毕业设计（论文）-某车型内侧梁加强版的冷冲压拉延模具设计.doc

第一章 绪论1.1课题特点及其研究意义模具是机械，电子，通讯，家电等工业产品的基础工艺装备，属高新技术产品。作为基础工业，模具的质量，精度，寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。近十年来，随着国民经济的快速发展，作为工业产品基础的模具工业，也得到了蓬勃的发展，已成为国民经济的重要产业。 在现代化工业中，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产在很大程度要依赖于模具生产，特别是在汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。模具工业已纳入国家的基础工业范畴，成为国民经济中的独立行业。模具工业是汽车工业的重要的组成部分。本课题研究的是某车型内侧梁加强版的冷冲压拉延模具。冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件的一种压力加工方法。它是一种先进的金属加工方法，是完成金属塑性成形的一种重要手段，它是最基本、最传统、最重要的金属加工方法之一。它建立在金属变形基础上，冲压加工时，模具通过冲压设备发生作用，于板料内部产生使板料发生塑性变形的内力，当内力的作用达到一定程度时，板料或板料的某个部分便会产生与内力作用性质相对应的变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件。与其它机械加工方法相比，这种加工方法具有产品性能好、生产率高、材料利用率高、成本低、产品尺寸精度稳定、操作简单、互换性好、容易实现机械化和自动化等优点。在国民经济各个领域中有广泛的应用1。汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等。近年来，随着国民经济的高速发展，人民生活水平的提高，特别是世贸组织的加入，我国的汽车制造业也应来了一个迅速发展的时期。竞争日趋激烈， 汽车更新换代速度加快，而我国模具工业却不能满足汽车更新换代速度，成为制约我国汽车工业的瓶颈。其设计、制造速度的快慢直接制约着汽车业的发展。怎样提高速度，提高质量，减低成本，是现在提高我国模具工业竞争力的关键。冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响2。国内汽车制造也近年来得到迅速发展，汽车产量已经名列世界汽车生产前列。模具工业是汽车产品开发和大批量生产的重要组成部分。一辆客车或轿车上有80%的零件是用模具加工制造的，而又以冲压模最多。其汽车覆盖件模具又以其大型、复杂、精密等特点成为模具中举足轻重的部分。目前，我国汽车冲压木产业发展还不是很平衡，有些企业使用了计算机辅助设计（cad）和计算机辅助制造（cam），但是也有较多的企业还处于较低的设计制造水平3。冲压加工是通过模具来实现的，从模具角度来看，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。据统计，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形。这是因为，用模具生产的各种制件有很多独特的有点：塑形成形时，移动材料单位体积的速度比切削加工快，生产效率高，而且可以大量节约原材料；塑形成型不仅可以改善材料内部的结构和缺陷，还能充分利用成型过程中形成的纤维组织方向性，从而大大提高制件的力学性能；一般的冲压件、塑料件和压铸件一经成性即为成品，无需再进行切削加工或只需进行很少量的切削加工，因此制件重量轻、材料利用率高；一个设计好的塑料件，往往可以代替数个传统的结构件，并且可以利用其弹性和韧性设计为卡装结构，使产品装配所需的各种紧固件成倍减少，大大降低了金属的消耗量和加工、装配工时；成型生产制件的精度稳定，特别适合大批量生产，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。用模具生产的制件表现出来的高精度、高复杂度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工方法所无法比拟的。成型生产在国民生产中占有重要地位：一方面在国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑中，有相当比例的产品要依靠成型生产进行制造，都要求成型生产的发展与之相适应；另一方面，在高新技术产业中，成型生产既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的一个重要领域。同时，成型生产的两个支柱模具工业和成型设备工业也是装备工业的重要组成部分。因此，成型生产技术的水平的高低已经成为衡量一个国家产品制造水平的一个重要标志，直接影响着产品生产的质量、效益和新产品的开发能力，很大程度上决定了一个企业在市场竞争中的反应速度和能力。