轿车引擎盖外板拉深模具型面设计及成形模拟设计

重庆理工大学毕业论文 _________________ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析目录摘要............................................................I 绪论................................................................II 汽车覆盖件的成形特点[7]..............................................21冲压件的工艺设计..................................................31.1零件总体分析.................................................31.2零件材料的选择...............................................31.3冲压方向的选择...............................................41.4工艺补充部分的设计..........................................61.6拉延筋的设计[1]...............................................82拉深件成型工艺CAE分析...........................................93拉深模结构与零件设计............................................123.2拉深模材料的选择............................................133.3冲压设备的选择..............................................133.3.1拉深力的计算..........................................133.3.2压料力的计算..........................................133.3.3冲压设备的选择........................................143.4模具操作....................................................143.5凹模结构...................................................153.6凸模结构....................................................173.8导向部分....................................................213.9起吊装置....................................................213.10拉深模的结构和原理说明....................................214总结.......................................................23致谢............................................................24参考文献..........................................................25文献综述..........................................................25重庆理工大学毕业论文 _________________ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析 I 摘要通过对某轿车车身覆盖件的引擎盖外板拉深模具型面的设计,介绍了复杂型面拉深件拉深模具型面的设计流程,研究了复杂型面拉深件拉深模具型面的造型设计方法和原则。利用板料成形分析有限元软件Dynaform对引擎盖外板的拉深成形过程进行仿真模拟,探讨了仿真过程中出现的质量缺陷(如破裂、起皱、变形不足等)的原因,并针对这些现象对拉深模具型面进行优化设计改进。并根据仿真模拟结果,制造加工了合格的拉深件模具。对于复杂型面拉深件的拉深模具的设计和制造具有一定的指导意义。关键词：车身覆盖件;冲压成形；模具；优化设计；重庆理工大学毕业论文 _________________ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析 II Abstract The designing process of drawing die for complex surface drawing part in designing the drawing model of the automotive hood outer panel surface and the design method and principle were studied.The stamping process using the sheet metal forming analysis software Dynaform was simulated. The reason causing quality defect in simulation, such as cracking and wrinkle etc., was investigated. Based on these reasons, the design of drawing die surface for automobile hood outer panel was optimized. According to the simulated results, the qualified drawing die was made, which had a instructing meaning for the design and manufacture of drawing die for complex surface drawing part. Key words: drawing model;punch molding;die;optimized重庆理工大学毕业论文 _________________ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析 1 绪论随着社会的快速发展，汽车已成为人类社会活动中不可缺少的工具，汽车工业已成为许多工业发达国家的支柱产业。汽车覆盖件的生产是汽车制造的一个重要生产过程。在板材冲压成形技术中，以汽车覆盖件为主要代表的大型薄板零件的冲压成形技术已发展成为一个很重要的组成部分汽车工业发展趋势与汽车零件成形汽车覆盖件是汽车车身的重要组成零件，分为外覆盖件和内覆盖件。外覆盖件指的是汽车车身外部的裸露件，这种零件的特点是涂装后不用再添加其他的装饰层，因此，对于外覆盖件的表面质量要求很高。覆盖件的特点如下：1）错误！未找到引用源。表面质量覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。总之覆盖件不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。2）尺寸形状覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。3)刚性覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松弛和鼓动现象。重庆理工大学毕业论文 _________________ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析 2 3）工艺性覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添上工艺补充部分，构成一个拉延件。汽车覆盖件的成形特点[7]汽车覆盖件的要求和结构特点决定了其冲压成形特点。主要有：1）一次拉深成形对于汽车覆盖件来说，由于其结构复杂、变形复杂，其规律难以定量把握，以目前的技术水平还不能进行多次拉深工艺参数的确定，而且多次拉深易形成的冲击线、弯曲痕迹线也会影响油漆后的表面质量，这对覆盖件是不允许的。因此，汽车覆盖件的成形都是采用一次拉深成形的方法。2）拉胀复合成形汽车覆盖件的成形过程中的毛坯不是简单的拉深变形，而是拉深和胀形同时存在的复合成形。一般来说，除内凹形轮廓对应的压料面外，压料面上的毛坯的变形为拉深变形，而轮廓内部毛坯的变形为胀形变形3）局部成形轮廓内部有局部形状的零件冲压成形时，压料面上的毛坯受到压边圈的压力，随着凸模的下行而首先变形并向凹模内流动，当凸模下行到一定深度是，局部形状开始成形，并在成型过程的最终时刻全部贴模。所以局部形状外部的毛坯那一向该部位流动，该部位的成形主要靠毛坯在双向拉应力的变薄来实现面积的增大。即这种内部局部成形为胀形成形。4）变形路径的变化汽车覆盖件冲压成形时，内部的毛坯不是同时贴模，而是随着冲压过程的进行而逐步贴模。这种逐步贴模过程，使毛坯保持塑性变形所需的成形力不断变化，毛坯各部位面板内的主应力方向和大小、板平面内两主应力之比等受力情况不断变化。即毛坯在整个冲压过程中的变形路径不是一成不变的，而是变路径的。重庆理工大学毕业论文 _________________ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析 3 1冲压件的工艺设计1.1零件总体分析本次毕业设计的零件为某轿车的引擎盖外板零件。零件外表面为A级曲面，对零件的表面质量要求较高，为了防止多次拉深可能带来的表面质量破坏和下降，本覆盖件采用一次拉深。本零件由形状复杂的空间曲面构造而成，型面大部分地方曲率半径较大，即使在曲率半径相对小的地方但其组成曲面的结构略显复杂。所以，为了能够通过拉深获得合格的零件，就需要从多个方面对冲压件进行设计。主要包括以下几个方面：选择合理的冲压方向、设计压料面、工艺补充面、设置拉深筋。1.2零件材料的选择该轿车引擎盖零部件大都是外形复杂，成形复杂，但受力不大的薄形件，采用模具成形工艺，材料的成形性能就成了主要矛盾，因此要求材料具有成形性、张紧刚性、延伸性、抗凹性、耐腐性等。产品设计时，通常根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。一般选用拉延性能优良的低碳冷轧钢板、超低碳冷轧钢板。采用国产宝钢Stl4钢号的材料进行拉伸，材料为冷轧钢，又称特殊镇静钢，即非时效钢板，屈服点ós≤240N.mm2，抗拉强度ób为270～370N·mm2，伸出长率≥34%。冷轧铝镇静钢板具有一定的强度和很好的塑性，是目前汽车上最大量的冷轧钢板，由于钢中加入了铝，固定了钢中的氮，钢板冲压成形后，零件表面产生滑移线，称为非时效钢材。其材料力学性能如表2-1。表1-1s14钢的材料力学性能重庆理工大学毕业论文 _________________ 某轿车引擎盖外板拉深模具设计及成形模拟分析 4 弹性模量E(MPa) 泊松比屈服强度 δs （MPa）抗拉强度 Kb（MPa）应变强化系数 K（MPa）硬化指数 n 各向异向指数 R00 R45 R90 2.10e