析,拉延模设计,过程装备与控制工程

安徽工业大学毕业设计（论文）说明书I┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊前端上横梁CAE分析及拉延模设计过程装备与控制工程专业孔维健（099054236）指导教师王全先教授摘要本文以汽车前端上横梁为实例，具体分析其成形特点，找出车身冲压件成形的共性。其中说明了车身冲压件的成形特点和拉延模模具设计的基本原则，提出了包括冲压方向、工艺补充面、定位方式等模具设计的常用方法。本课题在对工艺数模的CAE模拟分析的基础上，直接用三维造型软件UG构造出冲压模具的三维实体模型,完成了冲压件的模具设计，更真实地反映了模具零件之间的装配关系，减少了实际模具设计带来的一些问题和时间。同时，模具各部分的干涉检查能够方便的做到，从而提高了模具结构的设计效率和设计质量，缩短了模具的设计和制造时间。经过UG软件的装配检查，以及车间实际操作的检验，设计的模具可以制造出来供应生产。关键字:拉延模；CAE分析；UG三维造型安徽工业大学毕业设计（论文）说明书II┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AbstractThispapertakingtheAutomotivefront-enduppercrossbarasanexampletoanalysisit,sformingcharateristics,andtofindthecommonalityofvehiclestamping.Whichdescribetheformingcharateristicsofvehiclestampingandthebasicprinciplesofthedesignofdrawingdie,includingstampingdirection,addendumbindersurface.Thistopicusethe3DmodelingsoftwareUGtoconstructthethree-dimensionalsolidmodelofstampingdiesonthebasicofdigital-analog,sCAEsimulationanalysisandfinishedthestampingdiedesign.Thiswaycantrulyreflectedthemoldassemblyrelationsbetweenpartsandreducingsomeoftheproblemsandtimeoftheactualmolddesign.Meanwhile,theinterferencecheckingofthepartsofthemodelcaneasilybedone,anditcanimprovetheefficiencyandqualityofmodelstructuredesign,reducethetimeofmodeldesignandmanufacture.AfterassemblycheckofUGsoftware,andpracticaltestoftheoperationoftheplant,thedesignofthemouldcanbemadetosupplyproduction.Keywords:drawingdie,UGthree-dimensional,CAEanalysis安徽工业大学毕业设计（论文）说明书-1-┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论1.1冲压模具现状和发展概况模具是机械，电子，通讯，家电等工业产品的基础工艺装备，属高新技术产品。作为基础工业，模具的质量，精度，寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。近十年来，随着国民经济的快速发展，作为工业产品基础的模具工业，也得到了蓬勃的发展，已成为国民经济的重要产业。在现代化工业中，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产在很大程度要依赖于模具生产，特别是在汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。模具工业已纳入国家的基础工业范畴，成为国民经济中的独立行业。模具工业是汽车工业的重要的组成部分。1.1.1冲压模具1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元各类冲压模具的生产能力。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，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、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。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模，大尺寸（Φ≧300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。我国目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。在模具工业发展中最重要的是模具制造技术。其包括：各类模具设计、制造、保管、修理、调试、标准化、专业化生产、“四新”即：新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用……等方方面面，涉及到冶金、材料、理化、计量、摩擦与润滑、机械、电子、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、有削及无削加工、安徽工业大学毕业设计（论文）说明书-2-┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊检测等有关工种，是一个要由上述众多学科和工种共同打造的庞大的系统工程。