支架冲压工艺

支架冲压工艺（精选5篇）

支架冲压工艺 篇1

下面结合设计过程谈一谈工艺设计的几个主要环节。

1 工艺分析

进行工艺设计首先要作好工艺分析, 所谓工艺分析就是根据设计部门提出的产品的规格、质量、公差等参数, 确定该产品加工的技术要求。如图1所示的零件为支架-连接管 (1203073-317) , 它的材料为汽车大梁用热轧钢板 (16Mn L) 厚度6.0它是连接发动机与排气管的重要部件, 由于它所连接的两个件刚性都非常大, 且支架本身刚性也很大, 这就要求装配时零件尺寸要求很精, 并且该零件空间尺寸有位置度要求, 这就增加了该零件的制造难度。

2 确定工艺方案

通过对产品图的详细研究, 作为工艺设计人员要熟知本单位的设备、人员技术素质、模夹具制造能力等基本状况, 还要兼顾材料、能源、工时等成本原因, 也要涉及组织生产方便、操作安全等问题, 制定切实可行的方案, 为此我们考虑如下的最佳方案。

方案:将零件分成两次冲孔 (先冲3-准9孔后冲2-准11孔)

工序流程图:

方案分析:该方案的优点是能很好保证图纸要求的孔的位置度要求。缺点是增加了工装数量即增加了工序, 增加了操作人员和多耗费能源等, 使成本增加。同时我们还要考虑此方案的时候, 有两道压弯工序, 如果先压第1处弯 (如图2) , 后压第2处弯, 那在所需模具的闭合高度就要比先压第2处后压第1处大, 并且制造成本也要略高。为了很好满足工艺要求, 保证产品质量, 并降低制造成本, 确定采用先压第2处后压第1处这个工艺方案。

3 实施工艺设计

为了合理利用现有设备, 保证产品质量, 使每一阶段都处于最佳监控状态最终产出合格品, 需进行以下计算:

各序设备的确定:

(1) 料冲孔工序 (工序一) 计算和设备的确定:

P-总冲裁力 (Kg) ;P1-任意外形的冲裁力 (Kg) ;L-周长 (mm) ;S-料厚 (mm) ;бb-抗拉强度 (Kg/mm2) ;P2-圆形的冲裁力 (Kg) ;d-直径 (mm)

∵L=1130S=6бb=62d=9 (3个孔)

即P=P1+3P2=420.36+31.53816=451.89816吨

根据设备负荷情况, 落料凹模采用波浪刃口, 冲裁力最小减少总冲裁力的40%, 故落料冲孔工序采用400吨冲床较为合适。最后经过精确计算, 画出零件展开图。 (如图3)

(2) 弯工序 (工序二) 计算和设备的确定:

最大压弯力P1=BS2бb÷ (R+S) 矫正力P2=Fg

P-总压弯力 (Kg) ;B-料宽 (mm) ;S-料厚 (mm) ;бb-抗拉强度 (Kg/mm2) ;R-内压弯半径 (mm) ;F-凸模矫正面积 (mm2) ;g-矫正单位压力 (Kg/mm2)

∵第2序压弯B=101.8 S=6бb=62 F=13466 g=4 R=7

经过计算P=71.342吨, 可采用160吨冲床, 但由于受冲床台面限制, 最终还是选用250吨冲床。 (如图4)

(3) 压弯工序 (工序三) 计算和设备的确定:

∵第3序压弯B=204.9 S=6бb=62 F=14892 g=4 R=7

经过计算P=94.747吨, 可采用160吨压床, 但由于受冲床台面限制, 最终还是选用250吨冲床。 (如图5)

(4) 孔工序 (工序四) 计算和设备的确定:

利用第一序公式∵S=6бb=62d=11 (2个孔)

经过计算, 冲孔力不大, 但是限于模具闭合高度以及现有冲床的负荷, 最终选用400吨冲床。

在布置材料时, 用6×1500×4000规格钢板剪切成395宽的条料, 经考虑如果零件直排列每条出6件, 如果零件交错排列每条出8件, 所以比较一下还是采用斜向交错排列每条就会多出2件, 有利于材料充分利用使材料消耗定额降低使零件成本降低。 (如图6)

4 工艺结论

经模具调试、验证了冲压工艺的合理性;通过零件在主机厂的试装, 与其他零件配合良好, 完全满足图纸和装车的需要, 这也充分验证了本次冲压工艺编排的合理性。

参考文献

[1]模具设计手册[Z].

