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1、重庆理工大学毕业论文 汽车保险杠加强板冲压工艺与模具设计2汽车保险杠加强板的冲压工艺 2.1 制件工艺性分析 图2.1所示为汽车保险杠加强板的三维模型，图2.2所示为汽车保险杠加强板的二维零件图。图3-2 油箱盖零件该加强板的材料为20钢，厚度1.6mm。为了保证能够精确装配，有些尺寸有一定的公差要求，且为大批量生产。该零件尺寸精度高，形状复杂，要求表面平整，毛刺高度不得大于0.08mm。（a）(b) 图2.1 汽车保险杠加强板的三维模型C-C 图2.2 汽车保险杠加强板的二维零件图零件绝大部分都是U形，局部还有一些鼓包，其尾部有个小弯钩，在零件对称线上分布着四个内孔，其中两个是圆形，另外两个
2、是异形。因此工艺性上该零件大部分需要U形弯曲，但弯曲成形可能会导致制件边缘部分出现起皱现象，因此，制件四周要留有修边余量。其中的鼓包需要胀形，但胀形有可能会导致制件出现破裂，所以在模具设计前要使用成形模拟软件对制件成形进行成形分析。其尾部的小弯钩可以用弯曲成形，若采取一模两件生产，这个部位也可以采用胀形来成形。这样就需要一道切断工序，但鉴于此件中间部位形状复杂，因此可能需要纵向剖切。中间的四个孔孔距较远，可以一次冲出。2.2工艺方案的选择由零件形状分析，可以采用一模一件、一模两件等方案成形零件，分析比较上述二种方案，一模一件的方案所需模具较多，生产效率低，而且材料利用率低，因此生产成本高；一模
3、两件的方案减少了模具的套数，提高了材料的利用率，并且成形过程中材料流动均匀，节约生产成本，易于成形，同时还提高了设备的使用率，降低了人力物力的消耗，并且模具结构简单。分析可知一模两件进行成形较好。考虑到模具的强度,零件的可成形性以及零件的使用性能及表面质量，要合理选择制件的修边余量，修边余量一般应该大于5 mm。由于该件是进行一模两件成形，故坯料的展开长度为：L=600 mm；B=150 mm；考虑修边余量及该成形是无压边圈的成形，故板料尺寸大致选取600mm150 mm1.6 mm。经以上分析计算，坯料尺寸选取600 mm150mm1.6 mm。该零件所需要的基本冲压工序为剪板、落料、弯曲、
4、切边、冲孔、切断几种。根据对零件工艺性的分析以及各冲压工序的了解，可确定以下几种工艺方案：方案一：剪板落料成形切侧边冲孔切端面切断，采用单工序模生产。方案二：剪板落料成形切侧边冲孔切端面切断复合，采用单工序模复合模生产。方案三：剪板精确落料成形冲孔切断复合，采用单工序模复合模生产。方案四：剪板成形切侧边冲孔切断复合，采用单工序模复合模生产。采用方案一，模具结构简单，但需7道工序6副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求，且在加工过程中工件要进行多次定位，工件尺寸的积累误差大。采用方案二，生产效率有所提高，但是提高的不是很多，仍然需要4副模具，并且在加工过程中工件要进行多次定位，工件尺
5、寸的积累误差大。采用方案三，生产效率高，工件精度也能满足要求，模具也容易制造，操作方便，成本较低。采用方案四，与方案三相比，根据毛坯的形状，用剪板机完成落料工序，使生产效率进一步提高。综上所述，最终采用方案四，即采用单工序模+复合模生产，共需要3副模具。 在冲压加工中，成形工序为关键工序，如果成形质量达不到要求，后续的工序就无法进行。因此，本文汽车保险杠加强板的成形工序作了详细讨论。2.3 排样、剪板零件外轮廓尺寸为266mm62mm,考虑操作方便、修边余量及工艺方案，剪板尺寸为600mm150mm，采用单板单件的形式，即直接用剪板机将板料剪成毛坯大小，即采用无废料排样方式。当选用1.6mm6
6、00mm1500mm规格的板料时，剪切条料尺寸为150mm600mm条数n1=1500/150=10个，余0mm每条个数n2=600/600=1个，余0mm每板个数n3=101=10个材料利用率=100%综合考虑，采用1.6mm600mm1500mm规格的板料。由于在中间的切断工序会有大量的废料，故材料利用率为72.97%。2.4 填写工艺卡片根据上述分析和计算，将所需得工序、工步填入冲压工艺卡片，如附表1所示。3 成形数值模拟3.1 根据工艺处理CAD模型由以上的分析可知，制件的成形主要工艺是第一步成形。考虑制件的尺寸和精度要求，要增加工艺补充面，即修边余量。工艺补充面（修边余量）可以在CA
7、E软件中进行，但是CAD在造型上的优势，以及对制件模具尺寸外形精度的要求，首选CAD软件来处理。对指定的三维产品图，使用UG NX4.0造型软件对其进行一模两件造型。在原始零件的基础上增加工艺补充面（修边余量），如图3.1所示。把造型好的三维模型导出*.igs格式的文件，存为blue.igs。原始零件 一模两件以及增加工艺补充面图3.13.2 基于有限分分析计算坯料大小在dynaform中将添加了工艺补充面的零件blue.igs快速展开，作为为数值模拟成形中的blank（坯料）。3.2.1新建和保存数据库启动ynafom 5.5。单击文件菜单，选择另存为子菜单。输入“blue.df” 作为文件