其中的模具CAD/CAE/CAM技术，高精度磨削加工技术，高精度电火花线切割（WEDM）加工技术，镜面抛光技术，高速铣削加工技术等代表了现代冲模制造的技术水平。模具制造的新技术带来了前所未有的质量方面的提高，高效、精度高、表面质量高、可加工高硬材料等等，克服了以前技术上的阻碍。其中镜面抛光技术可加工薄料高精度冲件的冲裁模刃口、压印模与压花模型腔、凸肚胀型模腔以及异形拉深件、变薄拉深件、体积冲压模腔、压铸模、塑料模、精锻模、橡胶模、玻璃模等模具型腔。据有关资料介绍，德国66%的模具，日本、美国30%的模具采用自动抛光机抛光，国内也在研究、开发，也已取得很好的成果。经aa抛光加工的精磨金属表面可达到镜面。国内可抛至Ra0.05μm的镜面，抛光设备、磨具磨料等都可满足需要。现在正研究开发抛至Ra0.025μm的设备、工艺及磨具磨料。1.1.2车身冲压模具汽车模具是冲压模具中的一个重要部分,国内汽车工业发展迅速,随着市场的扩大，用户对汽车质量的要求也越来越高，尤其是作为汽车“脸面”——汽车车身的表面质量,汽车外形确定以后，根据各部位的功能区分，即可确定车身外覆盖件的形状与尺寸。为了减轻车身的自重和降低生产成本，轿车车身构件大部分为薄钢板冲压件，约占60%-75%。冲压件具有质量轻、强度高、制品尺寸稳定、表面平整、形状美观等特点，而冲压加工具有加工时间短、劳动量小、工具消耗量低和材料利用率高(无切屑)的优点，是车身制造的主要加工方法。车身冲压件一般采用厚度为0.6--1.2mm的薄钢板，厚度大于1.6mm的钢板只用在结构需要加强的构件上。其成形过程一般要经过冲剪、拉延、切边、冲孔、复合冲剪、弯曲、复合弯曲等工序中的若干种。而为了保证冲压件的质量，其冲压材料必须具有良好的拉延性、延展性、弯曲性和凸缘拉伸性，复合成形性。一般根据冲压件的成形难易程度来选择具有相应成形能力和所需机械性能的材料，以使冲压件制品既符合使用要求，又不产生断裂、折皱、成形不完整等缺陷。冲压材料主要使用冷轧钢板、防锈表面处理钢板及轻型高强度钢板等适合市场需求的钢板。车身冲压件成形方法一般是拉延成形，尤其是外表面件要求美观。当今世界汽车行业普遍认为，汽车车身冲压成形技术是汽车制造技术的重要组成部分，每一次汽车车身的更新换代都需要开发相应的专用模具和增加必要的生产线。因此在冲压生产中，如何提高冲压生产效率、降低生产成本，正确选取和采用新设备、新材料、新工艺等是冲压技术中的主要课题。众所周知，汽车车身的金属件几乎100%为冲压件，而且汽车车身的更新换代速度快。这就决定了冲压成形技术在汽车产品的开发中不仅影响制造周期，还直接影响成本和产品品质。汽车车身冲压成形技术的关键是冲压工艺与模具技术。冲压工艺的合理与否决定了模具调试的难易程度:模具设计决定了模具制造的难易程度及制造管安徽工业大学毕业设计（论文）说明书-3-┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊理过程，因而直接影响模具制造成本和周期。尽管国内外己通过长期的实践积累了大量的经验，形成了较系统的设计制造规则和方法，但新技术的出现仍可能为冲压工艺和模具技术的重大变革带来机遇。特别指出的是，以CAD/CAM/CAE为特征的计算机技术在冲压成形中的应用不仅能引起传统工艺流程在周期、成本和品质方面的变化，而且使一些以前难以实现的工艺设想可能成为现实，根据目前国际汽车冲压和模具技术的发展趋势，已经形成了包括模具设计和冲压技术模块化、新材料及复合材料冲压加工工艺、计算机模拟冲压成形及虚拟试模技术、特种成形技术和模具制造技术等重大课题。1.2车间生产工艺及设备配置1.2.1冲压成形工艺冲压工艺是通过模具对毛坯施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。冲压工艺的应用范围十分广泛，既可以加工金属板料、棒料，也可以加工多种非金属材料。由于加工通常是在常温下进行的，故又称为冷冲压。近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。由于引入了CAE，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或拉深毛坯进行优化设计。此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。在近年来车身覆盖件冲压成形工艺与理论的主要研究成果中激光拼焊板技术是主要的发现之一。车身覆盖件产品面积大，各部位技术要求不同，原有的分离成形和整体成形方法都存在有不同的缺陷，而激光拼焊板技术的应用为整体成形提供了新思路。传统工艺中汽车车身零件有两种成形方法：分离成形和整体成形。分离成形方法是将大型零件分成小型单个件分别成形，然后焊接成部件，其优点是可以根据各部位的要求选择不同材质、不同厚度的材料；缺点是需要更多的工装模具和设备的投入，制造成本较高，同时焊接总成的配合精度和整车质量也有所下降。整体成形法是用整体板料直接成形大型零件。主要的优点是工装模具和设备的投入大大减少，制造成本相对较低，产品质量得到了提高；缺点是必须对零件所有部位采用相同材质和相同厚度的材料，难以很好的实现结构优化的需要。激光拼焊板作为一种新的工艺手段，给车身制造带来新的产品解决方案，并给质安徽工业大学毕业设计（论文）说明书-4-┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊量