模具設(shè)計畢業(yè)論文---車門外板窗臺加強板成形工藝分析及模具設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 課題研究背景2</p><p>　　1.2覆蓋件模具發(fā)展概況2</p><p&

2、gt;　　1.2.1國內(nèi)汽車覆蓋件模具設(shè)計現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2國外汽車覆蓋件模具設(shè)計現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3國內(nèi)外覆蓋件模具設(shè)計的發(fā)展趨勢4</p><p>　　1.4本文研究的目的和意義4</p><p>　　1.5本文研究的內(nèi)容和方法5</p><p>　　第2章 車門外板窗臺

3、加強板成形工藝分析7</p><p>　　2.1 覆蓋件的成形特點7</p><p>　　2.2零件工藝性分析7</p><p>　　2.3汽車車門外板窗臺加強板工藝方案的擬定9</p><p>　　第三章 汽車車門外板窗臺加強板的成形模擬及優(yōu)化12</p><p>　　3.1 Dynaform軟件簡介1

4、2</p><p>　　3.1.1 Dynaform的功能12</p><p>　　3.1.2 Dynaform性能的特點12</p><p>　　3.1.3 Dynaform進行成形分析的一般過程13</p><p>　　3.2汽車車門外板窗臺加強板模擬的過程14</p><p>　　3.2.1 汽車車門

5、外板窗臺加強板模擬的前處理14</p><p>　　3.2.2仿真參數(shù)的設(shè)定及提取計算15</p><p>　　3.3汽車車門外板窗臺加強板模擬結(jié)果及分析16</p><p>　　3.4 優(yōu)化方案設(shè)計分析17</p><p>　　3.5.模擬方案的比較18</p><p>　　3.6模擬方案總結(jié)21<

6、/p><p>　　第四章汽車車門外板窗臺加強板拉延模設(shè)計22</p><p>　　4.1汽車車門外板窗臺加強板拉延模型面設(shè)計22</p><p>　　4.1.1拉延類型的判斷22</p><p>　　4.1.2 汽車車門外板窗臺加強板型面設(shè)計流程23</p><p>　　4.1.3確定沖壓方向23</p&g

7、t;<p>　　4.1.4 壓料面的設(shè)計25</p><p>　　4.1.5工藝補充面的設(shè)計26</p><p>　　4.1.6拉延筋的設(shè)計27</p><p>　　4.1.7工藝切口的設(shè)計28</p><p>　　4.2 拉延模的結(jié)構(gòu)設(shè)計29</p><p>　　4.3拉延模具圖及標(biāo)準(zhǔn)的選用

8、33</p><p><b>　　結(jié)論與展望38</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　附 錄42</b></p><p>

9、<b>　　引 言</b></p><p>　　車門外板窗臺加強板的沖壓成形力學(xué)過程是非常復(fù)雜的，相對其他沖壓件，有材料薄、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、表面質(zhì)量要求高、曲面多為空間曲面等特點，傳統(tǒng)上都采用“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”的循環(huán)設(shè)計方法，直到模具滿足要求為止，但這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法要求設(shè)計人員有比較豐富的設(shè)計經(jīng)驗和較高的技平，且效率低下。</p>&

10、lt;p>　　隨著有限元技術(shù)和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是沖壓模擬軟件的開發(fā)和應(yīng)用，使沖壓模具設(shè)計和加工定量化，因此，加快了沖壓工藝方案的確定，最終得到理想的沖壓參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)計自動化，節(jié)省物質(zhì)資源，減少對經(jīng)驗的依賴，降低對技術(shù)工人的要求等。目前，Dynaform已在世界各大汽車、航空、鋼鐵公司，以及眾多的大學(xué)和科研機構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，在我國長安汽車、南京汽車、上海寶鋼、中國一汽、上海大眾汽車公司、洛陽一拖等知名企業(yè)也已得到成功應(yīng)用。

11、</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計旨在讓學(xué)生掌握大型覆蓋件的成形過程，根據(jù)實際的生產(chǎn)經(jīng)驗初步提出一個設(shè)計方案。并借助Dynaform軟件，對車門外板窗臺加強板的拉延過程模擬，預(yù)測出成形中出現(xiàn)的各種缺陷，從而對各種成形參數(shù)調(diào)整并優(yōu)化。本文主要是根據(jù)前人前人所做實踐工作的基礎(chǔ)之，針對拉延筋，工藝補充面和壓料面的具體設(shè)計來對成形進行改善。初步的預(yù)計，對拉延筋參數(shù)優(yōu)化以后，可以大大的減少拉延過程的起皺。進而提高材料的利用

12、率，產(chǎn)品的質(zhì)量和模具設(shè)計的效率。最后通過UG對拉延模具進行簡單的設(shè)計。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　　汽車覆蓋件(簡稱覆蓋件)是指覆蓋發(fā)動機、底盤，構(gòu)成駕駛室和車身的薄鋼板的異形體的表面零件(稱外覆蓋件)和內(nèi)部零件(稱內(nèi)覆蓋件)。覆蓋件的質(zhì)量及成形要求如下:外覆蓋

13、件表面上不允許有皺紋、磕痕、擦傷、邊緣拉痕及其他破壞表面完美的缺陷。其上的裝飾用棱線、筋條，要求清晰、平滑、過度均勻，兩個件的銜接處的棱線應(yīng)吻合不能參差不齊;覆蓋件的輪廓尺寸、局部形狀等尺寸應(yīng)保證后續(xù)焊接裝配或組裝的互換性、準(zhǔn)確性，保證車身外觀形狀美觀一致;覆蓋件的曲面形狀和幾何尺寸必須與主模型相一致，覆蓋件要有足夠的強度和剛度以保證車身抵御塑性變形和降低車身振動。</p><p>　　由于覆蓋件所具有的上述特殊

14、要求，所以作為生產(chǎn)制造覆蓋件的汽車模具，與其它機械產(chǎn)品相比，汽車覆蓋件模具的設(shè)計制造呈現(xiàn)出以下幾個顯著特點：</p><p>　　一是汽車覆蓋件模具是模具行業(yè)中技術(shù)含量最高、難度最大的復(fù)雜大型精密模具，是制造業(yè)中技術(shù)、勞動、資金最密集型的產(chǎn)業(yè)；二是汽車覆蓋件模具對人才素質(zhì)要求最高，不僅技術(shù)含量高，而且技術(shù)涉及面廣，對經(jīng)驗依賴程度大，經(jīng)驗的多少將會直接影響到模具的周期和質(zhì)量;三是產(chǎn)品的單件唯一性，每一套模具幾乎都是

15、一次新的實驗與探索。汽車覆蓋件模具的上述特點決定了對模具人才的素質(zhì)、專業(yè)能力要求非常高，而且對人才的需求量特別大。經(jīng)過改革開放后二十多年的發(fā)展，雖然我國模具企業(yè)己經(jīng)集聚了大批的汽車模具開發(fā)人才，但是，與外國相比，模具設(shè)計、制造高層次的人才還滿足不了要求，技術(shù)水平上還存在一定的差距。技術(shù)人才的梯隊發(fā)展較慢，還沿襲“師傅帶徒弟”的做法，使許多好的設(shè)計制造經(jīng)驗得不到全面應(yīng)用與推廣，所以針對可靠的設(shè)計制造經(jīng)驗和由這些經(jīng)驗總結(jié)而成的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

