汽车覆盖件冲压模具毕业设计拉延修边冲孔侧整形Word文档下载推荐.docx

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本次课题的意义在于通过参与汽车覆盖件模具的设计、制造、生产、调试等一整套流程，更深刻的了解汽车覆盖件冲压工艺和模具设计，同时将专业知识与实践相结合，学习企业实际生产的设计规范，熟悉相关三维软件、有限元分析软件的应用，进一步学习专业知识，积累实际经验，为日后科学研究打下基础，同时提高自身的模具设计水平。

第二章产品工艺方案的确定

2.1产品的结构分析

本次设计的零件为无锡振华公司的8号横梁中段加强件。

该零件是一个典型的汽车覆盖件,从零件图纸可知,该零件近似外形尺寸为110.3mm×

920.4mm×

62.2mm，零件尺寸并不是很大，形状也不很复杂，零件有具体的精度和孔距位置要求，拉深深度也不是很深。

2.2产品的成形可行性分析

覆盖件成形的可能性分析是一项艰苦细致的工作。

大多数覆盖件尤其是A级的轿车外覆盖件，其总体尺寸大、相对厚度薄、形状复杂、内轮廓里还有局部形状，对于这一类覆盖件进行成形性分析难度非常大，其成型可能性计算没有固定的方法。

简单零件（形状对称、深度均匀）可用拉深系数研究拉深次数和工序尺寸，而汽车覆盖件大多由复杂的空间曲面组成，成形时坯料各部分的变形状态差别很大，而且甚为复杂，各处应力也很不均匀，因此，不能用拉深系数来判断和计算它的拉深次数和拉深的可能性。

因此，对于本课题的零件，最好的办法不是直接进行成型性分析，而是参考类似零件，用类比的方法判断该零件是否能冲压成型。

通过收集江苏华强模具科技有限公司做过的覆盖件资料，同时咨询工程师的意见，可以得出该零件是可以冲压成型的。

2.3工艺方案的提出

通过上面的分析，再依据客户提供的资料，已知该零件属于大批量生产，生产处于长期稳定状态，形状改变可能性小，工艺难易程度困难，工艺方案要为流水线生产提供保证，每道工序都要使用冲模，将拉延、修边冲孔和整形模同时安装在一条冲压线上进行生产。

根据生产纲领和生产要求,初步得出以下的工艺方案：

A方案：

先把整个零件数学模型展开，进行零件的外形尺寸计算，然后落料、冲孔、拉延、侧整形，共四套模具。

B方案：

先对整个零件数学模型进行工艺补充，然后拉延、修边、冲孔、侧整形，共四套模具。

C方案：

先对整个零件数学模型进行工艺补充，然后拉延、修边冲孔、侧整形，共三套模具。

2.4工艺方案的选择

A方案运用了做简单拉深件工艺方案的设计思路，通过计算展开零件的数学模型，直接获得毛坯的尺寸，然后进行接下来的工序。

首先，这种方法理论上可行，但没有结合实际情况进行考虑，普通的圆筒件、阶梯件、盒形件等可以采取这种方法，但对于覆盖件而言，由于覆盖件的结构特点，它的成形具有变形不均匀、应力分布不均匀特点，单单根据零件展开而获得的毛坯往往拉延出来的零件达不到零件的质量要求。

其次，首先要对零件数学模型进行展开，不仅需要很强的数学知识，而且还需要很强的软件应用能力。

其次该零件数学模型复杂，有很多的复杂曲面，孔的位置也是很难确定的。

因此A本方案只存在展开的理论可能性，没有实际操作可行性。

所以不选择A方案。

B方案结合覆盖件的结构和成形特点，采用工艺补充设计，压料面设计、拉深筋设计来解决覆盖件成形时变形不均、应力分布不均等问题，进行工艺补充后，改变了原来零件的冲压方向，进行压料面的工艺补充能够很好保证材料成形速度的一致性，采用加强筋，能有效的防止起皱，有利于冲压件的顺利成形，经过工艺补充后拉延成形的零件，其外形和尺寸精度都得到了很好的保证。

