汽车某覆盖件工艺及拉延模设计--毕业论文设计.docx

目录
第1章 概论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 课题的来源
1.1.1 课题的意义
1.2 国内汽车覆盖件模具的现状及发展
1.2.1 汽车覆盖件简介
1.2.2 模具CAD三维参数设计
第2章 产品结构分析及工艺方案的确定
2.1 产品的结构分析
2.2 工艺分析
2.2.1 工艺方案的确定
2.2.2 工序流程图（DL图）的设计
2.3 拉延件的设计
2.3.1 拉延件的冲压方向
2.3.2 工艺补充部分的设计
2.3.3 压料面的设计
2.3.4 拉延筋的设计
第3章 工艺计算及主要参数的确定
3.1 毛坯确定
3.1.1 毛坯的尺寸
3.1.2 毛坯的材质
3.1.3 材料利用率
3.2拉延力的计算
3.2.1 拉延凸模压力的计算
3.2.2 拉深压边力的计算
3.3压边圈压力的计算
3.4卸料力的计算
3.5凸、凹模间隙的确定
3.6拉延模具的行程计算
3.6.1 拉延工作行程
3.6.2压边圈行程
3.6.3顶杆行程
3.6.4导板行程
3.7压力机的确定
3.8模具闭合高度的确定
第4章 拉延模结构设计
4.1拉延模介绍
4.1.1拉延模类型
4.1.2拉延模压边形式
4.1.3拉延模材料
4.1.4拉延模铸件结构
4.2拉延模的导向方式
4.2.1凸模与压边圈
4.2.3导板
4.2.2压边圈与凹模
4.3下模结构设计
4.3.1凸模结构
4.3.2下模座及组件
4.4上模结构设计
4.5压边圈设计
4.5.1压边圈强度
4.5.2压边圈尺寸
4.6排气孔的设计
4.7 其他组件的设计
4.8拉延模总装配设计
4.8.1总装配图
4.8.2爆炸图
第5章 拉延件质量分析
5.1制件的质量分析
5.2基于Autoform的模拟仿真
第6章基于UG的模具参数化建模
6.1 分模设计
6.2 其他组件的详细设计
6.3 模具的工作原理
致谢
参考文献

第1章 概论
1.1课题背景及意义
1.1.1课题背景
此次设计产品依托于所在烟台泰利汽车模具制造有限公司A130项目，产品名称：左/右侧围内板后侧延伸板；产品编号：5401657/58-0EU。该产品为某轿车专用零部件，本课题主要对产品工艺流程中第一道工序（OP10）拉延模进行设计分析。
课题制件图如下：

（拉延件图）
1.1.2 课题的意义
本次课题的意义在于：通过设计参与模具设计、制造、生产的整个流程，更深地了解汽车覆盖件模具；专业知识与实践的结合应用；了解熟悉公司的设计规范；加强员工之间的合作意识；熟悉对三维相关软件的应用；发现设计中常出现的问题，进一步学习专业知识，解决问题。
1.2 汽车覆盖件模具的发展
1.2.1 汽车覆盖件简介
汽车覆盖件多是尺寸大、形状复杂的三维曲面，不能用简单的数学解析来表达，利用薄金属板料制成的异形体表面和内部零件，如驾驶室的顶盖、车门内板、前围、后围、侧围等，覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件，因此其不仅外观质量要求高，以满足汽车造型的要求，而且要求配合精度高、形状和尺寸的一致性及互换性要求高，以保证焊接和装配质量，所以汽车覆盖件冲压成型技术在冲压领域占重要的地位，其所用的冲压设备、模具和原材料与一般的都有所不同。按功能和部位分类，可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。其结构特点有：总体尺寸大；相对厚度小；形状复杂；轮廓内部带有局部形状。其特殊要求主要在：表面质量、尺寸形状、刚性、工艺性等方面。

