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1、1,发动机罩内板整形模（SGM L-CAR 5481227-OP40）结构优化及修改情况说明,湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室 2009 年 9 月14日 ,2,汇报提纲,.,模具基本情况 模具母体结构强度分析及优化方法 强度分析和优化的工程验证 方案比较及分析 优化改进结果,3,一、模具基本情况：,4,二、模具母体结构强度分析及优化方法,强度分析所考虑的模具主要受力,冲压正压力：800T； 冲压时的侧向压力（模具型面上倾斜区域传递的侧向力，随模具型面的不同而不同）； 冲压时由非均匀分布承载导致的多种局部受力工况； 调整或冲压时由于装配误差导致的导板上过大的侧向力； 模具起吊时的重力
2、和冲击力、运输时的冲击力； 模具多层堆放时的受力；,5,二、模具母体结构强度分析及优化方法,本分析只对HT300部分的模具母体材料进行，而其上的刀块和标准件均按照刚体来计算，因此整形刀块结构及尺寸未进行优化和改进设计； 分析时材料的抗拉强度许用值为300MPa，抗压强度取为900MPa； 模具结构优化主要考虑强度、刚度和稳定性三个方面； 由于稳定性分析到目前为止仍是一个世界性难题，本研究考虑上述模具多种受力状态的复杂性，取强度的安全系数均不小于3. 即最大拉应力不大于100MPa，最大压应力不大于300MPa。工作时的关键部位最大变形量不超过允许的变形 0.5 mm,其他部位最大变形量不超过允
3、许的变形 0.2mm 。,模具强度分析及优化原则,6,二、模具母体结构强度分析及优化方法,模具受力情况分析,1. 正向冲压力：800T,上模应力图,上模变形量云图,模具在工作状态时，根据分析来看，上模主要承力部位（整形区以内）的最大拉应力为53.1Mpa，最大压应力为133.2Mpa；周边部分端头区域最大拉应力为25.6Mpa，最大压应力为39.6Mpa，加强筋部分最大拉应力为77.7Mpa，最大压应力为171.3Mpa，模具拉应力安全系数为4，模具压应力安全系数为5，有较大的减重空间。,上模应力图,上模变形量云图,7,二、模具母体结构强度分析及优化方法,模具受力情况分析,下模应力图,下模变形
4、量云图,模具在工作状态时，根据分析来看，下模主要承力部位（整形区以内）的最大拉应力为10Mpa，最大压应力为118.5Mpa；周边部分端头区域最大拉应力为50.7Mpa，最大压应力为37.8Mpa,加强筋部分最大拉应力为48.4Mpa，最大压应力为101.8Mpa，模具拉应力安全系数为6，模具压应力安全系数为7，有较大的减重空间。,下模应力图,下模变形量云图,8,二、模具母体结构强度分析及优化方法,模具受力情况分析,2. 起吊运输：自重、1g加速度、2g加速度（分别对应于不同工况的冲击力）,模具自重状况下在运输、起吊时的吊耳上的最大拉应力为7.67MPa，周边部分端头区域最大应力为：4.15M
5、pa,加强筋部分应力最大为：2.75Mpa，安全系数为：39，仍有较大的减重空间。,9,3.模具堆放时的受力及强度分析：（50T）,二、模具母体结构强度分析及优化方法,模具受力情况分析,下模应力图,下模变形量图,多层模具叠放情况，最大拉应力31.88Mpa，最大压应力59.9Mpa（出现在枕木部位），Z向最大变形量0.065mm，安全裕度为5，满足强度要求。,10,4. 端头分析：分析导板受较大的侧向力时，端头部分的强度。,二、模具母体结构强度分析及优化方法,模具受力情况分析,下模端头最大拉应力,下模变形量图,上模端头最大拉应力,上模变形量图,模具在X方向的两个导板上加载10吨载荷，Y方向一侧
