汽车大地板左右外侧梁拉延模具设计-西南科技学士学位论文.doc

西南科技大学本科生毕业论文
第 1章 绪论
1.1 课题背景及其研究意义
汽车工业在国民经济中具有重要地位，对国民经济具有极大的拉动作用。近年来国内汽车制造得到了迅速发展，汽车产量已经名列世界汽车生产前茅。模具工业是汽车产品开发和大批量生产的重要组成部分。一辆汽车上有80%的零件是用模具加工制造的，而又以冲压模最多。其中汽车覆盖件模具又以其大型、复杂、精密等特点成为模具中举足轻重的部分。目前我国汽车模具工业还不能适应整车开发和换型的要求，其中一个原因是汽车模具设计与制造水平较低，制造装配落后。我国汽车模具产业发展还不平衡。有一些企业使用了计算机辅助设计和计算机辅助制造等先进技术，也有较多的企业还处于较低的设计制造水平。
汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等。冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响[2]。
冲压加工是通过模具来实现的，从模具角度来看，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。据统计，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。同时，冲压加工也创造了巨大的价值增值，模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。其中冲压模具在所有模具（锻造模、压铸模、注塑模等）中，无论从数量、重量或者是从价值上都位居榜首。
由此可见，板料冲压加工及其模具制造技术对国民经济的发展已经并将继续作出重大的贡献。随着我国经济的发展，对这种生产技术的发展及专业技术人才的需求将与日俱增。因此，加强对板料冲压加工及其模具制造技术的研究，具有重要的意义。覆盖件作为汽车的重要组成部分，对汽车覆盖件模具新产品的开发及设计具有极为深远的意义。
1.2 汽车覆盖件模具的发展现状
汽车覆盖件作为汽车的重要组成部分，覆盖件最有难度的是外覆盖件模具设计，主要表现在以下两个方面:
1、克服由回弹造成的零件型面偏差：
破裂、起皱、回弹是汽车冲压件成形过程中的主要缺陷，由于汽车外覆盖件外形尺寸大、拉深深度浅、塑性变形程度低，一般不易拉裂，因而回弹就成为该类零件制造过程中的主要问题，它将严重影响零件间的相互配合关系。有限元模拟软件在冲压模具设计中得到普遍应用，已经能够比较准确地预测破裂和起皱，从而有助于设计合适的工艺补充面来改善拉深过程中材料的流动状况，提高零件的成形性能。然而，迄今为此，大多数有限元软件还不能精确地预测冲压件从模具当中取出后的回弹变形。因此，对外覆盖件回弹问题的处理，主要还是依靠经验来修改模具型面，使冲压件过正成形，来抵消由于回弹导致的变形。
2、冲压件的取件：
由于外覆盖件(如前盖外板、车顶、翼子板)都需进行复杂的翻边整形或预卷边工艺，这就使得在模具结构设计时，必须考虑冲压件成形后的取件问题，目前，大都依靠复杂的多斜楔机构联动来实现模具工作部分对零件让位，以实现方便取件，由此造成整个模具的结构十分复杂。
1.2.1国外覆盖件模具设计
鉴于传统模具型面设计的种种问题，随着近年来计算机技术的飞速发展，世界各主要工业发达国家都在大力发展计算机技术在模具型面设计中的应用。尤其是计算机辅助技术、虚拟产品开发技术的应用，正在汽车覆盖件模具的设计和制造中起着越来越大的作用。
目前外国发达国家较先进的覆盖件模具前期设计和制造流程见图1。