（图）

1.2.2 汽车覆盖件模具的发展
汽车覆盖件模具市场需求旺盛，因此许多企业加大了技术改造力度，一些新建企业也快速发展，使汽车覆盖件模具的生产能力大为提高,在汽车产量和车型近年来快速发展的同时,要求模具企业积极采用新技术，努力改善企业管理来提高自身的综合素质和核心竞争力，向技术要效率，向管理要效益。国内的汽车模具企业在规模、计算机应用、数控加工机床、调试设备等主要硬件上与国际水平差距正在快速缩小，像一汽模具制造有限公司、东风汽车模具有限公司、天津汽车模具有限公司等都具有先进的设备水平和高质量的模具设计能力。汽车覆盖件模具生产技术发展主要表现在以下几个方面:（1）较高的的装备水平，先进的生产设备如三轴至五轴的高速加工机床、大型龙门式加工中心和数控铣机床、多轴数控激光切割机等。（2）设计和加工技术的提高:三维CAD软件的功能与模具开发功能相集成，如UG、Catia提供了产品设计、工艺设计、成型性分析、结构设计、模拟仿真、数控加工的一体化解决方案，提高了模具设计的效率和质量要求。常用的CAE软如DYNAFORM、AUTOFORM等除了成型分析，还能能参与冲压工艺的全过程，在分析内容的广泛性、实用性、精确性方面都有显着的提高,逐步实现CAD/CAE/CAPP/CAM一体化。（3）模具水平的提高：在DL图设计冲压工艺分析方面的技术提高，标准化结构、标准件、曲型性结构的运用及其在此基础上的灵活处理，已使模具结构复合程度高、结构布局合理、使用可靠得到满足。
第2章 产品的结构分析及工艺方案的确定
2.1 产品的结构分析
产品零件的的三维图如下：

（产品零件图）
该制件的结构特点是：平面法兰、斜壁、轮廓形状不规则、底部有局部形状，制件边缘有孔，底部平面上有孔结构，又因为该件为左右为对称件，产品尺寸为，根据其结构、尺寸大小可将其设计为一模两件的拼合方式，最后用切断分离。根据用户要求，制件料厚t=0.7mm，材料为ST16。
2.2工艺分析
2.2.1 工艺方案的确定
汽车覆盖件的形状复杂，尺寸大，因此不能在一道工序中直接获得，需要再多道工序才能完成。基本的冲压工序有落料、拉深、校形、修边、翻边、冲孔等。为保证冲压件的质量及各种要求，必须选择合理的冲压工艺，在进行拉延工艺设计时，应该遵循的设计原则有：一次拉深成形；工艺孔和工艺切口的设置；拉深件局部形状的修改；拉深工序中冲孔；有利于后序加工等。根据制件的结构，利于成形且保证制件质量，该制件的工艺方案为：拉延→修边→侧修边、冲孔→冲孔→整形。
工序间的定位，为保证加工精度和操作的安全及方便，在设计模具时应把每一序中制件的位置确定，拉延件在修边工序的定位一般采用形状定位、压料面形状定位、工艺孔定位等，其他工序的定位基本都采用工序件外形或其本身的孔来定位。
2.2.2工序流程图（DL图）的设计
DL图即模具设计时的工艺流程图，可以明确表示出工序划分及加工内容、冲压送料方向、工艺补充、修边线翻边线、修边位置废料刀布置、产品等。DL图设计可以系统地全方位地指导模具设计、制造、调试整个生产管过程，克服了模具单工序加工造成各工序之间不衔接统一、模具质量下降，制造周期长的缺陷。
该制件的工艺流程共5序：拉延→修边→侧修边、冲孔→冲孔→整形，下图为利用UG软件设计的三维DL图。
第一道工序
第二道工序

第三道工序
第四道工序
第五道工序

2.3拉延件的设计
为了保证覆盖件在冲压成形中可以顺利地成形，首先要根据零件图来设计出拉延件图，然后根据拉延件图展开来算毛坯的尺寸和各部位尺寸，制定冲压工艺和模具设计方案。
2.3.1拉延件的冲压方向
合理的拉深方向应满足，保证将拉深件的全部空间形状一次拉伸出来，不应该有凸模接触不到的“死区”；尽量使拉深深度差减小，以减小材料流动和变形的不均匀性；
保证凸模和毛坯有良好的接触状态；防止表面缺陷。
根据产品的结构、数模中心线、机床冲压中心，选择的冲压方向如下图：

2.3.2工艺补充部分的设计
为拉伸出合格的制件，在冲压件的基础上添加的那部分材料，有两类：一类是零件内部的工艺补充，这部分工艺补充不增加材料消耗，在后序冲孔后仍可以适当使用；另一类是在零件沿轮廓边缘展开的基础上添加上去的，包括拉深件的部分和压料面两部分，增加了材料的消耗。
工艺补充的设计原则：1）内孔封闭补充原则。2）简化拉伸件结构形状原则。3）对后工序有利原则。
根据制件的结构和工序设计要求，对此制件上内部孔结构进行补充材料，边缘部分沿边缘线向外延伸，形成一个大R角，有利于拉延凸模的制造，保证制件的刚度强度要求，再将凸缘向轮廓线外侧延伸，构成曲面和平面复合的压料面，同时工艺补充外形可以作为第二序修边的定位方式，工艺补充如下图：