6、导板上加载20吨载荷。加载模具端头在承受较大侧向力时，主要传力区应力最大为：135.3Mpa，变形量：0.181mm，但变形区域位于非关键部位，不影响模具的整体精度，可以适当减重。,11,二、模具母体结构强度分析及优化方法,优化方法拓扑优化,依据受力区域和边界轮廓建立模型,目标：根据模具工作状态的受力，对主要受力区的支撑部分结构进行结构拓扑优化，然后依据优化结果进行加强筋的改进设计。,12,三、强度分析和优化的工程验证,验证流程,选择验证模具模型,仿真计算,实验验证,轮罩整形翻边模,有限元分析,现场应力应变测试,13,三、强度分析和优化的工程验证,轮罩整形翻边模,选取原则：基本尺寸与SSDT整
7、形模接近；受力对称；整形力接近； 尺寸参数：17001400650mm； 整形力： 600T；,return,14,三、强度分析和优化的工程验证,仿真计算,return,上模应力图,下模应力图,15,三、强度分析和优化的工程验证,实验测量对55个不同位置点进行测量,47个点的应力测试值与仿真计算一致，可以用于指导模具设计； 误差来源主要是模具实际整形冲压状态与仿真计算的理想状态存在差异； 8个点的应力值偏差较大，已经将其排除，原因为两个点数据线在测试过程中压断，另外6个点测试过程中应变片接线端与模具接触，产生干扰信号。 从整体来看测试的应力分布规律与仿真计算应力分布规律一致，从而可以判断仿真计
8、算方法是有效的。,16,四、方案比较及分析,改进方案一：在原有设计布局的基础上进行改进,通过进一步增加减轻孔数量和增大尺寸达到轻量化的目的,28585,235160,285120,17,四、方案比较及分析,改进方案一的强度和刚度分析,上模应力图,下模应力图,下模Z向变形量（刚度）,18,四、方案比较及分析,起吊分析：自重、1g加速度、2g加速度,下模拉应力图,下模压应力图,下模Z向变形图,下模Y向变形图,19,四、方案比较及分析,改进方案二：加强筋板结构布局调整,说明：肋板重新布局，端头部分、整形刀块部分和标准件均保持原貌，对主要三大件的加强筋板进行重新设计。,） 主肋板形状沿整形刀块上下主要
9、传力位置布局，厚度采用30； ）其上减轻孔，按照强度分析结果，在受力较小的部位增加了和加大减轻孔。,.下模座（整体改进图）：,20,四、方案比较及分析,改进方案二：加强筋板结构布局调整,下模座局部放大图,21,四、方案比较及分析,改进方案二：加强筋板结构布局调整,考虑到氮气弹簧和到底块的受力情况，上模座加强肋板的结构布置未修改。但增加了加强肋板上的减轻孔。另，考虑到SSDT模具普遍存放在室内，故在保证模具强度的基础上对上模座底板上增加减轻孔，以减少模具重量。,2.上模座：,22,四、方案比较及分析,改进方案二：加强筋板结构布局调整,3、压料板：,）内部肋板布局，按照拓扑优化结果的方案布置，并考
10、虑了与氮气弹簧和到底块的受力关系，位置重新设计布局，内肋厚度采用25；在受力较小的部位增加的减轻孔。 ）外轮廓肋板根据分析结果，在考虑铸造工艺性，厚度减至30,23,四、方案比较及分析,改进后的强度和刚度分析,上模Z向变形量（刚度）,下模应力图,上模应力图,下模Z向变形量（刚度）,24,四、方案比较及分析,起吊分析,下模拉应力图,下模压应力图,下模Y向变形图,下模Z向变形图,25,四、方案比较及分析,方案比较及分析,通过分析可以看出，第二套方案受力状况最好，优中稍有不足的地方是其在Z方向的变形量比前面方案稍大，但是能够满足工程要求，所以本课题分析结果采用第二套改进方案。,26,五、优化改进结果
11、,对模具母体结构中的下模座、上模座和压料板三大铸铁材料件进行了改进设计，其他如整形刀块和标准件等均按照保持原样。 模具外观上的加强筋、起吊吊耳端头部分的 结构形式，从工作状态和运输状态的受力分析来看，已经具有足够的安全裕度（安全系数均大于 ），仍有较大的减重空间，但为保持模具外观的统一协调性和稳定性，只对部分减轻孔进行了扩大，结构形式未作修改。 模具工作时整形部分以内的主要承力部分加强筋的结构形式进行了拓扑优化和改进。 修改后的模具在总质量上减少了475Kg，模具强度方面，在稳定受力状态下安全系数为4.0，不稳定受力状态下安全系数为3.2。改进后的模具最大应力区小于80MPa（材料允许应力为300MPa），满足设计强度要求。,通过以上分析、优化及改进，所完成的模具设计与原模具相比，具有如下特色：,27,谢 谢 2009-9-14,
