汽车覆盖件冲压工艺（精选7篇）
汽车覆盖件冲压工艺 篇1
1 成双冲压的设计
覆盖件的形状是该种工艺设计的重要基石,也由此得出,成双冲压工艺设计的主要组成部分和环节:
1.1 冲压的方向
冲压方向的确定是该工艺设计的首个重要环节,它的准确方向是依据被制作工件在冲压模具中所处的位置坐标确立的,并且,在实际冲压方向的采用时,要注意,覆盖件的实际冲压位置和汽车设计中的位置有一定的出入,因此务必要注意控制好冲压方向,为其他工艺操作奠定基础。
1.2 工艺的补充
在制作形状不规则的汽车零件时,工艺的补充环节就显得尤为重要,它在很大程度上能够增加该工件拉伸成型的合格率,汽车覆盖件的生产制作也是如此,其补充方法主要是添加材料,另外要格外注意的是成双冲压的工艺补充较为复杂,要重视两工件间的连接部分的补充工艺设计,从而达到理想的冲压效果。
1.3 压料面
在工艺设计的压料面环节,注意冲压条件的改善,即增设压料保证板料受到预压。
1.4 拉延筋
为了更好地保证零件的成型率,减少零件的意外变形,可以通过适当的增加板料成型的阻力来实现,这就需要在压料面的适当位置增设拉延筋。
2 成双冲压的工艺设计系统
该种工艺设计具有很强的系统性,主要由以下几个模块构成:零件导入,空间布局,中间连接部分设计,形状设计等。
(1)零件的导入。利用先进的计算机技术,结合设计制作要求先建立该覆盖件的产品模型,然后再分别导入对应的装配环境,这就是零件的导入。
(2)零件的空间布局。这里要讲的主要是零件的冲压位置,不同于汽车设计中的坐标位置,有一定的出入,需要根据实际情况进行适当的平移、旋转调整,令其处于最理想的冲压位置,拥有理想的冲压方向。不仅如此,还要注意零件的左右件的位置摆放,需要符合镜面对称的原则。
(3)中间的连接设计。在该工艺设计的过程中,中间连接部分的设计环节较为特殊,它没有和压料面之间的过渡,注意对其进行工艺补充。
(4)型而设计,型而设计主要包括了压料面的设计,周围工艺补充面的设计,拉延筋的设计,拉延台阶设计等。
3 关键技术
冲压方向的设计。冲压方向的精准确立有利于找寻定位覆盖件的冲压位置,另外,冲压方向还和零件的拉延、压料面的形状等工艺环节相关,是十分重要的控制因素。拉延深度和方向均需要根据实际的成型角度来确定,有利于将其统一化,从而获取理想的压力面形状。在这一工艺环节必须要承上启下,要提前考虑后续工艺,根据后续工艺中的具体制作尺寸预留出足够的空间,避免出现不必要的误工和返工。种种工艺操作表明冲压方向的选择是十分复杂的,有很强的综合性,因此,在选择时可以从下面几方面入手:(1)材料的平衡流入,保证成形力和材料流动在横向、纵向都保持一定的平衡,实现材料平衡的流入。(2)拉伸程度要控制在一定的深度范围内,若是深度很大时,应该首选的是最浅的拉深方向,有利于冲压工艺的有效进行。(3)方向选择时要格外重视细节,避免出现死角,保证凸模能与凹面相契合。(4)汽车覆盖件的形状不尽相同,制作时的难易程度也不同,因此要注重理论实际的有机结合,选择适用的拉延方案,同时也决定了冲压的方向。(5)操作前注意检查分析,及时纠正相关问题,从而防止产生冲击线、线偏移等缺陷。
4 参数化的设计
通常情况下,工艺补充面的设计离不开二维截面特征线的协助,借助二维截面的显著特征能够获取有效地工艺参数,根据这些数据可以很好的实现工艺补充面的设计。创建二维截面有下面两种方法,分别是:(1)实时的创建。即相关设计人员根据实际情况并结合自身经验进行创建,有效的对位置交互式进行截面线的修改。(2)从二维截面特征库中选取。这是一个高效节约的创建方法,设计者可以先从特征库中选取最为接近的二维截面,之后根据实际工艺需求对结构等参数进行适当的修改,这样可以有效缩短工期,提高设计的效率。现如今,科技发展迅速,有效的结合建模技术,将工艺设计参数化,对其进行系统的收集和管理,其中可以有针对性的加强中间连接模型的参数设计,大力推动该工艺的发展。
5 结束语
文章对汽车覆盖件成双冲压工艺进行了论述,介绍了其主要内容,并对其中的关键性技术进行了深入分析,另外在科技发展迅速的今天,提出设计参数化的方法,开发运行相应的计算机软件,提高工艺设计效率和质量,推动我国该技术领域更快更好的发展。
摘要：汽车覆盖件成双冲压的方法,主要是针对一些尺寸不大的左右对称的零件或者是近似形状的零件,与单个零件的冲压相对比,成双冲压大大改善了拉深的条件,很大的提高了生产的效率,减少了很多材料的消耗,本文很清楚的总结了常见的成双件中间的连接类型开发了成双冲压的工艺设计的板块,大大实现了覆盖件冲压工艺的参考化的设计。
关键词：机械制造,冲压工艺,汽车覆盖件,参数化设计
参考文献
[1]吴伯杰,赵殊.基于UGⅡ汽车覆盖件工艺补充面的参数化设计[J].现代制造工程,2003(04)
[2]姚兴,陈军,石晓祥,阮雪榆.覆盖件拉延模工艺补充面及压料面参数化设计研究[J].模具技术,2002(04)
[3]狄驰,宋玉泉,郑国君,郭威.基于网格的汽车覆盖件冲压方向快速算法[J].吉林大学学报(工学版),2009(01)
浅谈汽车覆盖件冲压的有限元分析 篇2
