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汽车覆盖件数值模拟与拉延模设计

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摘要：制定了汽车覆盖件Rember总的冲压工艺，并重点分析了拉延成形工艺。用Dynaform进行拉延成形有限元分析，确定了合理的拉延成形工艺。利用UG三维造型及装配功能对该覆盖件进行三维拉延模结构设计。该拉延模具经投入生产使用，工作可靠，制件质量符合设计要求。

汽车覆盖件(简称覆盖件)是指覆盖汽车发动机、底盘、构成驾驶室和车身的薄钢板异形体的表面零件(外覆盖件)和(内部零件),与一般冲压件相比较,具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、表面质量要求高及生产成本高等特点。在覆盖件的冲压工艺设计、模具设计和模具制造工艺上，也具有独自的特点【1】，一般需要经过多道工序(如拉延、冲孔修边、翻边、整形等)才能完成。在其整个生产中，拉延成形则是一道关键的工序，而决定拉延成败和工件质量的，则是拉延成形的模具。以前采取单件压制，生产效率、材料利用率和设备利用率均比较低。将拉延工艺作了改进，采用中心对称一模两件的方法重新设计和制模，大大提高了设备利用率和生产效率[2]。

1冲压工艺分析

（1）Rember冲压工艺Rember

零件的材料为CR340，板料厚度为1mm, 抗拉强度750 Mpa，延伸率16% 。零件的结构外形如图1所示。该零件的结构复杂，需要经过多道工序才能完成，根据该工件的工艺分析，工艺路线为：落料→拉延→冲孔、修边→CAM修边→翻制→冲孔、分离。具体工序图如图2所示。

该零件局部成形较多,是冲孔、拉延和翻边、修边复合的结果。在拉延过程中，采用一模两件对称方式进行拉延，为保证能将拉延件的全部空间形状一次拉延出来，不应有凸模接触不到的“死区”，即既要保证凸模能全部进入，尽量使拉延深度差最小，以减小材料流动性和变形分布的不均匀性。工艺补充是拉延工艺不可缺少的部分，但工艺补充部分应尽量减少，以提高材料的利用率。工艺补充部分除考虑拉延工艺和压料面的需要外，还要考虑修边和翻边工序的要求。该工件的工艺补充面和垂直修边线如图3所示：

（2）拉延仿真结果与成形性分析。

拉延仿真选用的材料与上面相同，板坯尺寸为920mm×200mm,摩擦系数为0.1，压边力初定为95kN，冲头速度5000mm/s，在定义好模具各部分运动和边界条件后，提交工作到LS-DYNA进行计算。本研究考虑到该覆盖件的变形特点，选用成形极限图和厚度变化图作为评价成形性能主要指标。

等效拉延筋的布置如图4所示，拉延筋的参数见图5，仿真结果见图6所示，从成形极限图可以看出：板料底部仍有一部分材料的成形效果不理想，压料边仍有起皱现象存在，但压料边最后要被修边裁剪掉，故影响不大。板料厚度变化图如图7所示，从板料厚度变化图可以看出：底部圆角某些地方减薄其厚度为0.9814mm，最大变薄量为18.21％，材料减薄不算严重；在压料边处某些地方板料增厚，其厚度变为1.3132mm，增厚量为9.43％，这属于正常范围。

2 拉延模具设计

（1）UG的三维实体建模[3-4]。

通过以上的数值模拟得到的参数，对汽车覆盖件Rember进行建模，型面设计和模具结构设计。建模时，通过数模及计算所得的冲裁间隙来生成修边的凸凹模。通过数模上的曲线，利用Curve operation—offset / project，将所需曲线偏置，然后利用From feture -extrude进行拉深，利用数模的型面进行Trim命令，可得到型面。这样先得到凹模，然后由冲裁间隙，通过大致相同命令，即可得到凸、凹模，如图8所示。

由于UG具有参数化功能，可以方便修改，同时建议每步最好从Sketch开始做起，这样符合参数化设计要求，便于方便修改所产生的错误。依照上面绘制凸模、凹模的方法，可以绘制出下模座，压边圈等三维零件。图9是在模具的各个零件绘制出的基础上画出的覆盖件拉延模的三维模具装配图。

（2）拉延模结构设计[5-7]。

该拉延模压边圈和凹模之间的导向是在压边圈和凹模上铸出凸台和凹槽，并在上面安装上导向板，导向间隙为0.3mm。凸模和压边圈的导向是用四块导板导向，导板放置在凸模形状平滑的部位。由于是在带液压垫的油压机上拉延成形的，凹模固定在活动工作台下面，凸模固定在下工作台上，压边圈由垫块顶出。试模时应保证所有成形接合部位接触面积达80％以上。

模具的工作过程[2]：拉延模结构如图10所示，采用的是凸模和压边圈在下，凹模在上的倒装结构。工作时，气垫柱上升，使垫块顶起压边圈上升到一定位置，按固定位置放上下好的料，活动工作台带动凹模下行，使凹模和压边圈压紧料件，凹模与压边圈一起下行，使料件与凸凹模接触，加压成形，保压，拉延工序完成。

1滑块；2 M12螺钉；3 压料圈；4吊耳；5 上模座；6 导向板；7 M24螺钉；8下底板；9限位键；10下垫板；11凸模块；12 下模座；13 气垫柱；14 垫块；15 M10螺钉

拉延模采用倒装结构，这样有利于压边及毛坯在模具上的定位及利于提高拉延件的质量，且出料取件流畅。

制定的汽车覆盖件Rember的冲压工艺及设计的该覆盖件的拉延模具已用于生产实际。图11即为采用上述所制订的冲压工艺以及所设计的拉延模具生产出的汽车覆盖件Rember产品。

3结束语

(1）在拉延工序中，采用Dynaform进行模拟分析板料成形过程、准确预测成形过程中可能出现的缺陷，这对模具设计有一定的指导作用，减少试模、修模的工作量，降低开发成本，缩短开发周期。

(2）采用CAE与UG三维造型及装配功能相结合，更加有效快捷地进行模具设计。

(3）所制定的工艺路线，已成功用于生产，并且生产出的覆盖件的外观和装配尺寸都能很好地满足技术要求，表面无起皱和拉伤。利用该拉延模具经生产，证明模具设计是合理的，且使用可靠。

参考文献
[1]胡世光，陈鹤峥.板料冷压成形原理（修订版）[M].北京：国防工业出版社，1989.
[2]琚书谱.后围角拉延工艺及模具设计[J].模具技术，1999.4：37~39.
[3]曾向阳，谢国明，王学平．UGNX基础及应用教程[M]．北京:电子工业出版社，2004．
[4]谭建周, 吴伯杰.应用UGⅡ设计汽车覆盖件的拉延件[J] 现代制造工程,2002,(1):29～30.
[5]Ahmetoglu M A,AltanT,KinzelGl.Improvement of part quality in stamping by cintrolling blank-holder force and pressure[J].Journal of Materials Proce -ssing Technolog -y,1992,33(1-2):195-214.
[6]Siegert K,Ziegler M,Wagner S.Closed loop control of the friction force deep drawing process [J]，journal of Materials Processing Technology,1997, 71(1)：126－133.
[7]Obermeyer E J,Majlessi S A.A review of recent advances in the application of blank-holder force towards improving the forming limits of sheet metal parts[J].Journal of Materials Processing Technology,1998,75(1-3);222-234.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/28/2007)


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