1.2选题背景1.2.1近年来车身覆盖件冲压成形工艺与理论的主要研究成果近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。由于引入了cae，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或拉深毛坯进行优化设计。此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。在近年来车身覆盖件冲压成形工艺与理论的主要研究成果中激光拼焊板技术是主要的发现之一。车身覆盖件产品面积大，各部位技术要求不同，原有的分离成形和整体成形方法都存在有不同的缺陷，而激光拼焊板技术的应用为整体成形提供了新思路。 传统工艺中汽车车身零件有两种成形方法：分离成形和整体成形。分离成形方法是将大型零件分成小型单个件分别成形，然后焊接成部件，其优点是可以根据各部位的要求选择不同材质、不同厚度的材料；缺点是需要更多的工装模具和设备的投入，制造成本较高，同时焊接总成的配合精度和整车质量也有所下降。整体成形法是用整体板料直接成形大型零件。主要的优点是工装模具和设备的投入大大减少，制造成本相对较低，产品质量得到了提高；缺点是必须对零件所有部位采用相同材质和相同厚度的材料，难以很好的实现结构优化的需要。激光拼焊板作为一种新的工艺手段，给车身制造带来新的产品解决方案，并给质量提高和成本降低带来了新的机遇。同时由于其工艺实施的特殊性，需要产品设计、冲压工艺和模具制造等相关人员更为密切的配合，才能最终制造出既满足结构和性能要求、工艺合理稳定、成本最低的合格产品。1.2.2当前冲压模具技术发展特点1.随着模具制造的技能化逐步向科学化发展,原来依靠主模型和绘制图形制造汽车覆盖件模具的传统方法也逐步由cad/cam终端将由数字描述的汽车覆盖件形状转为加工轨迹的方法所取代。 用电话线路遥控加工过程则又将模具制造科学化的水平推向一个新高度。回顾以前,在加工用具有于冲制汽车外覆件的钢制模具时,必须绘制详尽的蓝图和具有按照冲件精确尺寸制造的主模型。可以说,模型是设计和制迼模具的母型。在用铸造方法制造模具时,首先必须置备木模或汽车零件的样件。按照一定比例制成的模型称之为靠模,常被用作仿形加工中的母型,或作为显示铣床加工轨迹的辅助模型。作形铣床上的靠模指沿靠模轮廓形状移动,铣刀则按照靠模指的移动对模具材料进行铣削加工,仿出所需的模具型腔。现在的加工方法则发生了根本的变化。由客户所提供的cad数据生成铣刀的切削加工轨迹,自动加工出汽车覆盖件的冲压模具和进行塑料板材模压成形的型腔模具。虽然用这种新工艺能比以往加工方法更精确地加工出模具的两对合面,但对于压形还要进行试模,并对试样进行测量。通常由cad数据正确地加工出模具的主要型腔表面,然后由防止磨损垫块和其它零件与主要型腔面相配合。现在可将这种新技术的特征归纳为以下几个方面。2.不需要主模型和靠模 虽然不再使用主模型和靠模,但加工精度反而有了提高。例如,加工公差很严和主要型腔面磨削后需用手工拋光的模具时,用cad数据加工比用主模型和靠模的效果好。其主要差别是对尺寸控制从根本上得到了改善。用传统方法加工成形塑料件的型腔模具时,其加工公差将随每天温度不同而发生变化。 用于塑料板材模压成形的模具虽然加工精度也很好,但对塑料板材的热压成形不像冲压金属板材那样有回弹,所以由cad数据精确控制加工以后,一般不需要试模。对于这种模具只要经过常规的客户验证即可,一般不再需要递交制件。 这主要是因为用cad数据加工以对加工结果进行检验,对模具的型腔面还可以进行数学分析,从而保证了制造过程能极严格地按照原始设计数据实施。正是由于排除了模具制造过程中的手工操作,改善了模具精度和加工周期方面的竞争力。 为此应用cad数据进行模具加工技术在大多数模具制造厂中得到了推广。现在由许多工厂的经验可证实,应用这种技术之后,虽然按cam生成的刀具轨迹时间增加了14%,但用于拋光的时间却减少了33%,总加工时间缩短了16.5%,模具的品质提高了12%。 现在,各种cad/cam软件可以帮助工程师进行模具设计和生成cnc铣床的刀具轨迹。该系统还可以在屏幕上显示3维彩色模型供设计模具和进行分析之用。还可以提供用于改进铸造品质的有限元分析和模具的热性能分析。实际上,任何客户的数据库都可以直接被用于输入,或者通过转换以后输入。 3.由三坐标测量机进行检验 用于配合cad/cam系统进行检验的三坐标测量机也与原来适合于传统工加工模具的可移动式三坐标测量机不同。现在所用的三坐标测量机都带有自动化测量系统。 这种三坐标测量机在3250x2090x1370mm的测度空间中的任何一点的定位精度为0.015mm。可测量冲模或塑料模的零件质量为40吨。为了使测量机保持其最高的测量精度,应将它放在与外界环境隔绝的独立机房中,室温应保持20。为了防止振动对测量带来不良影响,应将测量机安装在由气垫支承的质量为100吨的混凝土底座上。 在加工时,三坐标测量机不仅可作为一种最终检验模具品质的工具,也应该作为一种对加工过程进行检测的工具。