关键词 ： 有限元； 数值模拟； 汽车覆盖件； 拉延
1. 有限元模型的建立和参数设定
一般汽车覆盖件工艺设计流程具体分析如下： （1） 根据产品图及产品冲压工艺设计，进行详细的车身产品工艺性分析。为了实现拉延或创造良好的拉延条 件，必须合理考虑冲压方向、工艺补充部分形状以及压料面形式、拉延筋布置等重要工艺因素。其中包括利用计算机进行的工艺补充面三维设计。（2） 在满足产 品使用的前提下，将过剩的质量要求及时反馈给产品设计部门，进行研讨，力争把产品完善到最简单、最合理的工艺要求，以克服产品的过剩质量，减少不必要的工 装投入。（3） 利用计算机进行车身产品的冲压工艺性分析，进行图面形状的分析探讨和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握产品使用性能要求的前提下，考 虑用户使用和维修，利用塑性加工原理、冲压工艺知识和模具设计结构的有关知识，设计冲压工艺过程图。在设计过程中，同时要分析冲压工艺方案，发现不足之 处，进行必要的修正。（4） 模具设计人员按照冲压工艺过程图的基本要求进行模具设计，模具CAD设计包括上、下模座，工作部分零件，导向部件，定位零件 和进出料装置等设计。数控编程和模型人员按照冲压工艺过程图和模具图进行数控编程和模型制造，最后按照冲压工艺过程模具图要求进行机械加工和模具装配调 试，最终调试出合格的产品。
选用某轿车内部地板零件产品图，此零件是一个比较复杂的中小型车身结构件。由于零件拉延深度深，并且具有局部 反拉延，因此成形过程估计会出现问题，为了验证问题所在我们利用CAE软件进行模拟成形计算。对于复杂冲压零件的成形过程，不但同一时刻不同位置的板坯所 承受的变形方式和变形程度不同，而且不同时刻同一位置的板坯所承受的变形方式和变形程度也不同；另外，冲压工艺边界条件的设定对变形路径和各部分的变形程 度的影响也非常明显。
一般划分网格时，首先建立一个拓扑结构模型。这一步骤是连接分离的型面，使你可以在网格划分的时候得到连续的网格 （两个相连的元素在分界线之问共同享用相同的节点）。系统能通过你所定义的公差自动辨认普通表面之问的分界线，以建立我们所说的拓扑模型。建立好拓扑结构 以后，应定义网格划分的参数，并进行网格的自动划分。一般情况下要求用户最少确定四个参数，包括最小元素大小，最大元素大小，两个相连的元素之问的法向夹 角，网格的弦高。最小元素的大小影响着网格划分中最小元素的尺寸。当模型的型面比较平坦时它最大元素的大小则受最大元素参数的影响。两个相连的元素之问的 法向夹角所起的作用是规定了两个相连元素之问的最大法向夹角，即当两个元素的夹角大于用户给定的值时，这两个元素会分裂为更多的元素，故它影响着倒角和小 圆角部分的网格密度，它的值越小网格则越密。例如：一般我们在划分模具网格时，它的拉延圆角最好有五行元素，这时调整法向夹角的参数就可以达到目的。弦高 的大小则影响着大网格半径表面上的网格密度，它的值越大，则网格越少。在汽车覆盖件模拟中，板料数据一般都是曲线，因此板料的网格划分与模具的划分不一样。
2. 汽车覆盖件冲压的有限元模拟结果分析
经过计算后， 板料的FLD如图2所示。在FLD图中，红色表示破裂，粉红色表示起皱，而在应变云图中红色表示正应变，深蓝表示副应变。从FLD图中我们可以看出四处破 裂，分别是大鼓包处，凹坑底部，最下方的小鼓包处，右上方的直壁处。通过主应变和次应变云图可以看出在突起的鼓包顶端处为双向拉应变发生破裂，并目_从板 料轮廓的变化发现在有拉延筋的地方板料儿乎没有流动，形成过度胀形，凹坑底部破裂处也同样出现胀形过度问题。而模具拉延直壁处的破裂却是不同形式的，该处 的主应变为拉应变，次应变为压应變，为明显的拉深破裂状态。之所以只有这个直壁角破裂是因为这个角离大鼓包最近，并且通过成形过程的模拟我们发现这个直角 壁首先成形，从而在凹坑成形前破裂。其它四个角由于拉延高度低并且没有复杂的凸凹变形，都有足够的板料流动量，板料的流动情况良好，所以没有破裂。
3. 汽车覆盖件冲压工艺改进方案
在去掉拉延筋，变化压边力后还是无法缓解，于是决定改变模型，我们把拉延直壁消除降低了模具拉延高度；把型面中那一个接近大直角型面过渡改为一个小缓 坡，减缓了陡峭程度；由于模具进料困难，所以去掉拉延筋，然后设定压边力为400KN，摩擦系数为0.12，进行模拟后如图4所示。可以看出与未改前的情 况有很大的不同，破裂情况明显改善，尤其是右上角直壁处的破裂变得很小，这是由于降低了它的拉延高度。
4. 结论
世界上每年的钢材有半数以上被轧制成板料和管料。金属板、管的成形和加工在航空、航天、汽车、船舶及许多民用工业中都占有相当重的比例。因此，提高相应 的成形技术和制造水平是一个具有普遍意义的大课题。因此，文章在汽车覆盖件数值模拟和试验研究的基础上，采用有限元的数值模拟及试验研究的方法，对汽车覆 盖件拉延过程中的成形进行了数值模拟和试验研究。
参考文献
[1] 李东升， 黄小明， 胡世光. 汽车覆盖件拉延筋的单元模拟试验研究[D]. 北京航空航天大学学报，1995.21（2）：67-71.
汽车覆盖件冲压工艺 篇3
回弹是汽车覆盖件冲压成形中的成形缺陷,其直接影响了冲压件的最终形状,对零件的形状和尺寸精度有着重要影响[1~3]。因此,在冲压模具制造时必须对回弹进行分析和控制。
长期以来,如何精确的对回弹进行数值分析计算和进行回弹补偿,一直是汽车覆盖件冲压成形仿真的研究热点[4,5]。目前,比较成熟的回弹补偿方法是几何补偿法。要进行回弹补偿和实现虚拟修模,其关键点是回弹量的获取和补偿量的确定。有了这些回弹计算的数据,就可以按照一定的公式或比例关系获得回弹补偿量,从而进行修模。
本文建立基于虚拟试模过程的汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿方法,为在计算机上实现不依赖人的覆模件冲压模具设计做了初步的尝试。
1 汽车覆盖件模具的回弹自动补偿方法
汽车覆盖件冲压模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修模迭代过程。它是先按照覆盖件的设计要求形状设计出初始模具形状,经过成形模拟和回弹计算分析,获得板料成形回弹后形状。通过对板料成形回弹前后形状和初始模具形状的分析,对模具进行回弹自动补偿,得到模具修正后模具形状;然后将回弹补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析,将得到零件回弹计算后的形状与设计要求形状进行比较,判断两者的几何形状误差是否满足设计误差要求。若满足设计误差要求,输出模具回弹补偿结果;若不满足设计误差要求,必须重新进行回弹自动补偿循环,直到符合设计误差要求的模具回弹补偿结果。
汽车覆盖件冲压模具回弹补偿原理示意图如图1所示。
2 汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿过程分析
汽车覆盖件冲压模具回弹补偿方法是基于有限元计算模拟得到零件回弹量大小修改模具型面的虚拟试模的方法,回弹补偿偏移量为模拟计算得到零件回弹量的大小。下面对某保险杠骨架外杠的模具进行回弹自动补偿,验证此方法的正确性。
由于本覆盖件是对称件,因此采用一半进行仿真分析。覆盖件冲压成形过程的仿真分析模型如图2所示。
首先模拟冲压成形,得到的FLD如图3所示。
成形模拟结束后,继续进行修边和回弹分析计算,得到回弹量结果分布图如图4所示。
可以看出:零件弯曲末端的回弹量最大,其数值最大3.1mm;零件中间部位回弹量最小,回弹量是从两端最大向中间最小递减分布,回弹量大小分布形式和实际生产过程中产品产生的回弹量大小分布形式基本一致。
由于此零件的回弹量很大,不能满足设计要求,因此要进行模具回弹补偿设计。判断模具回弹自动补偿的结果是否符合设计要求的标准是:将回弹自动补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析,把回弹计算后的零件形状与理论要求的形状进行对比,如果两者误差达到设计误差要求,就可以认为模具回弹补偿结果已经得到;反之,则要进行下一轮回弹自动补偿循环,以得到最合适的回弹补偿结果。
经过反复计算,对此覆盖件进行三次回弹自动补偿循环。通过测量第三次模具回弹自动补偿循环结果可知:覆盖件回弹后弯曲末端与理论要求形状只有比回弹自动补偿前下降了76%,说明回弹补偿后的冲压模具生产的零件与理论形状非常接近。
如图5所示为模具三次回弹自动补偿后形状与初始模具形状的比较。从图5中可以看出:回弹自动补偿后的模具型面在初始模具型面下面(图5中z轴正向),末端弯曲部位回弹补偿量最大,中间部分回弹补偿量最小,回弹补偿量分布与模具回弹量分布是基本一致的,这说明覆盖件冲压模具是根据计算回弹量大小进行回弹自动补偿的,而不是人工手动去进行模具回弹补偿过程。
模具回弹补偿前后的型面网格如图6所示。
把模具初始型面CAD文件和模具回弹补偿前后网格模型导入到分析软件中,回弹补偿位移矢量将被计算,如图7所示。
然后选择所有原始模具型面进行回弹补偿计算,输出回弹补偿后模具型面,作为拉延模具设计的依据。回弹补偿前后的模具型面对比如图8所示。
实际工况表明,利用回弹自动补偿方法得到的模具型面设计的覆盖件冲压模具,回弹趋势和实际工况基本一致;最终测量误差80%区域在1mm以下,还未整体达到最后实际生产0.5mm的精度要求。分析其原因,首先回弹补偿的精度直接跟覆盖件冲压成形仿真计算精度和回弹计算精度有关,而影响成形分析的因素非常多,这直接影响最后的回弹补偿结果;其次,回弹自动补偿方法在汽车覆盖件冲压模具上的可靠性,还有待进行更多的实际工况试验验证,尤其是针对更复杂的覆盖件类型。虽然软件回弹补偿技术还有待继续完善,但是这种思路显示出巨大的工程实用价值。
综上所述,汽车覆盖件冲压模具的回弹自动补偿过程如图9所示。
3 结论
对汽车覆盖件中冲压模具的回答问题进行了研究,采用自动回弹补偿的方法进行修正,从而使整个回弹补偿过程可以自动完成,并得到合理的回弹补偿结果。通过对汽车保险杠骨架外杠的回弹自动补偿进行研究,证明了所提出汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿的方法的可行性,减小了操作者实际的修模工作量,但精确度还有待提高。
参考文献
[1]杨平,周杰,朱若岭,等.金属板料拉深回弹成因及回弹补偿研究[J].机械设计与制造,2009,(9):134-136.
[2]王宁,梅自元,周长国.基于正交试验的车身覆盖件冲压成形回弹分析[J].机械设计与制造,2008,(10):117-119.
[3]谷瑞杰,杨合,詹梅.弯曲成形回弹研究进展[J].机械科学与技术,2005,(1):653-658.
[4]陈磊,杨继昌,陈炜,等.变压边力方式对板料U形回弹影响的有限元模拟研究[J].塑性工程学报,2005,12(5):12-16.