16、的總結(jié)勢在必行。</p><p>　　隨著計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，模具CAD技術(shù)也取得了較大的成就。但是，仍停留在通用CAD軟件的基礎(chǔ)上，CAD的巨大潛力遠遠沒有充分發(fā)揮。通用的CAD軟件還不具備模具專業(yè)的專業(yè)特征，所以模具設(shè)計效率提高幅度不大，成為制約模具發(fā)展速度的又一瓶頸，CAD技術(shù)在模具設(shè)計中的應(yīng)用并沒有實質(zhì)性的飛躍。所以在通用CAD基礎(chǔ)之上針對模具的專業(yè)性質(zhì)開發(fā)出模具，是解決當(dāng)前問題的關(guān)鍵

17、。</p><p>　　1.2覆蓋件模具發(fā)展概況</p><p>　　1.2.1國內(nèi)汽車覆蓋件模具設(shè)計現(xiàn)狀</p><p>　　汽車行業(yè)已經(jīng)成為中國的支柱產(chǎn)業(yè)，中國正在成為世界汽車大國，而汽車覆蓋件模具制造業(yè)是支持汽車行業(yè)的最重要的裝備行業(yè)，模具制造水平的高低將會嚴重影響汽車設(shè)計的開發(fā)周期和外觀質(zhì)量，對模具制造質(zhì)量、成本、加工周期影響最大的因素是沖壓工藝的定制、模具

18、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及沖壓回彈補償功能。下面具體分析下國內(nèi)外模具制造業(yè)覆蓋件模具設(shè)計的現(xiàn)狀：</p><p>　　1） 沖壓工藝過程圖（DL圖）是對沖壓制件的材料、功能、形狀、品質(zhì)等進行科學(xué)分析后，制定出的沖壓工藝方案，并通過特定的語言、符號對各工序模具設(shè)計提出具體要求的工藝過程布置圖，是模具制造的綱領(lǐng)性文件。目前，在沖壓工藝定制方面，二維表達方式的DL（標(biāo)出兩個單詞）圖仍然是國內(nèi)模具設(shè)計主要依據(jù)。在沖壓工藝定制方面，國內(nèi)

19、一些水平相對較高的模具公司的工藝人員開始利用通用的三維CAD軟件創(chuàng)建的沖壓。模型進行投影來創(chuàng)建DL圖，但由于缺少專業(yè)的沖壓工藝專業(yè)模塊，在工藝制定過程中缺少必要的沖壓工藝定制分析手段，如：在沖壓方向確定過程中沖孔修邊角度自動的檢查以及負角的檢查；沖壓工藝補充面的創(chuàng)建依然采用手工補面的方式；第一沖壓沖擊線不能直觀地進行分析檢查；修邊線需要借助其他分析軟件獲得或手工計算；不能直觀地對沖壓工序各模型進行空間布置及對沖壓件在各工序之間進行搬運進

20、行直觀地干涉檢查。二維DL圖的使用以及手工進行計算分析導(dǎo)致工藝設(shè)計的工作量較大以及存在著沖壓工藝可靠性差的風(fēng)險。</p><p>　　隨著有限元技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，冷沖模具的設(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，尤其是沖壓模擬軟件的開發(fā)和應(yīng)用，使沖壓模具設(shè)計和加工定量化，能夠預(yù)先對沖壓工藝方案進行分析， 最終得到理想的沖壓參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)計的自動化， 節(jié)省資源并減少對經(jīng)驗的依

21、賴，降低對技術(shù)工人的要求。事實上，這種技術(shù)的結(jié)合能夠大大降低設(shè)計的成本，改變傳的浪費過多時間成本的“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。</p><p>　　2） 近幾年來，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，國內(nèi)具有一定規(guī)模的模具公司已經(jīng)開始從二維設(shè)計轉(zhuǎn)到采用三維CAD軟件進行三維建模設(shè)計，但由于缺少專業(yè)的覆蓋件模具設(shè)計

22、模塊的支持，或者目前所具有的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊不適合國內(nèi)模具設(shè)計的國情，因此目前主要采用非參數(shù)化的實體創(chuàng)建、線拉伸等通用建模功能進行設(shè)計。也有些公司希望通過建立參數(shù)化模板來提高模具的設(shè)計效率，但基于汽車覆蓋件的復(fù)雜性以及各公司要求不一，很難實現(xiàn)該理想目標(biāo)。</p><p>　　3） 隨著CAE技術(shù)的提高和普及，更多的模具企業(yè)采用專業(yè)的CAE軟件進行成形分析，國內(nèi)模具制造水平不斷提高，基本解決了汽車覆蓋件模具成形問題

23、，在成形精度方面與國際先進水平相比依然有較大的差距，主要是在回彈變形研究以及三維模型的補償方面存在著許多障礙。型面的補償幾乎都是采用刪除原有圖形，利用曲線、曲面命令重新進行造型的方式，國內(nèi)模具制造業(yè)熱切期盼有一種更高效、更精確的曲面成型構(gòu)建方案來彌補當(dāng)前三維模型回彈補償?shù)牟蛔恪?lt;/p><p>　　1.2.2國外汽車覆蓋件模具設(shè)計現(xiàn)狀</p><p>　　早在20世紀(jì)60年代初，國外一些汽

24、車制造公司就開始了模具CAD的研究。經(jīng)過了近10年不斷的研究、創(chuàng)新和發(fā)展，各大汽車公司先后開發(fā)了自己的計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)系統(tǒng)。伴隨著計算機軟件、硬件技術(shù)的突飛猛進的發(fā)展，各大汽車公司將該系統(tǒng)成功的應(yīng)用于模具的設(shè)計與制造。七十年代，美國通用汽車公司以UG為平臺開發(fā)出了 sheetMeta1Design、 PunchPress等飯金和沖壓設(shè)計模塊，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)板金件設(shè)計，車身設(shè)計，覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(包括沖壓方向選擇，

25、工藝余量補充，壓邊面形狀設(shè)計和修邊線確定)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等，目前該系統(tǒng)正處于試運行階段。與此同時，美國福特汽車公司在其車身設(shè)計的PDGS系統(tǒng)中開發(fā)出了StamPingEngineering以CAD/CAM模塊進行覆蓋件產(chǎn)品的工藝設(shè)計。日本豐田汽車公司于20世紀(jì)90年代推出的汽車覆蓋件模具CAD/CAM系統(tǒng)DiefaceCAD軟件以人機交互的方式完成工藝補充面、壓料面、拉延臺階、拉延筋等覆蓋件特有要素的造型，同時以幾何分析為手段，從凸模接

26、觸區(qū)擴展行為、截面線形狀變化，平均截面線長度變化率、局部伸長率等不同方面，對覆蓋件的成</p><p>　　目前國外先進模具制造企業(yè)完全采用三維工藝定制、專業(yè)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計以及高效率的回彈補償專用工具，進行沖壓工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計、分析和數(shù)控加工編程，國外先進模具制造業(yè)設(shè)計特點是通過企業(yè)在通用的三維CAD環(huán)境下自主進行二次開發(fā)或與軟件廠商共同開發(fā)的模式將企業(yè)擁有的覆蓋件沖壓工藝設(shè)計技術(shù)軟件化，形成了企業(yè)獨有知識產(chǎn)權(quán)

27、的三維沖壓工藝設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和回彈補償?shù)饶＞邔Ｓ玫脑O(shè)計平臺，它凝結(jié)了這些模具企業(yè)的先進制造技術(shù)。在專業(yè)平臺上進行覆蓋件沖壓工藝設(shè)計，極大地提高了覆蓋件模具設(shè)計效率和沖壓成型的精度。 </p><p>　　1.3國內(nèi)外覆蓋件模具設(shè)計的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，伴隨著人工智能技術(shù)、并行工程、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計等一系列學(xué)科技術(shù)與模具工業(yè)技術(shù)不斷的

