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拉延模具凹角过切加工 |
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作者：东风柳州汽车有限公司 张锁军 来源：《模具工程》 |
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摘要：汽车覆盖件的模具是汽车模具的重要组成部分，也是汽车更新换代及实现个性化的重要保证，汽车中大部分钣金件都是由模具冲制完成，随着汽车开发周期的缩短，对汽车覆盖件模具开发周期要求也缩短，如何缩短模具的CNC加工、研配和调试各个环节的时间成为缩短模具制造周期的关键环节。本文介绍拉延成型原理及拉延过程中应力的分布，以实例的形式详细地介绍汽车前门内板拉延模在CAM软件编程中如何实现凹角过切加工方法。
关键词：拉延模，成型原理，应力，加工工艺，凹角过切
1 引言
以前国内模具的加工是通过仿模加工出来的，模具型面主要是靠钳工研配的方式实现的。近年来，随着国内数控机床的广泛应用，模具的制造水平的逐步提高，通过借鉴加工软件功能方面的提升，对模具。
CNC加工环节的要求越来越高，通过CNC环节降低加工成本、减少钳工研配的工作量，是国内模具制造厂努力的目标。本文主要结合生产实践和软件功能方面，详细介绍前门拉延模具加工工艺改善和模具凹角过切加工的实现方法。
2 拉延模拉延成型原理
2.1 压边力
压边力是薄板零件拉延成形过程中一个重要的工艺参数。压边力过小，无法有效地控制材料的流动，容易起皱;而压边力过大，拉裂的倾向性明显， 尤其在汽车覆盖件生产中，压边力是否适合往往会 成为拉延成败的关键。另一方面，在成形过程中需要根据成型工艺要求进行变化，所以压边力是一个 很难控制的因素。压边力在拉延过程中是一个不断变化的力，而且在不同的位置压边力的变化情况也 不一样怎样合理描述压边力曲线一直是塑性加工领域中的一个热点。传统的方法采用常压边力，即在 冲压成形过程中将压边力固定在某一个的数值上， 目前关于压边力的理论研究主要集中在BHF的预测和控制方面。压边力作为拉延过程中的唯一可控参数，总体目标是要实现在不起皱的前提下以最小的 BHF获得最佳的极限拉延比。考虑并实现BHF的时间几多点位置控制、完全符合符合起皱的规律及真实拉延条件是未来压边力控制技术的发展趋势。
2.2应力的分布
(l)平面凸缘部分(A区)为主变形区(图1) ，由于凸模下压，迫使板料进入凹模，故在凸缘产生径向拉应力σ1，小单元体互相挤压产生切向压应力σ3， 由于压边圈提供的压边力产生法向压应力σ2，在这3 个主应力中σ2的绝对值比σ1、σ2绝对值小得多。凸缘上σ1、σ3是变化的，从凸缘外到内，σ1是由小变大，而σ3的绝对值则是由大变小，在凸缘的最外缘 σ3的压应力是最大的，则材料在切向上必然是压缩变形。如果被拉延的材料厚度较薄，压边力太小， 就有可能使凸缘部分的材料失稳而产生起皱现象。
图1 拉延过程中各区的应力状态
(2)凸缘圆角部分(B区)为过渡区这部分的材料 受到径向拉应力σ1，切向压应力σ3，以及凹模圆角的压力和弯曲受压作用共同产生法向压应力σ2，此处σ1的绝对值最大，则材料会在径向上发生拉伸变 形，材料有变薄的倾向。
(3)筒壁部分(c区)为传力区该部分受到凸模传来的拉应力σ1和凸模阻碍材料切向自由压缩而产生的拉应力σ3（σ3=0)，显然，σ1的绝对值大，径向是拉伸变形，径向的拉伸是靠壁厚的变薄来实现的， 故筒壁上厚下薄。
