汽车覆盖件拉伸模设计工艺CAD探讨详解备课讲稿.doc

汽车覆盖件拉延模工艺设计CAD探讨天津大学机械学院 张 扬 张连洪 李双义 天津汽车模具有限公司 王洪志 摘要 本文分析了汽车覆盖件拉延模的重要性，基于实例，探讨了汽车顶盖拉延模工艺设计的整个过程。Abstract In this paper, the importance of drawing die about automobile panel is analyzed. According to specific example, the whole technology design process about drawing die of automobile top cover are discussed. 叙词 汽车覆盖件 拉延模 工艺设计 模具CADRelated terms: Automobile panel Drawing die Technology design Die CAD1概述汽车覆盖件是指汽车车身内外表面的蒙皮零件。因其形状复杂、表面质量要求高、外形尺寸大等特点，使得汽车覆盖件成为板料成形领域最难成形的零件。覆盖件模具是生产汽车车身的主要工艺设备，与一般冲压模具相比，覆盖件模具具有形状复杂，多为立体曲面，轮廓尺寸大，表面质量要求高，采用薄壁厢式结构，以及成本高等特点。一个汽车覆盖件零件，往往需要经过拉延、修边、冲孔、翻边、整形、成形、折边等多道工序才能完成，其中拉延成形是制造覆盖件的关键变形方式。拉延模设计、制造的是否合理，直接关系到汽车覆盖件的成形质量、材料利用率、生产效率和制造成本；同时，拉延成形得到的中间过渡零件又是翻边模、修边模设计、制造的依据。因此拉延模是汽车覆盖件成形的首要模具。CAD技术是一项划时代的新技术，汽车覆盖件模具工艺设计与CAD技术的有机结合可以缩短模具设计周期，提高设计质量，降低模具设计与制造成本和设计人员的劳动强度。2覆盖件拉延模类型与适用范围覆盖件拉延模是保证覆盖件成形质量的冲压工艺设备。拉延模根据压力方式可分为单动拉延模和双动拉延模。对于一般成形难度的覆盖件，可采用单动拉延模，双动拉延模的结构、工艺补充部分和压料面的形状等，都和一般的单动压力机的拉延模不同，而这些又是直接影响拉延成败与质量优劣的重要因素。在设计拉延模时应考虑模具结构紧凑、轻巧、导向可靠、人工送料和取件方便、安全可靠。具体拉延工艺的制订应综合考虑覆盖件成形难度和生产设备条件。3工艺设计制造流程4 图1工艺设计制造流程图工艺设计流程具体分析如下：3.1 根据产品图及产品冲压工艺设计，进行详细的车身产品工艺性分析。为了实现拉延或创造良好的拉延条件，必须合理考虑冲压方向、工艺补充部分形状以及压料面形式、拉延筋布置等重要工艺因素。其中包括利用计算机进行的工艺补充面三维设计。3.2 在满足产品使用的前提下，将过剩的质量要求及时反馈给产品设计部门，进行研讨，力争把产品完善到最简单、最合理的工艺要求，以克服产品的过剩质量，减少不必要的工装投入。3.3 利用计算机进行车身产品的冲压工艺性分析，进行图面形状的分析探讨和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握产品使用性能要求的前提下，考虑用户使用和维修，利用塑性加工原理、冲压工艺知识和模具设计结构的有关知识，设计冲压工艺过程图。在设计过程中，同时要分析冲压工艺方案，发现不足之处，进行必要的修正。3.4 模具设计人员按照冲压工艺过程图的基本要求进行模具设计，模具CAD设计包括上、下模座，工作部分零件，导向部件，定位零件和进出料装置等设计。数控编程和模型人员按照冲压工艺过程图和模具图进行数控编程和模型制造，最后按照冲压工艺过程模具图要求进行机械加工和模具装配调试，最终调试出合格的产品。4顶盖的拉延模工艺分析与设计4.1 根据用户提供的顶盖实型和数据进行分析，选择重要的加工型面，以确定拉延方向、送料方向和加工工序。顶盖各个冲压工序的冲压方向，应能满足该工序冲压成形的需要。必要时，各工序的冲压方向可以不一样,但是，在能满足冲压工艺要求的前提下，应尽可能使各个工序的冲压方向一致或少变化，以减少操作上和生产准备工作的复杂性。由顶盖的特点，确定拉延为一个方向，后序为另一个方向。 图2 汽车顶盖4.2 利用CAD技术进行工艺补充部分设计和压料面的设计：以Unigraphics软件的曲面造型功能，采用基于事例的设计方法对工艺补充部分和压料面进行设计，设计后完成了工艺补充面的曲面创建，而压料面的拉延筋形状是用Unigraphics的三维立体造型功能得到的。4.2.1工艺补充部分的设计零件外形见图24.2.1.1分析：从计算机上观察，形面起伏浅，为使零件达到产品设计的刚度，板料必须经过充分的塑性变形和硬化，所以采用双动拉延；顶盖后部有内凹部分，因此应工艺补充出一定的余量，使凸模能进入凹模。