[2]模具标准手册[Z].

[3]公差与配合标准[S].

左/右前大灯座冲压工艺分析 篇2

关键词:冲压工艺;成形;拉延;工序

中图分类号:TG386 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)33-0022-02

CA6350左/右前大灯座(如图1所示)制件成型深度深,同时还需加工异形型翻边孔、2-¢7孔、2-¢22孔、2-¢6*60翻孔、及R2.5压凸。该件变形复杂,通常可经落料、拉延、修边、整形、冲孔等五序加工。异形翻边孔需分两序进行,先修边序冲孔,再在整形序进行翻边。冲孔2-¢7孔、2-¢22孔、2-¢6*60翻孔、及R2.5压凸在冲孔序完成。本件如何确定拉延方向、工艺补充及凸模与压料面的分型面是该件冲压工艺的关键。

1拉延工序的确定

1.1冲压方向的确定

冲压方向如果取产品的图纸坐标方向(见图2),则拉延深度一侧为157 mm,一侧为36 mm,拉延深度相差较大,拉延走料不均,易造成起皱、拉裂等缺欠。

将该件冲压方向按图3调整后,则拉延深度最深处120 mm,比调整前降低,且制件周围成角度,拉延过程中两端板料流动均匀,易于成型。

1.2工艺补充及凸模与压料面的分型面的确定

凸模与压料面的分型面见图4,为便于拉延成型制件周边翻边需掰水平,待后序整形到产品形状。这样拉延面沿走料方向平缓,便于板料流动及压边圈和凹模壓料面的调整。

1.3坯料尺寸的确定

该件落料形状如图3所示,因拉延时四角聚料、进料少,所以落料时料片四角需切下。

2修边工序的确定

本序工序内容为:修周边及冲中间异形孔。冲压方向的确定:冲压方向如果沿用拉延方向(如图5所示)中间异形孔冲头与冲裁面夹角为109°,冲裁时易产生侧向力,影响冲裁质量。所以本序冲压方向又调角度(如图6所示)。

3整形序的确定

本序加工内容:异形孔翻边和a处弯曲及周边整形。冲压方向:因为异形孔的翻边方向为产品坐标方向,所以本序的冲压方向取产品的坐标方向(见图7)。

4冲孔序的确定

本序加工内容:冲孔2-¢7孔、2-¢22孔、2-¢6*60翻孔及R2.5压凸。

冲压方向:冲小孔(¢12以下),应尽量保证冲压方向与孔所在面垂直。否则,有侧向力产生,冲头易断。为保证2-¢7孔、2-¢6*60翻孔的冲裁,本序冲压方向取孔所在面垂直方向即产品坐标方向(见图9)。

5设备的选用

根据设备吨位、分布情况,考虑流水生产和设备负荷,本件安排在G线生产。

表1

工序号12345

工序名称落料拉延修边整形冲孔

设备型号JD36-250J36-800BJD36-250J36-400JD36-250

6送料方向的确定

根据模具结构特点及取放件的方便性,送料方向为图10所示。

7结束语

通过实践,此件在冲压成形过程中,没有产生皱裂、重叠等现象,取得了理想效果,已经完成几十万件的生产,制件稳定。按工艺要求所设计的模具调试周期短、制件质量高,这结果来源于产品制造前充分预测分析,在前大灯座制件的制造中产生了积极良好的结果。

Analysis of the Pressing Craft Big Lamp Stand Ago in Left and Right Sides

Wang Xiaohong

Abstract: According to the formulation process of pressing the craft of the big lamp stand ago of about CA6350, analyse the big lamp stand method of taking shape of one.

支架冲压工艺 篇3

贮气筒总成 (如图1) 是商用车制动系统中的重要组成部分, 由贮气筒本体、贮气筒端盖、贮气筒支架三大零件总成焊接而成, 并通过贮气筒支架与车架底盘连接。贮气筒总成属于保安件, 因此要求贮气筒支架零件强度可靠, 在整车的使用中不允许有脱落、断裂的不良情况发生。

图2是公司某车型为适应整车布置需要, 采用的一种翻边成形结构的贮气筒支架。本文将从贮气筒支架的产品冲压工艺性分析、对产品工艺进行优化、冲压工艺设计和模具设计工艺等方面进行阐述。