图1 先进覆盖件模具设计与制造流程

从这个流程中，我们可以清楚的看到国外汽车覆盖件冲压模具设计过程中，先进的软件环境的大量应用。除了必要的CAD软件之外，还大量应用了有限元模拟软件来辅助冲压工艺设计。而这正是国内落后世界先进水平的主要因素之一。下面，以autoform为例，说明计算机辅助技术在汽车覆盖件冲压模具设计过程中先进性。
autoform是一款由瑞士开发的专业薄板成形快速模拟软件，可以用于薄板、拼焊板的冲压成形、液压胀形等过程的模拟，配合不同的功能模块，还可以进行冲压件单步法成形模拟以及拉深工序工艺补充面((addendum)的设计。轿车冲压件中，约有2/3可以利用autoform的diedesigner module模块设计addendum，该模块根据由设计者指定的或由软件自动产生的压边圈型面，以及工艺补充面的多条截面线(profile)，能够快速地生成工艺补充面，用于拉深工序的模拟。这种快速设计是建立在对addendum曲面的粗略构造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之间的连续并非十分光顺，尽管这种曲面不能够直接用于模具表面的机械加工，但是对于模拟精度的影响却不是很大。根据模拟结果，设计者可以很方便地对工艺补充面进行调整，直到模拟结果满足设计要求。最后，将压边圈、addendum曲面和profile以中性数据格式igs或vda输出，在cad软件中进行曲面重构，并结合产品数模，就能够得到机加工可以使用的拉深工序模具数模。
传统设计方法:
首先，在经验基础上，利用cad设计工艺补充面;其次，将cad数模传递给autoform等cae软件进行拉深过程模拟;根据模拟结果，在cad中对工艺补充面进行调整，并将新的cad数模传递给cae，开始新的模拟，直到满足要求为比。这是一个从cad到cae再回到cad的不断反复的过程。由于每次在cad中构造曲面都远较在autoform中复杂，因此，整个过程所花费的时间就多得多。而新方法在冲压工艺设计初期，就用diedesigner module在autoform软件中设计并调整拉深工艺补充面，与传统的设计方法相比，就能够大大提高设计效率。
1.2.2国内汽车覆盖件模具的发展概况及发展方向
我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国家经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。
我国模具制造方面与工业发达国家相比，差距较大主要表现在：
1、计算机辅助技术应用少。目前，国内大部分还是设计人员凭借设计经验，人为确定冲压方向、工艺补充面等工艺参数，通过手工绘图、制作主模型等方法来设计，之后还要进行反复多次的模具试制、调试、修配等这样的传统方法。即使部分采用了计算机辅助技术的设计部门，大部分也只是利用了一些通用的CAD/CAM软件，如autocad 等进行辅助绘图或简单的造型，真正能利用UG等大型CAD/CAM/CAE软件在计算机中作模具的三维参数化造型，并进行冲压仿真来指导设计的还是少数。
2、标准化程度低。目前，标准化程度低、标准杂乱、标准件跟不上需要已严重制约了汽车覆盖件模具的发展。不断提高标准化程度，在一定范围内逐渐统一标准，加快标准件生产供应是加快汽车覆盖件模具发展速度、提高质量、缩短制造周期和降低成本的重要途径，这已成为业内人士的共识。
3、模具制造精度低、周期长。
综上所述, 虽然中国模具工业在过去十多年取得了令人瞩目的发展, 但是在模具制造精度、模具寿命及模具生产周期等方面, 与世界发达国家相比仍存在较大的差距。例如, 精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低, CAD/ CAE/ CAM 技术的普及率不高, 许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。如模具技术目前还主要以跟踪与模仿为主,原创性的设计和研究很少,专业化水平还很低,先进技术的应用水平不高,制造技术的基础薄弱等,这些都是我国模具技术发展中必须关注的问题。因此要充分利用目前制造业逐步国际化以及世界制造业向中国转移的机遇,及时调整我国模具产业的产品结构,努力发展中高档模具产品,促进我国模具行业的整体水平早日与国际先进水平接轨。
基于以上情况，国内汽车覆盖件工艺/ 模具设计系统未来的发展方向应该是:
1、全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源重新整合，使虚拟制造成为可能。