但将修边和冲孔两道工序分开，增加了模具的设计制造成本。

所以不选择B方案。

C方案不仅继承了B方案的优越性而且改善了它的缺点，这两个方案都是先进行工艺补充得出拉深制件后，再进行修边和冲孔，所不同的是C方案采用了复合模，这样即降低了模具的复杂程度，也使孔的形状、尺寸和位置尺寸等得到了很好的保证，且只使用了三套模具，降低了模具制造成本。

因此C方案是最佳的方案，选择C方案为本次设计的最终方案。

C方案的工艺流程图如下：

第三章拉延模的工艺设计

3.1拉延工艺的设计原则

1、尽可能用一道拉延工序成形出覆盖件形状，因为二次拉延经常会发生拉延不完整的情况，造成覆盖件表面质量的恶化。

2、覆盖件的成形深度应尽可能平缓均匀，使各处的变形程度趋于一致，在多道工序成形时，预先要很好地考虑前后各工序间的协调并保证使各个工序的成形条件都达到良好的状态。

3、成形表面较为平坦的覆盖件时，其主要变形方式应为胀形变形，适当地设置拉延（筋）槛和设计合适的压料面以调整各个部位材料变形流动状况达到良好的效果。

4、覆盖件主要结构面上往往有急剧的凸凹折曲和较深的鼓包等局部形状，在形状设计时应尽可能满足。

在制定拉延工艺时可以通过加大过渡区域、过渡圆角和预加工艺切口等办法改善材料的流动和补充条件。

5、覆盖件的焊接面不允许存在折皱、回弹等质量问题，对不规则的形状只能考虑拉延成形出焊接面。

6、覆盖件上的孔一般应在零件拉延成形后冲出，以避免预先冲制出的孔在拉延过程中发生变形。

若孔位于零件上不变形或变形极小的部位时也可在零件拉延前冲出。

7、覆盖件拉延压边圈形状的设计应以材料不发生折皱、翘曲等质量问题为原则。

保证面材料变形流动顺利，同时压料面的形状还应保证坯料定位的稳定性、可靠性和送料的方便性及安全性。

8、覆盖件在拉延工序之后一般为翻边修边等工序，在进行拉延工艺设计时，应充分考虑为后续翻边修边等工序提供良好的工艺条件，包括变形条件、结构零件定位和送料取件等。

9、坯料的送进和拉延件的取出装置应安全方便，有利于覆盖件的自动化流水线生产。

3.2拉延制件的设计

为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口孔洞补满，添加工艺补充面和压料面，铺设拉延筋或拉延槛构成一个有良好工艺性的拉延制件。