2.3.3压料面的设计
压料面是指凹模圆角意外的部分，它是工艺补充的一个重要的组成部分，对汽车覆盖件的成形起着重要作用。有的拉深件的压料面全部为工艺补充部分，有的压料面则由零件的法兰部分和工艺补充部分组成。拉深开始前，压边圈将毛坯压紧在凹模压料面上；拉伸开始后，凸模的成形力与压料面上的阻力共同形成毛坯的变形力，使毛坯产生塑性变形，通过压料面的改变，来改变拉伸件的深度、毛坯流动阻力的分布等。
压料面的设计原则：1）压料面尽量简单些。2）压料面任意断面的曲线长度要小于拉深件内部相应断面的曲线长度。3）压料面应使成形深度小且各部分深度接近一致。4）压料面应使毛坯在拉深成形和修边工序中都有可靠的定位，并考虑送料和取件的方便。该产品利用工艺补充形成的法兰面作为压料面，如下图：

2.3.4拉延筋的设计
拉延筋在覆盖件成形中占重要地位，毛坯在拉深成形中，需要一定大小且沿周边适当分布的作用力，作用力来自于冲压设备的作用力和压料面的作用力，需要在压料面上设置能产生很大阻力的拉伸近来满足毛坯塑性变形和塑性流动的要求，同时在大范围内控制毛坯的变形大小和变形分布。
拉延筋作用：增大进料阻力，使毛坯产生较大的塑性变形，提高冲压件的刚度；调节进料阻力的分布和大小，控制压料面上各个部位材料向凹模内流动的速度和进料量；降低对压料面的要求，减少对压边力的要求。
拉延筋的类型和结构形式如下表所示：
种类
用途
特点
圆形筋
单筋
法兰流入量大时的拉深
修模容易，便于调节拉深筋阻力
重筋
法兰流入量很大时的深拉深
加大筋槽圆角半径R,随着R的增加附加拉力减小，用双筋来弥补。
矩形筋
法兰流入量少时的拉深或胀形
与园筋相比提供更强的附加拉力
拉深槛
法兰流入少时的拉深或着胀形
材料利用率高，同样的R和H下，比方筋的附加拉力小。
三角形筋
胀形
抑制筋的磨损，材料完全没有流入

第3章 工艺计算及主要参数的确定
3.1毛坯的确定
3.1.1毛坯尺寸的确定
一般拉延件的坯料尺寸A1+A2=a1+a2+50

在ug软件中，测得拉延制件的截面长度为721.2374mm，所以根据上述公式确定其理论值为毛坯长L=772mm，W=450mm。

利用Autoform软件模拟，设置以上大小的毛坯尺寸，模拟结果出现下图所示，制件表面出现轻微的起皱，毛坯边缘流入拉延筋，毛坯尺寸偏小，压料面上的摩擦力减小，出现失稳起皱现象。

所以，在Autoform模拟过程中，适当加大毛坯的尺寸和摩擦系数，设置参数如下：

最终坯料线在拉延开始和结束后的变化如下图所示：

确定材料的尺寸为：900mm×470mm，厚度t=0.7，材质：ST16。
3.1.2毛坯的材质
汽车覆盖件所用材料的一般是冷轧钢板，根据冲压级别将冷轧钢板分为：最复杂拉深级别（ZF表示，下同）、很复杂拉深级别（HF）、复杂拉深级别（F）、最深拉深级（Z）、深拉深级（S）等，目前热轧钢板和沸腾钢板在汽车覆盖件上的应用已逐渐减少，而冷轧铝镇静钢板已成为覆盖件使用的最大冷轧钢板之一，它具有较好的强度，较好的塑性变形能力，且钢中的铝对氮有固定作用，故成形后零件表面不产生滑移线，是一种非时效钢板，其化学成份和力学性能如下表：
钢号
冲压
深度
化学成分（质量分数）
屈服点
抗拉强度
伸长率
C
Si
Mn
P
08Al
Z
0.05～0.12
≤0.03
0.25～0.65
≤0.035
≤195
270～390
≥32
S
≤205
275～410
≥30
P
≤215
275～410
≥28
St13

