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設(shè)計(jì)(論文)
題 目： 汽車車門外板
沖壓模具設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是某轎車前車門外板的沖壓模具，分析了汽車覆蓋件及其沖壓模具的特點(diǎn)及要求。汽車覆蓋件的尺寸大結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)，零件表面的質(zhì)量要求高，因此對(duì)其模具的設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜。
該零件的數(shù)學(xué)模型為由曲面構(gòu)成的非參數(shù)化特征，首先利用UG軟件繪制該零件的三維造型，再對(duì)其成形特點(diǎn)和成形工藝進(jìn)行分析，為了得到合格的零件產(chǎn)品，必須先進(jìn)行生產(chǎn)方案的分析與確定。再利用Dynaform軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，借助軟件對(duì)其拉深方向、工藝補(bǔ)充、坯料尺寸、零件的成形極限、厚度變化情況和拉延力等進(jìn)行分析計(jì)算，最后是對(duì)其成形模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。
拉延模的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，包括沖壓方向的確定、內(nèi)外工藝補(bǔ)充面、壓料面的確定、拉延筋的設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算等，重點(diǎn)對(duì)拉延凸模、凹模、壓邊圈進(jìn)行設(shè)計(jì)，還有對(duì)頂件裝置、導(dǎo)向裝置、合模限位裝置、起吊裝置和通氣孔等進(jìn)行設(shè)計(jì)。工件在拉延成形之后需要進(jìn)行修邊和沖孔，在這里以拉延模為基礎(chǔ)對(duì)修邊沖孔模進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和說(shuō)明，完成工件的沖壓成形。最后繪制了拉延模具的二維裝配圖和部分零件圖。
關(guān)鍵詞：車門外板；覆蓋件；工藝分析；模具設(shè)計(jì)；UG
The design of car door panels stamping die
Abstract: The content is designed for a car before the car door panel stamping dies, analyzes and stamping automotive panel characteristics and requirements. Large size structure of an automobile covering parts are complex surface structure, high quality requirements of the part surface, so the design of their molds more complicated.
Mathematical model of the part of the grounds of non-parametric feature curved surface, the first use of UG software to draw three-dimensional modeling of the part, and then analyzed the characteristics shaping and forming processes, in order to get qualified parts products must be produced programs Analysis and determination. Reuse Dynaform numerical simulation analysis software, with the software to its drawing direction, forming limit addendum, blank size, part thickness changes and drawing force of analysis and calculation, and finally the design of its mold.
Drawing die design is the focus of this design, including stamping direction is determined, both inside and outside addendum, binder determination drawbead design, process calculation, focusing on drawing punch, die, blankholder ring design, as well as for top pieces of equipment, guides, clamping stopper, lifting device and the vent, etc. design. After forming the workpiece drawing needed trimming and punching, drawing die in here with the basis for trimming punching die design and simple instructions to complete the stamping workpiece shape. Finally, draw the two-dimensional drawing die assembly drawing and some parts Fig.
Key words：car door panels；cover；process pnalysis；mold design；UG
目 次
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 車門的組成和特點(diǎn) 1
1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 1
1.4 汽車覆蓋件模具 2
1.5 本文研究的內(nèi)容和目的 2
2 沖壓工藝分析 3
2.1 沖壓的工件 3
2.2 08AL材料 3
2.3 沖壓件工藝方案的確定 4
2.3.1 沖壓工藝方案的提出 4
2.3.2 沖壓工藝方案的對(duì)比與選擇 4
2.4 車門外板沖壓模具設(shè)計(jì)思路 5
2.5 本章小結(jié) 5
3 車門外板拉延成形數(shù)值模擬 6
3.1 數(shù)值模擬 6
3.2 車門成形的有限元模擬 6
3.2.1 拉延工藝 6
3.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)易操作 6
3.3有限元模擬的后處理 12
3.4 本章小結(jié) 14
4 外板拉延模具設(shè)計(jì) 15
4.1 拉延方向的確定 15
4.1.1 拉延方向設(shè)計(jì)要求 15
4.1.2 工件拉延方向的確定 15
4.2 工藝補(bǔ)充的設(shè)計(jì) 16
4.2.1 工藝補(bǔ)充的設(shè)計(jì)原則 16
4.2.2 制件工藝補(bǔ)充的確定 16
4.3 壓料面的設(shè)計(jì) 17
4.3.1 壓料面對(duì)制件成形的影響 17
4.3.2 壓料面的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 17
4.4 拉延筋的設(shè)計(jì) 18