3.2.1拉深方向的选择

选择的冲压方向是否合理，不仅影响拉延过程中金属的流动和拉延模具结构的设计，而且在一定程度上决定着拉延工艺的可行性,决定是否能拉延出合格的拉延件。

合理的冲压方向可以创造出良好的拉延条件，直接影响到压料面形状和工艺补充部分的多少，以及拉延后各工序的设计。

所以一定要选择合理的冲压方向。

1、拉深方向的选择原则

（1）保证能将拉深件的全部空间形状（包括棱线、肋条和鼓包等）一次拉深出来，不应有凸模接触不到的“死区”，即要保证凸模能全部进入凹模。

（2）有利于降低拉深的深度。

拉深度太深，容易产生破裂、起皱等质量问题；

拉深深度太浅，则会使材料在成形过程中得不到充分的塑性变形，造成覆盖件的刚度会不足。

因此所选的拉深方向应使拉深件既能充分发挥材料的塑性变形能力，又能使成形过程顺利完成。

（3）保证凸模与毛坯具有良好的初始接触状态，以减少毛坯与凸模的相对滑动，有利于毛坯的变形，并提高冲压件的表面质量。

（4）凸模与毛坯的接触面积应尽量大，保证较大的面接触，避免因点接触造成局部材料胀形太大而发生破裂。

（5）凸模的包容角尽可能的保持一致，即凸模的接触点处于冲模的中心附近，

而不偏离一侧，这样有利于拉深过程中法兰上各部分材料较均匀地向凹模内流入。

（6）凸模表面与毛坯的接触点要多而分散，且尽可能均匀分布，防止局部变形过大，毛坯与凸模表面产生相对滑动

（7）在拉深方向没有选择余地，凸模与毛坯的接触状态又不理想的时候，应通过改变压料面来改善凸模与毛坯的接触状态。

通过改变压料面，使凸模与毛坯的接触点增加，接触面积增大，能保证零件的成形质量。

（8）有利于防止表面缺陷。

对一些表面件，为了保证其表面质量，在选择拉深方向的时候，对重要的部分要保证不产生拉深时出现的偏移、颤动线等表面缺陷。

遵循上述原则,已知零件上表面为平面,大体上零件近似于一个长方体的壳子,为了获得良好的拉深条件,选择接近零件几何中心位置为拉深方向,如图所示：

3.2.2工艺补充部分的设计

1、工艺补充部分的定义

工艺补充部分有广义工艺补充部分和狭义工艺补充部分之分,广义工艺补充部分包括狭义工艺补充部分和压料面两部分；

狭义工艺补充部分又称拉延台阶，是指为改善材料流动状况而添加的型面延伸部分和侧壁部分。

工艺补充部分的主要目是实现拉延成形或为拉延成形创造良好的拉延条件。

良好的拉延条件能使拉延件形状变得简单规范，从而降低材料流动时的阻力和不均匀程度，避免局部形成应力集中，影响零件的成形。

2、工艺补充部分的设计原则

（1）内孔封闭补充原则。

（2）简化拉深件结构形状原则。

（3）保证良好的塑性变形条件。

（4）外工艺补充部分尽量小。

（5）对后工序有利原则。

（6）双件拉伸工艺补充。

3、工艺补充面的创建方法

通常工艺补充面的造型设计是采用二维截面特征线构造曲面的方法，依靠二维截面特征线来反映凸模和凹模圆角半径等工艺参数。

其中二维截面特征线通常根据设计者的经验，在适当的位置交互式设计修改截面线。

根据修边线位置及修边方式的不同，工艺补充面常用的截面形式可分为五个类型，这些典型的工艺补充面截面形式和相关的特征参数列于表1。

其中参数值可由设计者根据实际情况，在许可的范围内进行变动。

绘制好二维截面特征线之后，利用UG软件中的扫描曲面、网格曲面、曲面倒圆和桥接曲面等功能构造各片曲面，则可组成工艺补充面。

4、工艺补充面的创建

综合上面的因素，参照表3.1，得出了以下的工艺补充面，其是示意图如下：

3.2.3压料面的设计

1、压料面对拉深件的影响

压料面是指凹模圆角以外的且在拉深开始时，凹模与压边圈压住毛坯的部分。

它是工艺补充的一个重要组成部分，对汽车覆盖件的成形起着重要的作用。

本拉深件的压料面由零件的法兰部分和工艺补充部分共同组成。