28、緊密結(jié)合。今后新一代模具以D/CAE/CAM系統(tǒng)正向著專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和集成化4個方面發(fā)展</p><p>　　1) 模具CAD/CAM的專業(yè)化程度不斷提高</p><p>　　隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，近幾年來世界各國的軟件開發(fā)商投入了巨大的人力和物力，針對各類模具的特點，將通用的CAD/CAM系統(tǒng)改造為模具行業(yè)專用的系統(tǒng)，取得了較大成效。已投入使用的有美國UGS公司的級進模設(shè)計系統(tǒng)

29、NX一PDW。以色列Cimatron公司的模具設(shè)計和制造系統(tǒng)Quick。英國DELCAM公司的塑料模設(shè)計和制造系統(tǒng)PS-Moldmaker。法國MISSle1Software公司的級進模專用軟件TopProgress。日本UNISYS株式會社的塑料模設(shè)計和制造系統(tǒng)CADCEUS等。這些軟件的技術(shù)特點是能在統(tǒng)一的系統(tǒng)環(huán)境下，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，完成特定模具的設(shè)計。</p><p>　　2) 基于網(wǎng)絡(luò)的 CAD/CAE

30、/CAM一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪</p><p>　　隨著計算機技術(shù)的進步以及工業(yè)部門的迫切需求，國外一些軟件開發(fā)商已能按實際生產(chǎn)過程中的功能劃分產(chǎn)品系列，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下實現(xiàn) CAD/CAE/CAM的一體化，解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作的要求。例如英國DELCAM公司在原有軟件DUCTS的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)最新軟件發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)實際推出了CAD/CAM集成化系統(tǒng)Delcaln’ 5Pow

31、erSolution，該系統(tǒng)覆蓋了幾何建模、逆向工程、工業(yè)設(shè)計、工程圖、仿真分析、快速原型、數(shù)據(jù)編程、測量分析等各個領(lǐng)域。系統(tǒng)的每個功能模塊既可獨立運行，又可通過數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)相兼容，并能按使用要求進行組合，以便形成專業(yè)化的 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，做到開放性兼容性和專業(yè)化的統(tǒng)一?？梢灶A(yù)計，模具以CAD/CAE/CAM系統(tǒng)在今后幾年內(nèi)將會逐步發(fā)展為支持從設(shè)計、分析、管理和加工全過程的產(chǎn)品信息管理集成化系統(tǒng)。</p>

32、<p>　　模具 CAD/CAE/CAM技術(shù)在解決模具開發(fā)關(guān)鍵問題的過程中不斷完善的同時，也在與先進制造技術(shù)的緊密結(jié)合中得到發(fā)展，其內(nèi)涵日益豐富，外延不斷擴大。</p><p>　　1.4本文研究的目的和意義</p><p>　　汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著市場需求的變化，汽車的更新?lián)Q代速度日趨加快，作為汽車車身制造的重要工藝裝備——汽車覆蓋件模具是制約汽車更新?lián)Q代的

33、瓶頸環(huán)節(jié)，其設(shè)計制造水平、質(zhì)量和效率直接關(guān)系到汽車工業(yè)的發(fā)展。同一般沖壓件相比，覆蓋件具有材料薄、形狀復(fù)雜和表面質(zhì)量要求高等特點。因此，覆蓋件的工藝設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計都具有特殊性。同時汽車覆蓋件模具也是汽車模具中的重要的組成部分之一，它生產(chǎn)和制造的質(zhì)量直接影響著汽車的后續(xù)生產(chǎn)，同時也是汽車個性化和升級換代的重要保證。因此如何有效的提高汽車覆蓋件模具的生產(chǎn)效率就成為了一項非常有意義的工作。</p><p>　　在汽

34、車模具的整個制造過程中，模具的設(shè)計過程不僅是一個費時的工作，更是今后進行實際加工的重要依據(jù)，然而在實際工作中往往大量時間都花費在了模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，在型面設(shè)計上花費的時間相應(yīng)就被壓縮了，而這正好與我們所需要的相反，因此如何有效的縮短結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的時間，使工作人員能夠?qū)⒏嗟臅r間用與汽車型面的設(shè)計就顯得尤為重要。</p><p>　　汽車覆蓋件具有形狀復(fù)雜(多為空間曲面) 、外輪廓尺寸大、材料相對薄、表面質(zhì)量要求高

35、等特點，用傳統(tǒng)經(jīng)驗法進行模具設(shè)計很難保證拉深工藝和參數(shù)選擇的合理性。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAE 技術(shù)在汽車模具設(shè)計中發(fā)揮越來越重要的作用，成為彌補傳統(tǒng)設(shè)計方法不足的重要途徑，同時對提高設(shè)計效率、降低設(shè)計成本具有重要意義。</p><p>　　從20世紀(jì)80年代以來，我國加強了在覆蓋件模具CAD技術(shù)方面的研究力度，并在應(yīng)用方面取得了顯著的進步，但依然存在著一些問題。主要表現(xiàn)在以下幾方面:</p>

36、;<p>　　(1)設(shè)計效率低。我國CAD技術(shù)起步較晚，既懂專業(yè)又懂應(yīng)用軟件技術(shù)的人員十分缺乏，因而自我開發(fā)能力差，自主開發(fā)的軟件質(zhì)量不高，設(shè)計效率低。</p><p>　　(2)標(biāo)準(zhǔn)化程度低。由于各行業(yè)、各企業(yè)都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，模具生產(chǎn)廠家之間沒有形成一致的設(shè)計、制造規(guī)范，因而造成現(xiàn)有覆蓋件模具系統(tǒng)的集成化程度和智能化程度都比較低。</p><p>　　(3)軟件專用性不強。

37、目前國內(nèi)自主開發(fā)的CAD軟件較少，而多數(shù)廠家引進的國外先進軟件多為通用軟件，故而專用性差。</p><p>　　(4)覆蓋件模具技術(shù)的開發(fā)手段比較落后，開發(fā)的系統(tǒng)在質(zhì)量、操作性、可靠性上均難以保證，開發(fā)周期長。</p><p>　　一般來說，通用軟件功能全，但專業(yè)性較差，很難滿足特定模具設(shè)計、制造的需要本文詳細介紹了汽車覆蓋件模具設(shè)計中標(biāo)準(zhǔn)件庫的組成和建立方法，對大型覆蓋件模擬優(yōu)化都有一個

38、系統(tǒng)的闡述，并且很好講有限元的模擬結(jié)果用于實際的模具設(shè)計中。解決了實際的周期長和成本高的問題。</p><p>　　1.5本文研究的內(nèi)容和方法</p><p>　　本課題針對車門外板窗臺加強板的成形（大型覆蓋件）先設(shè)計初步的設(shè)計方案，然后通過有限元的仿真模擬，對車門外板窗臺加強板的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝安排再次進行分析改善，合理優(yōu)化坯料的最后成形質(zhì)量。從而完善凸凹模還有壓邊圈的設(shè)計，覆蓋件模具有兩

39、個非常重要的設(shè)計過程，即壓料面設(shè)計和工藝補充面設(shè)計及拉延筋的分布。</p><p>　　本文的研究途徑：此次畢業(yè)設(shè)計的研究是運用沖壓CAE軟件對車門外板窗臺加強板的沖壓過程進行模擬分析，驗證模具設(shè)計和工藝措施的可行性，預(yù)測沖壓缺陷問題。</p><p>　?。?）要根據(jù)自己所學(xué)，然后利用利用搜索引擎、中/外文數(shù)據(jù)庫、和各種圖書資源，查找模具設(shè)計相關(guān)手冊，先擬定一個工藝方案。</p&g

