汽车覆盖件冷冲压模具的设计.doc
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1、绪 论近几年来,我国轿车市场发展十分迅猛,2002年在轿车销售超过100万辆的基础上,2003年则向200万辆人关迈进,达到了197万辆。然而,在轿车热迅速升温的同时,不得不尴尬地面对这样的现实市场上热销的绝人多数车型是直接从国外引进的。由于国内轿车覆盖件模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱,为了生产这些车型,各人汽车公司不得不耗资几亿、十几亿元采购海外模具。与国外人汽车公司相比,由于生产规模比较小,这就造成单车均摊的模具成木远高于国外车这也是造成国产车整车制造成木居高不下的主要原因之一。国内主要的轿车模具制造商有:一汽模具制造有限公司、东风汽车模具厂、天津汽车模具有限公司、成飞集成科技股份有
2、限公司、南京模具装备有限公司、上海千缘汽车车身模具有限公司等等。作为国内最人轿车生产销售商上海人众汽车有限公司,也有自己的模具设计制造部门(TMM部)。目前,虽然国内模具商在轿车内覆盖件模具设计制造方面已小有能力,并可承接整车厂的部分模具开发项目,但对于有很高型面精度和表面质量要求的外覆盖件,特别是中高档轿车的外覆盖件,整车厂很少会将这类模具交由国内开发。近年来,通过不懈的努力,国内轿车冲压模具的设计制造能力取得了显著的进步。但是,在轿车特别是中高档轿车外覆盖件模具的开发上,我们与国际水平仍有较人差距。不过,这种差距并非不能缩小,只要我们多加强国际交流,多吸取国外同行的设计制造经验,一定能够加
3、快轿车覆盖件模具的国产化进程。1 汽车覆盖件工艺分析11 冲模设计的原始资料 冲压件图样及技术要求,该零件的样式见图2-1所示。 技术条件: 未标注的尺寸公差为按自由公差 未标注形位公差为D级。 制件毛刺不大于0.1mm,不得有破裂,起皱现象。 该零件为大批量自动化生产。12 冲压加工常识冲压加工是一种先进的金属加工方法。它是建立在金属塑性变形的基础之上,利用模具和冲压设备对板料施加压力使板料产生塑性变形而分离,从而获得所需形状,尺寸和性能的零件的金属加工工艺。冲压加工的特点:产生效率高:材料利用率高:精度高质量稳定:操作简便:易于实现机械化和自动化产生。冲裁,弯曲,拉深,成型是四种最基本的冲
4、压加工工艺。由此四种工序的组合可以实现各种复杂产品的冲压加工。板材,模具和加工设备是冲压生产的三要素。为了获得质优价廉的冲压零件,必须提供合格的板材,先进的模具和性能优良的冲压设备。这些要求的达到需要生产者必须掌握板料的成型性能和变形规律参数,必须设计并能制造出各种精密的模具和生产出各种满足要求的通用和专用的机械加工设备。本文常见的冲压加工名词术语:1. 切舌 切舌是将材料眼敞开轮廓局部而非完全分离的一种冲压加工工序。被局部分离的材料,具有工件所要求的一定位置,不再位于分离前所处的平面上。图1.1(a)示。 图1.1 (a) (b)2. 反拉深反拉深是把空心工序件的内壁外翻的一种拉深工序。图1
5、.1(b)示。3. 拉深拉深是把平直工序件变为空心件,或是把空心见进一步改变形状和尺寸的一种冲压工艺。拉深时空心件主要依靠位于凸模底部以外的材料流入凹模而形成。图1.2(a)示。4. 翻孔翻孔是将材料沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的一种冲压工序。图1.2(b)示。5. 翻边翻边是将材料沿外形曲线周围将材料翻成侧立短边的冲压工序。图1.2(c)示。 图1.2 (a) (b) (c)13 汽车覆盖件生产相关知识覆盖件主要指汽车上覆盖发动机、底盘、或构成驾驶室和车身表面和内部的薄钢板异形体零件。与普通冲压件相比,覆盖件具有形状复杂、材料薄、表面质量要求高、刚性好、结构尺寸大以及多为空间曲面等特点。覆盖