在拉深开始前，压边圈将毛坯压紧在凹模压上；

拉深开始后，凸模的作用力与压料面上的阻力共同形成毛坯的变形力，使毛坯产生塑性变形，实现拉深成形过程。

通过压料面的变化，可能使拉深件的深度均匀，毛坯流动阻力的分布满足拉深成形的需要。

压料面设计的是否合理，直接影响到压料毛坯向凹模内流动的方向与速度、毛坯变形的分布与大小和破裂起皱等问题的产生。

压料面设计的不合理，还会在压边圈压料时就形成皱折、余料和松驰等。

2、压料面的设计原则

（1）压料面形状尽量简单化，以水平平面为最好。

在保证良好的拉深条件下，为减少材料消耗，也可以设计成斜面，平滑曲面（如单曲面、锥面）或平面曲面组合等形状。

但是不要设计成平面大角度交叉，高度变化剧烈的形状和压料面上有凸起或凹坑。

因为这样形状的压面会造成材料的极不均匀分布，在拉深成形时产生起皱、堆积、破裂等现象。

（2）水平压料面应用最多，其阻力变化相对容易控制，有利于调模时调整到最有利于拉深成形所需的最佳压料面阻力状态。

向内倾斜的压料面，对材料流动阻力较小，可在塑性变形较大的深拉深件拉深时采用。

但为保证压边圈强度，一般控制压料面倾斜角a﹤40°

~50°

。

向外倾斜的压料面的流动阻力最大，对浅拉深时可增大毛坯的塑性变形。

但倾斜角太大，会使材料流动条件变差产生破裂。

（3）压料面断面曲线长度要小于拉深件内部断面线的长度。

一般认为，汽车覆盖件的冲压成形时各断面上的伸长率达到3%~5%时，才有较好的形状冻结性。

最小伸长率不应小于2%。

因此，合理的压料面要保证拉深件各断面的伸长率达到3%以上。

如果压料面的断面曲线长度不小于拉深件内部断面曲线的长度，拉深件上就会出现余料、松弛、皱折等。

（4）压料面应使成形深度小且各部分深度接近一致。

这种压料面可使材料流动和塑性变形趋于均匀，减小成形难度。

（5）压料面应使毛坯在拉深成形和修边工序中都有可靠的定位，并考虑送料和取件的方便。

3、压料面的创建方法

（1）首先生成工艺补充部分，再生成压料面。

（2）同工艺补充部分一起通过截面特征线来创建。

（3）首先创建压料面，再创建从修边轮廓到压料面的工艺补充部分。

4、压料面的创建

本拉延件通过创建截面特征线来创建压料面。

综合考虑以上各因素，得出以下的压料面设计，其示意图如下:

3.2.4拉延筋的设计

一般情况下，车身覆盖件拉深过程通常都是在拉力作用下成形的。

在车身覆盖件这样复杂的自由曲面冲压成形件中，合理设置拉深筋不仅可以降低拉深成形过程对压边力的依赖,即降低对模具和设备的要求，而且可以调整拉深阻力的分布状况，从而改善板坯冲压过程中材料流动的不均匀性，提高覆盖件的成形质量和成形后的稳定性。

1、敷设拉延筋（槛）的主要作用

（1）增加进料阻力。

拉深筋阻力是由坯料通过拉深时的弯曲反弯曲变形力、摩擦力以及因变形硬化引起的再变形抗力增量三部分组成的。

弯曲反弯曲变形所需要的变形力构成了拉深筋阻力的主要部分，压边面之间的坯料除受径向和切向拉应力外，还受反复弯曲应力作用，因此增加了进料阻力。

（2）拉深槛也是拉深筋的一种，由于其弯曲更剧烈，所以其进料阻力大得多，更适用于曲率较小、平坦的或深度小的覆盖件，使坯料靠材料本身的塑性变形伸展成形，而不靠压边圈外材料的流入与补充。

（3）调节材料的流动情况。

通过对拉深筋的位置、根数和形状的适当配置，使拉深过程中各部分流动阻力均匀，坯料流入模腔的量适合制件各处的需要，以避免“多则皱、少则裂”的现象。

这样也就增加了拉深时坯料流动的稳定性，并能增加覆盖件的刚性。

（4）降低对压边面粗糙度的要求。

不用拉深筋时，压边面的表面精度要求较高，即要求平整、光滑、贴合、均匀，使用拉深筋后，压边面之间的间隙可以适当加大（略大于料厚），表面精度可适当降低，这便降低了大型拉深模的制造工作量。