4.4.1 拉延筋對(duì)制件成形的影響 18
4.4.2 拉延筋的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 18
4.5 拉延工藝的計(jì)算 19
4.5.1 拉延模拉深力的計(jì)算 19
4.5.2 拉延模壓邊力的計(jì)算 20
4.5.3 拉延模壓力中心的確定 20
4.5.4 拉延設(shè)備的選擇 20
4.5.5 模具工作部分尺寸的計(jì)算 21
4.6 拉延模結(jié)構(gòu)形式的確定 22
4.7 拉延模主要零件的設(shè)計(jì) 22
4.7.1 拉延凸模的設(shè)計(jì) 22
4.7.2 拉延凹模的設(shè)計(jì) 23
4.7.3 壓邊圈的設(shè)計(jì) 24
4.7.4 頂件裝置的設(shè)計(jì) 25
4.7.5 其他零部件的設(shè)計(jì) 25
4.8 拉延模的工作原理 26
4.9 本章小結(jié) 26
5 外板修邊沖孔復(fù)合模具的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) 27
5.1 修邊沖孔工藝的分析 27
5.1.1 修邊方向的確定 27
5.1.2 修邊模的定位 28
5.1.3 修邊模的結(jié)構(gòu)形式 28
5.2 修邊沖孔模結(jié)構(gòu)與零件的設(shè)計(jì) 28
5.2.1 修邊模工作部分的設(shè)計(jì) 28
5.2.2 修邊模卸料裝置的設(shè)計(jì) 29
5.3 修邊沖孔模的工作原理 29
5.4 本章小結(jié) 29
6 模具的圖樣繪制 30
6.1零件圖的繪制要求 30
6.2總裝圖的繪制要求 30
7 結(jié)論 31
致謝 32
參考文獻(xiàn) 33
VII
1 緒論
1.1 概述
自從世界上第一輛汽車誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展、改進(jìn)和創(chuàng)新，汽車逐漸進(jìn)入了普通人的生活，來(lái)到了千家萬(wàn)戶。汽車的出現(xiàn)正在改變著我們所有人的生活，如今，汽車在大家的日常生活中有著重要的作用，汽車是我們出行、旅游、上班便捷的交通工具。汽車技術(shù)的進(jìn)步為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的收益，自從1886年世界上第一輛汽車誕生以來(lái)，便出現(xiàn)了很多有關(guān)汽車技術(shù)的發(fā)明和專利，使汽車的發(fā)展日新月異?，F(xiàn)代汽車是新時(shí)代新科技的發(fā)展所帶來(lái)的產(chǎn)物，汽車技術(shù)的發(fā)展見(jiàn)證了人類的文明史。汽車技術(shù)的進(jìn)步也帶動(dòng)了一些行業(yè)的技術(shù)改造和更新。汽車也豐富著我們的生活，各種與汽車相關(guān)的比賽、電影、汽車玩具和與戲也是層出不窮。汽車是我們現(xiàn)代生活中不可缺少的一個(gè)重要的部分[1]。
1.2 車門的組成和特點(diǎn)
車門是為駕駛員和乘客提供出入車輛的通道，并隔絕車外干擾，在一定程度上減輕側(cè)面撞擊，保護(hù)乘員[2]。汽車的美觀也與車門的造型有關(guān)。車門的好壞，主要體現(xiàn)在，車門的防撞性能，車門的密封性能，車門的開(kāi)合便利性，當(dāng)然還有其它使用功能的指標(biāo)等。防撞性能尤為重要，因?yàn)檐囕v發(fā)生側(cè)碰時(shí)，緩沖距離很短，很容易就傷到車內(nèi)人員。
轎車的車門一般由門體（內(nèi)板、車門外板、車門窗框、車門加強(qiáng)橫梁和車門加強(qiáng)板），車門附件（車門鉸鏈、車門開(kāi)度限位器、門鎖機(jī)構(gòu)及內(nèi)外手柄、車門玻璃、玻璃升降機(jī)和密封條）和內(nèi)飾蓋板（固定板、芯板、內(nèi)飾蒙皮、內(nèi)扶手）三部分組成[3]。
車門外板屬于車外覆蓋件，與一般沖壓件相比具有材料薄、空間尺寸大、質(zhì)量要求高(光滑、美觀，不允許有波紋、皺紋、凹痕)、剛性好、形狀復(fù)//立體表面多等特點(diǎn)，如果外板剛度不足，在關(guān)門時(shí)會(huì)產(chǎn)生嗡嗡的振動(dòng)聲，行駛時(shí)也會(huì)發(fā)生振動(dòng)。其自身外形特點(diǎn)是零件拉延深度淺、外表面要求光滑勻稱。
1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要標(biāo)志[4]。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，模具的需求量變得越來(lái)越大，對(duì)模具的使用要求也越來(lái)越高。目前我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展越來(lái)越迅速，產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)主要應(yīng)表現(xiàn)在：
1）汽車覆蓋件模；
2）精密沖模；
3）大型及精密塑料模；
4）主要模具標(biāo)準(zhǔn)件；
5）其它高技術(shù)含量的模具。
與一般沖壓件相比，汽車覆蓋件多是尺寸大、形狀復(fù)雜、相對(duì)厚度（板厚與毛坯最大長(zhǎng)度之比）小（相對(duì)厚度最小值可達(dá)0.0003）的三維曲面，成形規(guī)律難以掌握，同時(shí)對(duì)外觀質(zhì)量要求高，配合精度高，形狀和尺寸的一致性及互換性好，剛性好，還要有良好的成型工藝性，因此，汽車覆蓋件的成型過(guò)程有其特殊性，如通常為一次拉延成形（外覆蓋件），拉延時(shí)兼有脹形變形等[5]。正因如此，在實(shí)踐中常把金屬覆蓋件從一般沖壓件中分離出來(lái)，作為沖壓加工中的特殊類別加以研究和分析。
1.4 汽車覆蓋件模具
汽車覆蓋件在制造時(shí)主要由拉深成型、修邊和翻邊三個(gè)基本的沖壓工序組成，覆蓋件模具按其完成的工序分類，主要有落料模、拉延模、修邊模、翻邊模、整形模，還有完成復(fù)合工序的修邊沖孔模、修邊翻邊模、翻邊沖孔模等。一般來(lái)講，覆蓋件模具的尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作零件的精度要求高，而且其一般都是非標(biāo)準(zhǔn)件，需要自行設(shè)計(jì)。
1.5 本文研究的內(nèi)容和目的
本文主要是設(shè)計(jì)出一套具有使用要求的汽車車門外板模具，并能以這套模具進(jìn)行批量且自動(dòng)化生產(chǎn)。此車門外板要求足夠的剛度，外邊面質(zhì)量要求高（光滑、美觀、勻稱），尺寸精度高滿足裝配。通過(guò)利用UG軟件繪制工件的三維模型圖，分析工件的成型工藝，使用Dynaform軟件進(jìn)行拉延成形過(guò)程的有限元分析，設(shè)計(jì)模具的整體結(jié)構(gòu)以及用AutoCAD軟件繪制模具工作零件的二維圖和總裝圖完成設(shè)計(jì)。
這次設(shè)計(jì)，對(duì)我而言是在大學(xué)一次最重要的課程，綜合性很強(qiáng)，不單單提高自己對(duì)本專業(yè)知識(shí)的理解，且為以后從事模具行業(yè)奠定一定的基礎(chǔ)。特別是，在老師同學(xué)的幫助下，自己能一個(gè)人去熟練掌握設(shè)計(jì)模具的具體步驟，充分加強(qiáng)自己各方面的能力。
2 沖壓工藝分析
2.1 沖壓的工件
圖2.1 車門外板三維圖
圖2.2 車門外板二維圖和尺寸
圖2.1所示是車門外板結(jié)構(gòu)圖，材質(zhì)選用08AL優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。制件尺寸大（1250mm×1100mm），厚度為0.8mm。零件上面有一個(gè)車玻璃窗的位置，一個(gè)車門把手的孔。外形較復(fù)雜，拉深深度不是很深，屬于汽車?yán)罴?；此類拉深件的拉深表面主要是靠壓料面下的毛坯向里面補(bǔ)充而拉深成形；變形、應(yīng)力比較均勻，一般都不會(huì)破裂。圖2.2為工件的尺寸。
2.2 零件材料分析
本車門外板采用的是08AL材料，08AL是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，“08”表示鋼中平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%，“A”表示質(zhì)量等級(jí)，“L”為“拉”字的漢語(yǔ)拼音首字母，表示其拉伸性能好。它是一種很軟的低碳鋼，其強(qiáng)度、硬度非常低，可塑性及韌性較好，對(duì)于冷加工性能較好。其抗拉強(qiáng)度σb≧325 MPa。08AL一般用于軋制成薄帶、薄板、冷軋變形材、冷拉、焊接件、冷沖壓等，主要用于制造6mm以下的各種冷沖壓構(gòu)件，如車身、駕駛室、各種儀表及機(jī)器外殼等[6]。
2.3 沖壓件工藝方案的確定
2.3.1 沖壓工藝方案的提出
工藝方案是在保證沖壓件質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)高效和低成本的生產(chǎn)，通過(guò)上面的分析，該制件屬于大批量生產(chǎn)。汽車覆蓋件的沖壓加工成形工序有落料、拉延（拉深）、修邊（沖孔）、翻邊（翻孔）、和整形等[7]，其中最基礎(chǔ)、最重要的就是拉延成形工序。在編制沖壓工藝時(shí)，關(guān)鍵在于拉延的可能性和可靠性，如果覆蓋件能夠進(jìn)行拉延，對(duì)于拉延以后的工序，主要是確定工序數(shù)和安排工序之間先后順序的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，覆蓋件都是進(jìn)行一次拉延成形的，拉延工藝性的好壞主要取決于覆蓋件的形狀。為實(shí)現(xiàn)工件的一次拉延成形，對(duì)深度深的、立體曲面復(fù)雜的覆蓋件，除了對(duì)拉深的形狀進(jìn)行優(yōu)化外，還必須采用性能比較好的深拉延鋼板。結(jié)合本設(shè)計(jì)的工件，初步確定了一下幾種沖壓工序：
方案一：把工件的數(shù)學(xué)模型展開(kāi)，計(jì)算其外形尺寸，第一步是下料和垂直沖孔，第二步進(jìn)行拉延成形，共需要兩套模具；
方案二：把工件的數(shù)學(xué)模型展開(kāi)，計(jì)算其外形尺寸，第一步下料，第二步垂直沖孔，最后拉延成形，共需要三套模具；
方案三：先對(duì)工件的模型進(jìn)行工藝補(bǔ)充，第一步進(jìn)行拉延成形，第二步修邊，最后沖孔，共需要三套模具；
方案四：先對(duì)工件的模型進(jìn)行工藝補(bǔ)充，第一步進(jìn)行拉延成形，最后同時(shí)修邊和沖孔，共需要兩套模具。
2.3.2 沖壓工藝方案的對(duì)比與選擇
方案一先對(duì)零件展開(kāi)，因?yàn)檫@是個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，有很多的復(fù)雜曲面，雖然可以借助計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算出展開(kāi)尺寸，但是那些孔的位置也是很難確定的，存在工藝的缺陷，這個(gè)方案不可取。
方案二實(shí)施起來(lái)浪費(fèi)材料，增加了加工工序，不是合適的方案。
方案三第一步就是對(duì)零件進(jìn)行工藝補(bǔ)充，采用了拉延筋，這樣可以防止起皺，有利于沖壓件的順利成形，并且經(jīng)過(guò)了工藝補(bǔ)充，這樣使零件的外形尺寸的精度得到了很好的保證。但是先進(jìn)行修邊，后進(jìn)行沖孔，增加了整個(gè)模具的設(shè)計(jì)與制造的復(fù)雜程度，增加了制造工序，因此方案二也不是最佳的方案。
方案四與方案三比較都是先進(jìn)行工藝補(bǔ)充后，再拉延成型，后同時(shí)沖孔和修邊，保證了孔的位置尺寸和外形尺寸，雖然增加了模具的復(fù)雜程度，增加了模具制造的費(fèi)用和時(shí)間，但只有兩套模具，減少了模具的制造成本， 減少了生產(chǎn)周期和制造工序，因此方案四是可取的方案。
所以本次設(shè)計(jì)采用方案四。先進(jìn)行一次拉延成形，拉出工件的整體外形部分，再進(jìn)行車門玻璃窗和門把手的沖孔（此沖孔必須要在拉深成形后再進(jìn)行）和外部輪廓的修邊工序。根據(jù)制定的工序，需要設(shè)計(jì)出一套拉延模具和一套修邊沖孔模具。
2.4 車門外板沖壓模具設(shè)計(jì)思路
對(duì)于車門外板的沖壓成形，其中最主要的工序就是外板的拉延成形，后續(xù)再加以修邊、沖孔和翻邊等工序得到最終的復(fù)合要求的工件。由于拉延模具中有壓邊圈和拉延筋的存在，為了滿足工件拉延成形的要求和保證拉延成形的質(zhì)量，后面修邊和翻邊等工序不可能與拉延在同一套模具中經(jīng)過(guò)沖壓而得到，因此，拉延模具和修邊模具就必須分別設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)首先利用Dynaform軟件對(duì)零件的成形進(jìn)行模擬，然后再借助模擬分析進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，本次主要對(duì)拉延模具進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一套車門外板拉延模具和修邊沖孔模的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)說(shuō)明。
2.5 本章小結(jié)
本章對(duì)工件進(jìn)行分析，確定了工件的成形工藝過(guò)程，為接下來(lái)的模具設(shè)計(jì)制定了方向和思路。
3 車門外板拉延成形數(shù)值模擬
3.1 數(shù)值模擬
影響金屬塑性成形的因素包括所選用材料的性能、模具的形狀、坯料的形狀、工藝參數(shù)的設(shè)定值等[8]。以往主要是依靠實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)或是在較多的簡(jiǎn)化和假設(shè)的前提下進(jìn)行理論分析處理來(lái)解決此類問(wèn)題。但往往這樣理論分析所得的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有很大的出入，因此在實(shí)際中不能廣泛的應(yīng)用此方法。
本章利用DYNAFORM軟件對(duì)汽車前門內(nèi)板進(jìn)行拉延成形過(guò)程的有限元分析。
3.2 車門成形的有限元模擬
3.2.1 拉延工藝
通過(guò)分析知道本工件在成形時(shí)沒(méi)有成形很困難的部分，從外形看比較簡(jiǎn)單流暢，如果選擇的沖壓方向合理的話就不會(huì)出現(xiàn)沖壓負(fù)角。本工件沒(méi)有法蘭部分，需要在工件本體部分以外添加工藝補(bǔ)充面之后才能進(jìn)行拉延成形[9]。本零件的工藝補(bǔ)充部分包含兩類：一種是車窗那里需要填充的部分；第二種是零件外輪廓線邊緣部分的外工藝補(bǔ)充部分，它由拉延部分的補(bǔ)充面和壓料面組成。
3.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)易操作
(1) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)
啟動(dòng)Dynaform軟件，選擇菜單文件→另存為，輸入“chemen.df”為文件名，將建立的數(shù)據(jù)庫(kù)保存在自己設(shè)定的目錄下，保存數(shù)據(jù)庫(kù)。
(2) 導(dǎo)入igs模型
① 選擇文件導(dǎo)入，將車門外板件的IGS格式的文件導(dǎo)入到軟件中，如圖3.1所示：
