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

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(jì)現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2國外汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3國內(nèi)外覆蓋件模具設(shè)計(jì)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(tái)

3、加強(qiáng)板成形工藝分析7</p><p>　　2.1 覆蓋件的成形特點(diǎn)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(tái)加強(qiáng)板工藝方案的擬定9</p><p>　　第三章 汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)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(diǎn)12</p><p>　　3.1.3 Dynaform進(jìn)行成形分析的一般過程13</p><p>　　3.2汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板模擬的過程14</p><p>　　3.2.1 汽車車門

5、外板窗臺(tái)加強(qiáng)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(jì)算15</p><p>　　3.3汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板模擬結(jié)果及分析16</p><p>　　3.4 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)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(tái)加強(qiáng)板拉延模設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板拉延模型面設(shè)計(jì)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(tái)加強(qiáng)板型面設(shè)計(jì)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(jì)25</p><p>　　4.1.5工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1.6拉延筋的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1.7工藝切口的設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.2 拉延模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xiàn)41</b></p><p><b>　　附 錄42</b></p><p>

9、<b>　　引 言</b></p><p>　　車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板的沖壓成形力學(xué)過程是非常復(fù)雜的，相對(duì)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(diǎn)，傳統(tǒng)上都采用“設(shè)計(jì)—試制—發(fā)現(xiàn)問題—再設(shè)計(jì)—再試制—再發(fā)現(xiàn)問題”的循環(huán)設(shè)計(jì)方法，直到模具滿足要求為止，但這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法要求設(shè)計(jì)人員有比較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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(jì)算機(jī)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(jì)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，節(jié)省物質(zhì)資源，減少對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴，降低對(duì)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(jī)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(jì)旨在讓學(xué)生掌握大型覆蓋件的成形過程，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)初步提出一個(gè)設(shè)計(jì)方案。并借助Dynaform軟件，對(duì)車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)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(duì)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(shí)踐工作的基礎(chǔ)之，針對(duì)拉延筋，工藝補(bǔ)充面和壓料面的具體設(shè)計(jì)來對(duì)成形進(jìn)行改善。初步的預(yù)計(jì)，對(duì)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(jìn)而提高材料的利用

12、率，產(chǎn)品的質(zhì)量和模具設(shè)計(jì)的效率。最后通過UG對(duì)拉延模具進(jìn)行簡單的設(shè)計(jì)。</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(dòng)機(jī)、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(gè)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(qiáng)度和剛度以保證車身抵御塑性變形和降低車身振動(dòng)。</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(jī)械產(chǎn)品相比，汽車覆蓋件模具的設(shè)計(jì)制造呈現(xiàn)出以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：</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(dòng)、資金最密集型的產(chǎn)業(yè)；二是汽車覆蓋件模具對(duì)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(duì)經(jīng)驗(yàn)依賴程度大，經(jīng)驗(yàn)的多少將會(huì)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(shí)驗(yàn)與探索。汽車覆蓋件模具的上述特點(diǎn)決定了對(duì)模具人才的素質(zhì)、專業(yè)能力要求非常高，而且對(duì)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(jì)、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(duì)發(fā)展較慢，還沿襲“師傅帶徒弟”的做法，使許多好的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)得不到全面應(yīng)用與推廣，所以針對(duì)可靠的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)和由這些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而成的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

16、的總結(jié)勢在必行。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)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(jì)中的應(yīng)用并沒有實(shí)質(zhì)性的飛躍。所以在通用CAD基礎(chǔ)之上針對(duì)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(jì)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(huì)嚴(yán)重影響汽車設(shè)計(jì)的開發(fā)周期和外觀質(zhì)量，對(duì)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(jì)以及沖壓回彈補(bǔ)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(jì)的現(xiàn)狀：</p><p>　　1） 沖壓工藝過程圖（DL圖）是對(duì)沖壓制件的材料、功能、形狀、品質(zhì)等進(jìn)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(hào)對(duì)各工序模具設(shè)計(jì)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(dá)方式的DL（標(biāo)出兩個(gè)單詞）圖仍然是國內(nèi)模具設(shè)計(jì)主要依據(jù)。在沖壓工藝定制方面，國內(nèi)