8、名。单击保存按钮保存数据库。3.2.2 导入几何模型单击导入菜单。选择文件位置选取文件blue.igs单击确定导入零件层的几何模型。3.2.3 自动曲面网格划分选择前处理菜单 。点击单元子菜单，选择曲面网格化，选择TOOL MESH。 图3.2 网格参数 单击选择曲面按钮。 选择所有的显示在屏幕上的所有曲面。单击确定按钮确认所选择的曲面。单击按钮应用进行网格划分,网格参数如图3.2所示。单击确定退出网格划分对话框。单击接受网格中的是选项，接受所划分网格，结果如图3.3所示。 图3.3网格划分结果单击退出按钮退出曲面网格化对话框。 单击确定按钮退出前处理对话框。 3.2.4 检查和修补网格单击前
9、处理菜单。选择Model Check/Repair。 单击重叠的单元按钮，检查是否又重叠的单元。单击显示边界按钮，检查网格是否有缺口。单击平面法线按钮，检查法线方向是否一致。 检查完毕后，点击确定后退出菜单。3.2.5 坯料尺寸估算 单击坯料工程菜单，单击预处理按钮。选择坯料大小估计子菜单，出现如图3.4所示对话框。图3.4 坯料大小估计器把求解中的中的MSTEP换成如图FTI One Step Solver。单击“NULL” 定义如图所示材料将厚度改为1.6。 材料参数如下图3.5所示：图3.5 材料参数 单击应用按钮，开始运行。单击确定 退出对话框。点击保存，保存数据库，坯料轮廓线如图3.
10、6所示。图3.6 坯料轮廓线单击坯料工程，点击开发按钮，选择坯料矩形化子菜单，出现如图3.7所示对话框。图3.7 Blank Fit单击自动，然后选择坯料轮廓线。 单击应用，坯料矩形化就完成了，如图3.8所示。图4.8 坯料矩形化根据以上有限元分析计算得到的坯料大小和前面工艺分析确定的坯料大小基本一样，故坯料大小为600mm150mm.3.3 基于有限元的成形工艺分析3.3.1 前处理3.3.1.1 坯料网格生成 单击坯料工程，选择预处理。选择坯料大小估计。单击工具，选择毛坯生成器，选中由预处理展开得到的坯料轮廓线，输入1.0mm，点击OK。单击确定 接受生成的坯料网格，结果如图3.9所示。
11、单击确定退出工具菜单。 图3.9 坯料网格3.3.1.2 创建工具3.3.1.2.1 模具数模igs文件的导入与曲面的网格划分 模具数模igs文件的导入与毛坯导入与网格划分一样，只是命名有所区别，此处不再赘述。3.3.1.2.3 网格检查 同上。注意检查法向，此处DIE为上型面。3.3.1.2.4 创建压料板创建新的零件层BINDER。这个零件层将容纳从凹模分离出来的单元。选择菜单模面设计压料面。 压边圈类型选择平板压边圈。压边圈尺寸设置：边缘为50，变相30。单击创建。选择压边圈网格化，最大尺寸设置为20，最小尺寸设置为10，单击确定。单击退出键，退出压料面菜单。 只打开BINDER零件层，
12、结果如图3.10所示。图3.10 压边圈3.3.1.2.5 创建工艺补充面选择菜单模面设计工艺补充面。 新建轮廓母线为type1,type2。选择分配，选中按段，选择区域。单击应用。只打开ADDENDUM零件层，结果如图3.11所示。图3.11 工艺补充面3.3.1.2.6 修剪压料面选择菜单模面设计模面修改。 选择修剪压料面。选中边界为外部的，选择线条BNDTRIML.单击应用,选择是。打开所有零件层，结果如图3.12所示。图3.123.3.1.3快速设置单击设置中拉延模选项。在拉延类型中选择 Single action（inverted draw）、Upper Tool Available
13、。在毛坯参数中选择材料和输入厚度，如下：材料:DQ ； 厚度:1.60mm。其它参数默认，如图3.13所示单击自动分配，再点击应用，结束自动分配。结果如图3.14所示： 图3.13 参数设置图3.14 相对位置预览工具的运动现在我们已经完成了前处理的所有的建立冲压模型的工作，在提交求解之前，还剩下一些求解参数没有设置。在设置这些参数前，我们还需要检查基于前面指定的运动载荷曲线的工具的运动状况，确保他们的运动关系是正确的。点击预览按钮，将动画显示工具的运动，便于检查设置是否正确。在进行动画演示时，可以改变视图。确认凸模是沿着Z方向运动，最后和凹模合模。由于压边圈 起顶料和压料作用，但本次模拟不需要用到压边圈，所以压边力不设置。在动画演示时它随凸模一起运动。结果显示，工具运动是正确的。3.3.1.4 设置分析参数，求解计算选择菜单分析中的LS-DYNA。在分析类型对话框中选择Full Run Dyna 按钮，其它都默认。单击OK，启动分析计算。 3.3.2 应用eta/POST 进行后处理选择后处理菜单，进入后处理。3.3.2.1 读入结果文件d3plot 到eta/Post 在eta/Post 中，选择菜单File中Open选