1 零件结构及工艺难点

贮气筒支架 (材料为Q235) 厚度为3.5 mm, 零件尺寸如图3。2-Φ13mm孔为焊接螺母用孔, 用于贮气筒总成与整车之间的装配, 孔位精度要求严格, 公差要求≤±0.3 mm;R140 mm圆弧缺口用于支架与贮气筒本体之间的匹配焊接, 公差要求≤±0.5 mm;零件中间的Φ44 mm大孔和40 mm×26 mm的方孔, 是电线用孔, 对于尺寸精度要求为自由公差。

为了了解贮气筒支架产品冲压工艺的合理性, 在收到公司的第一版产品图纸后, 用成形分析软件autoform对产品进行了成形工艺性分析, 分析结果如图4。

由图4看出, 零件在圆角及三边结合处出现明显的起皱。结合以上分析, 要保证零件尺寸达到产品设计要求存在以下几个工艺难点。

(1) 该零件2-Φ13 mm孔为焊接螺母用孔, 要求在圆心Φ21 mm区域不允许有变形, 而孔边到折弯线的距离只有6 mm, 而一般成形需要的孔边距至少也要7 mm, 为了保证不能变形, 该零件的成形圆角不能过大。

(2) R140 mm的圆弧缺口公差要求控制在±0.5 mm, 而零件在成形时材料会因受拉导致圆弧缺口变形而超出公差。

(3) 零件中间的Φ44 mm大孔和40 mm×26 mm的方孔, 如果在成形工序之前实现, 则在成形工序无合适的成形的定位, 同时压料面过小导致压料力不足会造成零件外形尺寸的超差。

(4) 零件两边的翻边在与零件前段的直边过渡处, 此处材料在成形时双向受压, 势必会产生材料堆积, 转角半径越小材料堆积越厉害。如果加大转角半径, 可能导致直边部分产生弯曲变形。

2 工艺优化

2.1 产品工艺性优化

经过以上分析, 对产品进行了工艺适应性的修改, 如图5。

(1) 为了保证2-Φ13 mm孔位尺寸, 以及在圆心Φ21 mm区域内不允许有变形, 将成形圆角R6 mm改为R5 mm。

(2) 为了保证Φ22 mm区域内不变形以及转角半径处不开裂, 将转弯R6 mm半径更改为R8 mm。

(3) 为了缓解转角处的材料堆积, 将翻边高度25~15 mm的过渡更改为22~12 mm的过渡。

(4) 为了改善零件的冲压成形性能, 将材料由Q235更改为08Al。

根据以上修改, 再一次通过成形软件进行成形分析, 如图6。

从图6看出, 零件的成形得到了很好的改观, 起皱区域明显减少。

2.2 冲压工艺设计要求

依据更改后的产品图和工艺分析中存在的工艺难点, 确定贮气筒支架冲压工艺方案为落料冲孔→成形压印→修边。

各工序的工艺设计要求如下。

(1) 落料冲孔工序

落料冲孔工序实现了零件展开后的外形 (如图7) , 暂不实现产品要求的R140 mm圆弧缺口, 以避免在后续成形工序中产生变形而造成尺寸超差。由于零件成形后圆弧缺口与翻边相切, 可能导致修边刃口即修边凸模无法布置, 因此设计了合适的“空刀” (圆弧形的缺口) , 同时为了解决后序修边冲孔时零件与定位靠不紧的问题, 增加了2-Φ17 mm的圆弧作为定位导向缺口;冲孔实现产品要求的2-Φ13 mm焊接螺母用孔, 以及后序成形定位用的2-Φ15 mm工艺孔。

(2) 成形压印工序

此工序以2-Φ15 mm工艺孔定位。考虑到零件成形时的侧向力, 加之贮气筒支架是左右对称件, 因此采用左右件对称成形的方式, 既抵消了大部分的侧向力, 同时也提高了生产效率 (如图8) 。

(3) 修边冲孔工序

此工序以零件外形定位, 依靠2-Φ17 mm的圆弧导向缺口导向, 修R140 mm缺口以及Φ44 mm大孔和40 mm×26 mm的方孔, 此时的2-Φ15 mm成形定位孔也被包含在冲孔废料区域, 采用了左右件成双修边冲孔的方式 (如图9) 。