≤0.10

≤0.05
≤0.035
≤280
270～410
≥28
St14

≤0.08

≤0.45
≤0.030
≤240
270～370
≥34
St15

≤0.08

≤0.40
≤0.020
≤210
270～350
≥38
St16

≤0.06
0.03
≤0.35
≤0.020
≤195
250～370
≥40
毛坯材料的性能对变形力、压料面作用力的影响很大，毛坯在不同应力状态下产生塑性变形所需要的变形力也不一样，因此选取的材料应满足：汽车覆盖件的使用性能；成形所需要的成形性能；提高覆盖件的刚度和形状冻结性；要经济合理。
根据客户要求,选用材质St16。
3.1.3 材料利用率
材料利用率是冲压工艺中一个非常重要的经济技术指标，在冲压生产成本构成中，冲压钢板材料成本又约占90%，在保证制件质量的基础上，通过合理定义产品、适当选择毛坯尺寸，优化冲压工艺以及现场改善材料的利用，来降低冲压生产成本，避免选用高牌号的材料造成产品性能过剩。该制件为左右对称件，可采用一模两件的拼合方式生产来提高材料的利用率。其可以用冲压件的实际面积与毛坯面积的百分比标识：
，式中，冲裁件实际面积，；毛坯面积，
利用UG软件分析功能测得拉延件的面积=202163.7，毛坯面积=423000，
所以，此为理论值，利用Autoform软件模拟，得到的材料利用率=52.5％。
根据拉延件设计结构，在完成第一序拉延结束后，第二序修边的平面废料可以作为其他小冲压件的毛坯材料，这样循环利用可以节约材料经济成本。

3.2成形力的确定
3.2.1拉延力的计算

注：：抗拉强度 T：板厚 L：凸模周长 C：系数

常用系数如下表表示：
内容
C
例
外浅零件
3.5
DOOR OTR、HOOD OTR
深零件
4.0
FENDER
内一般件
4.5

形状深、形状多的零件
5.0
DOOR INT

利用ug软件测得凸模周长L=2147mm，如下图示：

查表取：=300 C=4.0
所以拉延凸模压力P=4.0×(250～370)×0.7×2147=(1502.9～2224.9)KN，此值为理论值，用于初步选取压力机公称压力的参考值。利用Autoform模拟拉延过程时，在保证制件质量的前提下，模拟所用的压力P约为1400KN，如下图，即需要的拉延力P=1400KN。

3.2.2拉深压边力的计算

注：SB压边圈面积（） 系数：
内容

例
以拉深为主的零件
0.15
W/HOTR FRPILLER OTR
一般件
0.22
T/GOTR
以拉延为主的零件
0.29
DOOR OTR HOOD OTR

根据拉延件结构，查表取=0.15，所以拉延压边力PB=0.15×2359223kg=353883.45kg，理论值所需要的压边力为35吨。
利用软件测得压边圈的面积SB=2359223

在Autoform软件模拟中，在保证得到良好质量性能的前提下，反复设置成形参数，最总参数设置压边力：40吨 。

3.4卸料力的计算
为了使拉延过程连续，操作方便，需要把紧箍在凸模上的制件卸下，所需要的力为卸料力，实际生产中常根据下列公式计算：

式中，F－拉延力与压边力之和，N；－卸料力系数。
材料厚度t/mm

钢
≤0.1
0.065～0.075
0.1
0.14
>0.1～0.5
0.045～0.055
0.063
0.08
>0.5～2.5
0.04～0.05
0.055
0.06
>2.5～6.5
0.03～0.04
0.045
0.05
取=0.05，因次=0.05×180KN=9KN，卸料力即为拉延结束后，顶杆对压边圈的顶出力，压边圈把箍在凸模上的制件顶出，覆盖件卸料力的大小可以简单按上面公式计算，具体情况要根据机床的性能来调节气垫或者液压缸的压力，因为在压边圈上设置的弹顶销对制件也起到一定卸料作用，所以，应根据实际情况来调节气压控制卸料力。
3.5 凸、凹模间隙的确定
拉延凸凹模之间的间隙直接影响了拉延件的质量，如果间隙取得过大，在拉延完成后，由于板料变形应力的释放，导致拉延件回弹变形值变大，拉延件严重变形，对后续工序影响大。间隙取得过小，在拉延过程中使得拉延件的厚度小于要求的厚度，同时由于材料的变薄，达到材料的断裂极限，使拉延件出现破裂，因此应取一个合理的间隙值。
生产中常用下述经验公式计算合理间隙Z的数值。
Z=ct
式中，t－材料厚度，mm；
c－系数，与材料的性能及厚度有关，对于拉延件，外板件C=1.05t，内板件C=1.1t。
此处C=1.1t=1.1×0.7mm=0.77mm
一般，拉延凸凹模在实际生产中要经过数控铣削和研磨调试来找到合适的间隙值，保证拉延件的质量。