19、一些水平相對(duì)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(jìn)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(dòng)的檢查以及負(fù)角的檢查；沖壓工藝補(bǔ)充面的創(chuàng)建依然采用手工補(bǔ)面的方式；第一沖壓沖擊線不能直觀地進(jìn)行分析檢查；修邊線需要借助其他分析軟件獲得或手工計(jì)算；不能直觀地對(duì)沖壓工序各模型進(jìn)行空間布置及對(duì)沖壓件在各工序之間進(jìn)行搬運(yùn)進(jìn)

20、行直觀地干涉檢查。二維DL圖的使用以及手工進(jìn)行計(jì)算分析導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)的工作量較大以及存在著沖壓工藝可靠性差的風(fēng)險(xiǎn)。</p><p>　　隨著有限元技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，冷沖模具的設(shè)計(jì)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(jì)和加工定量化，能夠預(yù)先對(duì)沖壓工藝方案進(jìn)行分析， 最終得到理想的沖壓參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化， 節(jié)省資源并減少對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依

21、賴，降低對(duì)技術(shù)工人的要求。事實(shí)上，這種技術(shù)的結(jié)合能夠大大降低設(shè)計(jì)的成本，改變傳的浪費(fèi)過多時(shí)間成本的“設(shè)計(jì)→試制→發(fā)現(xiàn)問題→再設(shè)計(jì)→再試制→再發(fā)現(xiàn)問題”的生產(chǎn)方式，可以在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)的效率，有效縮短模具設(shè)計(jì)及生產(chǎn)周期。</p><p>　　2） 近幾年來，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)轉(zhuǎn)到采用三維CAD軟件進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)，但由于缺少專業(yè)的覆蓋件模具設(shè)計(jì)

22、模塊的支持，或者目前所具有的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊不適合國內(nèi)模具設(shè)計(jì)的國情，因此目前主要采用非參數(shù)化的實(shí)體創(chuàng)建、線拉伸等通用建模功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(jì)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(bǔ)償方面存在著許多障礙。型面的補(bǔ)償幾乎都是采用刪除原有圖形，利用曲線、曲面命令重新進(jìn)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(bǔ)當(dāng)前三維模型回彈補(bǔ)償?shù)牟蛔恪?lt;/p><p>　　1.2.2國外汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)系統(tǒng)。伴隨著計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的突飛猛進(jìn)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(jì)與制造。七十年代，美國通用汽車公司以UG為平臺(tái)開發(fā)出了 sheetMeta1Design、 PunchPress等飯金和沖壓設(shè)計(jì)模塊，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)板金件設(shè)計(jì)，車身設(shè)計(jì)，覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)(包括沖壓方向選擇，

25、工藝余量補(bǔ)充，壓邊面形狀設(shè)計(jì)和修邊線確定)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，目前該系統(tǒng)正處于試運(yùn)行階段。與此同時(shí)，美國福特汽車公司在其車身設(shè)計(jì)的PDGS系統(tǒng)中開發(fā)出了StamPingEngineering以CAD/CAM模塊進(jìn)行覆蓋件產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)。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(jī)交互的方式完成工藝補(bǔ)充面、壓料面、拉延臺(tái)階、拉延筋等覆蓋件特有要素的造型，同時(shí)以幾何分析為手段，從凸模接

26、觸區(qū)擴(kuò)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(duì)覆蓋件的成</p><p>　　目前國外先進(jìn)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(jì)以及高效率的回彈補(bǔ)償專用工具，進(jìn)行沖壓工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)、分析和數(shù)控加工編程，國外先進(jìn)模具制造業(yè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)是通過企業(yè)在通用的三維CAD環(huán)境下自主進(jìn)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(jì)技術(shù)軟件化，形成了企業(yè)獨(dú)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)

27、的三維沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和回彈補(bǔ)償?shù)饶＞邔Ｓ玫脑O(shè)計(jì)平臺(tái)，它凝結(jié)了這些模具企業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)。在專業(yè)平臺(tái)上進(jìn)行覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)，極大地提高了覆蓋件模具設(shè)計(jì)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(jì)的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)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(jì)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(gè)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(duì)各類模具的特點(diǎn)，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(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)