40、t;<p>　?。?）借助Dynaform5.5這個軟件，通過有限元的仿真模擬來調(diào)試該方案的可行性和合理性，進而指導(dǎo)模具的工藝設(shè)計。</p><p>　?。?）通過查找各種模具設(shè)計手冊，結(jié)合大型覆蓋件的生產(chǎn)經(jīng)驗，設(shè)計出一套合理的拉延模具。</p><p>　?。?）通過UG5.0根據(jù)工藝補充面生成凸凹模，結(jié)合手冊設(shè)計出拉延模具實體，并且根據(jù)實際的零件尺寸選擇合理的壓邊圈和壓力

41、機，完成這個拉延模具的裝配，實現(xiàn)零件的合理拉延成形。</p><p>　　第2章 車門外板窗臺加強板成形工藝分析</p><p>　　2.1 覆蓋件的成形特點</p><p>　　圖2-1所示為典型覆蓋件，其結(jié)構(gòu)特點決定了它的特殊要求。</p><p><b>　?。?）表面質(zhì)量</b></p><p

42、>　　覆蓋件表面上任何微小的缺陷都會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。（應(yīng)該介紹下汽車鈑金件A、B不同要求不同）</p><p><b>

43、　　（2）尺寸形狀</b></p><p>　　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，從這個意義上看，主模型是覆蓋件圖必要的補充。</p>&

44、lt;p><b>　　（3）剛性</b></p><p>　　覆蓋件拉延成型時，由于其塑性變形的不均勻性，往往會使某些部位剛性較差。剛性差的覆蓋件在受至振動后會產(chǎn)生空洞聲，用這樣零件裝車，汽車在高速行駛時就會發(fā)生振動，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)生松馳和鼓動現(xiàn)象。</p>

45、;<p><b>　?。?）工藝性</b></p><p>　　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)造一個良好的拉延條件，通常將翻邊展開，窗口補滿，再加添上工藝補充部分，構(gòu)成一個拉延件。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)，進行必要的工序合并。審查后續(xù)工序的工

46、藝性要注意定位基準(zhǔn)的一致性或定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，前道工序為后續(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。工藝補充是拉延件不可缺少的組成部分，它既是實現(xiàn)拉延的條件，又是增加變形程度獲得剛性零件的必要補充。工藝補充的多少取決于覆蓋件的形狀和尺寸，也和材料的性能有關(guān)。工藝補充的多余料需要在以后工序中去除。</p><p>　　2.2零件工藝性分析</p><p>　　沖壓件工藝性分析一般包

47、括技術(shù)和經(jīng)濟兩方面內(nèi)容。在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，主要分析沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求；經(jīng)濟方面，主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本。本文所指的覆蓋件工藝性分析的實質(zhì)是將形狀特征的拉延變形程度、局部成形變形程度、沖壓方向、圓角半徑、翻邊/孔高度、小孔尺寸、孔間/孔邊距等影響成形性的參數(shù)與特征工藝性分析模型中相應(yīng)的工藝參數(shù)極限值進行比較，判斷其拉裂、失穩(wěn)或起皺的極限程度，從而確定沖壓件的形

48、狀、結(jié)構(gòu)是否適合于沖壓加工。</p><p>　　圖2-1 各種覆蓋件形狀</p><p>　　圖2-2 車門外板窗臺加強板零件</p><p>　　如圖2-2所示為某轎車車門外板窗臺加強板的零件圖，制件成形質(zhì)量的好壞直接影響到車內(nèi)覆蓋件外觀。制件材料采用DC04的普通鋼板，料厚是1.2mm。制件除了具有表面質(zhì)量要求較高的特點外，還要具有一定的剛度和強度，制件的表面

49、要求無起皺和拉裂縮頸、壓傷，邊和孔要求毛刺符合要求等缺陷。因此，合理的沖壓工藝方案與設(shè)計可靠的模具結(jié)構(gòu)是保證制件質(zhì)量的重要因素。</p><p>　　DC04是汽車覆蓋件中經(jīng)常用到的普通鋼板，具有良好的抗腐蝕性和較好的強度，屈服強度為189MPa，抗拉強度為327 MPa，硬化指數(shù)為0.127，各項異性指數(shù)為1.94，材料的成形性能比較好。通過材料的性能特點，可以選擇合適的拉延速度和調(diào)節(jié)適當(dāng)壓邊力，圖2-3就可以

50、直觀的顯示DC04在一般拉延情況下的應(yīng)力應(yīng)變圖像，表2-1也總結(jié)了材料的各項性能.</p><p>　　表2-1 零件材料性能</p><p>　　圖2-3 DC04應(yīng)力應(yīng)變曲線圖打出會很黑</p><p>　　汽車車門外板窗臺加強板為淺拉深件，兩端的高度比較大，在兩端最容易出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象；材料在各處的流動速度和流動的方向也各不相同，工件內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，很容易造

51、成板料的起皺、翹曲，起皺、縮頸和拉裂是拉深過程中最容易出現(xiàn)的現(xiàn)象，所以在模具設(shè)計時一定要考慮這兩個方面的影響因素。影響因數(shù)主要有模具幾何條件、潤滑條件和壓邊力的條件等。</p><p>　　2.3汽車車門外板窗臺加強板工藝方案的擬定</p><p>　　在大型復(fù)雜沖壓件工藝方案設(shè)計中涉及的知識包括工序組合知識、工序排序知識等.</p><p><b>　　

52、1.工序組合知識</b></p><p>　　大型復(fù)雜沖壓件工序組合是提高生產(chǎn)率和設(shè)備利用率、減少多次定位誤差、保證加工精度的有效手段。工序組合遵循的基本原則主要包括：</p><p>　?。?）相同性質(zhì)的成形內(nèi)容在滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求的條件下，盡量組成一道工序，即工序聚類原則。</p><p>　　（2）在保持工序數(shù)不變的情況下，盡量使得各工序模具的復(fù)雜程

53、度一致，即工序均衡原則。</p><p>　?。?）根據(jù)過去的成功經(jīng)驗進行工序組合，如修邊和沖孔工序組合為一道工序，翻邊和整形工序組合為一道工序。常用的工序組合方式見表2-2，表中√和△分別表示最優(yōu)先和次優(yōu)先采用的工藝組合方式。Ο表示次較少采用的工藝組合方式。例如落料與拉延組合僅限于落料形狀是切角的時候；拉延與沖孔組合僅限于在壓料面上沖定位孔；翻邊與修邊的組合僅限于向下翻邊的工藝。因此，工序組合不僅僅是簡單的組合

54、問題，更包含了成形工藝、模具設(shè)計和生產(chǎn)操作等多方面的復(fù)雜決策問題。</p><p>　　根據(jù)車車門外板窗臺加強板的零件的特點，以及覆蓋件的工序組合知識，可以初步 定成形工序有拉延，修邊、沖孔，沖孔、分切。</p><p><b>　　2.工藝排序知識</b></p><p>　　工藝排序知識是用于指導(dǎo)安排工序順序，以便形成合理工藝路線的規(guī)則或原

55、則。根據(jù)生產(chǎn)實踐和專家經(jīng)驗，可總結(jié)出以下工序排序的知識：</p><p>　?。?）基本工藝路線：</p><p>　　落料→拉延→修邊→翻邊（帶翻邊特征）；落料→拉延→修邊（不帶翻邊特征）；落料→成形（僅包含成形特征）。</p><p>　　表2-2 覆蓋件沖壓組合方式</p><p>　?。?）基本工序順序：各工藝特征在成形沖壓件時，應(yīng)遵