3.6拉延模的行程
3.6.1拉延工作行程
从压边圈与凹模压住板料开始到拉延完成，上模在垂直方向的运动距离。在UG中模拟将坯料向上移动直至制件的最低点，得到的距离整5或10，再加上10~15mm即可得到工作行程。
3.6.2压边圈行程
压料面为曲面时，凹模开始接触板料到被凹模与压边圈固定住，上模在垂直方向运动的距离。设计原则：高出模具最高点10mm左右，最低不能小于5mm。在UG软件中，测量制件的最高点到压边圈的距离为101mm，因此压边圈的行程h=101+20mm=121mm ，取120mm。
3.6.3顶杆行程
原则上，压边圈顶起时，放在压边圈上的板件不能够接触到凸模。

st：压边圈行程 ；H：顶杆承接面到压机工作面的距离 ；L：顶杆脚长度； h：顶杆（气垫）实际顶出行程
关系：h=c+st L+h=H+st
根据数模设计结构，托杆底面到工作台面的距离C=50mm，因此顶杆实际顶出行程h=c+st=50+120mm=170mm。
3.7压力机的确定
一般冲压生产中的压力机有两类：机械压力机和液压机。机械压力机，有较大的冲击力，工作不平稳，容易产生颤动噪声，压力曲线不宜控制，不适用于精度要求高的制件，一般用于冲裁、切断等分离工序；液压机，工作平稳，可以人为的调节其压力，适合弯曲、拉深、整形等成形工序。
通过计算得，拉延时所需要的拉延力P=500吨，查找拉力机手册，并根据公司内部生产情况，选取液压机YA32-500。
技术参数如下：
序号
名称
数值
单位
1
滑块公称压力
5000
kn
2
拉伸滑块公称压力
4000
kn

压边滑块公称压力
2500
kn
3
下顶出压力
800
kn
4
封闭高度
1360
mm
5
滑块行程长度
800
mm
6
工作台尺寸(前后×左右)
1600×2500
mm
7
滑块垫板尺寸(前后×左右)
1600×2500
mm
8
滑块垫板厚度
365
mm
9
滑块底面尺寸(前后×左右)
1600×2500
mm
10
顶杆顶出范围(前后×左右)
900×1700
mm
11
顶杆孔距
150
mm
12
顶杆行程
450
mm
根据模具的总装配图可得模具的总体尺寸为1550mm×986mm×650mm，而压力机工作台尺寸为1600mm×2500mm，压力机的最大闭合高度为1360mm，因此压力机选择合适。
所选压机工作台顶杆的布置图如下，根据机床顶杆的布置来确定压边圈上顶杆的位置。

3.8模具闭合高度的确定
模具的闭合高度H是指模具在最低工作位置时，上下之间的距离。模具闭合高度的选择对选择压力机也有影响，如果H大于压力机的最大开口高度，则模具无法安装在压力机上；如果H小于模具的最大开口高度，则模具在工作时，需要安装垫板来增加模具的高度，减小滑块的行程。
冲设计原则：压线共享时，根据机床的最大闭合高度和最小闭合高度来设计，同时注意有无使用垫板，在设计中应该留有调整量，一般为20mm。除此之外，在三维软件设计中，考虑各个组件的之间的关系来最终确定模具的闭合高度。

第4章 拉延模设计
4.1拉延模的介绍
4.1.1拉延模
根据使用的冲压设备不同，汽车覆盖件拉延模可以分为单动压力机上用的拉延模和双动压力机上用的拉延模两大类，两者工作方式不同，模具安装的方法不同。拉延模的结构主要有三大件组成：凸模、凹模、压边圈，此外还需要一些标准件，如导滑板、定位板组件、调整垫块、安全螺钉、排气管等组件。按照DL图中拉延件的形状和尺寸以及各工艺参数，此制件选用单动拉延模即可满足要求。
4.1.2单动拉延模的压边形式
主要有弹簧或者橡皮压边和气压或液压压边形式两种。
1） 弹簧或者橡皮压边：弹簧和橡皮的弹性曲线都是直线，其弹力随压下行程的增大而增大，与冲压工艺要求产生的压边力相反，防皱的效果不好，一般只用于形状简单的浅拉深件。
2） 气压或液压压边形式：动力来源于气缸或者液压缸的压力，通过托杆作用于压边圈上，压力基本保持不变，可以通过调节压缩空气或者液压缸压力的大小来满足工艺要求。
4.1.3拉延模材料
由于覆盖件拉延模形状复杂，所以凸凹模、压边圈、固定座等主要零件采用带加强筋的空心铸件结构，所用的材料应满足耐磨、不宜拉毛、易加工，并能进行局部表面火焰淬火。通常根据生产量和模具使用寿命选择，小批量生产时采用灰口铸铁HT250或HT350；中批量生产时，采用球墨铸铁QT500-7或QT600-3；大批量生产时，采用镍铬铸铁或者钼钒铸铁等合金铸铁。
下表为常用材料的化学成分和力学性能：
材料牌号
HT250
HT300
QT500-7
QT600-3
镍铬铸铁
钼铬铸铁
钼钒铸铁
抗拉强度/MPa
250
300
500
600
－
≥280
－
抗变强度/MPa
470
540
320
370
－
≥480
－
抗压强度/MPa
－
－
－
－
－
≥1000
－
伸长率(％)
－
－
7
3
－
－
－
冲击韧度
－
－