29、NX一PDW。以色列Cimatron公司的模具設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)Quick。英國DELCAM公司的塑料模設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)PS-Moldmaker。法國MISSle1Software公司的級(jí)進(jìn)模專用軟件TopProgress。日本UNISYS株式會(huì)社的塑料模設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)CADCEUS等。這些軟件的技術(shù)特點(diǎn)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(jì)。</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(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)、工程圖、仿真分析、快速原型、數(shù)據(jù)編程、測量分析等各個(gè)領(lǐng)域。系統(tǒng)的每個(gè)功能模塊既可獨(dú)立運(yùn)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(jìn)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(jì)，模具以CAD/CAE/CAM系統(tǒng)在今后幾年內(nèi)將會(huì)逐步發(fā)展為支持從設(shè)計(jì)、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(shí)，也在與先進(jìn)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(kuò)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(jì)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(jì)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(diǎn)。因此，覆蓋件的工藝設(shè)計(jì)及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都具有特殊性。同時(shí)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(shí)也是汽車個(gè)性化和升級(jí)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(xiàng)非常有意義的工作。</p><p>　　在汽

34、車模具的整個(gè)制造過程中，模具的設(shè)計(jì)過程不僅是一個(gè)費(fèi)時(shí)的工作，更是今后進(jìn)行實(shí)際加工的重要依據(jù)，然而在實(shí)際工作中往往大量時(shí)間都花費(fèi)在了模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，在型面設(shè)計(jì)上花費(fèi)的時(shí)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(jì)方面的時(shí)間，使工作人員能夠?qū)⒏嗟臅r(shí)間用與汽車型面的設(shè)計(jì)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(duì)薄、表面質(zhì)量要求高

35、等特點(diǎn)，用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行模具設(shè)計(jì)很難保證拉深工藝和參數(shù)選擇的合理性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAE 技術(shù)在汽車模具設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越重要的作用，成為彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不足的重要途徑，同時(shí)對(duì)提高設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)成本具有重要意義。</p><p>　　從20世紀(jì)80年代以來，我國加強(qiáng)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(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)、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(qiáng)。

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(jìn)的國外先進(jìn)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(jì)、制造的需要本文詳細(xì)介紹了汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)件庫的組成和建立方法，對(duì)大型覆蓋件模擬優(yōu)化都有一個(gè)

38、系統(tǒng)的闡述，并且很好講有限元的模擬結(jié)果用于實(shí)際的模具設(shè)計(jì)中。解決了實(shí)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(duì)車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板的成形（大型覆蓋件）先設(shè)計(jì)初步的設(shè)計(jì)方案，然后通過有限元的仿真模擬，對(duì)車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝安排再次進(jìn)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(jì)，覆蓋件模具有兩

39、個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)過程，即壓料面設(shè)計(jì)和工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)及拉延筋的分布。</p><p>　　本文的研究途徑：此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究是運(yùn)用沖壓CAE軟件對(duì)車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板的沖壓過程進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證模具設(shè)計(jì)和工藝措施的可行性，預(yù)測沖壓缺陷問題。</p><p>　　（1）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(jì)相關(guān)手冊，先擬定一個(gè)工藝方案。</p&g

40、t;<p>　?。?）借助Dynaform5.5這個(gè)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(jìn)而指導(dǎo)模具的工藝設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）通過查找各種模具設(shè)計(jì)手冊，結(jié)合大型覆蓋件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一套合理的拉延模具。</p><p>　?。?）通過UG5.0根據(jù)工藝補(bǔ)充面生成凸凹模，結(jié)合手冊設(shè)計(jì)出拉延模具實(shí)體，并且根據(jù)實(shí)際的零件尺寸選擇合理的壓邊圈和壓力

41、機(jī)，完成這個(gè)拉延模具的裝配，實(shí)現(xiàn)零件的合理拉延成形。</p><p>　　第2章 車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板成形工藝分析</p><p>　　2.1 覆蓋件的成形特點(diǎn)</p><p>　　圖2-1所示為典型覆蓋件，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(huì)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(duì)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、　?。?）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(dá)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(gè)意義上看，主模型是覆蓋件圖必要的補(bǔ)充。</p>&

44、lt;p><b>　?。?）剛性</b></p><p>　　覆蓋件拉延成型時(shí)，由于其塑性變形的不均勻性，往往會(huì)使某些部位剛性較差。剛性差的覆蓋件在受至振動(dòng)后會(huì)產(chǎn)生空洞聲，用這樣零件裝車，汽車在高速行駛時(shí)就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，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(dòng)現(xiàn)象。</p>