56、循基本的成形順序。例如，先落料后拉延；修邊在拉延工序后進行；翻邊一般安排在修邊、沖孔之后。</p><p>　?。?）局部工序順序：根據(jù)形狀特征到工藝特征的映射變換，各個形狀特征映射出來的工藝特征組具有一定的成形先后順序，例如，在翻孔特征對應(yīng)著沖孔和翻邊工序，且先沖孔后翻邊。</p><p>　　結(jié)論：該車門外板窗臺加強板的零件外形尺寸大，而且長寬比較大，可以考慮一模兩件，這樣可以提高生產(chǎn)

57、效率，提高板料的利用率。因為板料厚度比較薄，凸出和凹陷的部位分布均勻，可以采用基本工序即：落料→拉延→修邊（不帶翻邊特征）。而首次工序拉延是后面成形的基礎(chǔ)，在拉延過程也常常出現(xiàn)各種缺陷，如拉裂、起皺。</p><p><b>　　3.成形工藝分析</b></p><p>　　零件的最大長度為835.01mm，最大寬度為101.38mm，因此考慮一次成形兩個零件。在拉延

58、過程中為了防止起皺，通常設(shè)置壓邊料和反拉深的方法。生成工藝補充面的制件圖如圖2-3所示，可以估計毛坯的尺寸長1500mm，寬800mm。因此這是一個復(fù)雜的大型覆蓋件，毛坯的形狀為規(guī)則的矩形，故可以直接采用剪板機剪裁下料。</p><p>　　汽車車門外板窗臺加強板需要四個工序可以成形，首先是拉延，其次是沖非標(biāo)準(zhǔn)孔，接著是沖標(biāo)準(zhǔn)孔，最后是分切。考慮到汽車車門外板窗臺加強板形狀特點，其成形過程受力不均勻，必須制定一套

59、合理的工藝方案，其優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率。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形法，本次成形也可以只設(shè)定一次成形法。為了創(chuàng)造一個良好的拉延條件，通常將孔補滿，再加添上工藝補充部分，構(gòu)成一個拉延件。拉延后零件成形的好壞直接影響到最后的零件質(zhì)量的好壞，因此本文針對零件拉延工藝性進行分析，在此基礎(chǔ)上，主要對拉延成形過程進行數(shù)值模擬，確定并優(yōu)化了拉延工序的工藝方案，最后設(shè)計出一套合理的拉延模。</p

60、><p>　　圖2-4 車門外板窗臺加強板制件圖</p><p>　　4.拉延成形優(yōu)化工藝方案流程</p><p>　　拉延成形優(yōu)化工藝方案的一般流程如圖2-4所示，對于車門外板窗臺加強板這一覆蓋件的拉延成形而言，工藝分析是否合理，需要采用有限元數(shù)值模擬軟件進行分析，調(diào)整具體的參數(shù)，進而判斷設(shè)計的合理性。</p><p>　　圖2-5 拉延工藝方

61、案優(yōu)化流程</p><p>　　第三章 汽車車門外板窗臺加強板的成形模擬及優(yōu)化</p><p>　　3.1 Dynaform軟件簡介</p><p>　　3.1.1 Dynaform的功能</p><p>　　Dynaform軟件是由ETA公司研制的基于LS-DYNA的鈑金沖壓分析軟件包，它把LS-DYNA、LS-NIKE3D強大的分析能

62、力與EMB的流程化前后處理功能結(jié)合起來。Dynaform分析的求解器是LS-DYNA和LS-NIKE3D，這兩個程序是通用的、非線性的、動態(tài)的有限元分析程序，利用顯式和隱式計算方法來解決結(jié)構(gòu)及流體等問題，已經(jīng)成功地應(yīng)用于鈑金沖壓的數(shù)值模擬。Dynaform包括板料成形分析所需的與軟件的接口、前后處理、分析求解等功能。同時，近幾年來加強了隱式算法的開發(fā)，實現(xiàn)了顯、隱無縫集成的功能，在完成沖壓分析后，自動切換到隱式求解器進行回彈分析。在回彈

63、分析過程中，可以采用大的時間步長，提高回彈的計算效率。</p><p>　　Dynaform的主要功能包括分析拉深、成形、彎曲、翻邊、切邊等板料成形過程中的不同工序，也可以進行多步成形(或多工序加工)分析。通過用戶己定義好的沖壓工藝及模具曲面形狀來預(yù)測成形狀態(tài)，其中包括減薄拉裂、起皺、回彈等各種問題;同時可以對成形力、壓邊力、拉深筋、模具磨損等各種工藝問題進行分析，以便優(yōu)化工藝和模具設(shè)計。因此本次設(shè)計可以選用Dy

64、naform的這些功能對車門外板窗臺加強板進行工藝改善。</p><p>　　3.1.2 Dynaform性能的特點</p><p>　　板料成形過程的物理描述是：在模具各部件（通常是凸模、凹模和壓料板）的共同作用下，板料發(fā)生大變形，板料成形的變形能來自強迫模具部件運動的外功，而能量的傳遞完全靠模具與板料的接觸和摩擦。因此我們假設(shè)：模具為剛體，模具的運動課直接作為沖壓系統(tǒng)的位移邊界條件。

65、將沖壓過程的物理模型轉(zhuǎn)化為力學(xué)模型，即動量方程、邊界條件、初始條件。課描述為：在給定的模具位移條件下，求得板料的位移函數(shù)，并在任意時刻同時滿足動量方程、邊界條件和初始條件。這些都可以通過有限元的分析模擬。Dynaform軟件主要可以分為三個模塊：</p><p>　?。?）Dynaform前處理：首先，它具有強大的圖形文件導(dǎo)入功能，能夠方便而無數(shù)據(jù)丟失的讀入IGES格式文件以及UG、Pro-E、等主流CAD軟件圖

66、形文件，同時我們一額可以在Dynaform中很放方便的創(chuàng)建點、線、面等幾何模型。做到從從導(dǎo)入幾何模型開始到計算結(jié)果的獲得，無需再借助其他工具就可以方便地完成。其次，Dynaform具有強大的網(wǎng)格自動剖分功能。它不但可以得到高精度的工具網(wǎng)格，也可以產(chǎn)生我們所需的四邊形網(wǎng)格和三角形網(wǎng)格，我們無須花費更多的時間對網(wǎng)格進行修補，可以節(jié)省大量時間。再次，Dynaform中最具特色的DFE（Die-Face Engineering）模塊，方便我們對

67、模具進行設(shè)計。可以完成網(wǎng)格剖分、網(wǎng)格邊界自動光滑、對稱的定義、法蘭各種工藝補充面的設(shè)計、拉延筋的設(shè)計，沖壓方向的調(diào)整，內(nèi)部空洞的自動補充，模具的定位等。最后，Dynaform中的BSE(Blank Size Engineering)模塊，可以方便設(shè)計坯料的形狀，并且可以得到排樣結(jié)果報告。</p><p>　?。?）Dynaform求解器：Dynaform的求解器采用了非線性動力顯式有限元軟件LS-DYNA。包括豐

68、富的材料模型和單元模型，可以根據(jù)實際沖壓的材料選擇合適的材料模型和單元類型。</p><p>　?。?）Dynaform后處理：可以用云圖顯示板料變形后的應(yīng)力、應(yīng)變信息，材料的厚度分布信息等。這樣，最后車門外板窗臺加強板拉延成形效果可以看的很直觀?？梢苑奖?lt;/p><p>　　3.1.3 Dynaform進行成形分析的一般過程</p><p>　　(1)讀入成形零件

