng)產(chǎn)生側(cè)向力。沖壓方向設(shè)定后，應(yīng)使頂蓋拉深模具壓邊圈的壓力均衡，這樣便不產(chǎn)生側(cè)向力。同時模具結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的強度和剛度，這樣材料流動成形時受力穩(wěn)定均勻。 (5) 沖壓方向應(yīng)有利于工藝補充。不同的沖壓方向會帶來相應(yīng)不同形狀的工藝補充，直接涉及到產(chǎn)品拉深工

60、序的最終成形條件以及后序成形條件。合理的沖壓方向，應(yīng)既滿足沖壓形狀的要求又適應(yīng)工藝補充、壓料面形狀的規(guī)范。本頂蓋具體沖壓方向如圖4-7. 圖4-7 頂蓋沖壓中心 5頂蓋CAE建模與分析過程 汽車頂蓋屬于變曲率薄板沖壓件,其特點為:輪廓尺寸大、拉深深度相對較大、成形后其空間曲面的曲率半徑較大,作為汽車的“臉面”,其外觀質(zhì)量要求很高,表面不允許有皺紋、凹痕、擦傷、破裂以及其它可能破壞表面完美的缺陷。表面質(zhì)量對轎車尤為重要,表面上即使有微小缺陷都會在油漆后引起光線的不均勻反射,從而影響整體外觀;另外由于其表面平滑,彎曲度小,板料較薄,常常因為塑性變形不充分而導致貼

61、模程度很差,成形后零件的回彈量較大,尺寸精度比較低,嚴重影響到整車裝配,對汽車頂蓋拉深后的最薄壁厚要求為0.64mm,最大回彈量為3mm,超出此值即為不合格。為了預(yù)測和控制汽車頂蓋的成形質(zhì)量(特別是拉深質(zhì)量),改進和優(yōu)化沖壓工藝,提高模具開發(fā)與設(shè)計的效率,本課題應(yīng)用Dynaform軟件,對頂蓋(圖5-1)的拉深成形過程進行數(shù)值模擬,分析可能遇到的質(zhì)量問題及其產(chǎn)生原因,并給出相應(yīng)的拉深工藝方案和模面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。頂蓋三維示意圖見圖5-1. 頂蓋相關(guān)參數(shù)：試件坯料尺寸：1660*1350*0.8 材料：DC04 模具（沖壓）中心：X：1600 、Y：1750 、Z：1800

62、 圖5-1.汽車頂蓋三維示意圖 5.1構(gòu)建頂蓋工藝補充面 工藝補充面的作用在于改善拉深覆蓋件拉深時的工藝條件,使材料各處變形均勻,工藝補充部分分布在零件四周,拉延完成以后,需經(jīng)過修邊工序切除,成為廢料,故設(shè)計時需充分考慮工藝要求和經(jīng)濟要求。這也是汽車覆蓋件模具成形好壞的關(guān)鍵所在。 為盡量減少可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤和丟失,在Catia軟件中抽取出零件數(shù)據(jù)信息并以Iges 格式文件導出,通過標準的Iges 格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口,將幾何模型讀入DYNAFORM軟件,用板殼單元對幾何模型進行離散和網(wǎng)格劃分,建立零件的有限元網(wǎng)格模型。 其中網(wǎng)格劃分(見圖5-

63、2)這一步很關(guān)鍵,而目的就是為了壓料面(見圖5-3),進而得到工藝補充面。 圖5-2.網(wǎng)格劃分后的頂蓋示意圖 圖5-3.壓料面生成示意圖 創(chuàng)建主截面線 點擊DFE菜單；選擇Addendum子菜單，打開Addendum對話框；在主截面線組中點擊New 按鈕；選擇界面線模板類型：3 ；點擊Apply 按鈕；點擊Ok 退出主截面線對話框。創(chuàng)建主截面線示意圖見圖5-4. 主截面線 圖5-4.創(chuàng)建主截面線示意圖 創(chuàng)建工藝補充面 點擊Addendum組中的Assign 按鈕(見圖5-5)； 關(guān)閉By Seg

64、ment選項(缺省) (見圖5-5)；點擊Apply ；點擊Close 退出創(chuàng)建工藝補充面的對話框；基于一些主截面線的參數(shù)創(chuàng)建的補充面如圖5-6所示。 圖5-5.創(chuàng)建工藝補充面 圖5-6.汽車頂蓋前處理后效果圖 5.2沖壓過程設(shè)置 　Dynaform提供三種分析參數(shù)設(shè)置方法,即:傳統(tǒng)設(shè)置、快速設(shè)置與自動設(shè)置(Auto setup),三種方法在使用上各存在一些長處和短處,其基本特點

65、見表4-2[12]。 沖壓方向調(diào)整 沖壓中心坐標值 點擊TIPPING (見圖5-7)；點擊按鈕Yes 指定當前的零件層作為工具Die(見圖5-7)在Tipping Center中，輸入坐標值X：0 、Y：2080 、Z：1460；打開Undercut 選項；顯示如圖5-8所示的結(jié)果圖；點擊按鈕Exit 退出沖壓方向調(diào)整對話框；點擊Exit 退出BSE Preparation 對話框。 圖5-7.沖壓方向調(diào)整 圖5-8.沖壓方向調(diào)整后頂蓋效果圖 產(chǎn)品成形性快速設(shè)子-單步(對稱約束) 點擊BSE 菜單；

66、選擇MSTEP 子菜單；點擊Sheet 定義坯料(圖5-9)，坯料一般指的是產(chǎn)品或模面零件；點擊“Add” 定義零件(如圖5-10所示)；在打開的對話框中選擇C001V000 (如圖5-10所示) ，點擊OK 退出。 圖5-9.快速設(shè)置界面 設(shè)置料厚為1.0mm 圖5-10.定義坯料 點擊“NONE” 定義材料；點擊Import ；點擊OK 確認；點擊OK 退出MATERIAL TYPE 36 對話框；點擊OK 退出Material 對話框；輸入Blank Thickness, 1.00 (mm) ，如圖5-10所示；點擊OK 退出Define Blank 對話框；點擊Constraint 定義對稱約束，如圖5-11所示；打開Advance Options ；從Type 組中選擇XZ SYMMETRY，如圖5-11所示；點擊Create 開始定義約束；點擊OK 開始選擇對稱面上的節(jié)點；選擇Select By window ；點擊以頂視圖來顯示模型；選擇節(jié)點；點擊OK 退出Sele