45、;<p><b>　　（4）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(gè)良好的拉延條件，通常將翻邊展開，窗口補(bǔ)滿，再加添上工藝補(bǔ)充部分，構(gòu)成一個(gè)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(jìn)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?yàn)楹罄m(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(bǔ)充是拉延件不可缺少的組成部分，它既是實(shí)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(bǔ)充。工藝補(bǔ)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(bǔ)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(jì)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(diǎn)、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(jì)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(shí)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(jìn)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(tái)加強(qiáng)板零件</p><p>　　如圖2-2所示為某轎車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)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(diǎn)外，還要具有一定的剛度和強(qiáng)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(jì)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(qiáng)度，屈服強(qiáng)度為189MPa，抗拉強(qiáng)度為327 MPa，硬化指數(shù)為0.127，各項(xiàng)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(diǎn)，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(xiàng)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(huì)很黑</p><p>　　汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)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(dòng)速度和流動(dòng)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(jì)時(shí)一定要考慮這兩個(gè)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(tái)加強(qiáng)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(jì)中涉及的知識(shí)包括工序組合知識(shí)、工序排序知識(shí)等.</p><p><b>　　

52、1.工序組合知識(shí)</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>　　（1）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>　?。?）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(yàn)進(jìn)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(shí)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(jì)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(tái)加強(qiáng)板的零件的特點(diǎn)，以及覆蓋件的工序組合知識(shí)，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(shí)</b></p><p>　　工藝排序知識(shí)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(shí)踐和專家經(jīng)驗(yàn)，可總結(jié)出以下工序排序的知識(shí)：</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(shí)，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(jìn)行；翻邊一般安排在修邊、沖孔之后。</p><p>　　（3）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(gè)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(duì)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(tái)加強(qiáng)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?yàn)榘辶虾穸缺容^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(gè)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(bǔ)充面的制件圖如圖2-3所示，可以估計(jì)毛坯的尺寸長1500mm，寬800mm。因此這是一個(gè)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(jī)剪裁下料。</p><p>　　汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板需要四個(gè)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(tái)加強(qiáng)板形狀特點(diǎn)，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(gè)良好的拉延條件，通常將孔補(bǔ)滿，再加添上工藝補(bǔ)充部分，構(gòu)成一個(gè)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(duì)零件拉延工藝性進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，主要對(duì)拉延成形過程進(jìn)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(jì)出一套合理的拉延模。</p

60、><p>　　圖2-4 車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)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(duì)于車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)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(jìn)行分析，調(diào)整具體的參數(shù)，進(jìn)而判斷設(shè)計(jì)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(tái)加強(qiáng)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(qiáng)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(gè)程序是通用的、非線性的、動(dòng)態(tài)的有限元分析程序，利用顯式和隱式計(jì)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(shí)，近幾年來加強(qiáng)了隱式算法的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了顯、隱無縫集成的功能，在完成沖壓分析后，自動(dòng)切換到隱式求解器進(jìn)行回彈分析。在回彈

63、分析過程中，可以采用大的時(shí)間步長，提高回彈的計(jì)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(jìn)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(shí)可以對(duì)成形力、壓邊力、拉深筋、模具磨損等各種工藝問題進(jìn)行分析，以便優(yōu)化工藝和模具設(shè)計(jì)。因此本次設(shè)計(jì)可以選用Dy

64、naform的這些功能對(duì)車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板進(jìn)行工藝改善。</p><p>　　3.1.2 Dynaform性能的特點(diǎn)</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(qiáng)迫模具部件運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)刻同時(shí)滿足動(dòng)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(gè)模塊：</p><p>　?。?）Dynaform前處理：首先，它具有強(qiáng)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(shí)我們一額可以在Dynaform中很放方便的創(chuàng)建點(diǎn)、線、面等幾何模型。做到從從導(dǎo)入幾何模型開始到計(jì)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(qiáng)大的網(wǎng)格自動(dòng)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(fèi)更多的時(shí)間對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修補(bǔ)，可以節(jié)省大量時(shí)間。再次，Dynaform中最具特色的DFE（Die-Face Engineering）模塊，方便我們對(duì)