69、幾何模型并進行有限元網(wǎng)格劃分。</p><p>　　成形零件的幾何模型通常由CAD軟件(如Pro-E，UG等)設(shè)計獲得，由板料成形數(shù)值模擬軟件直接導(dǎo)入其幾何模型(如Pro-E的*.Prt文件等)，或采用圖形數(shù)交換標(biāo)準(zhǔn)IGES文件導(dǎo)入幾何模型。然后利用板料成形數(shù)值模擬軟件的網(wǎng)格劃分模塊對該零件進行有限元網(wǎng)格單元劃分。如果該零件幾何模型中不包括工藝補充面部分，可應(yīng)用板料成形數(shù)值模擬軟件提供的模面設(shè)計功能，生成該零件的

70、工藝補充面。</p><p><b>　　(2)定義成形工具</b></p><p>　　根據(jù)成形零件的結(jié)構(gòu)尺寸和所使用的沖壓設(shè)備的不同，拉深?？煞譃閱蝿永钅：碗p動拉深模。成形數(shù)值模擬時應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)，定義相應(yīng)的成形工具。</p><p><b>　　(3)定義毛坯</b></p><p>

71、　　在生成毛坯前，應(yīng)首先進行毛坯尺寸的計算，利用一步成形法進行坯料尺寸和形狀的生成是當(dāng)前板料成形數(shù)值模擬軟件提供的重要功能。利用坯料的邊界輪廓生成毛坯的網(wǎng)格單元模型。同時在定義毛坯時應(yīng)設(shè)置殼單元類型、板料的材料屬性和接觸類型等。</p><p><b>　　(4)定義拉深筋</b></p><p>　　設(shè)置拉深筋是板料成形中控制沖壓件成形的主要手段之一。拉深筋的根本作

72、用是為變形區(qū)板材提供附加阻力，合理改變變形區(qū)板材的受力狀態(tài)，達到順利成形的目的。在成形數(shù)值模擬中，拉深筋可以用兩種方法來實現(xiàn):一種是建立真實的拉深筋幾何模型，這種方法計算精度較高，但需要對板料進行網(wǎng)格細化，大大增加計算時間;另一種是建立等效拉深筋模型，即用等效的約束邊界條件來代替實際拉深筋的影響，這種方法計算效率高、調(diào)整方便，所以得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　(5)設(shè)置成形參數(shù)<

73、/b></p><p>　　成形參數(shù)包括載荷、模具的運動控制和邊界條件的設(shè)置等。</p><p><b>　　(6)求解器計算</b></p><p>　　在生成求解器輸入文件前，還應(yīng)設(shè)置求解器參數(shù)，如自動適應(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(如LS-DYNA的DYNA控制文件*.dyn和DYNA模

74、型文件*.mod)，提交給求解器進行計算。</p><p><b>　　(7)后置處理</b></p><p>　　求解器完成計算后，必須對計算結(jié)果進行后置處理，以圖形方式來直觀地顯示計算結(jié)果，實現(xiàn)計算的可視化。后置處理模塊的功能包括:</p><p>　?、賾?yīng)力、應(yīng)變和厚度的等值線圖，通過等值線圖可以直接觀察出應(yīng)力、應(yīng)變和厚度的分布情況;&l

75、t;/p><p>　?、趹?yīng)力、應(yīng)變和厚度的云圖，云圖可對不同等值線區(qū)域用不同的顏色進行填充，這樣可以更加形象地反映出應(yīng)力、應(yīng)變和厚度的分布情況;</p><p>　　③成形極限圖的顯示，可以直觀、方便地判斷板料的成形性;</p><p>　?、茏冃芜^程的動畫顯示，可以直觀地觀察變形過程;</p><p>　　⑤截面應(yīng)力、應(yīng)變等物理量變化顯示;&l

76、t;/p><p>　　⑥根據(jù)分析計算結(jié)果，可以對板料成形過程的成形參數(shù)或模具提出修改意見，指導(dǎo)實際的模具設(shè)計。</p><p>　　3.2汽車車門外板窗臺加強板模擬的過程</p><p>　　3.2.1 汽車車門外板窗臺加強板模擬的前處理</p><p>　　（1）將UG平臺建好的零件曲面模型以iges的格式輸人到Dynaform中，對零件模型進

77、行一定的簡化后，劃分網(wǎng)格，檢查并修補網(wǎng)格。刪除重疊的單元，調(diào)節(jié)平板法向一致。一般來說，板料單元尺寸和模具圓角處單元尺寸是最重要的考慮因素，也是人們討論得最多的因素。板料單元尺寸對成形計算的精度影響巨大，劃分得越密，描述越準(zhǔn)確，成形時與模具貼合越緊密，計算精度也高。模具圓角處單元的大小直接代表了對模具形狀描述的準(zhǔn)確性，板料流經(jīng)模具圓角時會產(chǎn)生劇烈彎曲變形，所以模具圓角處單元尺寸和板料單元尺寸之間也存在一定的配合問題。Dynaform中板料

78、網(wǎng)格采用自適應(yīng)網(wǎng)格(Adaptive Mesh)的網(wǎng)格劃分方法，凹模與凸模的圓角網(wǎng)格尺寸為圓角尺寸的1/5倍。圖3-1為導(dǎo)入零件后劃分網(wǎng)格的模擬圖。網(wǎng)格最大尺寸為10mm，還要檢查是否有重貼的單元、內(nèi)角以及錐度。</p><p>　　圖3-1 零件劃分網(wǎng)格圖</p><p>　?。?）通過Dynaform中的模面設(shè)計DFE-Preparation-INNER FILL進行內(nèi)部空洞填充，利用

79、DFE-Preparation-OUTER SMOOTH對模型邊界進行光滑處理，利用DFE-Addendum生成工藝補充面。</p><p>　?。?）通過偏置處理生成壓料面最后創(chuàng)建過渡面。然后根據(jù)毛坯的形狀創(chuàng)建矩形毛坯并且通過坯料工程定義，對毛坯也進行網(wǎng)格劃分。</p><p>　?。?）在Quick Setup－Draw Die（快速設(shè)置）中對各部件定義，偏移生成凸模。最后完成前處理后

80、的汽車車門外板窗臺加強板有限元分析模型如圖所示：</p><p>　　圖3-2有限元的分析模型</p><p>　　3.2.2仿真參數(shù)的設(shè)定及提取計算</p><p>　　在成形分析中使用的工藝參數(shù)，有些要符合實際情況，有些為了適應(yīng)分析，需要進行調(diào)整。</p><p>　?。?）沖壓速度：我們希望沖壓速度越快越好，這樣可以提高生產(chǎn)效率。但是，

81、過快的沖壓速度，會引起板料塑性變形不充分，還可能會導(dǎo)致板料內(nèi)部應(yīng)力的集中，增加制件的破裂傾向。因為，金屬的塑性變形實質(zhì)上是由位錯運動引發(fā)晶體滑移的結(jié)果，如果沖壓速度過快，會導(dǎo)致位錯運動來不及充分發(fā)生，因而金屬的塑性變形也就不能完全進行。另一方面，沖壓速度過快，極易造成變形劇烈區(qū)域的最大拉應(yīng)力在瞬間達到或超過板料的極限拉應(yīng)力或者是最大剪切應(yīng)力瞬間達到金屬晶體滑移的極限剪切強度而造成局部破裂。沖壓速度也不能太慢，雖然慢的沖壓速度有利于板料的