2.3 模具工艺优化

在冲压工艺方案设计完毕后, 在模具设计制造中, 向模具制造厂

家提出了相应的模具设计工艺技

术要求。

(1) 落料冲孔模

要求零件冲裁方向与成形光亮带的方向一致;保证条料的定位准确, 落料步行图如图10;设计合理的凸凹模刃口间隙, 冲模上模采用打杆打件的方式。

(2) 压弯压印模 (如图11)

a.零件在成形时, 由于前后成形力不对称, 增加了防侧向力装置和凹模固定座壁厚, 以提高固定座的强度。

b.凹模镶块拆分应考虑确保成形后的孔位精度和模具的维修。

(3) 修边冲孔模 (如图12)

螺钉、定位销;9—托杆;10—退料螺钉

1—底板;2—导柱导套;3—冲孔凸模;4—修边凸模;5—导正销;6—压料板;7—定位块;8—定位块;9—修边凹模;10—冲孔凹模;11—分料板;12—退料弹簧;13—垫板;14—下底板;15—存放限制器

(下转第26页)

(上接第20页)

a.由于零件是左右件对称修边, 模具应设计合适的防反装置, 防止零件放反导致零件报废。

b.由于修边废料较长、较宽, 需合理设计废料槽, 使废料能顺利排出, 以防止废料卡在下模而损坏模具。

c.零件修边时, 在模具宽度方向上会产生较大的侧向力, 因此修边凹模应采用整体结构, 以抵消侧向力。

d.在模具凸模上设计合理的导向装置, 以通过导向销的作用使零件与模具定位靠紧。

3 零件生产情况

通过对此贮气筒支架前期的产品冲压工艺性优化、合理的工艺设计和模具设计, 在模具制造完成后, 零件调试一次合格, 没有明显的起皱, 关键尺寸都达到了产品公差要求, 如图13。

4 结束语

该贮气筒支架的生产准备是在提出同步工程的背景下, 在产品设计初期工艺部门提前介入, 从而将问题解决在制造之前, 缩短了零件生产准备周期, 提高了产品质量, 降低了模具制造风险和制造成本。同时, 也进一步证明了同步工程在生产准备中的重要性。&AMT

相关链接

同步工程 (S E, S i m u l t a n e o u s Engineering) , 又称并行工程, 是对整个产品开发过程实施同步、一体化设计, 促使开发者始终考虑从概念形成直到用后处置的整个产品生命周期内的所有因素 (包括质量、成本、进度和用户要求) 的一种系统方法。它把目前大多按阶段进行的跨部门 (包括供应商和协作单位) 的工作尽可能进行同步作业。同步工程的目标是提高质量、降低成本、缩短产品开发周期。同步工程在实现上述目标过程中, 主要通过以下方法。

(1) 开发有效性改进:使开发全过程方案更改次数减少50%以上;

(2) 开发过程同步:使产品开发周期缩短40%~60%;

某支架冲压成形多工位级进模设计 篇4

灯泡固定支架是车灯配件的重要组成部分,对各成形部位的尺寸相对性要求较高,同时因其使用功能的特殊,精度比一般的普通冲压件要高。图1所示为某新款汽车灯泡固定支架产品图,其冲压工序有5个三种尺寸的冲圆孔、落料、打筋打倒角、2个打凸台、3处切槽、切方孔、两处对称切口、三处折边、翻边、斜45°竖边、成形等,产品折边后的最高尺寸为34.5mm,接近零件的宽度,结构比较复杂,精度要求较高;材料为镀锌Q235-A、厚度0.7mm的带料,具有良好的冲压性能,适合冲裁。

2排样设计

产品展开图如图2所示。

产品展开外形尺寸为77.95mm×73.2mm,在多工位级进模的设计里尺寸偏大,要想在一副模具里成形出产品,就必须最大限度压减步距,才能确保产品的实现。因此,经综合考虑,在模具排样设计时,重点考虑以下几方面:一是以77.95mm的尺寸标注方向为步距的送进方向,采用双面载体的形式,双侧导正,保证带料送进的稳定性,其中一侧的载体和导正钉孔直接借用产品的形状和产品上现有的孔。这也就是不采用小尺寸(73.2mm)作为步距送进方向的原因;二是为防止两处凸台上3个槽孔的变形,在工序安排时,先打凸台后切槽;三是在保证模具强度和产品质量的基础上尽量采取工序集中,以减少工位数,尽可能减小模具外形尺寸,具体排样如图3所示。