2、.高速铣削加工 高速铣削加工是指利用主轴转速在10000r/min以上的数控加工机床进行切削加工的一种加工技术。由于采用高速铣削加工不仅提高模具零件的切削加工效率，还可提高模具表面的加工质量，减少后期的模具研磨加工量，并可直接用于切削硬度高达63HRC的淬硬钢，避免加工后的热处理对零件精度的影响，从而极大地提高了模具制造质量，缩短了模具制造周期。目前，该技术已在发达工业国家的模具制造中得到普及，而国内仅有部分由一定技术实力和经济实力的企业在应用。
3、多轴联动加工 由于模具形状愈来愈复杂，三轴联动的数控加工机床有时也无能为力。与三轴联动相比，五轴联动可随时调整刀具轴线方向，灵活地设定走刀路线，从而加工出更加复杂的模具表面形状。另外，五轴联动加工还可获得优化的切削加工条件，减少刀具磨损，提高加工质量，缩短加工时间。因此，五轴联动加工机床在模具制造中的应用也将会日益增多。
5、快速制模 随着缩短模具制造周期压力的不断增大，以及快速原型制造技术的发展，目前已开发出多种基于快速成形的快速制模技术，如基于快速原型的热喷涂直接金属模具制造、基于快速原型的金属模具零件的复制制造技术等。这些技术在制造小批量生产用模具方面具有成本低、周期短等特点，已在塑料模、拉深模、铸造模的快速制造中获得应用。
6、精密电火花 电火花加工时目前模具制造中不可或缺的一种加工技术，特别是对模具中的一些窄缝、深槽，通常都依赖于电火花加工技术。随着技术的进步，目前电火花加工技术已朝着高速主轴的方向发展，加工的效率、精度和表面质量也愈来愈高，它将在模具制造中发挥更加重要的作用。
1.3 毕业设计的意义和收获
毕业设计是大学的综合实践环节，目的是通过课题的设计研究，培养综合运用各门课程的能力，培养独立分析问题和解决问题的能力，同时毕业设计应该应该与生产实际相结合，应与培养职业能力相结合，应体现本科的特点。在指导老师周密安排和精心指导下，这次毕业设计从确定设计课题、拟定设计方案、设计过程到答辩都按照毕业设计工作计划进行。
以下是这次毕业设计的步骤和体会。
充分调研，确定应用型毕业设计课题。
选好毕业设计题目是实现毕业设计目标、保证毕业设计质量的前提，我们的毕业设计的课题取自企业生产实际。这个课题能较全面地应用学生所学专业知识或者将来工作所需的专业技术，达到综合运用的目的，技能够解决企业急需的生产技术问题，又能够培养学生的职业岗位能力，难度不是很大，符合我们应用型本科生的专业理论知识水平和实际设计能力，工作量恰当，能够在规定的时间内完成。但是该课题是真题真做，虽然难度不是很大，但要使设计图纸能直接用于生产，去制造出零件，装配成机器，并能满足使用要求，也是不容易的。
反复论证，确定产品设计方案。
明确课题的性质、意义、设计内容、设计要达到的技术经济指标和完成时间，并确定好正确合理的设计方案是完成设计任务的保证，指导老师、企业技术员让我们参与设计方案的讨论，使我们对课题设计方案心中有数。
虚心求教，仔细认真地进行毕业设计。
为了使我们很快地进入工作状态，指导老师耐心向我们介绍机械产品设计方法、一般步骤和设计过程中应该注意的事项。熟悉零件加工对设计的要求，使设计能用于生产。我们在设计过程中能主动请教指导老师，培养综合运用机械制图、工程材料与热处理、公差配合、计算机绘图等专业知识的能力，培养查阅技术资料和其它专业文献的能力。培养严谨的工作态度和踏实的工作作风。明确必须有高度责任心、严肃认真的工作习惯，才能做好设计工作，减少工作失误，充分发挥主观能动性，积极思考，大胆创新。
完善设计，准备毕业设计答辩。
完整的设计包括设计图纸和设计说明书等技术文件。根据任务书要求，全面检查设计技术资料，按照指导老师的批改，认真修改图纸错误，认真修改说明书。应该说，在指导老师的认真指导下，我基本完成了这套拉延模的设计工作，通过这次设计学到了很多知识和技术。
本课题的设计将涉及二维和三维的软件的应用，如AUTOCAD、UG等,以及相关分析软件的应用。零件的工艺补充主要是用UG软件来进行的，还有零件的拉延模设计过程也主要是用UG软件来做，有一些相关的零件图需要用CAD软件来画图。同时本次毕业设计还涉及到汽车覆盖件拉延模具设计的相关知识。之前学过的课程中，讲到这方面的知识是比较少的，记得在上《冲压成型工艺》这门课程的时候，老师给我们大概的了解汽车覆盖件模具设计的一些东西，不过基本上也是忘记了很多了。所以汽车覆盖件拉延模具设计对于我来说是一个新领域，这次毕业设计对我自学能力的培养是一个很好的机会。因此通过本次毕业设计将对我进一步巩固所学知识及灵活应用所学知识来解决实际问题有着深远的意义。