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。同时，为了研模定位，全工序设置两处研模用工艺孔，此工艺孔设置在形状面比较平缓的地方。4.2.1.2创建：工艺补充部分的设计是一个创造性的过程，因此需要人的直觉判断和经验判断，按照工艺补充部分的设计要求，在顶盖模型的翻边线处，利用Unigraphics的曲线延伸功能，按曲面原有的趋向线方向进行曲面延伸处理，以生成所需的工艺延伸面。工艺补充部分的侧壁型面一般采用拔模角曲面来生成，因为这一部分型面的形状一般与某一方向成一定的或变化的角度，是一种典型的锥形直纹面。4.2.2压料面的设计压料面是工艺补充的一部分，同时由于它控制材料的流动，确定压料面的基本原则是5： 4.2.2.1为了降低拉延深度，压料面可以设计成一定的弯曲形状，使毛坯拉延前先弯成一定的形状。但压料面的形状应尽量简单、平滑，以防止毛坯在压料过程中就产生起皱现象，并利于毛坯在拉延时材料向凹模内流动。4.2.2.2压料面与凸模的形状之间，应保持一定的几何关系保证在拉延过程中毛坯处于张紧状态，并能平稳地、渐次地紧贴凸模，以防产生皱纹。为此，必须满足如下关系： 压料面长度凸模表面展开长度 压料面与凸模表面见图3因此压料面在创建过程中，可视情况采用两种方式：1）工艺补充部分一起通过截面特征来创建2）先创建压料面，再创建从修边轮廓到压料面的工艺补充部分。顶盖的压料面采用第2种方式。 图3 压料面与凸模表面 4.3 拉延筋(槛)设计在汽车覆盖件拉延模中，广泛采用拉延筋或拉延槛。其主要目的是：一方面增加进料阻力，使拉延件在拉延时承受足够的拉应力，提高拉延件的刚度和减少由于回弹而产生的凹面、扭曲、松弛及波纹等缺陷，使材料达到合理的塑性变形；另一方面，通过拉延筋(槛)可以调节各部位的进料阻力，使材料流入模腔的量适合工件各处的需要，防止“过多则皱、过少则裂”5。拉延槛比拉延筋的进料阻力更大，因此用于拉延深度浅而曲率小(平坦)的拉延件。根据顶盖的特点，在工艺补充形四周设一圈拉延筋。拉延筋的断面形状为半圆形，般取筋半径R1218mm，筋高57mm。拉延筋的凹槽一般不和工件吻合，通过修整凹槽的宽度来改变进料阻力。4.4 凹模圆角半径：由于顶盖深度较浅，应使用较小的凹模圆角。4.5毛坯尺寸：对于形状较简单的覆盖件，采用矩形的毛坯拉延，顶盖的拉延特点决定了拉延筋到坯料边缘的大致尺寸，坯料尺寸由此确定。至此，工艺分析与补充工作结束，工艺补充件图见图4图4 汽车顶盖工艺补充后图4.6工序安排根据顶盖曲率平缓，深度浅的特点和用户的要求，大致将工序分为5步。工序流程见表1工序名称工序简图5/5翻边、冲孔整形 4/5双动侧翻整形 3/5二次修边 2/5一次修边 1/5拉延 表1顶盖工序流程4.7 完成冲压工艺过程图和工序图4.8 根据冲压工艺过程图研讨，进行模具结构设计4.8.1 描述所有结构4.8.2 结构应能满足：冲压工艺的要求；材料要求，由于汽车覆盖件拉延模的尺寸大和形状复杂，凸模、凹模和压料圈通常都采用铸件。其所用的材料应满足耐磨、不易拉毛和易加工的要求，并能进行局部表面火焰淬火。凸模、凹模和压料圈等主要零件的材料，通常根据生产量和模具使用寿命的要求来选择，顶盖模具的生产为单件生产，所以采用灰口铸铁HT250或HT300；所有铸件的铸造工艺性（挖空、筋厚度及挡墙强度）等等。4.8.3机械加工工艺性，包括：整体强度、受力状态及侧向力；行程（Time 图）和力的计算；机械加工和钳工工艺性；操作性（上下料、定位），维修性，安全性；与机床的匹配等方面。4.8.4 钳工装配的工艺性；4.8.5 经济性。4.9 数控编程按照顶盖冲压工艺过程图和模具图进行数控编程，充分考虑顶盖的形状特点,选择合理的刀具运动轨迹生成方式，确定合理的加工工艺，以生成高质量的刀具运动轨迹，为机加工车间确定作业指导书；模型人员同样根据图纸进行模型制造，最后按照冲压工艺过程模具图要求进行机械加工和模具装配调试，最终调试出合格的产品，交付客户。5结束语综上所述，通过汽车模具覆盖件拉延模工艺设计CAD的简要分析，制订出合理的方案，使汽车覆盖件产品的冲压工艺设计更科学、更合理。缩短了设计周期，提高了工作效率。CAD技术已经进入覆盖件模具制造的各个环节。在现有的设计水平上运用CAD技术，将模具设计水平推向新的高度。参考文献1. 王玉国，卫原平等 覆盖件拉延模工艺补充部分和压料面设计。 上海交通大学学报1999 Vol.33 No.2 P1852. 何玉良 汽车覆盖件修边冲孔模工艺方案探讨 中国一汽集团公司模具中心。 汽车工艺与材料 1999 No.11 P343. 宋秀丽 轿车车身内覆盖件冲压工艺特点。 模具技术 1999 No.4 P48-534. 冲模设计标准。 天津汽车模具有限公司 1995 5. 王新华 汽车冲压技术。 北京理工大学出版社 1999 10