67、模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。可以完成網(wǎng)格剖分、網(wǎng)格邊界自動(dòng)光滑、對(duì)稱的定義、法蘭各種工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)、拉延筋的設(shè)計(jì)，沖壓方向的調(diào)整，內(nèi)部空洞的自動(dòng)補(bǔ)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(jì)坯料的形狀，并且可以得到排樣結(jié)果報(bào)告。</p><p>　?。?）Dynaform求解器：Dynaform的求解器采用了非線性動(dòng)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(shí)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(tái)加強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(duì)該零件進(jìn)行有限元網(wǎng)格單元?jiǎng)澐帧Ｈ绻摿慵缀文Ｐ椭胁话üに囇a(bǔ)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(jì)功能，生成該零件的

70、工藝補(bǔ)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?dòng)拉深模和雙動(dòng)拉深模。成形數(shù)值模擬時(shí)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(jìn)行毛坯尺寸的計(jì)算，利用一步成形法進(jìn)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(shí)在定義毛坯時(shí)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(dá)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(shí)現(xiàn):一種是建立真實(shí)的拉深筋幾何模型，這種方法計(jì)算精度較高，但需要對(duì)板料進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，大大增加計(jì)算時(shí)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(shí)際拉深筋的影響，這種方法計(jì)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(yùn)動(dòng)控制和邊界條件的設(shè)置等。</p><p><b>　　(6)求解器計(jì)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(dòng)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(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　(7)后置處理</b></p><p>　　求解器完成計(jì)算后，必須對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后置處理，以圖形方式來直觀地顯示計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)計(jì)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>　　②應(yīng)力、應(yīng)變和厚度的云圖，云圖可對(duì)不同等值線區(qū)域用不同的顏色進(jìn)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>　?、鄢尚螛O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(dòng)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>　?、薷鶕?jù)分析計(jì)算結(jié)果，可以對(duì)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(shí)際的模具設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.2汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板模擬的過程</p><p>　　3.2.1 汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板模擬的前處理</p><p>　　（1）將UG平臺(tái)建好的零件曲面模型以iges的格式輸人到Dynaform中，對(duì)零件模型進(jìn)

77、行一定的簡化后，劃分網(wǎng)格，檢查并修補(bǔ)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(duì)成形計(jì)算的精度影響巨大，劃分得越密，描述越準(zhǔn)確，成形時(shí)與模具貼合越緊密，計(jì)算精度也高。模具圓角處單元的大小直接代表了對(duì)模具形狀描述的準(zhǔn)確性，板料流經(jīng)模具圓角時(shí)會(huì)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(jì)DFE-Preparation-INNER FILL進(jìn)行內(nèi)部空洞填充，利用

79、DFE-Preparation-OUTER SMOOTH對(duì)模型邊界進(jìn)行光滑處理，利用DFE-Addendum生成工藝補(bǔ)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(duì)毛坯也進(jìn)行網(wǎng)格劃分。</p><p>　?。?）在Quick Setup－Draw Die（快速設(shè)置）中對(duì)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(tái)加強(qiáng)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(jì)算</p><p>　　在成形分析中使用的工藝參數(shù)，有些要符合實(shí)際情況，有些為了適應(yīng)分析，需要進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　（1）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(huì)引起板料塑性變形不充分，還可能會(huì)導(dǎo)致板料內(nèi)部應(yīng)力的集中，增加制件的破裂傾向。因?yàn)椋饘俚乃苄宰冃螌?shí)質(zhì)上是由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引發(fā)晶體滑移的結(jié)果，如果沖壓速度過快，會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來不及充分發(fā)生，因而金屬的塑性變形也就不能完全進(jìn)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(dá)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(dá)到金屬晶體滑移的極限剪切強(qiáng)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(huì)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(shí)際的生產(chǎn)效率的提高。為了提高模擬分析計(jì)算的效率，往往需要對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的沖壓速度放大若干倍來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如果選用實(shí)際值，往往需要很長的計(jì)算時(shí)間。因此在顯式的板料成形有限元分析時(shí)，要采用虛擬沖壓速度。同時(shí)，考慮到人工動(dòng)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(shí)候，受到壓邊力的作用，會(huì)使板料流動(dòng)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(shí)候流動(dòng)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(dòng)非常容易，使得某些地方（如拉深件底部圓角部分）累計(jì)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(gè)大小適當(dāng)?shù)膲哼吜Γ坏梢允拱辶显诔尚芜^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>　　（3-