第2章 覆盖件拉延模的工艺设计
2.1 汽车覆盖件的设计要点
汽车覆盖件是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。轿车的车前板和车身、载重车的车前板和驾驶室等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。
同一般冲压件相比，汽车覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高（光滑、美观），刚性好等特点。汽车覆盖件一般制造过程要经过落料（或剪切）、拉深、整形、修边、翻边、冲孔等多道工序才能完成。实践证明，在多数情况下，拉深工序是制造这类零件的关键，它直接影响产品质量、材料利用率、生产效率和制造成本。为保证覆盖件在拉深时能经受最大限度的塑性变形而不至于产生破裂，对原材料的机械性能、金相组织、化学成分、表面粗糙度和厚度精度都提出很高很严的要求。以下通过资料对汽车覆盖件中的一些设计要点做简单阐述：覆盖件的特点决定了它的特殊要求：
1、表面质量 覆盖件的表面质量跟模具工作部分的表面质量有关，模具的工作部分形状质量直接影响了产品的最终形面质量。汽车覆盖件有内覆盖件也有外覆盖件，外覆盖件的美观影响整个汽车的质量。汽车覆盖件上出现波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷都是不允许的，并且覆盖件上的装饰棱线和筋条都要求清晰、平滑而且过渡均匀，棱线衔接应吻合流杨，不允许参差不齐，因此在设计汽车拉延模设计的时候，模具的工作部分形状和产品的曲面形状保持一致，均采用圆弧平滑过度。为了防止覆盖件出现波纹、拉列等产品缺陷，还要通过试模来调整并最终确定毛胚尺寸和最佳的合模压力。
2、尺寸形状 覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。由于覆盖件的形状多为空间立体曲面，在二维图上面如何表达清楚此汽车拉延模的零件尺寸是决定模具能否顺利制造的关键。为了解决这个问题，工厂将UG所建立的三维模型经过软件分析后用数控加工的方法在铣床上用泡沫加工出模具形状，再采用铸造的方法得出所需要的拉延模模形状，以保证模具可以得到符合需求的曲面形状。由于本次毕业设计做的汽车覆盖件零件料厚为1.2mm总长约为928mm，拉延深度大概为20mm左右，左右两边各有一个小孔，零件不是对称的。该零件看起来像是弯曲件，不过有很多的成型都是要用拉延来完成的，不能通过弯曲来成型，因此要用拉延模来成型。零件本身有两个直径为8mm的小孔，这两个小孔并不是左右对称的。零件的弯曲部分是用半径为5mm和4mm的圆弧来连接的。零件四周有半径为5mm的圆弧过渡。从该零件的结构形状与要求来看，所需的基本工序为拉深、切边、整形和冲孔。但是零件本身不是对称的，在拉深时会由于胚料受到的拉深力部均匀而产生侧移。这样就会影响到拉深的进行以及模具的寿命。所以本人在做工艺补充的时候就做成一模两件式，就是一次拉延得到两个零件。这样就可以让胚料在拉延过程中受力均匀，而且又可以大大的提高生产效率。一模两件式在拉延时毛料变形、应力比较均匀，成形，表面塑性变形程度较大，但应力不太大，只要材料合格或模具技术状态良好，一般不会破裂。拉延模具也比较简单，之后的整形模具及修边模具容易设计等。
3、刚性 大型覆盖零件由于形状复杂且不对称，在拉深过程中应力、变形很不均匀，而且多数情况要求工件一次拉深成形，材料需要承受很大的应力，产生最大限度的塑性变形，因此，它对深拉深钢板的冲压性能，提出了很高要求。本次的毕业设计的板料厚度是0.8mm，对于拉延件来说是相对薄的，拉深深度大概是20mm左右，拉深深度一般，变形不是很大，零件上有两个直径为8mm的孔，有来固定零件用。拉延件的刚性可能会不足，对此要做拉延筋增加进料的阻力，增加变形，以提高拉深件的刚性。影响深拉深钢板冲压性能的因素很多，钢板的表面质量、厚度公差、化学成分、机械性能、工艺性能和金相组织都直接或间接地影响其冲压性能。覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松弛和鼓动现象。在模具压料面上设计上拉延筋可以变弹性变形为塑性变形，提高工件的刚性，还能使工件的棱角更清晰美观。也是覆盖件模具中经常采用的方法，另外采用刚性更好的板材也可以有效提高产品的刚性。
4、工艺性
冲压工艺性是指冲压件对工艺品的适应性，即所设计的冲压件尺寸大小、尺寸精度与基准、结构形状等是否符合冲压加工的工艺要求。覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性，覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性，覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添工艺补充部分，构成一个拉延件。
工艺补充是拉延件不可或缺的组成部分，它既是实现拉延的条件，又是增加变形程度获得刚性零件的必要补充。工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的性能有关，工艺补充的多余料需要在以后工序中去除，所以工艺补充部分应在满足拉延成形的前提下尽量减少，以提高材料的利用率。工艺补充不仅要考虑拉延工艺和压料面的需要，还要考虑修边和翻边等后续工序的需要。