圖3.1 導(dǎo)入的零件模型
② 選擇菜單零件層的編輯，修改零件層的名稱、編號(hào)和顏色，修改車門外板零件層名稱為DIE，點(diǎn)擊確定。
(3) 曲面網(wǎng)格劃分
① 選擇菜單預(yù)處理→網(wǎng)格劃分，彈出網(wǎng)格劃分菜單對(duì)話框。
② 在“曲面網(wǎng)格劃分”對(duì)話框中設(shè)定最大單元值為20，其它各項(xiàng)的值采用默認(rèn)值，自動(dòng)劃分網(wǎng)格。劃分的網(wǎng)格單元圖3.2所示：
圖3.2 劃分的網(wǎng)格單元
(4) 網(wǎng)格檢查和修補(bǔ)
① 選擇菜單前處理→模型檢查，單擊“顯示邊界”按鈕。
② 點(diǎn)擊清除高亮顯示按鈕，點(diǎn)選平面法向按鈕，確定所有單元的法向量方向一致。
(5) 沖壓方向的調(diào)整
在Dynaform中，本功能用來(lái)調(diào)整零件的沖壓方向，它允許用戶移動(dòng)工件且圍繞任意軸旋轉(zhuǎn)工件，通過(guò)平均所有單元的法矢來(lái)調(diào)整沖壓方向，使沖壓負(fù)角和拉延深度達(dá)到最小，從而更適合于拉延。
選擇模面工程→預(yù)處理菜單項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中選擇沖壓方向調(diào)整選項(xiàng)，將模型調(diào)整到一個(gè)最佳的沖壓方向的位置上。如圖3.3所示，從圖中可以看出，拉延件的最深的拉深深度為107mm。
圖3.3 沖壓方向的選擇
(6) 內(nèi)部填充
① 選擇菜單模面工程→前處理，選擇自動(dòng)填充按鈕，點(diǎn)擊應(yīng)用，模型中的所有孔洞的邊界線都是高亮顯示。
② 在模型中最大的孔洞邊界上選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則高亮顯示線被去除，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵，填充內(nèi)孔如圖3.4所示：
圖3.4 被填充內(nèi)孔的模型
(7) 添加工藝補(bǔ)充面
① 創(chuàng)建內(nèi)壓料面：選擇模面工程→壓料面菜單項(xiàng)，將當(dāng)前零件定義成凹模，在彈出的壓料面對(duì)話框中選擇壓料面類型為兩線壓料面，點(diǎn)選內(nèi)壓料面選項(xiàng)，輸入壓料面的法蘭寬度為20mm，點(diǎn)擊定義壓料面方向按鈕，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵選擇參考點(diǎn)，結(jié)果如圖 3.5所示：
圖3.5 壓料面設(shè)置
② 創(chuàng)建內(nèi)工藝補(bǔ)充面：選擇模面工程→工藝補(bǔ)充面菜單項(xiàng)，在輪廓母線組中點(diǎn)擊新建，選擇截面線類型為2，輸入半徑均為5.00mm，輸入部件的值為10.0mm，點(diǎn)擊分配按鈕，選擇類型為內(nèi)部，關(guān)閉通過(guò)段選項(xiàng)，點(diǎn)擊選擇，在凹模內(nèi)部邊界上拾取一個(gè)節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕，生成工藝補(bǔ)充面曲面。
③ 內(nèi)壓料面裁剪：選擇模面工程→模面修改菜單項(xiàng)，點(diǎn)擊裁剪壓料面選項(xiàng)，確認(rèn)選擇，返回到裁剪壓料面對(duì)話框，點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕，彈出窗口提示用戶是否裁剪壓料面，點(diǎn)擊按鈕確認(rèn)，結(jié)果如圖4.6所示：
圖3.6 創(chuàng)建的內(nèi)工藝補(bǔ)充面
④ 創(chuàng)建外壓料面：編輯零件層，將C_BINDER改為INNBIND，選擇模面工程→壓料面菜單項(xiàng)，選擇壓料面類型為兩線壓料面，點(diǎn)選外壓料面選項(xiàng)，法蘭寬度設(shè)為200mm。點(diǎn)擊定義壓料面按鈕，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵確定，點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕創(chuàng)建新的壓料面，點(diǎn)擊否按鈕保留INNBINDE，生成外壓料面。
⑤ 創(chuàng)建外工藝補(bǔ)充面：選擇模面工程→工藝補(bǔ)充面菜單項(xiàng)，在產(chǎn)生補(bǔ)充面組中點(diǎn)擊新建按鈕，選擇截面線類型，并加以編輯，創(chuàng)建外工藝補(bǔ)充面。然后裁剪外壓料面，最后結(jié)果如圖 3.7所示，最后生成的模面如圖 3.8所示：
圖3.7 裁剪后的壓料面
圖3.8 生成的整個(gè)模面
(8) 坯料尺寸估算
由于汽車覆蓋件的形狀復(fù)雜，人工很難準(zhǔn)確地計(jì)算出拉深件的表面面積，在這里，我們利用Dynaform軟件坯料工程中設(shè)置的計(jì)算模塊來(lái)計(jì)算毛坯尺寸的大小和形狀。
① 將需要求板料的圖層編輯添加到一個(gè)圖層中，如圖 3.9所示。然后檢查、修補(bǔ)該零件層中的網(wǎng)格。
圖3.9 檢查修整后
② 選擇坯料工程→預(yù)處理菜單項(xiàng)，單擊毛坯尺寸估算選項(xiàng)，彈出毛坯估算對(duì)話框，確保在材料庫(kù)中選擇材料DQSK，類型為36，修改毛坯厚度為1.2mm，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的毛坯展開(kāi)輪廓線如圖3.10所示：
圖3.10 計(jì)算后展開(kāi)的毛坯
(9) 矩形包絡(luò)
選擇菜單坯料工程→開(kāi)發(fā)，在對(duì)話框中選擇板坯形狀擬合選項(xiàng)。選擇坯料輪廓線，創(chuàng)建包絡(luò)坯料輪廓的包絡(luò)矩形。
圖3.11 創(chuàng)建的包絡(luò)矩形線
(10) 偏置矩形輪廓線并生成毛坯網(wǎng)格
包絡(luò)后的矩形輪廓線沒(méi)有余量，不是毛坯尺寸，還需要偏置放大以增加壓料面的部分，偏置距離為50。將偏置后的矩形輪廓定義為實(shí)際的落料形狀，并生成網(wǎng)格。得出毛坯的尺寸為1530mm×1430mm。
(11) 快速設(shè)置
打開(kāi)設(shè)置工具欄，進(jìn)行快速設(shè)置，定義好上部工具、壓邊圈、拉延筋和坯料，自動(dòng)分配后點(diǎn)擊應(yīng)用，可以進(jìn)行沖壓時(shí)的動(dòng)畫預(yù)覽，如圖3.12所示，然后提交任務(wù)，進(jìn)行計(jì)算。
圖3.12 定位好的工具
3.3 有限元模擬的后處理
(1) 后處理結(jié)果
打開(kāi)軟件后處理部分，可以看到工件的模擬結(jié)果如圖3.13所示：
圖3.13 成形結(jié)果
(2) 通過(guò)軟件對(duì)其拉延成形進(jìn)行簡(jiǎn)單的優(yōu)化
①如圖3.14所示，是在不同拉延速度時(shí)得到的成形圖：
a) b)
圖3.14 不同拉延速度時(shí)的拉延結(jié)果
圖a是在工具速度為3000時(shí)的成形結(jié)果，工件成形比較完好；圖b是在工具速度為5000時(shí)的拉延結(jié)果，工件在拉延到一定程度后，軟件出現(xiàn)失真現(xiàn)象，拉延失敗。在覆蓋件拉延時(shí)，拉延速度對(duì)其會(huì)有很大影響，在實(shí)際中需要選擇合適的拉延速度才能拉延出復(fù)合要求的工件。
②如圖3.15所示，是在有拉延筋和沒(méi)有拉延筋的情況下得到的結(jié)果：
a) b)
圖3.15 有無(wú)拉延筋時(shí)的成形結(jié)果