－
－
－
－
硬度 HB
170~241
170~241
170~230
190~270
179~255
170~241
179~255
化学成分
C
2.9~3.2
2.8~3.2
－
－
3.0~3.3
3.0~3.3
3.0~3.2
Si
1.4~1.8
1.3~1.7
－
－
0.8~1.5
1.8~2.2
1.8~2.2
Mn
0.8~1.1
0.8~1.1
－
－
0.5~0.8
0.6~0.9
0.5~0.8
Mo
－
－
－
－
－
0.9~1.1
0.9~1.1
Ni
－
－
－
－
1.2~1.8
－
－
Cr
－
－
－
－
0.4~0.8
0.3~0.4
－
S
≤0.12
≤0.12
－
－
≤0.05
≤0.12
≤0.05
P
≤0.20
≤0.20
－
－
≤0.1
≤0.20
≤0.15
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁，价格便宜，应用广泛，其常用的热处理有：消除内应力退火、消除白口组织退火、表面淬火等，下表为灰铸铁HT300的力学性能、显微组织及用途：

牌号
铸件壁厚
抗拉强度
显微组织
应用举例
基体
石墨
HT300
10～20
290
细P

细小片状
机床导轨、受力较大的机床床身，动力机械中的液压阀体、泵壳、缸盖等制造承受压力和振动的零部件。
20～30
250
30～50
230

4.1.4拉延模铸件结构
拉延模的凸模、凹模、压边圈和固定座都采用铸件，要求既要减轻重量又要有足够的强度和刚度。因此铸件上非必要的部分应为空心结构，在影响强度和刚度的部位应设置加强筋。
根据厂家技术协议要求，各部分铸件壁厚尺寸如下所示：

产量
铸件结构尺寸 mm
量
年产量（件）
A
B
C
D
E
F
G
大量
＞15万
60
60
50
40
50
40

中量
＞8-15万
60
50
50
40
40
30

小量
＜8万
60
50
50
40
40
30

在UG软件三维建模过程中，上模座、下模座的壁厚尺寸按表中数值确定。
4.2拉延模的导向
大中型模具导向形式及应用
模具类型
生产批量
小批量生产
中、大批量生产
拉深模
中型
导板或导块
大型
无导柱的背靠块
弯曲模
中型
导板、导柱、导块
翻边模、校形模
大型
无导柱的背靠块
带导柱的背靠块
修边模、剪切模
中型
导柱
穿孔模
大型
带导柱的背靠块
汽车覆盖件冲压模具中，常用的导向方式有：
1） 导柱、导套导向：不能够承受较大的侧向力，常用于中小型模具的导向。
2） 导板导向：常用于中型件的拉深、弯曲、翻边等成形模具的上下模导向。
3） 异块导向：使用方式与导板导向相同。
4） 背靠块导向：主要用于大型单动模具的导向，对于大型复合模具，合模要求精度高的模具采用背靠块与导柱并用的导向方式。
由于该制件模具的整体尺寸较大，而且凸模型面复杂，冲压过程中存在侧向力，所以采用角式背靠块导向，角式背靠块置于模具的四个转角处。
4.2.1凹模与压边圈的导向
采用凸台和凹槽导向，其导向间隙比导柱导套导向大，一般为0.3mm，为了满足调节压料面的进料阻力使压料圈支撑面成倾斜的需要。凸台安装在凹模上，操作时可以看得清楚且安全，但不利于打磨压料面和压料筋槽，凸台和凹槽应安装导板，如下图所示：

4.2.2 压边圈与凸模的导向
1、根据模具的结构尺寸，凸模轮廓线形状不规则，压边圈和凸模之间不适合采用内导向，应采用压边圈外部与下模座铸起的立柱（模具的四角处）导向。次导向形式主要适用于制件的形状不太规则导致压边圈不便用内导向的情况，或者拉延行程很大造成压边圈不便于使用内导的情况，满足设计要求。导向如图示：

