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1、xxx：车门外板窗台加强板成形工艺分析及模具设计 - 0 -目录目录引引 言言.1 第第 1 章章 绪论绪论.2 1.1 课题研究背景2 1.2 覆盖件模具发展概况.2 1.2.1 国内汽车覆盖件模具设计现状2 1.2.2 国外汽车覆盖件模具设计现状3 1.3 国内外覆盖件模具设计的发展趋势.4 1.4 本文研究的目的和意义.4 1.5 本文研究的内容和方法.5 第第 2 章章 车门外板窗台加强板成形工艺分析车门外板窗台加强板成形工艺分析.7 2.1 覆盖件的成形特点7 2.2 零件工艺性分析.7 2.3 汽车车门外板窗台加强板工艺方案的拟定.9 第三章第三章 汽车车门外板窗台加强板的成形模拟
2、及优化汽车车门外板窗台加强板的成形模拟及优化.12 3.1 DYNAFORM软件简介.12 3.1.1 Dynaform 的功能.12 3.1.2 Dynaform 性能的特点.12 3.1.3 Dynaform 进行成形分析的一般过程13 3.2 汽车车门外板窗台加强板模拟的过程.14 3.2.1 汽车车门外板窗台加强板模拟的前处理.14 3.2.2 仿真参数的设定及提取计算15 3.3 汽车车门外板窗台加强板模拟结果及分析.16 3.4 优化方案设计分析17 3.5.模拟方案的比较.18 3.6 模拟方案总结.21 第四章汽车车门外板窗台加强板拉延模设计第四章汽车车门外板窗台加强板拉延模设
3、计.22 4.1 汽车车门外板窗台加强板拉延模型面设计.22 4.1.1 拉延类型的判断22 4.1.2 汽车车门外板窗台加强板型面设计流程.23 4.1.3 确定冲压方向23 4.1.4 压料面的设计.25 4.1.5 工艺补充面的设计26 4.1.6 拉延筋的设计27 4.1.7 工艺切口的设计28 4.2 拉延模的结构设计29 4.3 拉延模具图及标准的选用.33 结论与展望结论与展望.38 致致 谢谢.40 参考文献参考文献.41 附附 录录.42l引引 言言车门外板窗台加强板的冲压成形力学过程是非常复杂的，相对其他冲压件，有材 料薄、形状复杂、结构尺寸大、表面质量要求高、曲面多为空间
4、曲面等特点，传统上 都采用“设计试制发现问题再设计再试制再发现问题”的循环设计方法，直 到模具满足要求为止，但这种传统的设计方法要求设计人员有比较丰富的设计经验和 较高的技平，且效率低下。 随着有限元技术和计算机技术的高速发展，尤其是冲压模拟软件的开发和应用， 使冲压模具设计和加工定量化，因此，加快了冲压工艺方案的确定，最终得到理想的 冲压参数，实现设计自动化，节省物质资源，减少对经验的依赖，降低对技术工人的 要求等。目前，Dynaform 已在世界各大汽车、航空、钢铁公司，以及众多的大学和科 研机构得到广泛应用，在我国长安汽车、南京汽车、上海宝钢、中国一汽、上海大众 汽车公司、洛阳一拖等知名
5、企业也已得到成功应用。 本次毕业设计旨在让学生掌握大型覆盖件的成形过程，根据实际的生产经验初步 提出一个设计方案。并借助 Dynaform 软件，对车门外板窗台加强板的拉延过程模拟， 预测出成形中出现的各种缺陷，从而对各种成形参数调整并优化。本文主要是根据前 人前人所做实践工作的基础之，针对拉延筋，工艺补充面和压料面的具体设计来对成 形进行改善。初步的预计，对拉延筋参数优化以后，可以大大的减少拉延过程的起皱。 进而提高材料的利用率，产品的质量和模具设计的效率。最后通过 UG 对拉延模具进 行简单的设计。xxx：车门外板窗台加强板成形工艺分析及模具设计 - 2 -第第 1 章章 绪论绪论1.1