汽车覆盖件冲压工艺 篇4
目前,板料成形CAE分析常用的软件有Autoform,Dyanform (Dyna3D)和Pam-stamp 3种。其中,Autoform采用膜单元,隐式算法,速度较快,但精度稍差;Dynaform和Pam-stamp采用壳单元,显示算法,速度较慢,但精度较高。Autoform,Dyanform的性能比较见表1。根据它们的特点,一般主机厂采用Autoform+Dynaform或者Autoform+Pam-stamp相结合的方式开展冲压CAE分析工作。3种软件在项目开发过程中各个阶段的应用如图1所示:在L1数据发布之前以Autoform分析为主,Dynaform和Pam-stamp为辅,主要是为了快速响应,对不完善的数据进行虚拟评审;L1数据发布到模具验收阶段以Dynaform和Pam-stamp为主,Autoform为辅,此阶段,零件模具准备开始设计,工艺逐步完善,需要保证零件的可制造性。
2 冲压CAE分析交付物内容
冲压CAE分析主要交付物为CAE分析报告,最终模拟文件,有些项目需要对关键零件进行全工序分析,然后输出带有应力应变的*.DYN或者*.stp文件给整车CAE工程师做安全、强度、刚度和模态分析,此分析结果必须经过成形余裕度测试和满足CAE分析验收标准。
CAE分析报告包含的内容有:CAE分析的基本信息,模拟参数,简易工法(各序旋转角度、冲压角度,工作内容),板料形状及尺寸,材料利用率,筋条设计及材料流入量,减薄率,成形极限图,主应变图,副应变图,成形过程图,滑移线冲击线分析,切边角度分析,关键整形特征过程分析。
3 冲压CAE分析材料参数及润滑系数
影响CAE分析结果的重要因素之一是材料参数的准确性,这是目前3种分析软件都存在的不足之处,主机厂需要将钢厂提供的材料参数与软件材料参数模型相结合制定出自己的材料库。目前,国内应用的材料体系主要以宝钢标准为参考,国外较大的主机厂(例如通用、丰田等公司)都有自己的材料标准,同时对全球主要钢厂生产的材料进行企业认证,然后推广自己的体系。现阶段,钢厂标准性能范围非常广泛(见表2),宝钢DC系列低碳钢屈服强度平均变化范围达到80 MP,DC01屈服强度变化范围甚至已经达到140 MP,屈服强度平均值为190 MP,平均波动影响达42%,工程师很难根据此标准确定材料真实的性能参数,因此宝钢和其他钢厂会提供每一种材料最优、中等、最差性能参数的统计数据给主机厂参考,冲压CAE分析时一般采用中等性能的材料参数(见表3)。
摩擦系数也是脱离分析软件本身之外影响分析结果的重要参数,以前主要靠经验值进行分析,现阶段可以通过检测和多次试验结果综合得出材料在成形过程中的摩擦系数,材料在成形过程中的摩擦系数与材料本身涂层、工艺条件及模的表面处理有很大关系,具体分析时可以参照表4中的数据。
4 冲压CAE分析软件关键参数设置
Autofrom、Dynaform和Pam-stamp 3种板料成形CAE分析软件能模拟所有的板料成形性分析,包括铝板、精密冲裁等,但是针对汽车覆盖件这种大尺寸、大曲率的零件,为了保证分析结果与实际结果的吻合率,必须对部分软件参数进行特殊的设置。
4.1 Autoform分析关键参数设置
Autoform软件主要采用膜单元,隐式算法,自动划分板料和模具形面网格,控制参数设置简单,自动优化处理网格,工程师不用花费较大精力去修补网格。
4.1.1 网格划分特殊设置
(1)大中型板件(侧围、翼子板、地板等——进行拉延工序):公差误差=0.1 mm;最大网格长度=30mm (面);倒角/半径检查=1 mm;所有R角半径检查=3 mm。
(2)小型板件(紧固件、支架——拉延工序):公差误差=0.05 mm;最大网格长度=10 mm (面);倒角/半径检查=1 mm;所有R角半径检查=3 mm。
(3)所有板件——全工序(翻边、整形、侧整形、回弹):公差误差=0.05 mm;最大网格长度=10 mm(面);所有R角半径=3 mm。
4.1.2 Autoform中模具刚度设置
在Autoform中对模具刚度参数的设定需考虑下列冲压模具的相应尺寸值:①100小结构件或尺寸<500 mm的零件;②50 PA&PB类结构或尺寸为500～1 500 mm的零件(发动机罩、门类零件);③30 PA类大规模结构(侧围、车顶等)。
4.1.3 Autoform拉延筋设置
拉延筋需按下列要求进行分析:①使用等效拉伸筋而不是实体拉伸筋进行CAE分析及优化,拉伸筋力大小用系数进行调整,等效筋的位置要与实体筋中心线的位置保持一致;②上升压力采用“自动”方式;③采用实体筋条模拟时,合模时勾选“Closing”选项,输出的结果比勾选“binder wrap”选项的效果好。
4.1.4 材料特性
参照钢厂提供的材料参数,选择中值用于Autoform的2个材料特性来描述材料,Hill48模型(biax参数为1.0)用于低碳钢(软钢)的可行性,Hill90模型(biax参数为1.2)材料准则适用于高强度钢(屈服强度>210 MPa,抗拉>340MPa)(如图2所示);FLC选项中,低碳钢采用keeler模型,其他钢种采用Arcelor V9模型,摩擦系数参照表4。
4.1.5 工艺参数设置
为了保证分析结果的准确性,针对汽车覆盖件分析时Autoform计算控制参数设置见表5。
4.2 Dyanform和Pam-stamp分析关键参数设置
Dyanform和Pam-stamp软件采用壳单元,显式算法,工程师需要对网格进行优化,工作量较大,前期划分网格的好坏和控制参数的设置直接决定了分析结果的准确性,对工程师的水平要求较高,针对汽车覆盖件冲压CAE分析,建议设置参数见表6。
5 CAE分析结果验收标准
根据冲压CAE分析内容和交付物指定的验收标准(见表7),以此标准保证CAE分析结果的评判客观、真实。如果不能达到此标准要求,需要重新更改零件、工艺设计,并重新分析以达到标准要求。
6 结语
本文首先介绍了板料成形常用的3种CAE分析软件及其特点差异,CAE分析的结果和主要交付物,分析的材料模型及其性能参数的选择,以及润滑系数的确定等内容。然后针对汽车外覆盖件这种大尺寸、大曲率的零件,对3种CAE分析每种软件的关键设置进行了详细说明。最后总结了冲压CAE分析结果的评判验收标准。对冲压工艺工程师更好地开展工作具有一定的指导意义。
参考文献
[1]GM汽车GVDP全球整车项目开发流程5.03版本[Z].