6、件冲压生产过程一般要经过落料(或剪切下料)、成形、修边、冲孔、翻边等多道工序才能完成。覆盖件主要以拉深(拉延)为主,局部包括胀形、翻边以及弯曲等部分。在多数情况下,成形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。14 覆盖件成形特点与一般冲压零件相比,覆盖件的冲压成形有以下特点:1) 由于覆盖件表面要求高,形状复杂且生产批量大,成形模具结构复杂,因此一般不经过多次成形,而采用单动(或双动)压床一次或多次成形而成。2) 覆盖件大多数都由复杂空间曲面组成,成形时毛坯在模内的变形甚为复杂,应力、应变分布很不均匀,因此,不能按简单零件拉深或胀性形那样来判断和计算它的成形次
7、数和成形可能性。实际生产中大多用类比的方法,经试模调整决定。3) 覆盖件一般形状复杂,深度不均匀且不对称,压边面积小,因而需要采用拉延筋来加大进料阻力或是利用拉延筋的合理布排,改善毛坯在压边圈下的流动条件,使各区段金属流动趋于均匀,才能有效地防止起皱。4) 一般零件拉深成形时,由于变形区(凸缘区)的变形抗力区(侧壁与底部过渡区)危险断面强度而导致破裂是成形过程的主要问题。但有些覆盖件,由于成形深度浅,(如汽车外门板),成形时材料得不到充分的拉伸变形,容易起皱,且刚性不够,这时需采用拉延槛来加大压边圈下的牵引力,从而增大塑性变形的程度,保证零件在修边后弹性畸变小,刚性好。5) 为保证覆盖件在成形
8、时能经受最大限度的塑性变形而不破裂,对原材料的力学性能、进行组织、化学成分、表面粗糙度和厚度精度都提出很高的要求。6) 大型覆盖件的成形,需要的变形力和压边力都比较大。所以压力加工设备有双动压力机和单动压力机等。双动压力机具有拉深(内滑块)与压边(外滑块)两个滑块,压边力大,且四点连接的外滑块可以进行压边力的局部调节,可满足覆盖件成形的特殊要求,但价格较高,普通带气垫的单动压床上,压边力小,而且压边力调节的可能性小,故不适合复杂零件的成形,但价格相对较便宜。15 覆盖件常用材料和要求覆盖件一般形状复杂且不对称,在成形过程中应力、变形很不均匀,且一般要求工件一次成形,因此对钢板坯料的冲压性能提出
9、了很高的要求。正确地选用钢板的成形性能等级对减少废品率和降低成本是十分重要的。影响钢板冲压性能的因素有很多,钢板的表面质量、厚度公差、化学成分、力学性能、工艺性能和金相组织都直接或间接地影响其冲压性能,覆盖件对原材料提出的要求如下:1) 对钢板的表面质量和厚度偏差要求很高,覆盖件表面质量分A级和B级,除被遮盖的表面为B级以外,其余表面均为A级。A级覆盖件表面不允许有裂纹、波纹、皱纹、凹痕、边缘拉痕、擦伤以及其它破坏表面完美的缺陷。覆盖件上的装饰棱线、装饰筋条要求清晰、平滑、左右对称及过渡均匀。覆盖件之间的装饰棱线衔接处应吻合,不允许参差不齐。表面上一些细小的缺陷都会在涂漆后引起光的漫反射而损坏
10、外观。微型载重汽车前围板、车门外蒙皮、后立柱外蒙皮表面质量为A级。B级覆盖件表面不允许有裂纹、但允许有轻微的拉痕、波纹,筋条棱线要求清晰、平滑、过渡均匀。地板、前轮鼓包等为B级。2) 含碳量低有利于成形,深成形钢板含碳量应介于0.06%0.09%范围内,同时要严格控制使材料变脆的硅、磷、硫的含量。3) 具有均匀而细小晶粒组织的材料塑性较好,便于成形,冲压的表面质量亦好。晶粒粗大虽易于变形,但容易使工件表面产生麻点和橘皮纹。晶粒过细,由于难于变形而使工件产生裂纹,并且弹性大,影响工件精度。4) 球状比片状珠光体有利于成形。游离渗碳体性应且脆,当它沿铁素体晶界分布时,成形时易产生裂纹。非金属杂物(