82、塑性變形，但是會降低生產(chǎn)效率。</p><p>　　所以，沖壓速度必須選擇適當(dāng)，既要能使板料的塑性變形發(fā)生完全，又要兼顧實際的生產(chǎn)效率的提高。為了提高模擬分析計算的效率，往往需要對實際生產(chǎn)的沖壓速度放大若干倍來進行實驗如果選用實際值，往往需要很長的計算時間。因此在顯式的板料成形有限元分析時，要采用虛擬沖壓速度。同時，考慮到人工動態(tài)效應(yīng)，建議虛擬沖壓速度最大值在2～5m/s，本例分析中的沖壓速度為5m/s。<

83、/p><p>　?。?）壓邊力：在拉深成形過程中，壓邊力及拉延筋的布局與大小是最容易引起拉深件產(chǎn)生拉裂和起皺的因素。板料在通過壓邊圈的時候，受到壓邊力的作用，會使板料流動的趨勢發(fā)生改變。壓邊力過大，板料和壓邊圈之間的摩擦力就大，使板料經(jīng)過壓邊圈的時候流動非常困難，因而引起板料被拉裂；壓邊力過小，板料受到的壓力就小，因而材料流動非常容易，使得某些地方（如拉深件底部圓角部分）累計過多的材料，從而產(chǎn)生皺折。</p&g

84、t;<p>　　因此，壓邊力的確定要綜合考慮是否引起拉裂或者起皺。一般來說，較大的壓邊力可以使板料發(fā)生較為充分的塑性變形，減少成形后的回彈。由此可見，一個大小適當(dāng)?shù)膲哼吜?，不但可以使板料在成形過程中既能發(fā)生完全的塑性變形，又能有效的減少拉裂和起皺的產(chǎn)生，還可以減少成形后的回彈。因此，在保證板料成形不發(fā)生拉裂的前提下，盡可能選擇較大的壓邊力。壓邊力由公式：</p><p><b>　?。?-

85、1）</b></p><p>　　其中F—壓邊力（N）</p><p>　　P—單位面積壓邊力（MPa），(對于料厚大于0.5mm的板料，一般取P值在2-2.5MPa，這里DC04板料厚度為1.2mm，因此取2.5MPa)</p><p>　　S—壓邊面積，由Dynaform計算出，汽車左右車門外板窗臺加強板拉深成形時的有效壓邊面積為，由此可得：<

86、/p><p>　　選取壓邊力200kN，摩擦系數(shù)為0.12，接觸方式選用雙向(faee to face)接觸。模具為單動倒裝結(jié)構(gòu)，成形分析分兩個階段，即壓邊階段和沖壓階段。壓邊圈閉合速度為2m/s.最小壓邊圈行程為50mm，上下模的間隙為0.12mm(毛坯厚度的10%)毛坯之間的間隙為0.6mm(毛坯厚度的50%)其他選用默認參數(shù)。如圖3-3所示:</p><p>　　設(shè)置完畢以后，啟動求解器

87、LS-DYNA對模擬模型進行求解計算。</p><p>　　圖3-3模擬參數(shù)設(shè)置</p><p>　　3.3汽車車門外板窗臺加強板模擬結(jié)果及分析</p><p>　　在Dynaform的后處理模塊中提取沖壓模擬結(jié)果，分析零件的成形情況。</p><p>　　試模過程存在最大的問題起皺和拉裂，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前可以通過模擬計算預(yù)測起皺和拉裂情

88、況，進而對工藝參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　圖3-4所示為沖壓模擬后板料的成形極限圖，其中紅色表示有破裂的現(xiàn)象，黃色表示破裂危險區(qū)、綠色表示成形安全區(qū)、藍色表示有起皺傾向、粉色表示為起皺區(qū)，紫色表示起皺嚴重區(qū)域。通過成形極限圖(FLD)我們可以看出，在成形過程中車門外板窗臺加強板該零件中有黃色的小點，即有小部分區(qū)域出現(xiàn)了拉裂現(xiàn)象，而零件的中間部位出現(xiàn)較大面積的灰色區(qū)域，表示該區(qū)域成形比較困難，并且在零件

89、兩端紅色區(qū)域比較大，即存在嚴重的起皺現(xiàn)象。另外在成形極限圖即FLD線外有一些紅色的點，表示在零件中還有有縮頸現(xiàn)象，分析后得出本次車門外板窗臺加強板成形效果很差。這說明要得到質(zhì)量比較好的零件，就要求我們對影響拉延成形的因數(shù)進行分析和重新調(diào)整，以達到期望的成形效果。</p><p>　　圖3-5為車門外板窗臺加強板的厚度情況變化圖，紅色部分代表是變薄區(qū)，藍色是增厚區(qū)。由圖中可以看出該零件大部分是藍色的區(qū)域和綠色的安全

90、區(qū)域，右邊的拐角處出現(xiàn)少量的紅色部分，表示該區(qū)域變薄危險區(qū)，結(jié)合成形極限圖比較，該部分是拉裂區(qū)域。故從成形圖中分析，之前設(shè)置的參數(shù)不太合理，需要改進。</p><p>　　圖3-4 汽車車門外板窗臺加強板成形極限圖</p><p>　　圖3-5 汽車車門外板窗臺加強板厚度分布圖</p><p>　　3.4 優(yōu)化方案設(shè)計分析</p><p>　

91、?。?）起皺現(xiàn)象的分析</p><p>　　拉深件主要容易產(chǎn)生兩類起皺現(xiàn)象，凸緣起皺和筒壁起皺，其主要原因是由于拉深時板料受壓縮變形而引起的，通常采用提高板內(nèi)徑向拉應(yīng)力來消除皺紋。</p><p>　　其具體調(diào)整方法如下：</p><p>　　1、壓邊力不足引起的起皺，當(dāng)皺紋在制件四周均勻產(chǎn)生時，應(yīng)判斷為壓料力不足，致使材料流入凹模過快，使材料產(chǎn)生堆積造成起皺逐漸加

92、大壓料力即可消除皺紋；</p><p>　　2、當(dāng)拉伸錐形件和半球形件時，拉伸開始時大部分材料處于懸空狀態(tài)，容易產(chǎn)生側(cè)壁起皺，故除增加壓邊力外，還應(yīng)采用增加拉伸筋來增大板內(nèi)徑向拉應(yīng)力，消除皺紋。凹模圓角半徑太大，會增大坯料懸空部位，減弱控制起皺的能力，調(diào)整時可適當(dāng)減小凹模圓角半徑。</p><p>　　3.可以在壓料面上設(shè)置拉延筋，調(diào)節(jié)進料阻力的分布。提高零件的剛度，防止拉延成形時懸空部位

93、的起皺和畸形。</p><p>　?。?）縮頸現(xiàn)象的分析</p><p>　　縮頸現(xiàn)象可能是由于壓邊力和沖壓速度不合適，導(dǎo)致材料成形中受力不均勻。通?？梢詫⑺俣群蛪哼吜ι晕⒏淖円幌?，在實際生產(chǎn)中還可以通過使用潤滑油(放凸模R角，批量生產(chǎn)不可能涂油的，要多道工序)，減小摩擦阻力。</p><p>　?。?）破裂現(xiàn)象的分析</p><p>　　拉

94、延件的拉裂是由于拉延是的筒壁傳力區(qū)拉應(yīng)力超過了危險斷面處材料的抗拉強度極限。影響拉裂的主要因素有拉延的變形程度、材料的力學(xué)性能、模具工作部分的幾何尺寸、壓邊力的大小以及潤滑條件等。為防止拉裂，可以根據(jù)板料的成形性能，采用適當(dāng)?shù)睦畋群蛪哼吜?，在凸緣部分設(shè)置合適的拉延筋，以及改善凸緣部分的潤滑條件。</p><p>　　總結(jié)：經(jīng)過理論和實際的經(jīng)驗分析，可以從拉延速度，壓邊力和是否設(shè)置拉延筋這三個方面來進行參數(shù)的改進