2.2零件的特点及成形性分析
2.2.1零件的特点
大地板左右外侧梁如图2-1所示，材料为ST13（DQ）（上海宝钢牌号，与国标牌号08Al Z钢材性能相当， DQ表示冲压级钢材），料厚t=1.2mm。要求在JQ36-400压力机上加工，大批量生产。该零件是某车型加强大地板强度的梁类零件，分左右两件，图2（a）为左件，图2（b）为右件，左件与右件对称。要求该件的凸缘与底部的曲面、侧面形状以及成形高度、孔径和孔位必须达到产品设计要求。成形后要求表面平整光滑，无翘曲、褶皱、裂纹等缺陷。对零件进行合理的成形性分析，制定合理的冲压工艺方案和选择合理的设备，有利于提高材料的利用率、生产率、以及模具寿命，同时能够降低模具制造难度和制造成本。

(a) 左件 （b）右件
图2 零件数模

2.2.2成形可能性分析
该汽车覆盖件是拉延件，通过拉深得到。单件形状类似弯曲件，但是该零件不能用弯曲变形来得到，因为其不只是简单的弯曲变形得到的。该零件左右前后不对称，如果在拉深时采用单件式生产的话，毛料会由于受力不均匀产生侧向移动，有可能使拉延工序无法进行或是拉延模具过早的损坏，不经济。因此，在做工艺补充时采用一模两件成形，最后得到的工艺补充的压料件如图3。由图3中可以看得出来做完工艺补充后的拉延件类似于半封闭“U”形件的拉深。其中红色部分为所需零件，其余部分均为工艺补充部分，毛坯经过拉延成形后再用冲孔修边模切边便可得到完全相同的左右件零件。

正面

反面
图3 工艺补充压料件
汽车覆盖件成形可能性分析不能简单地利用简单的冲压工序的工艺参数或零件尺寸参数加以确定。因此要采用分析方法来确定一次成形可能性。
分析方法有下面几种形式：
1、类比法 即参考以往冲压过的类似零件的工艺资料，进行分析比较，以判断一次成形的可能性。这种类比只是近似的。
2、应力应变分析法 覆盖件能否顺利成形取决于两方面：一是转力区的承载能力，即专力区是否有足够的抗拉强度；二是变形区的变形方式及可能产生的问题。覆盖件的成形一般是伸长与压缩两种变形的组合，以伸长类为主或以压缩类为主，或两种变形差不多。伸长变形可能产生过量边薄和破裂；压缩变形可能产生失稳起皱。
3、成形度判断法 成形度α按下面的公式计算：

α=（-1）X 100%
式中L是成形后零件纵截面的长度；L0是成形前相应截面的胚料长度。
下面以成形度判断法莱分析覆盖件的成形性能：由所作的工艺补充用UG量出La=980mm，La0=928mm；Lb=160mm，Lb0=137mm。将所得数据代入上式有αa=5.6%，αb=16.7%，α平均=11.15%；La代表毛料的长度方向的长，Lb代表宽度方向的长。αa代表长度方向的成形度，αb代表宽度方向的成形度。当α平均≧5%或α最大≧10%时，不能只靠胀形成形，必须使胚料以拉深方式从凸模边缘拉入凹模。通过以上分析可知该汽车覆盖件可以经过一次拉深成形；汽车覆盖件上的凹下部分也可认为是浅形圆筒拉深件，也可一次拉深成型。由此判断可以判断该覆盖件能够一次成型。

2.3冲压工艺性分析及方案的选择
2.3.1冲压工艺性分析
该零件的材料厚度t=1.2mm，材料为低碳钢，含碳量≤0.08，伸长率≥34％（标距l0=80mm），可见材料塑性好，冲压加工性能良好。屈服强度≤240MPa，抗拉强度为270～370MPa，弹性模量E=2.07E5MPa，塑性硬化指数n=0.237，厚向异性指数r=2.295，硬化指数在钢材中是比较高的，材料成形极限较大。
由于整个零件为半封闭“U”形，而且没有急剧突变的形状，取有代表性的某截面分析，凸缘与侧壁之间、侧壁与顶部间有R5的圆角，顶部有R4的凹槽，半径皆大于2t，凸缘与顶部落差不大，成形工艺性好，零件中段截面形状如图4所示。

图4 零件截面图
零件边线简单，都是由规则的圆弧和直线组成，两直边在铅垂方向上投影平行，水平方向落差不大，零件上没有尖角，凸缘边缘圆角半径为R5，在转折处可以避免应力集中的出现，而且圆弧过渡可以使冲压工艺性能更好；该零件上有3个半径为4mm孔，相邻孔之间的距离分别为150mm和200mm，，由于孔径和间距适中，所以可以在冲孔模上同时将3个空冲出，冲裁工艺性能良好。零件左右件完全对称。若左右件单独成形，就要有各自的工艺补充，这势必造成材料利用率低，且需要制造两套模具，单件成本高。考虑到左右件完全对称的特点，把两件合为一件冲压成形，这样周边材料受力均匀，便于成形；且压力中心易于确定，模具结构左右对称，为模具设计制造提供了极大的方便。下图所示为零件的边线及内孔的形状，如图5所示。