工位1:冲圆孔1-尴5、2-尴4.6、2-尴3.6;四处打字;两处切边;一只异形方孔。

工位2:打筋打倒角;两处切边;两处打凸台。

工位3:折边;切边;冲三只槽孔。

工位4:修整折边;打字;另一处折边。

工位5:翻边;两处切口;打长短凸筋;一侧载体切断。

工位6:三处竖边成形(即90°、90°、105°)。

工位7:两处切断,一处将产品与搭边分离,一处将废料载体切断,利于废料收集。

3 模具设计

3.1模具结构设计

级进模结构如图4所示,模板外形尺寸440mm×160mm。

模具结构特点如下:

(1)定距的设计:导正销是级进模中应用最为普遍的定距方式,该模具采用双侧导正销进行导正,导正销设计时考虑如下因素:1尴5.0与尴3.6两种导正销与导正孔的关系。导正销导入材料时,既要保证材料的定位精度,又要保证导正销能顺利插入导正孔。配合间隙大,定位精度低;配合间隙过小,导正销磨损加剧并形成不规则形状,从而又影响定位精度,设计时配合间隙为0.01mm~0.015mm。2导正销的突出量。导正销的前端导正部分应突出于卸料板的下平面,突出量一般取值范围为0.6t~1.5t。薄料取较大值,厚料取较小值,该产品厚度0.7mm,属中等料厚,突出量取为1t即0.7mm。3导正销的固定方式。导正销固定在卸料板上,两排大小不一的导正销在一副模具中多处使用时,其突出长度、直径尺寸和头部形状必须保持一致,以使所有的导正销承受基本相等的载荷,防止导正销带起条料,影响条料的正常送进,详见图5。

(2)模具导向与压料设计。图4中的12为弹压式卸料板,为保证卸料板工作时运动平稳可靠以及其与凹模板11相对位置的一致性,设计时采用8根导柱32导向。卸料板上的工作型孔与凸模之间配双面间隙0.02mm,对凸模尤其是细长凸模可以起到保护作用,防止折断,同时使得卸料板在高速时的平稳运动得到保证。为使模具工作时压料可靠,设计了10个矩形弹簧22以增加压料力,防止成形时带料窜动影响正常送进和产品精度,同时也具有很强的卸料力。

(3)导料钉的设计。导料钉主要对带料起限位并浮起送进的作用。常用导料钉主要采用圆周凹槽形式(图6a),但该结构存在一定的缺陷,凹槽太深会影响到导料钉头部的强度,工作时长时间承受高频冲击力的作用,容易造成折断,凹槽太浅则与带料的接触部分偏少不利于带料的浮起送进,为此设计了一种单侧开槽的导料钉(图6b)。单侧开槽设计极大提高了导料钉的工作强度和使用寿命,而且增加了与带料的接触面积。图6c为常用圆周凹槽形式导料钉的放大示意,阴影部分为工作时与带料的接触部分,实际测量该面积为3.63mm2,图6d为单侧开槽形式导料钉的放大示意,实际测量该面积为6.52mm2,经比较,单侧开槽形式比圆周凹槽形式的有效接触面积提高了近80%。

1.切单槽孔 2.切边三 3.打字 4.打筋 5.切边一 6.销钉 7.下模座 8.凸模固定小螺钉 9.下模垫板 10.下模固定螺钉 11.凹模板 12.卸料板 13.卸料小盖板 14.上模固定板 15.上模垫板 16、26、27.螺钉 17.上模座 18.上模固定螺钉 19.连接板 20.凸模固定小压块 21.导套22.矩形弹簧 23.定距套(含定距螺钉) 24.微型检测开关 25.上限位柱 28.下限位柱 29.螺塞30.弹簧 31.导料钉 32.导柱 33.打长凸筋 34.切断 35.成形二 36.切口与成形一 37.打短凸筋 38.折边二 39.切双槽孔 40.折边一 41.切边二 42.切边四与打凸包 43.组合冲孔

(a)圆周凹槽形式导料钉 (b)单侧开槽形式导料钉

(4)废料切断设计。废料的切断设计也是多工位级进模设计的重要一环,尤其是对于厚度大于0.4mm的带料,更应引起注意。在图3排样设计中的工位7中,将产品切断时因考虑到模板结构的紧凑和强度而设计了一斜刃(见图7),在废料上留下了一锋利的尖角,如果不及时切除,会给连续生产带来麻烦,甚至留下安全隐患。废料切断设计位置可见图4模具结构图的A部放大图,将其设计在模板的最外侧,通过固定在上下模的镶块形成剪刀似的剪切,从而切断废料,使得废料自然而然地落在模外,方便收集。