[2]Q/BQB 403—2009,宝山钢铁股份有限公司企业标准[S].
汽车覆盖件冲压工艺 篇5
在汽车中, 冲压零件占比例很大。例如减震器钣金件, 合理的成形工艺设计能够给零件带来很大的质量提升。在汽车研发过程中, 冲压零件的工艺设计、模具设计及制造周期很长, 以往零件的工艺分析、设计、制造等环节, 周期长、劳动力大、成本高、效率低。随着一些软件的开发, 能够得到高质量、高效率、低成本的冲压零件。本文以某款汽车减震器钣金件的冲压成形为例, 借助于有限元软件FASTAMP对拉延成形过程进行数值模拟研究, 就其经常出现成形过程中的不充分或成形质量不好等问题进行分析, 确定出合适的冲压参数。同时, 对其修边模具结构进行了设计。
1 汽车减震器钣金件的冲压工艺分析
汽车减震器钣金件要求冲压成形后有较好的形状、刚性和工艺性;零件不允许出现明显的皱折、擦伤等缺陷;制件不出现拉裂及起皱, 材料最大减薄率小于20%, 且变形尽量均匀[1]。图1为该汽车减震器钣金件图。该零件材质为DC04冷轧钢, 厚度1 mm。该材料的屈服强度不小于130 MPa, 抗拉强度不小于270 MPa, 断后伸长率不小于34%, 外形尺寸近似为长度150 mm, 宽度130 mm, 高度50 mm, 质量约为0.182 868 kg。该钣金件的几何特征为:零件面A有3个小孔和1个大孔, 有多处凹凸面, 变化复杂, 面A与面B是以半径为8 mm圆弧连接的, 面B是倾斜的面。面C上有3个凹圆弧, 半径为6 mm。综合考虑, 该汽车减震器钣金件的冲压工序确定为先落料, 接着拉延, 之后进行修边、冲孔, 最后翻边整形。
2 汽车减震器钣金件的工艺设计
2.1 确定冲压方向及压料面
在进行工艺设计时, 首先需要确定拉延工艺数模。而其中, 冲压方向的确定尤为重要。确定合理的冲压方向直接决定着零件能否拉延成功。冲压方向确定时主要考虑工件的可靠定位, 拉延时不能有负角;各处拉延深度相差小[2];由于此处没有斜孔需要冲制, 因此无需斜楔机构。图2箭头所指为冲压方向。
我们都知道:压料面设计合理与否, 会直接影响到压料面毛坯向凹模流动的方向与速度, 毛坯变形的分布与大小、破裂起皱等问题产生。压料面设计不合理, 还会在压边圈压料时就形成皱折、余料等, 有的在成形过程中不能消失而残留在制件上。通过分析该钣金件的形状特点, 其底面较为平整规则, 因此, 采用平面型压料面。其最终的拉延工艺面设置如图3箭头所示的压料面。
2.2展开坯料线及必要的工艺补充设计
确定冲压件的展开板料线的形状及尺寸, 是分析冲压件变形程度设计工艺性及拟定工艺规程的前提。我们利用该软件中的“展开板料线”功能 (即BEW) , 能够快速展开复杂钣金件的板料轮廓线, 同时还可以预测钣金件的成形结果, 帮助设计人员发现潜在的设计缺陷, 为后续工艺设计、模具设计提供有效参考。根据该钣金件的结构特点及复杂程度, 作必要的工艺补充, 将其上表面的3个小孔补上。该钣金件顶部的大孔无法一次成形, 需后续翻边整形后成形, 绘制其工艺补充面及展开坯料线如图4所示。
2.3 汽车减震器钣金件拉延成形性分析
借助于FASTAMP软件集成在NX 8.5的CAE分析功能, 对该钣金件进行可成形性与加工工艺分析, 将模拟运算后的结果进行比较, 以选择出最佳的成形方案。本次模拟采用单动成形, 设置成形力和压边力分别为2.5×106N、7.5×104N, 冲压速度为250 mm/s, 压边圈闭合速度250mm/s, 在选择此处的接触条件时, 采用经验值, 并提交求解器进行求解。多次优化处理后, 可得到图5所示的零件FLD图、成形性、减薄率。
从图5 (a) 中我们可以看出, 该钣金件未有明显的开裂区域, 无需改变圆角半径改善冲压成形性能, 其余绝大多数区域均为安全范围内。从图4、图5我们得到, 图示标注区域位置减薄率均超过了20%, 超过开裂的极限, 其余位置均低于10%, 且大部分比较均匀, 可以通过添加拉延筋来降低零件件的减薄率, 提高拉延的可成形性。
2.4 提取分模线和设计修边线
在拉延模结构中, 分模线为凸模与压边圈的分界线, 通常是封闭曲线。提取分模线之前, 一定要做出完整的拉延件, 才能提取凹模圆角中间线, 组合成分模线。该钣金件的分模线如图6箭头所示封闭曲线。
修边线是为了得到零件的内外轮廓形状而确定下来的用于冲裁掉预保留部分以外多余的形状 (工艺补充部分如压料面等等) 的界线。有时为了得到一个不规则的多边形冲压件, 可能由于其直接一次成形有难度, 需要进行工艺上的补充, 增加一些其他的形状做成一个比较容易冲压成形得到的形状。成形后, 下一工序采用修边形式把原来补充上去的部分再切掉, 即可得到需要的形状了。该该钣金件的分模线如图7箭头所示封闭曲线。
2.5 创建实体筋
实体筋在拉延模中用以控制材料流动, 增大进料阻力, 调节进料阻力的分布, 使四周变形均匀。本处利用软件自带的创建实体筋功能, 建立如图8 (a) 所示的等效筋, 图中等效筋的位置决定了实体筋的位置。等效筋为实体筋的中心线, 等效筋的位置就决定了实体筋的位置。等效筋是根据分模线沿着压料面外形偏置一定距离得到, 应保证等效筋大于修边线5~10 mm以上。该钣金件实体筋的形状如图8 (b) 所示。
3 汽车减震器钣金件的修边工序的模具结构