图5 零件边线及内孔形状
2.3.2拉延件的冲压方向
冲压方向的确定是汽车钣金件工艺设计的关键一步，是确定拉深件在模具中的空间位置，它不但决定能否拉出合格的拉延件，而且影响到工艺补充部分的多少和压料面的形状。不同的冲压方向会带来不同形状的工艺补充，直接涉及到产品拉深工序的最终成形条件，以及后续成形条件。合理的冲压方向应既满足冲压形状的要求又要适应工艺补充、压料面形状的规范。
确定拉延冲压方向，应满足如下几方面的要求：
（1）保证拉延凸模能够顺利进入拉延凹模，不应出现凸模接触不到的死区，所有需拉延的部位要在一次冲压中完成。
（2）拉延开始时，凸模和坯料的接触面积要大，避免点接触，接触部位应处于冲模中心，以保证成型时材料不致窜动。
（3）压料应尽量保证毛料平放，压料面各部位进料阻力应均匀。拉延深度均匀，拉入角相等，才能有效地保证进料阻力均匀。[2]
本设计用JQ36-400压力机，属于单动压力机，因此拉延类型为单动拉延，单动拉延时，上模是凹模，因此零件在拉延模中应如图6所示放置，分析零件数模可知，冲压方向平行于-Z方向最佳，此时凸模两侧的拉入角能够基本保持一致，这使得两侧进料阻力也可以保持均衡。拉延开始时凸模与坯料表面接触为面接触，接触面积大，且分布均匀，不会出现因应力集中造成局部破裂现象，而且零件顶部凹槽的反拉延也能满足如上要求。

图6 冲压方向从上垂直往下

2.3.3工艺补充部分设计
为了给覆盖件创造一个良好的拉延条件，需要将覆盖件上的窗口填平，开口部分连接成封闭形状,有凸缘的需要平顺改造使之成为有利成型的压料面，无凸缘的需要增补压料面，这些增添的部分称为工艺补充部分。工艺补充是拉延工艺不可缺少的部分，拉延后又需要将它们修切掉，所以工艺补充部分应尽量减少，以提高材料的利用率。工艺补充部分除考虑拉延工艺和压料面的需要外，还要考虑修边和翻边工序的要求、修边方向应尽量采取垂直修边。根据模具设计需要，该覆盖件采取的修边线在拉延件压料面上，为了在模具使用中打磨加强筋槽不致影响修边线，修边线至拉延筋的距离A一般取25mm，按具体工件尺寸形状而定。
由下面图7可以知道，覆盖件的上表面与下表面有一定的落差跟角度，不是在同一个平面上，落差的高度大概为20mm，角度大概为3度左右。覆盖件上有三个直径为8mm的孔，有以圆弧过渡的开口部分，零件前后左右不对称，因此在做工艺补充时要将开口部分连接成封闭形状，凸缘要用圆弧过渡使其光滑，三个直径为8mm的孔要填满。该覆盖件可以做成一模单件式，也可以做成一模两件式。采用两件式时零件左右对称，毛料在拉延时受力均匀，成型性能良好，而且模具不易顺坏，生产效率高等。我对该覆盖件的拉延工艺补充中使用一模两件式，以上表面做为压料面。工艺补充部分在三维图中已经给出。其尺寸根据理论设计经验得出。
本次毕业设计零件及工艺补充图如下：

图7 零件形状

图8 工艺补充图
2.3.4 建立压料面
压料面对于非轴对称曲面零件的成形起着重要作用。其位置、形状及尺寸直接影响到成形阻力及变形力的大小与分布，从而影响整个坯料成形时各处塑性变形状态。 压料面是覆盖件工艺补充面的一个组成部分，即位于凹模圆角半径以外的那一部分毛坯。在拉深前，压料圈将要拉深的毛坯压紧在凹模压料面上。拉深过程中，压料面被逐步拉入凹模型腔内，形成覆盖件本体。因此，压料面的形状不但要保证压料面上的材料不起皱，而且在尽量造成凸模下的材料下凹，以降低拉深深度，最终保证拉入凹模里的材料不皱不裂，获得合格成品。压料面有两种形式。
1、压料面就是覆盖件本身的凸缘面，即为覆盖件本体的一部分。这种压料面的形状是确定的，为便于拉深过程的进行，也可以做某些部分变动，但必须在以后的适当工序中加以整形，以达到覆盖件的整体形状要求。
2、压料面是与工艺补充面所组成的。在拉深工序以后的冲孔修边工序中，这种压料面将被切除。所以应尽量减小这类压料面的材料消耗。
同时压料面形状还要考虑到毛坯定位的稳定、可靠和送料、取件的方便。由所给的零件图，做出的工艺补充知道，所选择的压料面是工艺补充面的部分组成，并且压料面是零件的上平面，是一个水平面。
确定后的工艺补充数学模型如图9所示。