即在加工过程中对各道工序加工后进行中途检验。例如对加工后模具的主要型腔面进行检验。特别是在拋光之前应对加工面作全面的检验,以便确定如何更精确地达到加工面所需的几何形状。 在对模具进行检验时,需以较密的流线通过零件的各处。每一副模具需检验两次。一次在冲压加工之前,另一次在冲压加工以后。应用理论计算厚度对上、下模型腔的对合状况进行测量,以掌握实现cad设计数据精度的实际状况。 4.塑料板材模压成形模具的特点 用于对塑料板材进行模压成形的模具,与冲压金属板材的模具不同,它没有材料回弹的问题。所以加工这种模具时不需要去调整模具的对合状况,而是眼于塑件需使用表面的状况。即以使用表面的表面精度和形状精度为重点。 5.对加工过程的管理 应用上述系统的网络通常小型计算器和个人计算器终端所组成。一种有效管理系统(effectivemanagementsystemems)软件可对加工过程进行跟踪管理。如掌握加工进度,零件流转状况,外购件的采购状况,收货状况和加工品质等。这种管理系统还包括材料清单、计划和控制,库存物品管理,标准铸件,材料履历,总生产时间表,所需材料计划,订货和销售历史,到货数量,操作人员履历,对车间的控制状况,计划时间,品质评估,标准加工路线,所需生产能力计划,劳动力成本,外购计划及到货状况,请购单,外购件历史和可交付数量等。应用这种软件则可以选择适当的外购物品时机和节省劳动力。 使所有加工状况信息完全进库存管理,从而生成完善的材料清单。然后按照加工路线进行有条不紊地加工。该系统还逐日提供操作人员加工工时和机床运转时间的数据,以及停工待料的时间。这样不仅可以减少机床空耗的时间,还可以计算出实际生产成本,从而达到降低生产成本的目的。/forum/thread/view/151_7684490_.html1.2.3我国汽车覆盖件模具现状2008年我过汽车产量934.51万辆，同比增长5.21%，超过美国的868.1万辆，位居世界第二位。日本汽车产量1156.4万辆，同比减少0.3%。2008年，我国汽车销售量达到938.05万辆，同比增长6.70%。2008年在宏观调控、特大自然灾害、股市财富效应失调及国排放标准实施以及2009年国际金融风暴等一系列因素的影响下，我国的汽车行业受到了一定的影响，但我国的汽车产销量仍以较高的速度增长。汽车工业的发展为汽车模具业的发展提供了极大的市场机遇，据有关数据显示，在美国、日本等汽车制造业发达国家，汽车模具在整个模具产业中占有50%左右的份额。而在我国，仅有1/3左右的模具产品服务于汽车制造业，因此，汽车模具市场有相当大的发展空间，而汽车覆盖件模具是整个汽车模具的重要的组成部分，也是技术最密集、加工难度最大的部分。中国汽车覆盖件模具的现状主要有一下特点：1. 设计水平低汽车工业比较发达的欧美国家在进行汽车覆盖件模具设计时，大连采用三维cad软件设计，比例高达7090%，pro/e，ug等软件的应用也是十分的普遍，利用这些软件创建的自动绘图精度高，得出的计算数据可靠，数据库功能较强，因而设计效率高。相对于国外的先进水平，国内汽车覆盖件模具的设计上显得力不从心。国内一批大、中型汽车覆盖件模具生产企业陆续引进了一定数量的cad系统，并配置了一些设计、分析的专用的软件取得了一定的经济效益。但是由于多方面的原因，仍有不少的中小型企业还停留在手工设计模具的阶段，采用传统的设计方法和二维cad设计。导致设计的标准化和开发应用水平低，效率不高，并且在设计的理论和实践经验的积累远远低于国外。2.制造水平在汽车覆盖件模具的制造上，国内外也有很大的差距。当前国内采用cae技术的普及率还不高，应用水平也不平衡，而在国外普遍采用cam技术。高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特助的加工技术，其加工速度比传统的切削工艺要高几倍，甚至几十倍，国内这种技术的应用已经有很长的时间，但是近几年才真正用到模具加工上，并且应用水平低，很多技术人员还不能熟练掌握高速切削的关键技术，不能熟悉操作环境，导致高速切削技术在国内没有发挥应有的作用。特别是在汽车覆盖件模具加工上，少数企业采用高速切削加工技术，更多的企业则以数控技术为主，大量引进数控机床进行分工序加工。由于没有良好的利用高速切削技术，因而生产效率低，生产出来的模具精度差、余量大、钳工研修量大。高速切削技术及高速加工设备在国外得到了长足的发展，高速加工及一次装夹完成多工序加工，不仅生产效率高，而且精度高，钳工研修量小，大大缩短了模具的生产周期，实现了从开发、设计到制造、经营一体化的计算机集成工程。3.标准化程度当前，面对国内庞大的汽车覆盖件模具市场，国内的汽车模具厂商却有些力不从心，特别是在汽车覆盖件模具的设计、生产和制造上，汽车覆盖件模具标准件的应用停留在初步阶段，汽车覆盖件模具标准件的生产力少，生产水平低，虽然有不少的汽车企业采用了标准件，但是许多依赖进口。汽车车身模具未向国际标准靠拢，尚未建立和完善多种典型的模具结构和工艺，且尚未形成行业标准件计算机销售网，模具标准件的供货中期长，商品品种不全。