(4)底部圆角部分(D区)为过渡区该部分受到径向拉应力σ1和切向拉应力σ3的作用，厚度方向上受到 凸模的弯曲作用而产生压应力σ2。材料变形状态为平面应变状态，该处的径向拉延变形是靠壁厚变薄 来实现的，这部分材料变薄最为严重，最易出现拉 裂，此处成为危险断面。
(5)圆筒底部(E区)为不变形区这部分材料一开始就被拉入凹模中，始终保持平面形状，它受两向拉应力σ1 和σ3的作用。变形是三向的，εl和ε3是拉伸，ε2是 压缩。由于拉延变形受到凸模摩擦力的阻止，故变簿很 小，可忽略不计。
3 CAM软件编程工艺
4 凹角过切实现方法
模具在成型过程中主要依靠凸角，凹角在成型过 程中所起作用不大，凹角在钳工研配过程中会被打 磨空，此过程的工作量非常大，浪费人工成本。为 降低模具制造成本，缩短模具制造周期，凹角过切加工成为CNC改善的课题。凹角过切加工主要是在清根切削环节实现，对凹角过切加工必需在此环节中加载，这样才能缩短加工时间，降低加工成本。现 结合CAM软件编程工艺考虑在工艺数模和加工策略这两个环节实施。
4.1 通过修改加工工艺数模
如图2所示是拉延模上模的加工数模，加工数模是模具CNC编程的主要依据，拉延模的数模通常情况是上、下模共用的板料厚度是通过加工余量来控制的。但要实现上、下模凹角过切，需要对上、下 模的加工数模单独处理，根据需要过切的量修改凹角，或者将凹角处改成直角，在CAM软件清根计算时直接由刀具直径的大小来决定过切量。图3 是实现过切量修改后的数模（过切量各个模具制造厂取值 会不一样，此处取过切值为-1mm）,图4 是加工数模 修改前后截面的对比。
图2 拉延模上模的加工数模
图3 实现过切量修改后的数模
此方法对修改加工数模人员技能要求较高，要了解在那些位置凹角处要进行过切加工，型面过渡区 域要做圆顺，同时修改数模的工作量较大。
图4 加工数模修改前后截面的对比
4.2 通过Delcam PowerMILL编程软件实现凹角过切
4.2.1 PowerMILL软件介绍
PowerMILL软件是一独立运行的世界领先的 CAM 系统它功能强大，易学易用，可快速、准确地产生 能最大限度发挥 CNC 数控机床生产效率的、无过切的粗加工和精加工刀具路径，确保生产出高质量的零件和工模具，被广泛地应用于航空航天、汽车、 船舶、家用电器、轻工产品和模具制造、快速原型、制鞋等行业。
4.2.2 部件余量的编程方法实现凹角过切
图5 清根编程界面，此方法是在清根做如下设 置，图6是不同余量设置界面。
不同加工余量设置时可以通过选择要过切型面， 不同模型和不同层控制的方法实现。
程序三维仿真状态如图7所示，程序能保证型面交接处是向过切面桥接的。
图5 清根编程界面
图6 不同余量设置界面
图7 过切处程序刀具截面图
此方法对加工数模不需做太多的处理，同时程序 的质量又可以保证，现在在模具凹角过切方面的应用较广泛。
5 结束语
拉延模具的凹角过切的方法，能够缩短模具的 CNC加工、研配和调试各个环节的时间成为缩短模具 制造周期的关键环节，凹角过切方法在CAM软件中都开始有新的策略。相信不久会有更为简洁的设置方式。他能保证程序质量的同时还能提升加工效率，会在拉延模具上广泛应用。
参考文献：
[1]王东哲，杨曦，包同军等.压边力优化控制研究[J]. 模具技术，2000， 2:47一51
[2]刘念聪，方方，王银芝，刘大海.板料拉延成形中的压边力控制与技术分析[J].煤矿机械，2008，29(10):87一8(end)
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(11/13/2012) |
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