3.2模具主要零件设计

(1)凹模板与冲裁镶块的设计:因该模具的步距较大,在尽可能减少工位的前提下,设计排样时,对工序进行了有效整合,这就给凹模板和冲裁镶块的设计带来了困难,既要考虑模板的强度,又要兼顾镶块的寿命,还需考虑弹顶设计、固定螺钉的位置排布和加工的可行性。凹模板与冲裁镶块的具体设计见图8。由图8a可见在切边一、二镶块的周围有2个导料钉孔、2个固定螺钉孔、1个弹钉孔、3个工作型孔,设计时要统筹兼顾安排好形状和位置的关系,不能顾此失彼。切边一、二镶块的设计如图8b所示,其外形由综合考虑的11条直线封闭组合而成;四个圆孔和一个异孔设计在一个整体大镶块上,见图8c,其外形上的45°斜边是为了与切边一、二镶块上的45°斜边形成对应,以保证凹模板型孔间的最小间距,增加凹模板的强度。切边三、四、五的外形轮廓设计分别见图d、e、f,其上45°斜边的设计意图与8c一致。

(2)冲槽孔凹模镶块的设计。该产品上共有三个尺寸相同的1.1mm×5.1mm的狭长槽孔,一个在小凸台上,两个在大凸台上,为防止冲出的槽孔变形,冲压工艺顺序是先打凸台再冲切槽孔,其中尴1.8mm的小圆孔同步冲出。值得注意的是,凹模的刃口部位是高出四周的,刃磨凹模刀口后,还应将四周的非刀口部分也磨去同样的尺寸,保证凹模刃口部位高出四周的尺寸不变,这样给后续的维修刃磨带来了一定的困难,所以在选择镶块材料时,宜选强度较高的材料,尽量减少刃磨次数,同时工作刃口的有效工作长度也不宜过长,槽孔凹模镶块的设计如图9所示。

(3)打筋打倒角镶块的设计。在第二工位中,把打筋与打倒角的设计安排在一起进行,主要也是遵循本设计的“工序力求组合,工位尽量减少”的原则,镶块外形尺寸15.0mm×12.0mm,下模高25.32mm,上模高53.3mm,在上模镶块上设计了4.0×1.2的通槽,用于镶块的固定。因固定板厚度尺寸为16.00mm,所以在加工4.0×1.2的通槽时,控制了镶块的固定部位尺寸为15.98mm,此尺寸不能超过模板的尺寸,否则会造成固定不可靠,影响产品的成形精度,打筋打倒角镶块的设计如图10所示。

4结束语

汽车行业的发展极大地带动了模具行业的发展,模具行业的发展促进了多工位级进模的应用,多工位级进模的生产效率高、产品质量稳定,可以冲压成形精度要求高、形状复杂的零件,与传统的普通冲压相比,有着广泛的发展前景和发展空间。本文通过汽车灯泡固定支架的多工位级进模设计,遵循工序组合、减少工位的设计思路,使大尺寸复杂零件由一副模具完成成形成为可能。实践证明,单槽式导料钉和模外切废的设计理念,为实现生产过程的平稳、安全、可靠提供了强有力的保证。

摘要：通过对一新款汽车灯泡固定支架冲压零件的成形工艺进行分析,介绍了具有冲圆孔、冲方孔、打字、切边、打筋打倒角、切槽、打凸、切口、折边、翻边、成形的7大工位的排样设计方案,阐述了多工位级进模的模具结构特点和模具主要零件的设计要点。实际生产证明,零件质量稳定,符合产品要求,模具设计合理可靠,生产效率高,适合自动化生产。

支架冲压工艺 篇5

关键词：冲压成形,网格划分,LS-DYNA,固定支架

0引言

冲压成形是一种重要的金属塑性成形方法,与其他加工方法相比,具有更快的生产效率、更高的材料利用率、良好生产性,并适合进行大量生产,在各个工业领域得到了广泛的应用。特别是在汽车工业领域高速发展的进程中,因其能满足加工汽车车身零部件时的高精度、大批量生产的要求,行业内绝大部分车身零部件均采用金属板料冲压成形技术进行实际生产。