通常, 修边模结构的设计是在成形分析以后进行的。本文借助于UG软件, 并参考CAE分析结果, 设计了该钣金件修边模具。图9 (a) 为修边模上压料芯零件图, 上压料芯材料选用Cr12Mo V。在压料芯上安装有压料芯向导, 便于与下料芯配合。同时, 上压料芯上预留几个孔, 便于安装非标冲头。图9 (b) 为修边模的下模。其在卸料板和压料芯创建导向结构, 便于配合。卸料板与下模座设置2个M10×40的销钉和4个M10×45的安全螺钉。4个螺钉以正方形4个拐角的形式摆放。销钉只需2个, 对顶角位置摆放。卸料板与下模座之间布置弹簧压力源, 卸料板压力源安装在卸料板和下模座之间, 负责卸料板的上下行运动, 达到卸料的目的。
该模具经过现场调试, 已成功地压制出制件, 并验证了所设计的修边模具结构的合理性。
4 结语
本文对某款汽车减震器钣金件进行了工艺分析, 选择了合理的工艺方案。并借助于FASTAMP软件对零件数模进行了成形性分析及工艺设计, 绘制出工艺补充面、定义冲压方向、设计修边线等。同时, 在设计的过程中, 对板料流入量、FLD图、材料减薄率、料厚分布和起皱分析等进行分析归纳, 总结出汽车减震器钣金件的可成形性和成形过程中的不足。并对设计方案进行了多次的调整, 设计出合格的修边模具。现场调试验证了模具结构合理性。
参考文献
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汽车覆盖件冲压工艺 篇6
1 拉深模凹模的工艺分析
凹模的加工表面主要包括:凹模的3D型面、与调整块配合的凸台、基准孔凸台、基准孔、导板座、导板面、基准平面以及底面[2]。由于铸件的余量一般是10mm,余量较大,一般分为粗加工、精加工,对于精度要求较高的面还要进行半精加工。凹模模型如图1所示。
底面加工:平面的加工精度要求不是很高,其加工的表面粗糙度均为Ra=3.2μm。所以只需要粗加工和精加工即可达到加工要求。
3D型面加工:3D型面对汽车覆盖件成型极其重要,其表面粗糙度Ra=1.6μm,轮廓偏差为0.05mm。3D型面的加工也是拉深模加工中最重要的。所以加工要求比较高。一般是用等高轮廓铣先进行陡斜面的粗加工,再用固定轴曲面铣进行半精加工和精加工,之后进行清根达到拐角的尺寸精度要求。
导板座及导板面加工:导板座表面粗糙度Ra=1.6μm,导向面的表面粗糙度Ra=0.8μm,其位置尺寸精度有严格的要求,导向面位置精度为x-0-0..0402mm或x+0+0..0204mm。导板面的加工先用等高轮廓铣进行导板面的粗加工,再用3D轮廓铣进行半精加工和精加工。
平面加工:一般平面的加工精度要求不是很高,其加工的表面粗糙度均为Ra=3.2μm。所以一般只需要粗加工和精加工即可。
基准孔加工:基准孔的尺寸精度要求较高,孔壁粗糙度为Ra=0.8μm。需要钻孔和铰孔。
2 机床的选择
由于该模具总加工时间较长,模具外形尺寸较大,重量大,3D型面、导向面尺寸精度和表面粗糙度都要求较高。加工表面有粗铣、半精铣、精铣、钻孔、铰孔等多种加工方法,从而所需刀具较多。为了节省加工时间,一般采用大进给量,高转速。采用加工中心可以将普通机床加工的多工序集中在一个工序完成,提高生产率,降低生产成本。结合工厂实际情况,选用HTM-4228G型龙门加工中心(注:无刀库)[4]。机床主要技术参数如表1所示。
3 确定定位基准和夹紧方式及夹具
因为汽车覆盖件模具的加工属于单件小批量生产,所以优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具[2],以缩短生产准备时间和节省生产费用。根据零件的形状尺寸、工厂的实际情况以及生产习惯,选择组合夹具来进行夹紧。并按铸件中心基准线找正、定中心,使工件装夹并用压板锁紧。
加工时,先以凹模上表面四个角的安全平面加垫块垫高作为粗基准加工凹模的底面,然后在以底面作为精基准加工模具的3D型面、导板面等工作面。
4 确定加工顺序
整个凹模的加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精的原则确定[3]。加工顺序如下安排:
5 确定进给路线
进给路线均按最短路线原则确定。各个型面的加工结合UGCAM功能详细说明如下。
1)底面:粗、精加工进给路线一般都采用Zib Zag型切削方式,切削方向为顺铣,切削角为粗加工45°精加工135°。
2)3D型面:用等高轮廓铣粗加工陡斜面的切削顺序是层优先,切削方向为顺铣切削,层到层的连接方式是直接对部件;用固定轴曲面铣粗、精加工切削方向为顺铣切削,切削角为半精加工业45°精加工135°。
3)导板面:粗加工以等高轮廓铣加工,切削顺序为深度优先,切削方向为顺逆混合切削加工,使用这样的切削方式就能很好的避免频繁换刀,提高了加工效率;半精加工及精加工均以3D轮廓铣进行加工。
4)其余平面:平面的加工与底面类是,粗、精加工进给路线都一般都采用Zib Zag型切削方式,切削方向为顺铣,切削角为粗加工45°精加工135°。
6 刀具的选择
根据凹模的结构特点,以及尽可能减少换刀次数[5]。铣导板面时,为提高加工效率以及兼顾切削用量,故粗加工时选用φ50R6的圆角刀,半精加工、精加工是皆用立铣刀加工即可。3D型面的加工极其重要,加工时先用D50R6[3]的圆角刀进行陡斜面粗加工,为了使后一道工序的加工余量均匀,再用φ30的球头清根,半精加工和精加工分别使用Q30和Q25进行固定轴曲面铣。因为3D型面拐角最小半径为4mm,最终精加工用φ8的球头铣刀清根。刀具选择具体原因将结合选用的加工方法在后面章节详细说明。所选刀具及其加工表面见表2凹模龙门加工中心加工刀具卡片。
7 确定切削用量