11、尤以条状连续分布时)对成形十分不利。实践证明,因工艺问题产生的废品,一般裂口比较整齐;因材料质量差而产生的废品裂口多半为锯齿状或不规则形状。5) 与的比值(屈强比)愈小,意味着应力不大时,就开始变形,而且变形阶段长,能持久而不破裂。用于覆盖件的拉深钢板,要求/ 0.65。 另外,硬化指数n值大的材料具有扩展变形区,使变形均匀化,减少局部变薄和增大极限变形的作用,成形性能好。厚向异性指数r值大,材料在成形过程中不易变薄,对成形也有利。覆盖件一般是由厚度为0.61.5mm的08F或08AL的冷扎薄钢板冲压而成。16 覆盖件的成型工艺1.成形方向成形方向影响到工艺补充部分的多少和压料面形状,以及成形
12、后各工序(如整形、修边、翻边)的方案选定。合理的成形方向应符合如下原则:1) 保证凸模能将工件需成形的部分在一次成形中完成,不应有凸模接触不到的死角或死区。2) 成形开始时,凸模两侧的包容角尽可能做到一致(),使由两侧流入凹模的材料保持均匀。且凸模开始成形时与毛坯的接触地方应靠近中间,以免成形过程中材料窜动而影响表面质量。3) 凸模表面同时接触毛坯面积大,并尽可能分布均匀,防止毛坯窜动。4) 当凸模与毛坯为点接触时,应适当增大接触面积,防止材料应力集中,造成局部破裂。但是也要避免凸模表面与毛坯以大平面接触的状态,否则由于平面上的拉应力不足,材料得不到充分的变形,影响工件的刚性,并容易起皱。2.
13、工艺补充部分为了实现成形,弥补工件在冲压工艺中的缺陷,对覆盖件成形往往在工件本体部分以外,增加必要的材料,如将覆盖件上的翻边展开,缺口补满等,即加上工艺补充部分构成一个冲压成形件。 2 零件的工艺性分析21 零件的工艺分析冲压工艺设计是根据冲压件的要求合理安排原材料及各种加工方案,使得冲压过程在经济和技术上合理可行的设计。一般应制定出多种加工工艺方案。进行综合比较,选定出合适具体生产条件的最佳工艺方案。图2.1 产品零件图由于零件是一个比较浅的复杂拉深件,各处的拉深高度不一样,而最大的拉深高度为37.6mm,查冷冲压与弯曲机模具表10-5知,此拉深高度不能一次成型。由于此件较厚,件比较,形壮复
14、杂。此件是在汽车的里面,而且,此件有些孔,大多是用于安装,还有的是让开孔,要保证个孔的孔位精度要求。且其中几个大孔及复杂的变形部分还要进行整形工序。故采用的主要工序有: 落料 ;拉深; 修边;翻边整形;冲孔;冲斜孔翻孔;翻边侧修边;分切侧整形。22 工艺设计根据上述分析拟定如下工艺方案:工艺: 工序一:落料; 工序二:浅拉延成形; 工序三:修边冲孔 修边:将周围一圈的工艺补充部分修掉,废料分为6块周边滑下;冲孔平面上 15.8工艺孔; 工序四:翻边整形,将两边未拉延到位的地方翻到位。 工序五:冲孔侧冲孔,把零件上要在第六序翻孔的二个孔的外形冲出。 工序六:翻孔侧冲孔,翻两个圆孔,并把不能在第五
15、序冲出的大孔冲出。 工序七:侧修边翻边,把耳朵出的费料切除,并翻大头出的边。 工序八:分切侧修,分开零件,把耳朵出剩余废料切除。 检验;23 工艺性分析根据产品的样式,此零件要做工艺补充后才能拉延,而做工艺补充的原则有几点,一要保证能拉延出合格的产品,二要尽量保证修边工序时是垂直修边,三要尽量省料。工艺补充完后就得进行CAE分析,算出毛坯的大小。此方案特点是:各个加工工艺较集中,除了备料不要模具外,仅仅只需8副模具即可,减少了模具的数量,刚好可以一台压力机上使用。可以在后面的模具中避开较近的冲孔和翻孔隙,从而保证了模具的强度。可以进行几万次的冲压。上述方案中虽然模具比较多,但都是很人必要的,能