圖a是在有拉延筋時(shí)的拉延結(jié)果，工件成形比較好；而b是在沒(méi)有拉延筋時(shí)的拉延結(jié)果，從圖中可以明顯看出工件有起皺現(xiàn)象。拉延筋對(duì)于覆蓋件拉延來(lái)說(shuō)很重要，有拉延筋時(shí)可以在拉延過(guò)程中可以對(duì)坯料產(chǎn)生較大的壓力，能夠有效地避免工件的起皺現(xiàn)象。因此在后續(xù)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以借此作為參考對(duì)模具的拉延筋進(jìn)行設(shè)計(jì)。
(2) 工件成形極限圖如圖3.16所示：
圖3.16 成形極限圖
根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)成形極限圖進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)存在一些起皺狀態(tài)，關(guān)鍵部分屬于安全成型區(qū)域，因此此產(chǎn)品在成形極限圖的研究下可以成形。
(3) 工件成形極限圖如圖3.17所示：
圖3.17 工件厚度變化圖
根據(jù)模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)制件厚度變化不是很大，且厚度分布比較均勻，此產(chǎn)品在厚度變化圖的研究下可以成形。
3.4 本章小結(jié)
本章利用Dynaform軟件對(duì)工件的成形進(jìn)行模擬和分析，對(duì)工件的工藝補(bǔ)充部分進(jìn)行了補(bǔ)充，對(duì)后面的模具設(shè)計(jì)提供了參考。通過(guò)計(jì)算，得出了工件的模擬成形的結(jié)果，在分析條件下，工件可以完成拉延成形。 4 外板拉延模具設(shè)計(jì)
4.1 拉延方向的確定
汽車覆蓋件的沖壓工藝一般由兩道或兩道以上的工序才能夠完成，確定拉延方向是覆蓋件拉延工藝的第一步，每一道工序的沖壓方向都要根據(jù)本工序的具體情況來(lái)確定。首先要確定的是拉延工藝的沖壓方向，然后制定后續(xù)工序的沖壓方向，并且盡可能將各工序的沖壓方向設(shè)計(jì)成一樣的，這樣可以減少覆蓋件在流水線上的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。拉延方向設(shè)計(jì)的合不合理，直接決定了能否拉延出復(fù)合要求的工件，同時(shí)影響到后續(xù)的沖壓工序。
4.1.1 拉延方向設(shè)計(jì)要求
合理的拉延方向需要考慮以下因素：
① 保證凸模能順利進(jìn)入凹模，拉延完成時(shí)，必須能進(jìn)入拉延成形要求的每一個(gè)角落，不能出現(xiàn)凸模接觸不到的死角和死區(qū)，這樣可以方便一次完成沖壓件的拉延。并且，為了完成制件表面上加強(qiáng)筋等的局部成形，應(yīng)使該表面與拉延方向垂直或較小的夾角。
② 應(yīng)盡可能的使拉延深度適中，而且深度要均勻，保證壓料面各部分進(jìn)料阻力均勻，當(dāng)拉深深度相差過(guò)大時(shí)，因不同部位的進(jìn)料阻力不一樣，會(huì)產(chǎn)生毛坯竄動(dòng)。拉延深度太深，容易產(chǎn)生破裂、起皺等質(zhì)量問(wèn)題；拉延深度太淺，則會(huì)使材料在成形過(guò)程中得不到充分的塑性變形，覆蓋件的剛度不夠。因此，所選擇的拉延方向，應(yīng)使拉延件的拉延深度適中，既能使成形過(guò)程順利完成，又能充分發(fā)揮材料的塑性變形能力[9]。
4.1.2 工件拉延方向的確定
根據(jù)以上的設(shè)計(jì)原則，將零件放入Dynaform軟件中進(jìn)行模擬，得出了在拉延時(shí)深度最小，沒(méi)有負(fù)角度時(shí)的拉延方向。本工件拉延的最深深度為107mm，如圖4.1所示：
圖 4.1 沖壓方向
4.2 工藝補(bǔ)充的設(shè)計(jì)
沖壓方向確定之后，為了滿足拉延工藝的要求，拉出符合質(zhì)量要求的工件，對(duì)大多數(shù)汽車覆蓋件要將其形狀、輪廓或深度進(jìn)行工藝補(bǔ)充。覆蓋件拉延成形時(shí)，必須將覆蓋件的翻邊展開(kāi)，將覆蓋件的窗口、孔等填平，增加壓料面、拉延筋等，在零件本體外增加一部分材料，這部分添加的材料就是工藝補(bǔ)充。工藝補(bǔ)充部分的設(shè)計(jì)是沖壓工藝的重要內(nèi)容[10]。工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)的合理與否，也是沖壓設(shè)計(jì)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志，增加工藝補(bǔ)充的作用，在于改善覆蓋件拉延時(shí)的工藝條件，改善拉延件工藝性，力求使各處材料變形均勻，增加工藝補(bǔ)充后的拉延件，在后續(xù)切邊、翻邊工藝時(shí)，可有效地定位。
4.2.1 工藝補(bǔ)充的設(shè)計(jì)原則
① 簡(jiǎn)化拉延件的結(jié)構(gòu)形狀。拉延件形狀越復(fù)雜，拉延就越困難，設(shè)置工藝補(bǔ)充部分可以使拉延件的結(jié)構(gòu)、形狀簡(jiǎn)單，越接近于基本形狀的零件，沖壓成形過(guò)程中材料的流動(dòng)和塑性變形就越容易控制。
② 應(yīng)盡可能保證良好的塑性變形的條件。對(duì)有些斜度大的拉延件，為了保證拉延時(shí)材料能夠很好地貼緊凸模，可以在工藝補(bǔ)充部分上增加一部分直壁以保證良好的拉延條件。
③ 內(nèi)孔封閉的原則，對(duì)于內(nèi)部有孔的零件，首先要將孔洞進(jìn)行封閉補(bǔ)充，將零件變?yōu)闊o(wú)內(nèi)孔的零件，但若該部分屬于內(nèi)部的局部成形部分則需要進(jìn)行變形分析。這部分成形一般都屬于脹形成形，若其脹形變形超過(guò)材料的極限，需要在工藝補(bǔ)充部分預(yù)沖孔或切口，這樣可以減小脹形變形量。
④ 盡可能使用料減少，工藝補(bǔ)充部分不是零件結(jié)構(gòu)的一部分，只是成形工藝的需要，一般在拉延結(jié)束之后的修邊工序中會(huì)被切除，因此在保證了拉延件有良好的拉延條件的前提下，應(yīng)盡可能的減少工藝補(bǔ)充部分的用料，這樣可以提高材料利用率。
4.2.2 制件工藝補(bǔ)充的確定
工藝補(bǔ)充的設(shè)計(jì)要有利于修邊等后續(xù)工序中工件的定位和可靠，盡量滿足垂直修邊、垂直翻邊，以便設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的模具。拉延模在工作時(shí)，模具的壓料面需要進(jìn)行調(diào)整，在工作一段時(shí)間后要對(duì)磨損的拉延筋進(jìn)行打磨加工，但是這個(gè)加工不能影響到修邊線，一般拉延筋到修邊線的距離為25mm，修邊線到凸模圓角的距離通常取3～5mm，凸模圓角半徑一般取3～10mm。當(dāng)凹模圓角半徑也是工藝補(bǔ)充的部分時(shí)，半徑取8～10mm；當(dāng)凹模圓角本來(lái)就是工件的一部分時(shí)，要保證拉延成形的要求。根據(jù)以上要求，經(jīng)過(guò)Dynaform軟件的模擬和分析，綜合考慮得出制件如下圖4.2的工藝補(bǔ)充示意圖：
圖4.2 工藝補(bǔ)充
4.3 壓料面的設(shè)計(jì)
4.3.1 壓料面對(duì)制件成形的影響
壓料面是工藝補(bǔ)充的重要部分，是指位于凹模圓角半徑Rd以外，并且在拉延開(kāi)始時(shí)被壓邊圈和凹模壓住的那一部分材料。壓料面的形式與位置決定了拉力的大小與分布。因此，壓料面設(shè)計(jì)的好壞直接影響到壓料毛坯向凹模內(nèi)流動(dòng)的方向與速度、毛坯變形的分布和大小、破裂起皺等問(wèn)題，甚至關(guān)系到拉延成形的成功與否。