与此相比，国外的车身模具标准件供货渠道宽畅，商品化程度高，品种齐全且出口到世界各国。4.管理水平在企业管理方面，信息化管理在国外已经很普遍，而国内只有少数企业采用信息化管理。一个企业不管有多先进的技术，管理上的不完善会导致其产品的总体生产水平和企业综合能力落后于管理比较完善的企业。因此，企业管理是一个系统工程，信息化是发张方向，必须重逢重视企业管理的信息化。1.2.4我国模具产业的调整任务行业调整是一个十分繁重的任务，模具行业更是如此。模具行业面临的调整任务主要有： 1.模具企业组织结构的调整。使模具分厂（车间）独立出来，成为面向社会、自负盈亏的独立法人是调整的方向。模具企业按小而精、小而专、小而特的方向发展，并且在条件成熟情况下企业之间进行联合，以及发展产、学、研和科、工、贸相结合的联合体，也是调整的方向。规模效应也引起大家的重视。 2.模具产品结构的调整。随着汽车工业、电子信息工业和家电工业的发展，冲压模具市场结构正在发生很大变化。与此相适应，冲压模具产品结构必须进行相应的调整。例如汽车覆盖件模具、汽车零件精冲模具、高精度高难度的引线框架冲模、接插件多工位级进模、各种电机定转子级进冲模等，其产品种类和产量必将有很大发展，有关企业必须根据市场需求来调整其产品结构。总体来看，应不断提高技术含量的大型、精密、复杂、长寿命模具的比例。 3.模具技术结构的调整。21世纪已进入信息时代，信息时代的发展日新月异，模具行业和企业要发展必须把握时代脉搏，自觉主动地调整自已的技术结构。传统的模具设计制造技术必须用先进适用的高新技术进行改造，模具的技术含量必将逐步而快速地提高，现代化工业企业管理技术也必将逐步替代作坊式的管理模式。模具行业和模具企业，只有不断进行技术结构的调整，才能在瞬息万变的市场经济中立于不败之地。 4.模具进出口结构的调整。2005年，我国冲压模具进口7.26亿美元，出口1.97亿美元，进出口相抵后净进口5.29亿美元，进出口之比3.7:1。我国的冲压模具出口量只占生产量的5%。这样的结构明显不合理。模具工业发达国家，模具产出中一般都有30%左右的出口，出口模具大大多于进口模具。我们虽然不可能在短时间内达到模具工业发达国家一样的进出口结构，但努力扩大出口，逐步改善结构，经过若干年努力，尽量做到进出口基本平衡，则应该是我们调整的目标。1.2.5我国汽车覆盖件模具发展方向及展望1.模具行业:巨头将浮出水面我国模具行业经过多年的风风雨雨，到现在，无论是从网络体系构建，服务平台建设，还是专业大型市场建设方面都已逐渐成熟和完善。2008年，国务院关于鼓励和引导个体私营等非公有制经济发展的若干意见的出台，为我国模具行业带来前所未有的发展机遇。国内竞争国际化、国际竞争国内化，模具行业巨头不断浮现将是2009年往后中国模具行业发展新特点。模具行业要注意结构调整,大力发展高附加值的产品,走“精、专、强”路线,在“蓝海”中创造新的增长点。2.模具企业:品牌经营与可持续发展目前正席卷全球的金融海啸，对实体经济的影响已经逐步显现。我国的外贸出口在风暴中受到较大影响，为确保盈利，很多企业都将目光放到了国内市场，将希望寄托于内销。一些在国内深耕细作多年的民族品牌，现在已处于逐步升级，乃至走出国门的阶段，应对此次危机或许更加从容，而迫于形势转攻内销的新品牌显然还有不少挑战。罗百辉在模具企业品牌经营与可持续发展文章中强调：品牌经营作为现代企业经营的重要特征，它是资产经营的一种表现形式。从产品经营转向品牌经营是企业经营思想的转变，是企业价值观的转变。它既是企业发展过程中一次质的飞越，也是企业超常规发展的一条有效途径。品牌文化是品牌经营的核心，从产品经营走向品牌经营，用品牌来开拓市场，创造经济效益，建立公司品牌经营模式，其核心就是树立大品牌经营观并应当从企业的经营理念、顾客满意、产品创新、产业集群、文化集约、市场扩张、资本联合、生态价值链等方面来进行。长安镇拨出105万元专项资金，补贴镇内五金模具企业参加将于2009年展览会，利用知名展会平台集中推广“长安模具”品牌，进一步扶持企业拓展国内外市场。3.模具产业:信息化势在必行随着企业发展和竞争的变化，模具业企业对erp的个性化要求越来越高，越来越多模具企业通过上线erp系统后，实现信息的电子分发与传送;信息的自动存储、复制、运算、归类;信息的快速查询和报表打印输出等自动化功能，体现的效益主要有：第一、通过信息技术创新来优化日常管理和运作模式;第二、通过项目的实施使得计划更有序，生产更平稳可控;第三、可以更好的建立规范化、高效化的作业管理模式;第四、将使得库存降低、原材料和辅料更加合理、准确;第五、能更好的使资金利用率提高、周转率加快、合理利用和安排资金;第六、业务流程的加快、公文审批时间和人工信息处理时间大量减少;第七、还将使得产品成本精确度提高。4.模具市场:内外兼修,开拓新兴市场中国模具行业做为中国经济的基础行业，将如何开拓市场呢？当前全球制造业转移中国制造,除了传统市场,我们应积极开拓新兴市场,在国际化经营方面,除了美国、日本、欧盟及东南亚市场外,我们还应该开拓诸如中东、中亚、俄罗斯、东欧、南美、拉美、印度和非洲等国家和地区的市场。