根据HT300硬度为235HBS左右,最小抗拉强度250MPa,以及根据刀具生产厂商提供的使用参数或查切削用量手册选择合理切深、切削速度、每齿进给量以及直径、刃数,计算和调整铣削用量。然后利用公式n=Vc·1000/(π·D)计算主轴转速[3],利用Vf=fn=fzzn计算进给速度。
表3刀具切削用量参考值表是根据腾龙汽配厂以及刀具生产厂商提供的刀具切削参数总结的,其中转速和进给速度由腾龙汽配厂提供,切削速度及每齿进给量为刀具生产厂商推荐的参考值。
刀具在加工时的切削用量计算如下(以D50R6为例):
粗加工:根据表3选择切削速度Vc=100r·min-1,每齿进给量fz=0.5mm。
转速n=1000Vc/πD=636.9,取n=650r·min-1;
进给速度Vf=znfz=1950,取Vf=1950mm·min-1;
进给量f=fzz=3,取f=3mm/r。
精加工:根据表3选择切削速度Vc=120r·min-1,每齿进给量fz=0.3mm。
转速n=1000Vc/πD=764.3,取n=750r·min-1;
进给速度Vf=znfz=1350,取Vf=1350mm·min-1;
进给量f=fzz=1.8取f=1.8mm/r
………
由计算结果可以看出,工厂中对刀具的使用参数与刀具生产厂商提供的参考值是有一定差别的,这是因为工厂考虑到模具的加工精度及加工效率,所以工厂会适当的以刀具的使用寿命换取模具的加工效率。
8 编写加工工艺卡片
将工艺分析的结论及刀具切削参数的计算结果填入表4凹模加工工艺卡片。
9 结束语
大型冲压件的拉深是覆盖件极其重要的成形工序,因此要提高覆盖件的质量就必须保证拉深模的质量,合理的数控加工工艺为数控加工提供保证。
摘要：大型冲压件的拉深是覆盖件极其重要的成形工序,因此要提高覆盖件的质量就必须保证拉深模的质量。本文根据某型汽车覆盖件——前板拉深模凹模模型,合理选择机床的型号,确定定位基准和夹紧方式及夹具,设计加工顺序和进给路线,选择合适的刀具和确定切削用量,最后编写出加工工艺卡片。
关键词：覆盖件,拉深模,数控加工,工艺
参考文献
[1]周万军,徐成林.大型拉延模具制造工艺[EB/OL].维普资讯http://www.cqvip.com.
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新型车身覆盖件冲压设备综述 篇7
1 传统的曲柄压力机与框架式液压机
曲柄压力机是利用电机带动飞轮高速转动, 并储存能量, 然后由离合器把能量传递给减速-曲柄系统的机械压力机, 如图1所示。
其能量公式可表示为:
式中:E为输出的能量;
J为系统的的转动惯量;
ω1为冲压前的飞轮转速;
ω2为冲压后的飞轮转速。
按照国际通行的设计规范, 曲柄压力机冲压时最大允许电机转速下降1 5%～20%。按照20%计算, 则曲柄压力机此时的最大输出能为E=0.18 Jω12, 可见飞轮的转速变化对最大输出能产生指数倍的影响。而滑块的速度v与飞轮转速ω的对应关系为:
式中:i为飞轮至曲柄的减速比;
R为曲柄半径;
L为连杆长度;
α为曲柄的相位角。
根据现场实测, 对于某种典型拉伸深度大、成型复杂的车身覆盖件拉伸时的最佳速度在20～35mm/s左右, 增大压边力后可提高至200mm/s左右。按照国内通行的大吨位多连杆单动压力机进行反拉伸时计算, 滑块速度200mm/s时, 压力机循环速度为11rpm, 飞轮转速约为150rpm。若循环速度为12rpm, 飞轮转速约为166rpm, 最大输出能差了1.2倍。而且当拉伸速度快时, 需要的压边力就大, 这又增加了飞轮克服气垫提供的压边力耗能。因而对于单动反拉伸多连杆机械压力机而言, 输出能量/输出力与拉伸速度存在着矛盾关系。
快速液压机则利用油泵将液压油注入油缸, 使滑块运动, 并获得能量, 如图2所示。
目前较为先进的液压机普遍采用恒功率变量泵+比例阀或者比例泵的控制模式, 即保持泵的功率恒定, 当总冲压力小时, 流量大、滑块速度快;当总冲压力大时, 流量小、滑块速度慢, 而且油泵的输出压力也可数控限制。这样的话理论上就可以实现各种冲压速度和压力的组合, 并能够实现任意时间的保压, 对冲压工艺的实用性极高, 特别适于复杂零件的拉伸。
快速液压机的滑块运动受到泵的功率、阀的响应速度、液压油的水击现象等多种因素影响, 具体的运行过程是:加速下行 (约0.1s) -快速下行 (速度可达400mm/s-500mm/s) -减速下行 (约0.2s) -拉伸-保压/系统卸压及阀换向 (约需0.7-1s) -加速回程 (约需0.1s) -快速回程 (速度可达350mm/s-500mm/s) -减速回程 (约需0.2s) 。
如快速液压机与8连杆机械压力机按照同样的工艺拉伸时, 按照同样的滑块行程, 则快速液压机要比8连杆机械压力机在10spm时每次行程慢约2s。实际上按照动力学计算, 8连杆机械压力机之所以采用1100mm～1200mm的行程主要是为了满足公称力和300mm左右的拉伸行程的需要。如采用自动化上下料, 快速液压机可采用800mm行程即可满足生产需要, 此时二者每行程的时间基本一致。
快速液压机的最大缺点是使用能耗较大, 机械压力机即使在最高产量的情况下, 能耗也比快速液压机少30%左右。
2 冲压生产提升效率的手段