壓料面分為兩種：一種壓料面是拉延件法蘭面的一部分，這種壓料面的形狀已經(jīng)是確定的，允許局部修改，但在后續(xù)工序需要進(jìn)行整形，來(lái)達(dá)到零件的形狀要求；另一種壓料面是由工藝補(bǔ)充部分補(bǔ)充而得到的，壓料面的形狀多為曲面，這種壓料面在拉延后的修邊工序中會(huì)被切除[11]。
4.3.2 壓料面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
① 壓料面的形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，最好為水平平面。在保證良好的拉延前提下也可以設(shè)計(jì)成錐面、單曲面或平滑的雙曲面。但是設(shè)計(jì)的面不要有大角度的交叉，高度變化劇烈的形狀，壓料面上不能有凸起或凹坑。
② 壓料面與拉延方向的相對(duì)位置要合理。最有利的壓邊位置時(shí)水平位置；其次是相對(duì)于水平面由上向下傾斜的壓料面，傾角一般在40°～50°。
③ 壓料面應(yīng)保證凸模對(duì)拉延毛坯有一定的拉延效應(yīng)。壓料面任一斷面的曲線長(zhǎng)度應(yīng)小于拉延件內(nèi)部相應(yīng)斷面線的長(zhǎng)度；壓料面的仰角應(yīng)大于凸模的仰角。
④ 壓料面的選取應(yīng)盡量使成形深度降低且各部分成形深度均勻，以減小成形難度。
綜合考慮以上因素，結(jié)合本工件的拉延成形特點(diǎn)，得出以下壓料面示意圖如圖4.3所示：
圖4.3 壓料面
4.4 拉延筋的設(shè)計(jì)
4.4.1 拉延筋對(duì)制件成形的影響
在汽車覆蓋件的拉延中，一般在拉延凹模口周邊的壓料面上設(shè)置凹進(jìn)或凸起的拉延筋或拉延檻，目的是增加材料的變形阻力，以此來(lái)控制材料的流動(dòng)，提高制件的剛性。拉延筋能夠很有效地控制壓料面上毛坯的流動(dòng)，根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)壓料面上各部位的進(jìn)料阻力，從而解決拉延破裂、起皺、面畸變等質(zhì)量問(wèn)題。因此，拉延筋的位置、數(shù)量和形狀的合理布置是拉延出滿意拉延件的必要條件[12]。拉延筋（檻）的結(jié)構(gòu)形式如圖4.4所示：
（a） （b）
圖4.4 拉延筋（檻）
4.4.2 拉延筋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
拉延筋的位置尺寸應(yīng)盡可能從凹?？谥薪o出，一般距離?？?5～30mm。設(shè)計(jì)拉延筋的數(shù)量以及位置時(shí)，必須根據(jù)拉延件的形狀特點(diǎn)、拉延深度和材料的流動(dòng)性等情況而定，要達(dá)到的目的不同，拉延筋的布置也不同。
① 凹模內(nèi)輪廓的曲率變化不大時(shí)，拉延成形中壓料面上坯料的變形差別也不大，為了加大材料的變形程度，可以沿模口設(shè)置封閉的拉延筋。
② 凹模內(nèi)輪廓的曲率變化大時(shí)，拉延時(shí)壓料面上坯料的變形差別會(huì)比較大，為了調(diào)節(jié)毛坯的變形差異，均勻毛坯的流動(dòng)速度，可沿著凹模口設(shè)置間斷式的拉延筋。
③ 若為了改善壓料面上材料流動(dòng)的不均勻性，可在壓料面上流動(dòng)速度快的地方設(shè)置拉延筋。
根據(jù)以上要求和特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用半圓拉延筋，拉延筋的各項(xiàng)尺寸如圖4.5所示。本工件內(nèi)輪廓的曲率變化不大，沖壓時(shí)各部位的變形差別也不大，采用封閉的拉延筋，拉延筋在壓邊圈上的布置如下圖4.6所示，拉延筋距離凹?？?0mm。
圖4.5 拉延筋尺寸
圖4.6 拉延筋布置圖
4.5 拉延工藝的計(jì)算
4.5.1 拉延模拉深力的計(jì)算
車門外板屬于一個(gè)不規(guī)則的形狀，不能使用一般的圓筒件、帶法蘭圓筒件、錐形零件的計(jì)算公式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，需要采用任何形狀的拉深力的計(jì)算公式：
F=Ltσb k （4-1）
式中：L為拉延件的截面周長(zhǎng)，mm；t為材料厚度；σb 為材料的抗拉強(qiáng)度，MPa；k為修正系數(shù)，一般k=0.5～0.8。
這里，L利用UG軟件的測(cè)量功能對(duì)模型進(jìn)行測(cè)量，得到制件拉延時(shí)的周長(zhǎng)為4258mm，面積為1168085mm2；t為0.8mm；σb 是08AL材料的抗拉強(qiáng)度，查資料，取為350MPa；k取上限0.8。計(jì)算得到制件的拉深力為：
F=Ltσb k=4258×0.8×350×0.8=953792N=954kN
4.5.2 拉延模壓邊力的計(jì)算
對(duì)于拉延來(lái)說(shuō)，壓邊力的大小是很重要的，如果壓邊力過(guò)大，坯料就會(huì)被拉裂，壓邊力過(guò)小，坯料得不到充分的壓邊，就容易起皺。壓邊力的計(jì)算公式為：
Q=A×q （4-2）
式中：A為壓邊圈下坯料的投影面積，mm2；q為單位壓邊力，MPa，可以通過(guò)查表選取。
對(duì)于車門外板，利用UG軟件得到A的值為101981mm2；q的值在表中查得為2MPa。則計(jì)算壓邊力為：
Q=A×q=101981×2=203962N=204kN
4.5.3 拉延模壓力中心的確定
設(shè)計(jì)模具時(shí)，要使模具的壓力中心通過(guò)模柄的軸線，這樣可以保證模具的壓力中心和沖床滑塊中心重合[13]。如果它們的中心不一致，沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏裁而出現(xiàn)側(cè)壓力，導(dǎo)致模具以及壓力機(jī)滑塊的急劇磨損，這樣就會(huì)降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。由于本覆蓋件的外形是曲面結(jié)構(gòu)，外形尺寸很復(fù)雜，很難用幾何作圖方法來(lái)確定它的壓力中心，因此在這里使用毛坯的幾何中心作為壓力中心。本零件的毛坯尺寸是由Dynaform軟件分析得到：1530mm×1430mm×0.8mm, 作這個(gè)毛坯的對(duì)角線的交點(diǎn)就模具的壓力中心。
4.5.4 拉延設(shè)備的選擇
對(duì)于單動(dòng)壓床：
P壓=F+Q （4-3）
式中P壓—壓床的公稱壓力；F—拉延力； Q—壓邊力。
因此，單動(dòng)壓力機(jī)的P壓=F+Q=954+204=1158kN。 在實(shí)際生產(chǎn)中按下式確定壓力機(jī)的公稱壓力：
Fg≥(1.6～1.8) P=1.8×1158kN=2084.4kN
因此可選壓機(jī)為：Y27-1300（框架式單動(dòng)薄板拉伸液壓機(jī)），主要技術(shù)參數(shù)如表所示：
表1 壓力機(jī)相關(guān)參數(shù)
型號(hào)
Y27-1300
型式
閉式雙點(diǎn)單動(dòng)
公稱力
13000KN
滑塊行程
1500mm
最大閉合高度
2200mm
工作臺(tái)尺寸(mm)
5500×2700
液壓墊力
4000kN
行程次數(shù)
8～11次/min
滑塊平面尺寸(mm)
5500×2700
4.5.5 模具工作部分尺寸的計(jì)算
（1）凸、凹模拉深間隙的計(jì)算。本模具是帶壓邊圈的拉深模，其間隙查表確定：
Z/2=（1～1.1）t=1×0.8=0.8mm
（2）凸、凹模工作部分尺寸與公差的計(jì)算。本工件的外形尺寸精度是在后序的修邊和整形等工序中得以保證的，本工序不是零件成形的最后工序，因此在拉延工序中不需要太高的精度等級(jí)，根據(jù)IT11級(jí)來(lái)確定工件的外形尺寸。工件的外形尺寸：R20+0.13、1250+0.71、1107+0.65、1112+0.65。這里給的是工件的外形尺寸，所以拉延以凹模為基準(zhǔn)件，凸模尺寸由凹模尺寸減去間隙配做得到。