6、课题研究背景课题研究背景汽车覆盖件(简称覆盖件)是指覆盖发动机、底盘，构成驾驶室和车身的薄钢板的异 形体的表面零件(称外覆盖件)和内部零件(称内覆盖件)。覆盖件的质量及成形要求如下: 外覆盖件表面上不允许有皱纹、磕痕、擦伤、边缘拉痕及其他破坏表面完美的缺陷。 其上的装饰用棱线、筋条，要求清晰、平滑、过度均匀，两个件的衔接处的棱线应吻 合不能参差不齐;覆盖件的轮廓尺寸、局部形状等尺寸应保证后续焊接装配或组装的互 换性、准确性，保证车身外观形状美观一致;覆盖件的曲面形状和几何尺寸必须与主模 型相一致，覆盖件要有足够的强度和刚度以保证车身抵御塑性变形和降低车身振动。 由于覆盖件所具有的上述特殊要求，
7、所以作为生产制造覆盖件的汽车模具，与其 它机械产品相比，汽车覆盖件模具的设计制造呈现出以下几个显著特点： 一是汽车覆盖件模具是模具行业中技术含量最高、难度最大的复杂大型精密模具， 是制造业中技术、劳动、资金最密集型的产业；二是汽车覆盖件模具对人才素质要求 最高，不仅技术含量高，而且技术涉及面广，对经验依赖程度大，经验的多少将会直 接影响到模具的周期和质量;三是产品的单件唯一性，每一套模具几乎都是一次新的实 验与探索。汽车覆盖件模具的上述特点决定了对模具人才的素质、专业能力要求非常 高，而且对人才的需求量特别大。经过改革开放后二十多年的发展，虽然我国模具企 业己经集聚了大批的汽车模具开发人才，但
8、是，与外国相比，模具设计、制造高层次 的人才还满足不了要求，技术水平上还存在一定的差距。技术人才的梯队发展较慢， 还沿袭“师傅带徒弟”的做法，使许多好的设计制造经验得不到全面应用与推广，所以 针对可靠的设计制造经验和由这些经验总结而成的设计标准、规范的总结势在必行。 随着计算机辅助设计(CAD)技术的广泛应用，模具 CAD 技术也取得了较大的成就。 但是，仍停留在通用 CAD 软件的基础上，CAD 的巨大潜力远远没有充分发挥。通用 的 CAD 软件还不具备模具专业的专业特征，所以模具设计效率提高幅度不大，成为制 约模具发展速度的又一瓶颈，CAD 技术在模具设计中的应用并没有实质性的飞跃。所 以
9、在通用 CAD 基础之上针对模具的专业性质开发出模具，是解决当前问题的关键。1.2 覆盖件模具发展概况覆盖件模具发展概况1.2.1 国内汽车覆盖件模具设计现状 汽车行业已经成为中国的支柱产业，中国正在成为世界汽车大国，而汽车覆盖件 模具制造业是支持汽车行业的最重要的装备行业，模具制造水平的高低将会严重影响 汽车设计的开发周期和外观质量，对模具制造质量、成本、加工周期影响最大的因素 是冲压工艺的定制、模具结构设计以及冲压回弹补偿功能。下面具体分析下国内外模 具制造业覆盖件模具设计的现状： 1） 冲压工艺过程图（DL图）是对冲压制件的材料、功能、形状、品质等进行科 学分析后，制定出的冲压工艺方案，
10、并通过特定的语言、符号对各工序模具设计提出 具体要求的工艺过程布置图，是模具制造的纲领性文件。目前，在冲压工艺定制方面， 二维表达方式的DL（标出两个单词）图仍然是国内模具设计主要依据。在冲压工艺定l制方面，国内一些水平相对较高的模具公司的工艺人员开始利用通用的三维CAD软件 创建的冲压。模型进行投影来创建DL图，但由于缺少专业的冲压工艺专业模块，在工 艺制定过程中缺少必要的冲压工艺定制分析手段，如：在冲压方向确定过程中冲孔修 边角度自动的检查以及负角的检查；冲压工艺补充面的创建依然采用手工补面的方式； 第一冲压冲击线不能直观地进行分析检查；修边线需要借助其他分析软件获得或手工 计算；不能直观
11、地对冲压工序各模型进行空间布置及对冲压件在各工序之间进行搬运 进行直观地干涉检查。二维DL图的使用以及手工进行计算分析导致工艺设计的工作量 较大以及存在着冲压工艺可靠性差的风险。 随着有限元技术和计算机技术的飞速发展，冷冲模具的设计CAD/CAM 与CAE 分 析的结合正在改变传统工艺试制模具的方式，尤其是冲压模拟软件的开发和应用，使 冲压模具设计和加工定量化，能够预先对冲压工艺方案进行分析， 最终得到理想的冲 压参数，实现设计的自动化， 节省资源并减少对经验的依赖，降低对技术工人的要求。 事实上，这种技术的结合能够大大降低设计的成本，改变传的浪费过多时间成本的“设 计试制发现问题再设计再试制