同时，出口企业要在危机中寻找机遇，积极开拓国内市场，创建自主品牌，推动产业升级，提升自身竞争力。2007年开始的“家电下乡”，在2008年下半年政府拉动内需政策下得到全面广泛推广，为2009年中国洗衣机、电冰箱、彩色电视机和手机、汽车等模具子行业开拓新消费市场提供了广阔空间。模具企业一方面通过对代理商、经销商、零售商等各个销售环节的服务与监控，使得产品能够及时、准确、迅速地到达零售终端，使产品快速占领市场；另一方面，通过终端市场直面消费群体的营销手段，提高品牌的形象、激发消费群体的购买欲、快速收拢流动资金。在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。通过改革与发展，采取各种有效措施，在冲压模具行业全体职工的共同努力奋斗之下，我国冲压模具也一定会不断提高水平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。“十一五”期间，在科学发展观指导下，不断提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。 第二章 冲压件的工艺性分析及冲压工艺方案的确定冲压件的工艺特点决定了冲压件的成型难易程度，能不能全面的分析冲压件的工艺特点，继而建立完整合理的冲压工艺方案，冲压工艺方案的优劣，决定了冲压件制造技术的合理性、冲压件的质量和产品成本，不合理的冲压方案造成的损失是不可估量的。因此必须对冲压件进行详细合理的工艺分析，分析冲压件的材料、结构、性能及加工难易程度，确定科学的、适合于实际的工序方案。并在保证产品的设计要求、满足使用条件的情况下尽量减少工序，采用适宜的材料，尽量节约用料，选择先进且合理的加工技术，力求冲压工艺方案做到最简化，利用最少的资源，生成最大的经济和社会效益。在保证一切生产合理合法的要求下实现利益最大化。模具cae技术就是在设计制造模具之前，在计算机上模拟出冲压件在模具中成形的真实过程，向用户告知模具结构设计、工艺条件状况是否合理，并最终为用户提供出最佳的模具设计工艺方案，可靠性达到80%以上。从而缩短模具设计与制造周期2/5（对于复杂模具而言），并提高模具质量和产品合格率，进而可大幅度降低制造成本，增强产品的市场竞争力2.1冲压件的特点该零件是某车型内侧梁加强板，如图2-1和2-2所示。材料为spcc（一般用冷轧碳素钢薄板），料厚1.6mm。要求在20000kn油压机上加工，大批量生产。同时要求该件的凹槽与顶部的曲面、侧面形状以及成形高度、孔径和孔位必须达到产品设计要求。成形后要求表面平整光滑，无翘曲、褶皱、裂纹等缺陷。 图2-1图2-2由于该覆盖件的形状复杂，为非对称的、非回转的复杂曲面形状零件，因而决定了该覆盖件在拉延时的起皱和开裂时主要成型障碍。另外该覆盖件在成型时，同一个方向上兼有多种变形性质，例如直边部分是弯曲变形，周围的圆角部分是拉深变形，内凹边属于翻遍，内部窗框以及凸、凹形状的窝和埂则为拉胀成形。不同部位的产生起皱和开裂的原因不尽相同。同时，由于各部分变形的相互牵制，零件成型时材料被拉裂的倾向更为严重。在生产实际中，结合本拉延件的几何形状、精度和成形特点等情况，根据本零件失稳起皱和力学机理以及拉深条件对失稳起皱的影响等因素，从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设计方面采用相应的防皱措施。本零件的形状相对较简单，零件的相对厚度较大，采用压边圈装置即可防止起皱。为防止开裂，在覆盖件的结构上采取如下措施：个圆角半径尽量的大些、曲面形状在拉深方向的实际深度应浅一些等等。2.2 初步建立零件工艺补充数模工艺补充部分是汽车覆盖件拉延设计的主要内容，该部分的设计优劣决定了拉延件的质量。同时，犹豫工艺补充部分在拉延后必须去掉，较少的工艺补充能降低材料的消耗。覆盖件冲压生产过程一般要经过落料（或剪切下料）、成形、修过、冲孔、翻边等多道工序才能完成。覆盖件成形过程主要以拉深（拉延）为主，局部包含胀形、翻边以及弯曲等成分。在多数情况下，成形是制造这类零件的关键，它直接影响产品质量、材料利用率、生产效率和制造成本。由于覆盖件表面质量要求高，形状复杂且生产批量大，成形模具结构复杂，因此一般不经过多次成形，而采用单动（或双动）压床一次成形而成。5因此，工艺制定的合理与否，直接决定材料消耗的多少；拉延前是否需要设置毛坯形状的修边和预先折弯的工序，直接影响拉深后是否需要整形，影响修边、翻边、冲孔工序的排列顺序和次数多少，以及完成这些工序的冲模复杂程度和使用寿命，甚至涉及到工人操作的难易程度等。因此，覆盖件拉延工序的成败，往往决定整个覆盖件设计和制造的成败。2为了实现成形，弥补工件在冲压工艺中的缺陷，对覆盖件成形往往在工件本体部分以外，增添必要的材料，如将覆盖件上的翻边展开，缺口补满等，即加上工艺补充部分构成一个冲压形件。工艺补充部分是成形件不可缺少的组成部分，它的确定直接影响到成形以及成形后修边、整形、翻边等工序的方案。它不仅决定了零件能否成型，更大程度上影响着零件质量的好坏。