凹模工作部分尺寸：
凸模工作部分尺寸：
（3）凸、凹模圓角半徑的計(jì)算。
凹模圓角半徑：
R凹=（8～13）t （4-4）
式中t為板坯的厚度，0.8mm，則凹模圓角半徑取中間值10mm。
凸模圓角半徑：
R凸=（6～10）t （4-5）
式中t為板坯的厚度，0.8mm，因此凸模圓角半徑取為8mm。
4.6 拉延模結(jié)構(gòu)形式的確定
汽車覆蓋件拉延模有正裝和反裝兩種類型，根據(jù)所使用拉延設(shè)備的不同，反裝車門外板拉延模是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉延的拉延模（或稱單動(dòng)拉延模）[14]，正裝拉延模是在雙動(dòng)壓力機(jī)上拉延的拉延模（或稱雙動(dòng)拉延模）。
單動(dòng)拉延模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸大，制造精度要求較高，成本也高。但是模具能夠成形較大尺寸的汽車覆蓋件，采用通氣孔，塑料彎管等結(jié)構(gòu)或裝置，有利于保證工件的加工質(zhì)量。此模具適用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、尺寸大、生產(chǎn)批量大的汽車覆蓋件類零件的加工。因此，本模具選擇單動(dòng)拉延模結(jié)構(gòu)，凸模在下，凹模和壓邊圈在上，利用單動(dòng)壓力機(jī)作為壓力設(shè)備。
4.7 拉延模主要零件的設(shè)計(jì)
4.7.1 拉延凸模的設(shè)計(jì)
車門外板單動(dòng)拉延模中，凸模部分安裝在下模上。由于模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，為了減輕模具零件的重量，因此拉延模中的凸模、凹模、壓邊圈等都采用帶加強(qiáng)筋的空心鑄件結(jié)構(gòu)。由于零件料厚只有0.8mm，為了降低模具材料成本，又保證滿足模具有足夠的強(qiáng)度、韌性和良好的加工工藝性的要求，凸模、凹模和壓邊圈的材料均選用鉬鉻鑄鐵，熱處理硬度達(dá)到HCR50～55。為保證模具的裝配精度和質(zhì)量，降低模具制造難度，凸模和下模座、凹模和上模座采用的都是整體式結(jié)構(gòu)。
凸模工作部分表面處的模壁厚比其它部位的壁厚要大一些，一般為70～90mm，這里取70mm，非工作部位的壁厚為40mm。由于下模座與凸模為整體加工，凸模型腔下部深度較深，鑄造過(guò)程中型砂不容易去除，故在凸模下部肋條中應(yīng)設(shè)計(jì)孔位，便于散熱與型砂的去除，提高鑄件的質(zhì)量。
凸模尺寸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)包括凸模高度、模座尺寸和工作部分的尺寸等。
高度：
H凸=h+H圈+L （4-6）
式中h為工件的最大拉深深度，通過(guò)Dynaform軟件分析，取為107mm；H圈 是壓邊圈的高度，取為300mm；L為壓邊圈下表面距離凸模座上表面的安全距離，取50mm。于是凸模的高度為：
H凸=h+H圈+h1=107+300+50=457mm
凸模座尺寸：模座厚度按經(jīng)驗(yàn)值取為250mm，外輪廓尺寸為沖壓坯料尺寸加上安裝導(dǎo)向裝置的空間，坯料尺寸為1430mm×1530mm，則凸模座尺寸設(shè)計(jì)為1900mm×2000mm。
凸模工作部分的外輪廓尺寸就是工件的內(nèi)輪廓尺寸。凸模的二維圖如圖4.7所示：
圖4.7 凸模二維圖
4.7.2 拉延凹模的設(shè)計(jì)
由于零件的外形尺寸比較大，在模具手冊(cè)中選取不到標(biāo)準(zhǔn)的模座，因此自行設(shè)計(jì)。凹模與凸模一樣也要設(shè)計(jì)成整體式的結(jié)構(gòu)，即凹模和上模板是整體鑄造的。在拉延時(shí)凹模會(huì)將坯料緊壓在壓邊圈上，凹模型腔內(nèi)的空氣不能順利的排出，這樣會(huì)影響零件的成形，因此必須要設(shè)計(jì)通氣孔來(lái)排凹模內(nèi)的空氣，通氣孔的位置設(shè)在工件的工藝補(bǔ)充部分。凹模座的長(zhǎng)度和寬度與凸模一致。
凹模尺寸設(shè)計(jì)包括凹模厚度、凹模圓角半徑、模座尺寸等。
凹模座：凹模座尺寸設(shè)計(jì)與凸模座尺寸相同，為1900mm×2000mm×250mm。
凹模厚度：
H凹=h+h0 （4-7）
式中h為工件拉深的最深深度，107mm；h0是凹模壁厚；因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的凹模是和凹模座整體鑄造的，有了凹模座的厚度，不必要另取凹模壁厚，因此凹模厚度設(shè)計(jì)為110mm。凹模外輪廓尺寸要比坯料尺寸大，這里設(shè)計(jì)為1500mm×1600mm。
凹模圓角半徑：R凹=（8～13）t
t為板坯的厚度，0.8mm，則凹模圓角半徑取中間值10mm。
凹模工作部分的內(nèi)輪廓尺寸就是工件的外輪廓尺寸。
圖4.8 凹模二維圖
4.7.3 壓邊圈的設(shè)計(jì)
工作時(shí)，壓邊圈受到較大的載荷，壓邊圈要有一定的厚度以滿足強(qiáng)度和剛度的要求，因此壓邊圈高度一般不低于200mm。同時(shí)考慮到導(dǎo)板空間，沿壓料面形狀鑄造，比壓料面低20mm，本設(shè)計(jì)壓邊圈高度為300mm。在整個(gè)拉延過(guò)程中，壓邊力必須要均勻并且壓邊圈不能將坯料壓得過(guò)緊，這里采用的是帶限位裝置的剛性壓邊圈，使壓邊圈和凹模之間始終保持一定的距離，對(duì)于凸緣小或球形的拋物線件的拉深，為了防止起皺，壓邊圈上設(shè)計(jì)有拉延筋。
壓邊圈尺寸設(shè)計(jì)包括厚度和外輪廓尺寸。
厚度：壓邊圈厚度取為300mm。
壓邊圈外形尺寸大小要比坯料的尺寸（1530mm×1430mm）大，留有對(duì)坯料的定位裝置和與上下模板之間的導(dǎo)向裝置，這里設(shè)計(jì)成與上下模座同樣大小。所以壓邊圈的尺寸為：1900mm×2000mm×300mm。
其內(nèi)輪廓尺寸與凹模尺寸相同，
圖4.9 壓邊圈二維圖
4.7.4 頂件裝置的設(shè)計(jì)
拉延成形后，零件留在凸模上為了使零件從凸模中取出，進(jìn)行下一道工序，必須設(shè)計(jì)頂件裝置。頂件裝置一種是用頂出器頂出，一套拉延模的頂出器一般為3~5個(gè)，相互間距離盡可能大。頂起拉延件的時(shí)候要求平穩(wěn)，且不產(chǎn)生移位，頂件器頂面與工件形狀一致，最好設(shè)在平整型面上。但是本拉延的工件的形狀多為曲面，幾乎沒(méi)有平面，因此不適合用頂件器。從整個(gè)模具的結(jié)構(gòu)考慮看，由于壓邊圈裝在凸模上面，因此選擇頂件裝置由壓邊圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠平穩(wěn)地把工件頂出。壓邊圈是通過(guò)壓邊圈頂桿和壓力機(jī)的頂出缸連接的，當(dāng)拉延完成后，上模架向上運(yùn)動(dòng)后，通過(guò)液壓機(jī)下的頂出缸頂出壓邊圈，通過(guò)壓邊圈把零件抬高，就可以輕松地實(shí)現(xiàn)頂件的要求了。頂件所需要的力由液壓機(jī)下的頂出缸提供，頂出力的大小與壓邊圈的重量以及凸模與工件的摩擦相關(guān)，因此計(jì)算這個(gè)力是很復(fù)雜的，而這個(gè)力往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)計(jì)算，由經(jīng)驗(yàn)可得這個(gè)為拉延成形力的10%，因此這個(gè)約為0.1F =954kN×0.1=95.4kN，由于液壓機(jī)下面的頂出缸的作用力為4000kN，因此足夠頂出零件。因此這里的頂件裝置就是壓邊圈。
4.7.5 其他零部件的設(shè)計(jì)