12、再发现问题”的生产方式，可以在设计的过程 中发现和解决问题，提高设计生产的效率，有效缩短模具设计及生产周期。 2） 近几年来，在模具结构设计方面，国内具有一定规模的模具公司已经开始从 二维设计转到采用三维CAD软件进行三维建模设计，但由于缺少专业的覆盖件模具设 计模块的支持，或者目前所具有的模具结构设计模块不适合国内模具设计的国情，因 此目前主要采用非参数化的实体创建、线拉伸等通用建模功能进行设计。也有些公司 希望通过建立参数化模板来提高模具的设计效率，但基于汽车覆盖件的复杂性以及各 公司要求不一，很难实现该理想目标。 3） 随着CAE技术的提高和普及，更多的模具企业采用专业的CAE软件进行成
13、形 分析，国内模具制造水平不断提高，基本解决了汽车覆盖件模具成形问题，在成形精 度方面与国际先进水平相比依然有较大的差距，主要是在回弹变形研究以及三维模型 的补偿方面存在着许多障碍。型面的补偿几乎都是采用删除原有图形，利用曲线、曲 面命令重新进行造型的方式，国内模具制造业热切期盼有一种更高效、更精确的曲面 成型构建方案来弥补当前三维模型回弹补偿的不足。 1.2.2 国外汽车覆盖件模具设计现状 早在 20 世纪 60 年代初，国外一些汽车制造公司就开始了模具 CAD 的研究。经过 了近 10 年不断的研究、创新和发展，各大汽车公司先后开发了自己的计算机辅助设计 与制造(CAD/CAM)系统。伴随
14、着计算机软件、硬件技术的突飞猛进的发展，各大汽车 公司将该系统成功的应用于模具的设计与制造。七十年代，美国通用汽车公司以 UG 为平台开发出了 sheetMeta1Design、 PunchPress 等饭金和冲压设计模块，该系统能够 实现板金件设计，车身设计，覆盖件冲压工艺设计(包括冲压方向选择，工艺余量补充， 压边面形状设计和修边线确定)和模具结构设计等，目前该系统正处于试运行阶段。与 此同时，美国福特汽车公司在其车身设计的 PDGS 系统中开发出了 StamPingEngineering 以 CAD/CAM 模块进行覆盖件产品的工艺设计。日本丰田汽车公 司于 20 世纪 90 年代推出的
15、汽车覆盖件模具 CAD/CAM 系统 DiefaceCAD 软件以人机 交互的方式完成工艺补充面、压料面、拉延台阶、拉延筋等覆盖件特有要素的造型， 同时以几何分析为手段，从凸模接触区扩展行为、截面线形状变化，平均截面线长度 变化率、局部伸长率等不同方面，对覆盖件的成形性进行评估，由此建立了“虚拟试模 系统”。日本三菱汽车公司从 20 世纪 80 年代初期开始应用模具 CAD 技术，该公司的 模具 CAD 系统实现了与 CAM 系统的集成，其功能包括冲压方向的选择、模具型面的xxx：车门外板窗台加强板成形工艺分析及模具设计 - 4 -设计、模具结构的设计和模具图的绘制等网。并且由三坐标测量机将实
16、物模型测量后 所获得的数据计算机，经处理后再把这些数据用于汽车覆盖件设计、模具设计和制造， 该系统已经具有较强的三维图形功能，能够做到反复修改曲面形状。1986 年，欧共体 五国联合开发了用于冲压成形过程的 CAE 软件，前后花费六年的时间，于 1992 年正 式推出 PAM-STAMP 商品化软件。 目前国外先进模具制造企业完全采用三维工艺定制、专业模具结构设计以及高效率 的回弹补偿专用工具，进行冲压工艺及模具的优化设计、分析和数控加工编程，国外 先进模具制造业设计特点是通过企业在通用的三维CAD环境下自主进行二次开发或与 软件厂商共同开发的模式将企业拥有的覆盖件冲压工艺设计技术软件化，形成了企业 独有知识产权的三维冲压工艺设计、模具结构设计和回弹补偿等模具专用的设计平台， 它凝结了这些模具企业的先进制造技术。在专业平台上进行覆盖件冲压工艺设计，极 大地提高了覆盖件模具设计效率和冲压成型的精度。 1.3 国内外覆盖件模具设计的发展趋势国内外覆盖件模具设计的发展趋势随着科学技术的不断发展与进步，伴随着人工智能技术、并行工程、参数化特征 建模以及关联