本文以某汽车水箱固定支架为分析对象,运用LS-DYNA软件对其冲压成形过程进行分析研究,以指导模具的设计开发,提高制模效率,降低制模成本。

1建立三维模型

1.1 曲面造型设计

该零件为汽车的水箱固定支架,外观表面曲面较为复杂,不易精确测量计算,采用正向设计难以达到理想的模型结果,故采用逆向设计以得到更接近于实物的产品模型。

首先用三坐标扫描仪扫描出点云数据,并对此初始点云数据进行处理,处理过后的云点如图1所示。本次模型设计主要是在CATIA软件中进行,通过利用CATIA软件中的数字曲面编辑器(Digitized Shape Editor)、创成式外形设计(Generative Shape Design)、快速曲面重构(Quick Surface Reconstruction)等模块,最后重构生成的实体曲面如图2所示。

1.2 建立零件上、下模及毛坯实体模型

首先需要进行拉深件的设计,以保证零件在冲压成形过程中能够高质量和高效成形。根据零件模型设计出拉深件模型,最后根据拉深件模型来确定毛坯形状尺寸以及模具模型。这里,为提高冲压效率、改善冲压质量,并保证冲压成形时冲压力的平衡,采用双件拉深工艺补充(即将两个零件通过工艺补充设计成一个拉深件),将其对称分布,设计出拉深件模型,同时以此设计出上、下模及毛坯实体模型,如图3、图4、图5所示。其中毛坯板料厚度为1 mm。

2网格划分

网格划分是有限元分析计算的基础,所划分网格的形式将直接影响计算精度和计算规模的大小。本次采用HyperMesh软件进行网格划分,该零件属于厚度较小的薄板零件,故选用壳单元进行有限元分析。

网格划分前需对模型抽取中面,划分网格时将“element size”设置为2.2 mm,“mesh type”设置为“mixed”。同时需利用“Check Elems”面板对网格质量进行实时检查,及时对网格不合理的地方进行改进或者对局部网格重新划分,以改善网格质量;并利用“Edges”面板检查单元连续性,查找并消除网格缝隙及自由边等。该模型单元数为80 930个,节点数为81 017个。网格模型见图6。

3导入LS-DYNA进行求解计算分析

在HyperMesh软件中将改进后的网格模型以“.mod”格式文件导出,同时在K(Keyword)文件中定义材料属性、载荷情况等相关工艺参数,并将其导入LS-DYNA软件中进行求解计算。板料部分参数见表1。

为观察分析冲压成形过程中模具间隙、圆角半径等对冲压成形性能的影响,通过改变模型中的上、下模间隙及圆角半径进行多次求解计算。试验中所采用的模具工艺参数见表2。通过对求解结果进行对比分析,以选择合理的参数。将求解所得的“d3plot”结果文件用“ls-prepost”打开,观察冲压成形的动画演示过程,并利用绘图控制功能按钮将计算所得的结果数据绘制成厚度变化图和成形极限图,分别见图7和图8。

观看分析图7可知,板料边缘部分发生部分失稳起皱;板料圆角处变薄量最大。在成形极限图8中可看出,板料全部变形区处于安全区内。方案3与方案1、方案2相比,通过调整上、下模具圆角半径使得板料最薄处变薄量明显减小;而通过调整模具间隙使得冲压件凸缘部分褶皱明显改善,只有局部起皱,但对冲压件质量并不造成影响,并且材料流动合理,厚度变化均匀。

冲压成形过程中,模具间隙和模具圆角半径对冲压件质量有着极其重要的影响,通过多次变更参数反复求解,并对计算结果分析可知,模具间隙不能太大,也不能太小。若模具间隙过小则会增加摩擦力,易使拉深件破裂,且易擦伤工件表面和降低模具寿命;若过大,则易使拉深件起皱,且影响其精度。模具圆角半径亦要合理选择,圆角半径选取太大易引起板料在拉深过程中失稳而起皱;圆角半径选取太小则会使冲压件直壁的变薄程度增加,使板料加工硬化程度加大,产生裂纹。在模具设计过程中,应合理地选取模具圆角半径和间隙,以避免产生产品质量缺陷。

4结语

在竞争日趋激烈的今天,产品更新很快,通过对冲压成形过程进行数值模拟,采用CAE分析技术,能够极大地缩短冲压件的开发周期,提高企业竞争力,并为企业带来经济效益。

参考文献

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