95、和優(yōu)化。</p><p>　　3.5.模擬方案的比較</p><p>　?。?）沖壓速度的選擇</p><p>　　在沒有拉延筋的條件下，模具運動行程速度分別采用3000mm/s，4000mm/s，5000mm/s三種不同的沖壓速度。合模速度都是2000mm/s，壓邊力均為200kN。模擬比較不同沖壓速度條件下的零件的成形情況，如下表3-1所示：</p>

96、<p>　　表3-1 沖壓速度對成形效果的影響</p><p>　　因此沖壓速度為4000mm/s左右的時候，拉裂現(xiàn)象都已經(jīng)不明顯了，還是有少量的縮頸區(qū)域，但是對起皺現(xiàn)象改善不是很明顯。其成形極限圖3-6如下：</p><p>　　圖3-6 沖壓速度4m/s時的成形極限圖</p><p>　?。?）壓邊力的調(diào)整：還是在沒有拉延筋的情況下，模具運動速度選

97、為4000mm/s時，合模速度還是2000mm/s，壓邊力取180kN、190kN 、200kN。通過不同的壓邊力調(diào)節(jié)看壓邊力對零件成形情況的影響程度。結(jié)果如表3-2，圖3-7中表示壓邊力為200kN時候的成形極限圖，可以看出來其成形效果得到改善，拉裂和縮頸完全沒有，而且能夠完全成形，當(dāng)壓邊力小于190kN時候，零件是不能完全成形的。</p><p>　　表3-2 壓邊力對成形情況的影響</p>&

98、lt;p>　　圖3-7 壓邊力為200kN時的成形極限圖</p><p>　?。?）等效拉延筋的設(shè)置。以上的模擬可以分析出壓邊力的大小對起皺有了一定的改善，但是不能完全消除，這個時候通過設(shè)置拉延筋比較成形的情況。即這個時候拉延模模具的沖壓速度為4000mm/s，壓邊力為200kN時候，設(shè)置四根拉延筋，即模擬的前處理過程中在壓料面的四周用四根直線代替，即為等效拉延筋模型，如圖3-8所示，拉延筋的鎖模力為表3-

99、3，拉延筋的參數(shù)為圖3-9，我們可以對拉深速度和厚度進行調(diào)整。</p><p>　　圖3-8 等效拉延筋的分布</p><p>　　表3-3拉延筋的鎖模力分布</p><p>　　圖3-9 拉延筋的各向參數(shù)</p><p>　　其成形極限圖如圖3-10所示，其周圍的起皺區(qū)域減少，成形效果明顯的到改善，因此拉延筋的設(shè)定對本零件的成形工藝是一個極

100、大的影響因素。</p><p>　　圖3-10 設(shè)置拉延筋后的成形極限圖</p><p>　　綜合以上不同情況下的模擬結(jié)果進行比較，可以知道壓邊力對該零件成形效果影響最大，拉延筋次之，沖壓速度對成形效果影響相對較小。</p><p><b>　　3.6模擬方案總結(jié)</b></p><p>　?、贌o拉深筋狀態(tài)下，選用沖壓速

101、度4000mm/s，調(diào)節(jié)確定合適的壓邊力，本文選用200KN，原因是本文所用的零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致拉深筋的調(diào)節(jié)復(fù)雜化。在190kN的壓邊力下中間區(qū)域已經(jīng)接近完全延展?fàn)顟B(tài)。同時選用較小的壓邊力也較容易看出不同位置的拉深筋的調(diào)節(jié)效果。本次模擬選用180kN、190kN、200kN三個壓邊力不同的而調(diào)節(jié)值。</p><p>　?、谠冖龠x定的壓邊力下，調(diào)節(jié)拉深筋，使零件盡可能多的部分充分拉伸，避免開裂和消除起皺。在無筋狀態(tài)

102、下已經(jīng)充分延展的區(qū)域用較小的鎖模百分比，在起皺和多料區(qū)域加大鎖模百分比，進行多次模擬，得到拉深筋的最佳調(diào)節(jié)。</p><p>　?、墼谡{(diào)整完拉深筋之后，再調(diào)節(jié)壓邊力，確定最佳壓邊力。</p><p>　?、艽_定壓邊力，調(diào)節(jié)摩擦系數(shù)和沖壓速度，比較模擬結(jié)果。</p><p>　?、萑鐖D3-11為最后優(yōu)化后的成形極限圖，只有在壓料面的四周會仍然會有起皺區(qū)域，但是這一部分

103、坯料將會在后面的剪切工序中被剪切掉，故不影響最后的零件成形效果，可以不用考慮。</p><p>　?、奕鐖D3-12為最后成形厚度分布圖，從圖中看出：成形件的最大厚度為1.2255mm，最小厚度為0.9805，增厚0.0255mm，增厚率為2.55%，減薄了0.219mm，減薄率為18.2%，與成形極限圖結(jié)合比較，都在安全范圍內(nèi)。</p><p>　?、咂囓囬T外板窗臺加強板的模擬，最優(yōu)的工

104、藝參數(shù)組合為：沖壓速度5000mm/s，壓邊力200 kN，摩擦系數(shù)為0.1，模具間隙值為0.12mm，拉延筋的厚度為1.2mm，為了簡約成本好而設(shè)計的方便，拉延筋的材料可以與零件的材料同即為DC04。</p><p>　　圖3-11 優(yōu)化后的汽車車門外板窗臺加強板成形極限圖</p><p>　　圖3-12 優(yōu)化后汽車車門外板窗臺加強板成形厚度分布圖</p><p>

105、;　　第4章 汽車車門外板窗臺加強板拉延模設(shè)計</p><p>　　覆蓋件拉延模設(shè)計大體分為模具型面設(shè)計、成形性分析和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計3個階段。成形性分析在上一章節(jié)模擬中已經(jīng)完成，本章主要是根據(jù)工藝方案進行型面設(shè)計，并采用三維造型軟件UG進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　4.1汽車車門外板窗臺加強板拉延模型面設(shè)計</p><p>　　4.1.1拉延類型的判斷（為什

106、么前面有個大黑點）</p><p>　?。?）拉延模是保證制成合格覆蓋件最主要的裝備，其作用是將平板狀毛坯經(jīng)過拉延工序使之成形為復(fù)雜空間覆蓋件零件。形狀簡單、深度較淺的覆蓋件一般采用倒裝拉延模，采用單動壓力機來成形，倒裝拉延模的凸模和壓邊圈在下，凹模在上，凸模直接安裝在工作臺上，壓邊圈則使用壓力機下面的頂出缸，通過頂出桿獲得所需的壓料力。如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 倒裝

107、單動拉延模</p><p>　?。?）對于形狀復(fù)雜、深度較深的覆蓋件必須采用正裝拉延模，采用雙動壓力機來成形，正裝拉延模的凸模和壓邊圈在上，凹模在下，凸模安裝在內(nèi)滑塊上，壓邊圈安裝在外滑塊上，成形時外滑塊首先下行，壓邊圈將毛坯緊緊壓在凹模面上，然后內(nèi)滑塊下行，凸模將毛坯引伸到凹模腔內(nèi)，毛坯在凸模、凹模和壓邊圈的作用下進行大塑性變形，如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 倒裝雙動拉