图9 压料面的确定
2.3.5 拉延筋的设计
1.拉延筋的作用
（1）增加进料阻力，使整个拉延件进料速度达到平衡状态。拉延件压料面上各部位的进料阻力存在很大差别。在拉延时，四处圆角部分的材料要进入凹模型腔内，毛坯在径向拉应力、切向压应力和双向反复弯曲应力的作用下，变形阻力很大，所以这部分不需要加拉延筋，否则在增加阻力会在内壁危险断面处拉裂或者起皱，对成形不利。相反，在工件平面轮廓的直线部分，主要是弯曲变形，进料阻力相对圆角部分小得多，材料的流动会形成内皱，且无法排除。为使进料均匀，在直线部分要布置有拉延筋，在拉延件的凹处，凹得较深，转折比较厉害，所以也不设拉延筋。而且在直线部分设置拉延筋，既增加了进料阻力，也使直线部分和圆角部分的进料阻力均匀化，从而防止材料“多则皱、少则裂”的现象发生。
（2）加大拉延成型的内应力数值，提高覆盖件的刚性。在一般拉延成型过程中，为了减少内皱，往往采取增加毛料尺寸的方法。增加一条拉延筋，可以代替增加不少压料面积所取得的增加阻力的效果。拉延筋的设置可以提高覆盖件的进料阻力，况且拉延筋通过调整修磨间隙的方法，十分方便有利。
（3）加大径向拉应力，减少切向压应力，延缓或防止起皱。
（4）降低压料面加工要求采用拉延筋后，压料面的间隙可适当加大，也可适当降低对压料面加工粗糙度的要求。
(5）稳定拉延过程某些拉延件不用拉延筋也能成形，但形状不够稳定，刚性较差拉延筋是否设置，设计位置、数量和形状等是拉延成形中的重要问题，它往往成为拉延成败的关键。
2.拉延筋的结构和布置
(1) 拉延筋的结构有圆形、半圆形和方形三种形式，一般装在压料圈上，而与凹模上开出相应的槽相配合。此次的设计采用的是半圆形的拉延筋，淬火硬度为58～62HRC，半径为7mm，高度为6mm。拉延筋也可以和压料圈或者凹模的压料面做成整体形式，本次设计的拉延筋就是与压边圈做成整体式，这样制造容易，修磨方便，得到了广泛的应用。
（2）布置原则和方法：
拉延筋的位置、数目和长短是根据拉延件外形、起伏特点和拉延深度等因素确定。拉延筋的布置原则见表2—1。按凹模口形状布置，拉延筋的布置方法见表2—2。

表2-1 拉延筋的布置原则
要求
布置原则
增加进料阻力，提高材料变形程度
放整圈的或间断的一条拉延槛或1～3条拉延筋
增加径向拉应力，降低切向应力，防止毛坯起皱
在容易起皱的部位设置局部的短筋
调整进料阻力和进料量
拉延深度大的直线部位，放1～3条拉延筋； 拉延深度大的圆弧部位，不放拉延筋； 拉延深度相差较大时，在深的部位不设拉延筋，浅的部位设拉延筋

表2—2 按凹模口形状布置拉延筋的方法
序号
形状
要求
布置方法
1
大外凸圆弧
补偿变形阻力不足
设置1条
2
大内凹圆弧
补偿变形阻力不足；避免拉延时，材料从相邻两侧凸圆弧部分挤过来而形成皱纹
设置1条长筋和2条短筋
3
小外凸圆弧
塑流阻力大，应让材料有可能向直线区段挤流
不设拉延筋；相邻筋的位置应与凸圆弧保持3°～12°夹角关系
4
小内凹圆弧
将两相邻侧面挤过来的多余材料延展开，保证压边面下的毛坯处于良好状态
沿凹模口不设筋； 在离凹模口较远处设置两段短筋
5
直线
补偿变形阻力不足
根据直线长短设计1～3条拉延筋（长者多设，并呈塔形分布，短者少设）