同时压边面的磨损减少，模具使用寿命（拉深筋磨损后可以更换）得到提高。

（5）纠正坯料的不平整缺陷，消除产生滑带的可能性。

因为当坯料在通过拉深筋产生起伏后再流入凹模，相当于辊压校平。

2、拉延筋的敷设原则

（1）为了增加进料阻力，沿工件轮廓整圈或间断设置一条拉延槛或1-3条拉延筋。

（2）为了增加径向拉应力减低切向压应力，在容易起皱的部位设置1-3条拉延筋。

（3）为了调整进料阻力和进料量，在拉延深度大的直线部位设置1-3条拉延筋；

在拉延深度大的圆弧部位不设拉延筋；

当拉延深度较大时，深的部位不设拉延筋，浅的部位设置拉延筋。

（4）按工件轮廓几何形状的不同，拉深筋（槛）的设置方法见图3.3，拉深筋（槛）走向一定要与坯料流动方向垂直。

3、拉延筋的尺寸设计

（1）当修边线在凸模上时，尺寸参照下图：

其中：

H＝R，（R=5,6,8）；

A＝R＋R1＋R2＋C；

B＝2×

R＋R3＋R4＋C；

C值按以下条件确定：

R2=1－2时，C＝8；

R2=2.5以上时，C＝6；

（2）当修边线在压料面上时，尺寸参照下图：

4、拉深筋的创建

综合以上各种因素，得出以下拉延筋的设计，其示意图如下：

3.2.5拉深制件的创建

综合以上各设计要点，得出下面的拉深制件，其示意图如下：

第四章拉延模的设计

4.1拉延模的类型

1、单动拉延模及其工作原理

工人将毛坯放在模具压料面上并准确定位，压力机上滑块下行带动上模下行，上模和下模的压边部分首先与毛坯接触，将毛坯压住，使压边部分的毛坯受到的变形阻力增大，上模继续下行，开始拉深成形，当压力机上滑块到达下死点时，拉深成形过程结束，压力机上滑块回程，带动上模上行，顶出装置将拉深制件顶出，取出拉深件。

2、双动拉延模及其工作原理

双动拉延模所选压力机的滑块有内外之分，凸模与内滑块相连，压料装置与外滑块相连。

冲压时，外滑块带动压料装置先下行，将毛坯压紧，然后内滑块带动凸模下行，凸模与凹模共同作用完成拉延成形。

4.2拉延模类型的选择

双动拉延模主要用于覆盖件形状和外形尺寸比较大，需要提供大而稳定的压边力的情况下。

从上面的工艺分析可以看出，这个覆盖件并不是很复杂，外形尺寸也不是很大，属于中型模具，不必要选择双动液压机，单动液压机就足够了，这样可以降低成本。

因此这套拉延模选择倒装结构，即使用单动液压机。

4.3拉延模工艺参数的计算

4.3.1压力中心的确定

冲裁的合力作用点或多工序冲压压力的合力作用点，称为模具压力中心。

模具压力中心与压力机滑块中心一致，如果不一致，冲压时会产生偏裁，导致模具以及压力机滑块导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