① 導(dǎo)向裝置：為了使拉延時(shí)，上模能準(zhǔn)確的與壓邊圈進(jìn)行配合，防止壓邊圈在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)跳動(dòng)，因此，必須對(duì)壓邊圈進(jìn)行導(dǎo)向，選用導(dǎo)板作為壓邊圈和凸模之間的導(dǎo)向裝置，在凸模和壓邊圈的四個(gè)角安裝四個(gè)導(dǎo)板結(jié)構(gòu)，導(dǎo)板尺寸為200mm×60mm×240mm。壓邊圈和凹模之間沒(méi)有側(cè)向壓力的作用，可用導(dǎo)柱導(dǎo)套裝置進(jìn)行導(dǎo)向，導(dǎo)柱尺寸為φ120mm×300mm，導(dǎo)套尺寸為φ120mm×150mm，配合精度按H7/h6制造。
② 合模限位裝置：合模限位塊又稱調(diào)整塊，為了保證整個(gè)拉延時(shí)壓邊力均衡和防止將坯料壓得過(guò)緊，使壓邊圈與凹模之間保持一定的距離S，這個(gè)距離通過(guò)經(jīng)驗(yàn)得S=1.2t=1.2×0.8=9.6mm。通過(guò)安裝四塊調(diào)整塊在壓邊圈四個(gè)角上，通過(guò)試驗(yàn)使壓邊圈周圍保持均勻合模間隙，從而保證均勻壓料力， 調(diào)整塊采用工具鋼制造并淬火，保證能夠承受壓邊力，限位塊的使用經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。
③ 壓邊圈限位螺釘：倒裝拉延模的壓邊圈套在凸模上，在拉延開(kāi)始時(shí)，壓邊圈通過(guò)頂桿頂起，使壓邊圈達(dá)到最高點(diǎn)，然后把坯料放進(jìn)去，考慮到頂桿頂起時(shí)，壓邊圈可能超過(guò)其最大高度，因此應(yīng)在下模上設(shè)置限位螺釘。
④ 起重棒的設(shè)計(jì)：因?yàn)槟＞叩某叽绱?，因此其質(zhì)量也都很大，必須考慮到設(shè)計(jì)起重棒來(lái)解決模具的吊裝問(wèn)題?？紤]到鑄件在吊起中的翻轉(zhuǎn)，四個(gè)起重棒承受整個(gè)鑄件的重量，故選用直徑為60mm的起重棒，材料為Q235A。
⑤ 通氣孔的設(shè)計(jì)：拉延時(shí)，毛料被壓料圈壓在凹模壓料面上，整體凹模型腔里的空氣如果不排出，壓縮后的氣體會(huì)將成型工件頂癟。因此，在凸模和凹模型腔的非工作表面或后序切掉的廢料部分必須鉆制6～10個(gè)直徑為20～30mm的氣孔，相應(yīng)地在凹模下面銑出通氣槽與通氣孔接通，使空氣排出。
4.8 拉延模的工作原理
上模合模前，壓力機(jī)中的頂桿通過(guò)液壓缸將壓邊圈頂起，操作工人將板料放到壓料面上，放好板料后，上模在壓力機(jī)上滑塊的作用下開(kāi)始下行，下行過(guò)程中上下模座中的導(dǎo)柱導(dǎo)套發(fā)揮導(dǎo)向定位作用，使得模具在運(yùn)行過(guò)程中準(zhǔn)確定位。上模下行時(shí)首先與壓邊圈一起壓住板料，與上模壓出壓料面形狀，上模與壓邊圈靠導(dǎo)柱導(dǎo)向，壓邊圈與上模一起平穩(wěn)下行。上模下行至一定程度開(kāi)始與下模的凸模接觸，與下凸模一起作用使板料成形，當(dāng)壓邊圈與下模上的合模限位塊接觸時(shí)拉延成形完畢。上模開(kāi)始回程，壓邊圈在頂桿作用下與上模一起上行，此時(shí)，工件在壓邊圈的作用下與下模脫離，壓邊圈上升至一定高度將不再運(yùn)動(dòng)。由于零件的重量大，其本身的重力遠(yuǎn)大于上模對(duì)零件的夾緊力，所以零件靠自身的重力作用留在壓邊圈上，零件的取出變得非常方便。
4.9 本章小結(jié)
本章是本設(shè)計(jì)最核心的章節(jié)，對(duì)工件成形的拉延模具進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，確定了工件的沖壓方向、工藝補(bǔ)充部分、壓料面和拉延筋等，對(duì)模具的工作部分進(jìn)行了計(jì)算，設(shè)計(jì)出拉延凸模、凹模和壓邊圈等主要工作零件和一些輔助零件，完成了拉延模具的設(shè)計(jì)。
5 外板修邊沖孔復(fù)合模具的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)
5.1 修邊沖孔工藝的分析
所謂修邊就是將拉延后的工件上工藝補(bǔ)充部分和壓料凸緣的多余部分切除掉，這是汽車覆蓋件中保證工件尺寸所必須的一道工序，一般是在拉延之后，翻邊之前[15]。修邊模具的設(shè)計(jì)中，要解決的最主要的問(wèn)題是修邊方向和工件定位的問(wèn)題。
5.1.1 修邊方向的確定
修邊方向指的是修邊凸?；蛘甙寄ｈ倝K的運(yùn)動(dòng)方向，它可以不與壓力機(jī)滑塊的運(yùn)動(dòng)方向一直保持相同。修邊方向分為垂直修邊、水平修邊和傾斜修邊三種。如圖5.1所示：
圖5.1 修邊方向示意圖
（1）垂直修邊：如圖a所示，此類修邊時(shí)，修邊模的運(yùn)動(dòng)方向是和壓力機(jī)的滑塊的運(yùn)動(dòng)方向是一致的，修邊面與水平面的夾角小于30°。垂直修邊模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在修邊時(shí)首先考慮采用。
（2）水平修邊：如圖b所示，此類修邊模的運(yùn)動(dòng)方向是和壓力機(jī)滑塊的運(yùn)動(dòng)方向垂直。適用于要修邊的面是側(cè)壁時(shí)的情況，側(cè)壁幾乎是垂直的，選擇垂直修邊比較好。
（3）傾斜修邊：如圖c所示，傾斜修邊中，工件的側(cè)壁和水平面成一定比較大的角度，此時(shí)，使用垂直修邊和水平修邊都不能產(chǎn)生好的修邊效果，需要設(shè)計(jì)成傾斜修邊比較好。
圖5.2 修邊線的形式
如上圖5.2所示是修邊線的形式。修邊方向和修邊線的確定是相互確定的，修邊線的位置在哪里是對(duì)修邊方向選擇的參考。
（1）圖中a，修邊線在拉延件壓料面上，修邊采取垂直修邊。
（2）圖中b，修邊線在拉深件底面上，采用垂直修邊。
（3）圖中c，修邊線在拉延件短斜面上，采用垂直修邊。
（4）圖中d，修邊線在拉延件長(zhǎng)斜面上，采用垂直修邊。
（5）圖中e，修邊線在拉深件側(cè)壁上，采用水平修邊或傾斜修邊。
本設(shè)計(jì)的車門外板經(jīng)過(guò)拉延后，四周與水平面的夾角都較小，符合垂直修邊的條件，為了得到好的修邊質(zhì)量和簡(jiǎn)單的模具結(jié)構(gòu)，本模具選用垂直修邊，修邊線選則如圖5.2中b所示，B為3～5mm；C為10～20mm；R為3～10mm； R＝8～10mm。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)不用考慮后續(xù)的工序，修邊線的位置就是工件外輪廓的形狀。
5.1.2 修邊模的定位
修邊模的定位方式，主要有按拉深件的形狀定位，用拉延件凸臺(tái)定位，工藝孔定位。利用拉深件的形狀定位可靠，并有自動(dòng)導(dǎo)正作用，雖然增加了制造的難度和加工經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，但是能很好的保證模具精度要求，同時(shí)能夠有一定的矯正作用。因此在這里選擇用拉深件的外形定位。
5.1.3 修邊模的結(jié)構(gòu)形式
本此設(shè)計(jì)的是一套在拉延工序之后的修邊沖孔復(fù)合模具，修邊修的是在拉延工序中添加在工件上的工藝補(bǔ)充部分，包括輪廓外面的部分和內(nèi)部車窗部分；沖孔沖的是車門把手的位置。修邊采用的是垂直修邊的方式，也是采用倒裝，凸模在下，修邊凹模在上部[16]。由于有沖孔工序的存在，下模（凸模）中要設(shè)計(jì)用于沖孔的廢料的頂住裝置。
5.2 修邊沖孔模結(jié)構(gòu)與零件的設(shè)計(jì)
5.2.1 修邊模工作部分的設(shè)計(jì)
修邊模刃口是修邊模的主要結(jié)構(gòu)，修模刃口的形式有鑲塊式和整體式，以鑲塊的結(jié)構(gòu)模式將刃口材料安裝在凸模或者凹模上是鑲塊式，如果將