因此，必须慎重考虑工艺补充部分。通常来说，工艺补充一般遵守以下几个原则：1.成形深度尽量浅 2.尽量采用垂直修边 3.工艺补充部分尽量小 4.定位可靠 6.成形条件汽车钣金件要求拉延成型时材料变形充分，达到合适的硬化程度，但又不能拉裂导致零件的报废或因起皱而导致零件不光滑、不平整，这就要靠工艺补充来进行控制。拉延工艺补充数模特点如下：1.拉延工序只能考虑一次，即在一次拉延中保证覆盖件的全部空间形状(包括分布在制件表面的棱线、筋条和鼓包)成形。否则，覆盖件几何形状的一致性、表面光滑、精致的质量就很难得到保证。2.为了能够在一次拉深中完成覆盖件全部空间形状的成形，必须将覆盖件的几何形状尺寸变换成适合进行拉延的拉延件几何形状尺寸。3.选择覆盖件拉延设备时，要求压力机不仅提供一定的拉延力，而且要求在其拉延过程中提供足够大的、稳定的压边力。4.覆盖件应选择塑性好、表面质量和尺寸精度高的材料。2.3冲压件的工艺分析所谓冲压工艺性是指冲压件对工艺品的适应性，即所设计的冲压件在尺寸大小、尺寸精度与基准、结构形状等是否符合冲压加工的工艺要求。汽车冲压件都应具有良好的工艺品性和经济性，衡量其水平的重要标志有冲压件的工序数、车身总成的分块数量和尺寸大小、冲压件的结构等因素。减少冲压过程的工序数，意味着减少冲压件数、节省工装数量、简化冲压过程的传送装置，缩减操作人员和冲压占地面积，是节约投资额和能耗的极好措施，所以冲压制造商都能把冲压工序数设计作为降低汽车制造成本的重要途径，甚至不惜改进产品设计来满足制造工艺方面的要求。同时，还应采用尽量大尺寸的合理的车身总成分块，如整块式车身左右侧板及车顶盖板，既可使汽车外形美观。空气阻力减少，又可减少冲压件数量及焊点，能有效地降低成本。而且现代汽车制造大量使用卷料、薄壳式整体车身结构的高强度钢板与镀锌钢板，都要求应用冲压新工艺。冲压件的工艺性分析是指冲压件对冲压工艺的适应性，即冲压件的结构形状、尺寸大小、精度要求及所用材料等方面是否符合冲压加工的工艺要求。一般说来，工艺性良好的冲压件，可保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，产品质量稳定，成本低，还能使技术准备工作和生产的组织管理做到经济合理。冲压工艺性分析的目的就是了解冲件加工的难易，为制定冲压工艺方案奠定基础。在产品零件冲压工艺性分析之前，应先进行冲压生产经济性分析。因为模具成本较高，约占冲压件总成本的10%30%，冲压加工的优越性主要体现在批量生产情况下，而生产量小时，采用其他加工方法可能比冲压方法更经济。因此零件的生产批量是决定零件采用冲压加工是否较为经济合理的重要因素。产品零件冲压工艺性分析以产品零件图为依据，认真分析研究该零件的形状特点、尺寸大小及精度要求，所用材料的冲压成形性能，分析冲压生产产生各种质量问题的可能性。特别要注意零件的极限尺寸(如最小冲孔尺寸，最小窄槽宽度，最小孔间距和孔边距，最小弯曲半径，最小拉深圆角半径等)、尺寸公差、设计基准及其他特殊要求。因为这些要素对所需的工序性质、数量、排列顺序的确定以及冲压定位方式，模具结构形式与制造精度的选择均有显著影响。经过上述的分析研究，如果发现冲压件的工艺性不合理，则应会同产品设计人员，在不影响产品使用要求的前提下，对冲压件形状、尺寸、精度要求乃至原材料的选用等进行适当的修改。由图2-1和2-2可以看出该零件的尺寸大（1163*463），材料较薄（1.6mm）,形状复杂，整体曲面是一个曲面变化较多且变化程度非常大的外凸型覆盖件，它的横断面成半封闭的u型，侧面看过去成盒型变化，侧面基本是直壁，顶面上有13个大小不等的孔，表面质量要求高：成形后要求表面平整光滑，无翘曲、褶皱、裂纹等缺陷。为了增加进料阻力，提高材料的塑性变形，并防止起皱和拉裂，在工艺补充时设置整圈的拉延筋。材料spcc原是日本标准（jis）的“一般用冷轧碳钢薄板及带”钢材名称，现在许多国家或企业直接用来表示自己生产的同类钢材（如宝钢q/bqb402标准就有spcc）。日本钢材(jis系列)的牌号中普通结构钢主要由三部分组成第一部分表示材质，如：s（steel）表示钢，f（ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状、种类、用途，如p(plate)表示板，t（tube）表示管,k(kogu)表示工具；第三部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。如：ss400第一个s表示钢(steel)，第二个s表示“结构”（structure），400为下限抗拉强度400mpa，整体表示抗拉强度为400mpa的普通结构钢。质量分数（化学成分%）：c0.12mn0.50s0.045p0.040性能指标：抗拉强度b/mpa:280伸长率(%):37（标距l0=80mm）屈服强度s/mpa:210杯突值/mm:9.6弹性模量e=1.78e5mpa，塑性硬化指数n=0.22，硬化指数在钢材中是比较高的，材料成形极限较大。