4.2.3导板
导板材料为T8A或T10A，其淬火硬度为52~56HRC，为使导板容易进入导向面，其一侧制成30度，导板的安装要满足导板高度（h）≥拉延工作行程（st）+50mm，其次导板宽度应与所在导滑边总长相协调。

拉延过程中，由于凸模在接触毛坯之前要预先有一定的导向长度，即凸模和压边圈之间要有一定的搭接量，开始接触毛坯时最小导向长度与凸模的关系如下表：
凸模长度/mm
最小导向量/mm
<200
30
200～400
40
400～800
50
800～1200
60
`... ...
根据压边圈的工作行程、导板的安装高度、模具尺寸和汽模标准件的规格，选用盘起标准件MWP导板：125mm×100mm×20mm，即可满足设计要求。

4.3下模的结构设计
汽车覆盖件单动拉延模的凸模结构和一般的拉深凸模结构差不多，安装在模板上，模板在与滑块或者工作台连接。
4.3.1凸模的结构设计
结构尺寸：凸模的工作表面和覆盖件拉深件的内表面相同，凸模的尺寸较大，故采用铸造成形，且为中空式的壳体结构，凸模要有较高的硬度和耐磨性，需要对表面采用淬火强化处理，同时在影响强度和刚度的部位设置加强筋，凸模的随型筋壁厚一般取40~50mm。
材质：MoCr铸铁。
性能：铸铁加入钼铬可以明显改善铸造性能，淬火性好，可进行深度淬火；对回火脆性倾向少 ；高温加工性好，加工后美观 ；熔接性好 ；冲击的吸收性能好，锤子砸上去会与反弹感；焊接容易。
热处理：拉延凸模棱线及圆角表面淬火HRC50-55 。

4.3.2下模座的设计
下模采用分体设计，节约材料成本，下模座采用铸件结构，凸模通过螺钉紧固在下模座上，在四角处铸起立柱实现与压边圈的导向，除此之外，需要在下模座上完成凸模安装面、导板安装面、定位槽、导滑面、托杆孔等结构设计。
材料：HT300。
性能：铸铁是含碳量大于2.11％并含有较多硅、锰、磷、硫等元素的多元铁基合金，组织是由基体和石墨组成的，具有力学性能低、耐磨性能好、铸造性能好、切削性能好等性能。
热处理：人工时效。

1. 起重吊耳 2.调整垫块 3.减重孔 4.顶杆孔 5.压板槽 6.窥视孔 7.导滑面
4.4压边圈设计
4.4.1压料面设计
压料面尺寸一般取工艺数模的坯料线向外扩20mm得到所需要的有效压料面积，但注意边界距离拉延中心的最小距离不应小于40，最大距离不应大于100，当压料面为曲面且落差大时，应该注意坯料折弯后的边界扩大有效压料面，避免过大增加研合工作量。
4.4.2压边圈的结构尺寸
1） 确定压边圈的高度：保证与上下模导滑面的长度，保证足够的铸件强度,压边圈的最小高度应不小于250mm。
2） 确定压边圈的长宽：在调整垫块、定位板、卸料螺钉、气垫顶杆等都合理布置完成之后，结合与上模的导向部分尺寸，即可确定压边圈的大致长宽，单动拉延模的最小宽度取150mm。
3） 合理的减轻：为了节约成本、提高强度、美观模具，需要对压边圈进行合理的减轻，使之称为一个协调牢固的框架结构。
材质：MoCr铸铁。
热处理：压料面表面淬火HRC50-55，铸件进行退火处理。

1.压边圈本体 2.压力调整快 3.导板 4.定位板组件 5.定位板安装面 6.安全螺栓合件7.压料面8.铸造托杆
4.5上模结构设计
拉延凹模的结构包括，凹模压料面、凹模拉延圆角、凹模内的成形部件，一般有闭合式结构和通口式结构。上模采用整体铸件结构，设计原则：确定上模的结构尺寸校对压床台面尺寸最大闭合高度；根据压床尺寸确定压板槽的位置。除此之外，模具端头设计出凸台，与压边圈上的凹槽配合导向，具体结构尺寸设计见《模具设计规范》。
材质：MoCr铸铁。
热处理：压料面、型腔表面淬火HRC50-55 ，铸件进行退火处理。