16、保证模具加工出产品的合格,同时能提高模具的强度,提高了模具的使用寿命,使得整个加工效果发生了很大变化。合理利用压床。达到高较的目地。3 定毛坯尺寸31 计算毛坯展开尺寸图3.1 计算毛坯展开图拉深件的实际毛坯展开如图4所示:由于弯曲形状不规则,一般展开是在UG里面测量的,而且所得的结果并不是很精确,最终要根据CAE分析,不考虑调试时的余量,毛坯的尺寸约为570 X 950,但由于在拉拉延成形时并不是一装配好即可生产出优良的产品,还要经过有经验的模具师傅进行现场调试才能调出最佳的效果,比如毛坯的大小(关系到压料面),模具成形面的粗糙度,导板的导向是否正常等等。总的来说,我们确定的毛坯尺寸仅仅是个
17、参考值,要根据实际调试结果来确定最终的尺寸。在570 X 950的基础上,经过AUTOFROM分析,结合板料本身的的变形特点,在长度上增加40mm,宽度上增加30mm(因为宽度上变形两大一些),最后得出毛坯尺寸为600mmX970mm。 计算冲载力: 冲载力公式 F冲=Ltb 式中:L冲裁周长(mm)t材料厚度(mm)b材料的抗拉强度(MPa)。 查出JSH440B钢的抗拉强度440-470MPa 取450MPaL=2X1800=3600mm; t=3.2mm(已知) ;b=450MPa; 得F1=3600mmX3.2mmX450=5184KN即约为520吨。32 排样由于板料较大, 一块板料
18、一次成形二件,因此不存在排样。 4 设备参数及模具尺寸41 备料根据客户指定的钢板。选取日本热轧钢板牌号为JH440B(日本),宽度B=955mm的最合适。因落料模为自动化送料,所以长度不限,可用一卷。厚为3.2mm。即板料规格为:0.6955X。42 设备参数 该后板的拉延类似于盒形拉伸件。最大的拉深高度为37.6mm,盒形的尺寸约90X920,属于浅拉深,但零件很厚,而且四周很陡,所以不能一次成形。根据毛坯展开尺寸中的计算,拉延件的冲裁力是520吨,是按照落料的结果,虽然此工序不是落料,但根据落料的计算结果,结合成形的高度,拉延力大约在550吨。所以压床必须大于690吨。根据冲压公司提供的
19、现有设备资料,有: 图4.1至4.3 生产厂家设备参数1600T压力机一台。自动化机械手一台。参数如下。图4.1 压力机图 图4.2 压床台 图4.3 上滑块图4.4 机械手43 计算模具最大尺寸根据客户规定和要自动化生产,所以八套模具都规定在800mm高,基准点离下模550mm,基准点离上模250mm。由于机械手在600mm高的位置,幅值为1300,所以零件统一顶出高度为50mm。为了避免模具和机械手干涉,所以模具的前后要控制在1250mm以内,单边留出25mm的安全间隙。压床上下流侧为4800mm,由于要放四套模具,虽然在有的工序的模具中做这么高很浪费材料,但是为了实现自动化生产。在一台压
20、力机上放四台模具八道工序。这样是很值得的。根据冲压公司提供的数据,最两边的模具离压床边最小为10mm。而每一套模具与模具之间最小要留20mm的安全间隙。即:模具的前后侧最大长为(4800-10X2-20X3)/4=1180模具的上下流侧最大长为1300-25X2=1250所以只有单个模具尺寸以内,才可以使用,并不会与机械手发生干涉。由于机械手的送料长为600mm,所以两个零件之间的间距必须为600mm。即每道工序的模具尺寸前后流侧长为1180,左右流侧长为1250,模具高为800mm。这样模具才可以使用。44 绘制各道工序的工序图图4.5 工序1和工序2示意图图4.6 工序3和工序4示意图图4
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