2.4 确定冲压方向 冲压方向影响到工艺补充部份的多少和压料面形状，以及成形后各工序（如整形、修边、翻边）的方案选定，更关系到是否能拉出合格的零件，因此，冲压方向的确定是汽车钣金件工艺设计的关键一步，可以确定拉深件在模具中的空间位置。本零件的冲压方向由拉延工序、修边工序和整形（翻边）工序组成。这里需要确定的冲压方向是拉延工序的方向。确定拉延冲压方向，应满足如下几方面的要求： 1.保证拉延凸模能够顺利进入拉延凹模，不应出现凸模接触不到的死区，所有需拉延的部位要在一次冲压中完成。 2.拉延开始时，凸模和坯料的接触面积要大，避免点接触，接触部位应处于冲模中心，以保证成型时材料不致窜动。 4.压料应尽量保证毛料平放，压料面各部位进料阻力应均匀。拉延深度均匀，拉入角相等，才能有效地保证进料阻力均匀。2本设计用20000kn油压机，属于单动压力机，因此拉延类型为单动拉延，单动拉延时，上模是凹模，因此零件在拉延模中应如图2-5（a）所示放置，分析零件数模可知，冲压方向平行于z方向最佳，且沿-z向，如图2-5（b）所示，此时凸模两侧的拉入角基本相同，这使得两侧进料阻力保持均衡。拉延开始时凸模与坯料表面接触为面接触，接触面积大，且分布均匀，不会出现因应力集中造成局部破裂现象。零件顶部凹槽的反拉延也能满足如上要求。 图（）2.5最佳冲压工艺方案的确定通过对零件进行分析，由于6某车型内侧梁加强板总体属较复杂形状零件，和其它拉延件相比，主要的不同是顶面曲面成波浪形，但是拉得较浅，可以一次拉深成型，不用考虑在拉深过程中会出现拉裂现象。后面工序则较为复杂，因此在确定该件工艺方案时，考虑该件属于外饰件，表面质量的要求较高，所以确定的生产中可以采用下面的几套方案：a、下料成形冲孔切边整形b、下料成形冲孔切边整形c、下料成形冲孔切边整形方案a把拉延成型、冲孔、切边和整形分开来，它的缺点是需要多做一套模具，在生产过程中多了一道工序，效率会降低，模具成本也增加。但模具都是单工序模，这样一来，虽然要求多做一套模具，却降低了模具的设计难度，而且这种设计通用性好，特别适用于小型件中、小批量的生产和大型件的大批量生产，有利于流水线生产。方案b把冲孔切边合成一道工序来做，做成一副复合模，冲孔是分离零件与内部废料，在工件的内部进行，修边是分离零件与外部废料，在工件外轮廓进行，所以冲孔修边可以同时进行。这样不但提高了生产效率，而且少做了一套模具，降低了模具成本，可以获得良好的生产效益和经济效益。但是大大提高了模具设计难度，对设计人员的技术水平有一定的要求。方案c是将拉延成型与冲孔合成一道工序，虽然也比a方案少一道工序设计，但是拉延与冲孔一起，需要考虑的要素较多，难度在三种方案中也最大。因该零件为汽车覆盖件，属于大批量生产，经过全面分析、综合考虑，以零件质量、生产批量及经济性,还有模具的设计难度几个方面衡量，认为三种方案中方案b为最佳的方案。需要设计的模具有拉延模和冲孔修边模以及整形模。则最后的方案为：下料成形冲孔切边整形这里需要设计的是拉延模，冲孔修边模和翻边整形模由小组另外成员完成。拉延筋该零件是非轴对称的覆盖件，在成型时坯料周边产生的拉深变形时不均匀的，直边部分变形小，径向拉应力也小；曲线部分变形较大，拉应力也较大。所以冲件整个侧壁内拉应力的分布是不均匀的，差值可能相当大。如果不采取一定的措施就会在拉深过程中产生诸如起皱、拉裂等。解决此类问题最常用的办法就是设置合理的拉延筋。1.增加进料阻力拉深件压料面上各部位的进料阻力存在很大的差别，如图（）所示图（）在拉延时，四周圆角部分的材料要进入凹模型腔内，毛坯在径向拉应力、切向压应力和双向反复弯应力的作用下，变形阻力很大，所以这部分不需要拉延筋。否则再增加拉延阻力会在内壁危险断面处拉裂，对成型很不利。相反，在工件平面轮廓的直线部分，主要是弯曲变形，进料阻力相对圆角部分要小得多，材料的流动会形成内皱，且无法排除。为使进料均匀，在直线部分要设置恰当的拉延筋。在工件的对称面和拉延件拉料最高点，形状还有转折，在转折处外面的拉延筋应是断开的。2.均匀进料阻力如上所述，在直线部分设置拉延筋，既增加了进料阻力，也使直线部分和圆角部分的进料阻力均匀化，从而防止材料“多则邹，少则裂”的现象发生。3.扩大进料阻力以减少压料面积 在一般拉延成型过程中，为了减少内皱，往往采取增加毛料尺寸的办法。增加一条拉延筋可以代替不少压料面积所取得的增加阻力的效果。何况拉延筋通过调整修磨间隙的办法十分方便。 4.降低压料面加工要求 采用拉延筋后，压料面的间隙可以适当的加大，也可以适当的降低对压料面加工粗糙度的要求5.稳定拉延过程经验表明，某些拉延件，不用拉延件也能成型，但是形状不够稳定，刚性较差。拉延筋是否设置，设置位置、数量和形状等式拉延成型中的重要问题，它往往成为拉延成败的关键。2.6 建立压料面压料面是工艺补充的另一重要部分。如果零件有凸缘部分，可利用零件的凸缘面当作压料面，除此之外，为了补充零件拉延侧壁的进料，还需将其向外延伸到零件的展开尺寸。按照工艺补充部分的设计要求，在零件模型的修边线处，利用ug的曲线延伸功能，利用ugnx5.0软件中的扫描曲面(swept)、网格曲面(through curves mesh)、曲面倒圆(blend)和桥接曲面(bridge surface)等功能按曲面原有的趋向线方向进行处理，以生成所需的工艺补充面。