由于本覆盖件的外形尺寸很复杂，很难用几何作图方法来确定，在这里只能用毛坯的几何中心作为压力中心。

由以上拉深件的工艺图得出毛坯的尺寸为1000mm×

255mm×

1mm，选择毛坯的几何中心作为模具的压力中心。

4.3.2拉伸力的计算

因为这个覆盖件的形状不规则，所以不能用一般的圆筒件、带凸缘的圆筒件和锥形零件等零件的计算方法进行计算，因此需采用任何形状的拉伸力计算公式：

P＝LtδbKb

式中：

L—凸模周边的长度，mm；

t—为材料的厚度，mm；

δb—材料的抗拉强度，Mpa；

Kb—系数取0.9，（查表）；

已知δb为410~510N·

mm2,由于凸模的是一个复杂的曲面，不能用一般的计算方法进行计算其周长，在此借助UG进行计算,最后得出了所需曲线的周长为2248.1857mm。

则P＝LtδbKb＝2248.1857×

1×

（410~510）×

0.9＝（829.58~1031.92）KN，此值为理论值，用于初步选取压力机公称压力的参考。

利用AUTOFROM模拟拉延过程时，在保证质量的前提下，模拟所用压力约为882KN，能够满足条件，故选取P＝882KN。

4.3.3压边力的计算

压边圈的压边力必须适当，如果压边圈的压力过大，就增加了拉延力，就会使工件拉裂；

如果压边圈的压力过小，就会使工件的边壁或凸缘起皱。

一般压边力的计算公式为:

Fq＝A·

q

A—在压边圈上毛坯的投影面积，mm2；

q—单位压边力，MPa；

其中q值直接查表取为4Mpa，A为压边圈上坯料的投影面积，由拉深制件图并且借助UG进行计算得到压边圈在毛坯上的投影面积为197609.8377mm2。

则Fq＝197609.8377×

4＝790.439KN。

4.3.4冲压设备的选择

对于单动压床，公称压力的计算公式为：

P压＝P＋Fq

P压—压床的公称压力，N；

P—拉深力，N；

Fq—压边力，N；

因此，单动压力机的P压＝P＋Fq＝882＋790.439＝1672.439KN。

在实际生产中按下式确定压力机的公称压力：

Fg≥（1.6~1.8）P压＝1.8×

1672.439KN＝3010.3902KN。

根据客户提高的设备资料实际选压机为：

YH32—500DII。

主要技术参数参照表4.1：

表4.1液压机500T/315T/200T主要技术参数表

图4.1液压机YH32—500DII工作台面尺寸图

4.5拉延模主要零件的结构设计

4.5.1拉延凹模的设计

1、选择凹模结构形式

由于零件的外形尺寸比较大，形状比较复杂，为了便于凹模的加工和修理，节省优质模具钢，本次凹模采用镶拼式结构。

（1）镶拼式结构设计的一般原则

①应注意尽量将镶拼块做成钝角或者直角，避免做成锐角。

②工作中易磨损处和圆角部分应单独划分一段，拼接线应在离直线与圆弧的切入点4mm~7mm的直线处。

③在考虑镶拼件时，应尽量将复杂的内形加工变成外形加工，以便于机械加工和成型磨削。

④制件有对称线时，应沿对称线分段，使形状和尺寸相同的分块可以一同磨削加工。

（2）镶块结构的固定方法

①平面式固定即把拼块直接用螺钉、销钉固定在于固定板或模座平面上；

这种方法主要用于大型的镶拼凸凹模。

每独立拼块均应有两个销钉与模座定位，并根据模块面积允许采用一个至几个螺钉紧固。

②嵌入式固定即把各拼块拼合后，采用过渡配合（K7/h6）嵌入固定板的凹槽内，这种方法适用于中小型凸凹模镶块的固定。

③压入式固定即把各拼块拼合后，采用过盈配合（U8/h7）压入紧固套内

④斜式固定即利用斜契合螺钉把各拼块固定在固定板上。

综上，采用镶拼式凹模和采用嵌入式固定镶拼凹模的方式。

2、拉延凹模的尺寸设计

（1）凹模压料面按压料面设计，由于压料面为平面，因此凹模的压料面也为平面。

（2）凹模的圆角设计，一般情况下，凹模的圆角：

R凹＝（6~10）tmm，（式中t为板料厚度）。

当凹模圆角处于工艺补充部分上，根据常用覆盖件的板料的厚度，取中间值8mm。

（3）凹模的外形尺寸设计，在设计凹模尺寸时，除了要考虑壁厚外，还要考虑压料面的尺寸，因此凹模的外形尺寸为1060×

280×

102mm。

（4）基于UG的凹模结构尺寸设计，综合考虑以上因素，利用UG完成凹模的设计,如下图：

4.5.2拉延凸模的设计

拉延凸模的设计与拉延凹模成对称设