（3）拉延筋布置方向。拉延筋一定要与材料流动方向垂直。
（4）拉延筋的深浅与多少。拉延深度的部位不设或者少设，深度浅的部位一定要设置或多设置。拉延筋最多设置三根，最里面一圈常为封闭形状，第二、第三只在直线部分设置，第三圈长度最短。
本次所设计的零件，由于拉延成型的深度大概为20mm左右，拉深深度一般，零件的变形部分较少，在两个弯曲的部位是主要的变形区。为了防止在拉延后的零件刚性不足，因此设计的拉延筋是按修边线的形状设计成封闭式的，拉延筋半径是6mm，高度是6mm。拉延筋可以加大进料的阻力，增强零件的刚度。拉延筋的布置方式如下图 所示：

图10 拉延筋
2.3.6 毛坯尺寸确定
本零件形状相对比较简单，截面大致呈Z形,在采用一模两件式做好工艺补充后，零件形状大致为“U”形，由俯视看去呈长方形,因此采用矩形的毛坯拉延，拉延下料可以通过剪板机方便地获得。由《福田冲压模具设计规范》中的公式算出，公式如下

用UG的测量命令，量出长度方向的a1=a2=417mm，宽度方向的a1=55mm a2=50mm，将量得的数据代入上式，得出工件毛料的基本尺寸是长宽为884mm97mm，因为在做工艺补充时通过测量发现如果按上式计算得的毛料的数据用来做下料的尺寸的话，用UG量出从压边筋最外轮廓到毛料的最外轮廓得到的料长度大概为10mm左右，如果下料长宽为884mm×97mm用来生产的话会比较危险，可能会拉不出工件，或是在生产时凸模会把料拉入凹内，损坏模具。因此在上面用公式算出料长宽为884mm×97mm的基础上再把长单边放料22.5mm,宽单边放料20mm。最后得出的下料长宽为929mm×137mm，取此值为毛坯尺寸。

2.3.7确定工艺方案
经过对零件的工艺性分析后，结合产品图进行必要的计算，并在分析冲压工艺类型、冲压次数、冲压顺序和工序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压工艺方案，然后通过对产品质量、生产率、设备条件、模具制造和寿命、操作、安全以及经济性等方面的综合分析、比较，确定出一种适合于本部门生产的最佳工艺方案。
冲压的基本工序包括成形工序和分离工序两大类。成形工序——材料的变形力学范围是在塑性变形范围；分离工序——材料的变形力学范围表现为产生断裂变形的工序。
经过对零件的分析，此件为半封闭的“U”形件，看似可以弯曲成形，但零件凸缘部分并不严格平坦，成形时并不是按照一定的曲率或角度进行，且底部还有凹槽，因此拉延成形方法才能冲压出合格的产品。
对于分离工序，获取毛坯形状需要用到落料或切断工序，冲内孔需要用到冲孔工序，为了获得零件外部形状，还应有修边工序，因为是两件合并成形，还需剖切工序分离左右件。零件图如下：

图11 零件图

零件材料采用低碳钢，厚度t=1.2mm，含碳量≤0.08，伸长率≥34％（标距l0=80mm），可见材料塑性好，冲压加工性能良好。屈服强度≤240MPa，抗拉强度为270～370MPa，弹性模量E=2.07E5MPa，塑性硬化指数n=0.237，厚向异性指数r=2.295，硬化指数在钢材中是比较高的，材料成形极限较大。
通过对该覆盖件的分析，可知其要求的表面必须光顺平滑、棱线清晰、刚性良好，零件的结构一般、拉延部分的过渡圆角半径为4mm和5mm，工件四周有半径不等的圆弧过渡。零件上表面跟下表面不是在一个平面上，上表面跟下表面间的角度大概是3度。零件上有两出凹下，在凹下的地方旁边有三个直径为8mm的孔，零件的总长度为402 mm,总宽度为67mm，拉深深度大概为20mm，深度一般。由上面数据可以知道该零件相对来说是一个细长且拉深深度一般的工件。该零件需要经过多道工序才能完成。根据该工件的工艺分析，工件的基本冲压工序为：拉延、整形、修边、冲孔。
对于分离工序，获取毛坯形状需要用到落料或切断工序，冲内孔需要用到冲孔工序，为了获得零件外部形状，还应有修边工序，因为是两件合并成形，还需剖切工序分离左右件。
基于以上分析，不同工序的组合可能有以下A、B两种工艺方案