85、1）</b></p><p>　　其中F—壓邊力（N）</p><p>　　P—單位面積壓邊力（MPa），(對(duì)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(jì)算出，汽車左右車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板拉深成形時(shí)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(dòng)倒裝結(jié)構(gòu)，成形分析分兩個(gè)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(rèn)參數(shù)。如圖3-3所示:</p><p>　　設(shè)置完畢以后，啟動(dòng)求解器

87、LS-DYNA對(duì)模擬模型進(jìn)行求解計(jì)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(tái)加強(qiáng)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(jì)算預(yù)測起皺和拉裂情

88、況，進(jìn)而對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。</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(xiǎn)區(qū)、綠色表示成形安全區(qū)、藍(lán)色表示有起皺傾向、粉色表示為起皺區(qū)，紫色表示起皺嚴(yán)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(tái)加強(qiáng)板該零件中有黃色的小點(diǎn)，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(yán)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(diǎn)，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(tái)加強(qiáng)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(duì)影響拉延成形的因數(shù)進(jìn)行分析和重新調(diào)整，以達(dá)到期望的成形效果。</p><p>　　圖3-5為車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板的厚度情況變化圖，紅色部分代表是變薄區(qū)，藍(lán)色是增厚區(qū)。由圖中可以看出該零件大部分是藍(lán)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(xiǎn)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(jìn)。</p><p>　　圖3-4 汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板成形極限圖</p><p>　　圖3-5 汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板厚度分布圖</p><p>　　3.4 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，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(shí)，拉伸開始時(shí)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(huì)增大坯料懸空部位，減弱控制起皺的能力，調(diào)整時(shí)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(jìn)料阻力的分布。提高零件的剛度，防止拉延成形時(shí)懸空部位

93、的起皺和畸形。</p><p>　　（2）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(shí)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(xiǎn)斷面處材料的抗拉強(qiáng)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Γ谕咕壊糠衷O(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(shí)際的經(jīng)驗(yàn)分析，可以從拉延速度，壓邊力和是否設(shè)置拉延筋這三個(gè)方面來進(jìn)行參數(shù)的改進(jìn)

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(yùn)動(dòng)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(duì)成形效果的影響</p><p>　　因此沖壓速度為4000mm/s左右的時(shí)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(duì)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(shí)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(yùn)動(dòng)速度選

97、為4000mm/s時(shí)，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(duì)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(shí)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(shí)候，零件是不能完全成形的。</p><p>　　表3-2 壓邊力對(duì)成形情況的影響</p>&

98、lt;p>　　圖3-7 壓邊力為200kN時(shí)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(duì)起皺有了一定的改善，但是不能完全消除，這個(gè)時(shí)候通過設(shè)置拉延筋比較成形的情況。即這個(gè)時(shí)候拉延模模具的沖壓速度為4000mm/s，壓邊力為200kN時(shí)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(duì)拉深速度和厚度進(jìn)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(duì)本零件的成形工藝是一個(gè)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(jìn)行比較，可以知道壓邊力對(duì)該零件成形效果影響最大，拉延筋次之，沖壓速度對(duì)成形效果影響相對(duì)較小。</p><p><b>　　3.6模擬方案總結(jié)</b></p><p>　　①無拉深筋狀態(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(shí)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(gè)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(jìn)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(huì)仍然會(huì)有起皺區(qū)域，但是這一部分

103、坯料將會(huì)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(tái)加強(qiáng)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(jì)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(tái)加強(qiáng)板成形極限圖</p><p>　　圖3-12 優(yōu)化后汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板成形厚度分布圖</p><p>

105、;　　第4章 汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板拉延模設(shè)計(jì)</p><p>　　覆蓋件拉延模設(shè)計(jì)大體分為模具型面設(shè)計(jì)、成形性分析和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3個(gè)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(jìn)行型面設(shè)計(jì)，并采用三維造型軟件UG進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.1汽車車門外板窗臺(tái)加強(qiáng)板拉延模型面設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1拉延類型的判斷（為什

106、么前面有個(gè)大黑點(diǎn)）</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(dòng)壓力機(jī)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(tái)上，壓邊圈則使用壓力機(jī)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(dòng)拉延模</p><p>　　（2）對(duì)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(dòng)壓力機(jī)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(shí)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(jìn)行大塑性變形，如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 倒裝雙動(dòng)拉