1. 加强筋 2.凹模型腔 3.定位板避让孔 4.导板
4.6排气结构的设计
拉深加工时，凹模与压边圈同步，随着凹模的下降，板料拉深成形，直至下死点。此时由于凸模与板料之间存在空气，使板料不能按要求成形。从下死点开始，板料与压边圈一起开始上升，由于板料贴在凸模上，此时也能发生变形，需要在凸模表面开通气孔，材料和凹模之间也是如此。外板件通气孔取φ4，内板件孔径取φ6。为防止灰尘从通气孔下落，影响制件的表面质量，在上模使用尼龙管，或者在上侧使用盖板。本模具在凹模上设计8~12个通气孔，生产时有钳工直接加工而成。

4.7其它组件的设计
拉延模中的其他小件都有：上下模连接板、定位键块、限位螺钉、弹顶销等，如下图示：

1. 弹顶销 2.连接板 3.防护板 4.托杆垫块 5.定位键
4.8 拉延模总装配设计
4.8.1总装配图
（总装配图）
4.8.2爆炸图
在UG装配环境中，利用编辑爆炸图功能移动组件，形成爆炸图，如下：

（爆炸图）
1. 压边圈 2.下模座 3.上模座 4.凸模 5.压料面6.托杆垫块 7.定位键 8.安全螺栓 9.铸入式吊耳 10.弹顶销 11.定位块 12.调压垫块 13.连接板 14.15.氮气弹顶销 16.导滑板 17铸入式托杆 18.压板槽
第5章拉延件的质量分析
覆盖件要经过多道工序完成，而且在每一道工序中，会因为冲压工艺、冲模结构以及有关参数、冲压材料、冲压条件等方面产生质量问题。在拉深工序中，常出现的质量问题有起皱、余料、凹陷、破裂、形状精度、面精度、尺寸精度等问题。
塑件的拉深失稳指毛坯在拉力作用下产生塑性变形，一方面承载着面积在减小，另一方面材料的应变强化效应增加，当材料硬化应力增量小于补偿承载面积的减小所需应力增加值时，毛坯开始产生局部的集中变形，产生塑形拉深失稳，直至破坏。
塑件的起皱指板材在冲压成形过程中受到复杂应力状态的作用，由于板料厚度方向尺寸与其他两个方向的尺寸相比很小，因此厚度方向最不稳定，当板内的压应力达到一定程度时，板厚方向最容易因为受压而不能维持稳定的塑性变形，产生受压失稳起皱。
5.1拉延件的质量分析
该产品在第一道工序拉延过程中，出现的问题如下图：

（图1 破裂）

（图2 起皱）
图1 所示拉延件出现破裂现象，按破裂性质划分为塑形破裂，位置出现在凹模圆角处，r角过小，材料通过圆角时产生很大的弯曲变形，厚度变薄，同时材料的流通阻力变大，超出弯曲变形能力而破裂。
措施：（1）采用强度极限高的材料；（2）加大传力区的圆角；（3）增大变形区域的变形均匀程度，减小集中变形，变形区加热；（4）增加辅助工艺措施，如工艺余料、工艺孔等。
图2 所示拉延件出现起皱现象，属于剪应力引起的失稳起皱，位置在拉深侧壁和凸模底部，侧壁变化的凹曲线（T型）部位，由于拉应力不均匀、拉深部位发生变化，材料流入时产生失稳起皱。措施：（1）适当减少拉深件形状，增设吸收皱纹的形状；（2）增加工艺余料，确定合理的压料面形状和拉深方向；（3）适当选取拉深筋的位置与分布；（4）适当增大压边力，控制压边力的合理分布。
5.2基于Autoform软件的模拟分析
Autoform软年用于汽车覆盖件模具的设计制造的板成形模拟，实现对汽车冲压零件产品的可冲压成形性进行分析，判定零件冲压成形的难点和关键区域，进而实现冲压工艺和汽车零件设计的互动，除此之外对汽车冲压零件产品实现毛坯展开计算，对模具和工艺方案的确认进行有选择性和针对性的模拟分析，给模具调试提供量化的分析判断数据，它提供从产品的概念设计直至最后的模具设计的一个完整的解决方案，其主要模块有User- Interface(用户界面)、Automesher(自动网格划分)、Onestep(一步成形)、DieDesigner(模面设计)、 Incremental(增量求解)、Trim(切边)、Hydro(液压成形)等。
板料的成形是拉延、翻边、胀形、弯曲等多种变形方式的组合过程，对板料冲压过程的分析与仿真，可以解决传统方法难以解决的模具设计和冲压工艺设计难题，如计算应力应变、板厚、模具受力、残余应力等，预测可能的缺陷及失效形式，如起皱