补齐所有工艺补充面后，各补充面边线一般都不平齐，用毛坯边线在z方向投影到工艺补充面上，根据投影线剪裁边线不平齐的面，使得工艺补充面尺寸与毛坯尺寸大小一致。建立压料面时，要保持原零件部分压料面与工艺补充部分压料面的光顺。使材料在拉延过程中便于向凹模内流动，并防止毛坯在压料过程中就产生起皱现象。初步确定的工艺补充数学模型如图2-7所 图（）2.7计算展开面积板料冲压成形过程是一个非常复杂的塑性成形过程，许多因素都直接或间接地影响着成形的结果。经典的板料成形理论只能对如弯曲件、杯形件等简单钣金件的成形过程进行分析。对于如汽车覆盖件那样形状复杂的钣金件就显得无能无力。这使得汽车模具的设计迄今仍主要凭借设计员的经验和类比进行。由于缺乏较准确可靠的定量分析与计算，致使设计制造出来的模具必须经过反复试压修改，有时甚至修改原产品的设计，报废重制模具后，才能冲出合格制件。这一过程导致了人、财、物、时间的巨大浪费。随着冲压零件的复杂性和精度要求的日益提高，这种方法不仅在质量上得不到保证，成本上无任何优势可言，而且模具开发周期太长，使企业大大失去竞争力。如何迅速而准确地预测整个冲压成形过程可能出现的起皱、开裂以及不合要求的回弹等缺陷并确定其中的一些重要冲压参数，已成为冲压技术发展的瓶颈问题。为改变这种传统的经验与试错方法不适应汽车工业发展的状况，人们设想在模具投入制造前，能否在计算机上模拟冲压成形过程，即在虚拟环境下对所设计的模具进行分析。如果可行，再投入制造。如果不行，再修改模具设计，甚至修改原产品的设计重新设计模具，重进行模拟分析，直至可行再投入模具制造。这样可以避免用实际制造出来的模具进行调试所带来的巨大浪费。这项工作又称为板料成形的计算机辅助工程分析(cae)。随着非线性理论、有限元分析技术的深入和发展，特别是近几年来计算机技术的高速发展，大型复杂冲压成形过程的数值模拟已逐渐从实验室阶段走向实用化阶段，它有机地融人到模具cae系统中，并日益成为推动冲压件模具工业乃至汽车工业发展的关键技术。目前，国外工业发达国家对板料冲压成形的数值模拟技术十分重视，甚至投入大量的人力物力自己进行研究和开发。美国的工业“三巨头”(通用、福特、克莱斯勒），德国的大众、奔驰，日本的丰田、三菱、日产等大型汽车制造公司都把板材冲压成形过程数值模拟技术作为基本技术，引入产品开发和生产过程中。在国内，随着汽车产品自主开发能力的提高，广大汽车制造相关企业对采用该技术投入了极大热情。国内汽车相关企业对该技术感兴趣或准备采用的比例占到70以上。当代汽车和现代模具设计制造技术都表明，汽车覆盖件模具的设计制造离不开有效的板成形模拟软件。世界上大的汽车集团，其车身开发与模具制造都要借助于一种或几种板成形模拟软件来提高其成功率和确保模具制造周期，国际上的软件主要有美国eta公司的dynaform，法国esi集团的pam系列软件，德国autoform工程股份有限公司的autoform，国内有吉林金网格模具工程研究中心的kmas软件，北航的sheetform，华中科技大学的vform等。本设计采用美国eta公司的dynaform软件作为前后处理环境，采用动力显式格式ls-dyna3d软件作为运算模块，对62131左后侧梁外加强板的拉延成形工序进行成形模拟。在板材冲压成形性分析方面，dynaform系统与市场上通用的cad软件相互集成，实现了从模具设计、曲面造型、成形性分析的一体化。dynaform是由美国eta公司和lstc公司联合开发的用于板成形模拟的专用软件包，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期，不但具有良好的易用性，而且包括大量的智能化自动工具，可以直观地看出板料的厚向应变图、最大应力位置、成形极限图以及富于真实感的动画等。可方便地求解各类板料成形问题。dynaform可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板成形工艺及模具设计提供帮助；dynaform专门用于工艺及模具设计涉及的复杂板成形问题；dynaform包括板成形分析所需的与cad软件的接口、前后处理、分析求解等所有功能。 目前，eta/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单位得到了广泛的应用，自进入中国以来，dynaform已在长安汽车、南京汽车、上海宝钢、中国一汽、上海汇众汽车公司、洛阳一拖等知名企业得到成功应用。在本设计中，由于制件的曲面非常复杂，所以靠手工很难准确的计算坯料的面积，在计算展开面积的过程中，用到dynaform 5.6，具体操作步骤如下：打开dynaform 5.6软件，在标题栏上单击“文件”“导入”，根据ug中到处的片体的“.iges”文件的保存目录，将名称为“pianti.iges”的文件导入到dynaform 5.6中，出现如图（）所示的界面。图（