早期的自动化装置依靠压力机与机械手之间顺序控制实现上下料, 这种模式和有光电保护装置的人工线生产较为类似, 即压力机回到上死点停止后, 机械臂或人工进行上下料作业, 待全线的上下料完成后, 压力机才进入下一次循环。由图3可以看出, 在8连杆机械压力机的全行程中, 最多有1.6s是用于冲压生产 (对应300mm拉伸行程) , 只占冲压循环的27%, 这样即使采用自动化上下料装置, 平均生产节拍似乎也只能达到略大于6spm的水平, 这样高额的自动化装置的投入并未体现出与人工操作的明显优势。图4反映了冲压生产中各种动作占总时间的比例关系, 可见实际的冲压时间只占总冲压循环的16%以下, 如何减少辅助时间是提高冲压线效率的主要方向。
随着压力机和自动化装置的控制水平提高, 近年来出现的冲压线同步控制技术大大提升了整线的循环节拍。简单的说, 同步运动控制是由伺服驱动技术延伸发展而来的, 利用伺服驱动器驱动伺服电机并采集反馈信号到驱动器的核心控制单元实现高动态响应的运动控制, 从而将压力机动作与各自动化装置的动作按照反馈信号进行解算, 从而将下料化装置、上料装置按照主从关系插入压力机滑块的位置和速度中, 并使整线的自动化装置和压力机顺次协同动作。仍以机械压力机压力机采用10spm为例, 由于自动化装置的动作插入了滑块的上行、下行之间, 整线的冲压循环时间缩短至7s以内, 使整线效率提高30%。
根据现场实测, 采用同步控制技术的自动化装置上下料的实际时间略大于3s～3.5s, 已经小于压力机上行和下行的时间只和约1s左右。而上行和下行行程又受到最大拉伸深度的限制而不能过小, 从而造成普通多连杆压力机无法进一步减少冲压总循环时间, 如需要进一步提高效率则只能减少滑块的上行和下行时间, 并保证冲压时的速度不能过快入手。
3 机械-液压复合压力机
该技术是将液压机复合在机械压力机的滑块内, 液压机部分采用蓄能器存储能量, 并采用闭环伺服阀控制二级滑块的压力和速度, 机械压力机只提供滑块的高速下行和上行, 滑块内的液压机则在下行时同时推动二级滑块下行, 及早接触工件后开始换阀加压拉伸。拉伸过程中, 比例阀也能够控制二级滑块的实际压力和“后退”速度, 从而获得需要的拉伸速度和拉伸力, 在机械压力机开始上行后, 还能够提供额外的保压时间和压力。复合压力机工作原理和二级滑块的运动曲线。由于受到蓄能器能力和滑块空间的限制, 这种压力机目前的吨位较小, 液压行程较短, 尚不能完全适用于车身大型覆盖件的生产。
4 伺服控制机械压力机
该技术被应用后很快在我国获得推广, 其制造技术也很快被国内主要压力机制造商突破, 伺服控制机械压力机依靠伺服电机直接驱动减速机构和曲柄, 取消了储能作用的飞轮, 从而可以实现在上行、下行阶段高速运动, 在拉伸阶段慢速运动。并且滑块也只需根据不同的拉伸深度上行至自动化装置可以取料的最小高度即可, 不再需要曲柄进行圆周运动, 只需在一定的相位角度内摆动即可。另外伺服压力机还可以控制滑块在一定位置悬停, 起到类似液压机的保压作用。从而使机械压力机具备了以前液压机才有的灵活的工艺性。甚至还可以进行振动频率数百赫兹, 振幅不足1mm的步冲及打击冲压的能力, 工艺灵活性极高。
相比较普通8连杆压力机, 对于同样的拉伸行程就不再需要过大的曲柄行程, 因而可以降低设备高度和重量, 并减少厂房的投资。
5 双电机机械压力机
由于伺服控制多连杆压力机采用超大功率的伺服电机直接驱动减速曲柄机构, 其造价高的惊人。如果现有飞轮储能结构在一定速度下满足拉伸的能量和速度需求, 那么采用全伺服控制就显得有些技术过剩。A B B公司最近推出了一种伺服控制的双电机普通干式离合器机械压力机改造技术, 称为DDC (动态驱动链) 技术, 简单地说该技术在普通的多连杆机械压力机之上增加另外一套电机-减速机机构直接减速-曲柄机构, 在滑块下行和上行时, 利用新增加的电机高速驱动曲柄的转动;在拉伸开始时利用原有的电机和飞轮储存的能量工作, 在伺服系统的精确控制下可以实现等速的电机转换, 从而实现离合-制动器的少无损耗使用。
6 采用伺服电机驱动的快速液压机
传统的快速液压机伺服阀和伺服泵控制, 可以实现压力、速度的数控, 但也存在着调节范围窄, 能量损失大, 高精度控制困难等缺点。采用伺服电机驱动的快速液压机采用改变伺服电机的转速和方向, 通过闭环控制液压机的压力、速度、位置等参数。由于伺服电机响应速度快, 速度调节范围宽, 可以有效的减少可以得到更优的控制性能。
通过改变伺服电机的转速, 实现压机压力、速度、位置的精确控制, 结合控制系统实现压力、速度、位置的数控功能。由于采用伺服电机控制滑块的快降和回程速度, 因此可以精确控制滑块的加减速, 滑块在速度转换时的冲击, 同时也可提高滑块快降和回程速度, 从而提高了液压机的效率, 其滑块行程的重复定位精度水平差不多达到了研配液压机的±0.05mm等级。这种伺服液压机还省去了液压系统中的调压回路、调速回路, 甚至可以省去换向回路, 液压系统变得很简单, 提高了液压机的维修保养性。另外还取消了比例伺服液压元件, 对液压油污染不敏感。液压泵断续工作, 液压油使用时间长, 可节约50%的液压油成本。但其速度赶上伺服机械压力机还需要进一步努力。
7 结语
通过以上介绍, 如果采用上述先进压力机组成的自动化冲压线, 对于机械压力机下行、上行速度达到24spm, 拉伸时的速度仍为10spm时, 各种设备的运动曲线对比。可见伺服机械压力机和D D C压力机在速度上远远领先于其它种类的压力机, 必然是未来的发展趋势。虽然其投资相对较高, 但随着高效、节能、柔性、环保和舒适的冲压环境越发的关注, 以后我们将见到越来越多的高性能压力机的出现。
参考文献
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