汽车覆盖件模具设计

摘要汽车覆盖件是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的金属板料制成的异形体表面和内部零件。它既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面要求高等特点。本文首先阐述了汽车覆盖件当前在国内外的发展现状及发展汽车覆盖件模具的重要意义。在第二章中主要是介绍了使用Dynaform进行产品的模拟，详细的介绍了本产品的模拟过程，通过对模拟结果的后处理，不断修改影响的主要参数以期达到理想的结果。在第三章主要是介绍了产品的模具设计，通过模拟结果进行一整套的模具设计，再使用UG进行了三维造型。最后总结了全文，对本课题进行了展望。关键词：汽车覆盖件，模具设计，板料成形模拟ABSTRACTAutomobilepanelreferstoautomobilebodyorthecabofcar,thecoverageofengineandthechassisaremadeofsheetmetaloftheshapedsurfaceandinternalparts.Itisnotonlytheappearanceofdecorativeparts,butalsoaclosedshell-shapedpartsbytheedgewithathinmaterial,shape,complexity,structuresizeandthehighsurfacerequirements.Thisarticlefirstintroducesofthedevelopmentofthecurrentstatusanddevelopmentofautomobilepanelsignificanceathomeandabroad.InthesecondchapteristointroduceuseDynaformtosimulateproduct,presentedadetailedsimulationoftheproduct,throughthepost-processingofsimulationresultsandcontinuouslymodifytheeffectsofthemainparameterstoachievethedesiredresults.Bytheresultsofsimulationinthethirdchapterismainlytointroducetheproductmolddesign,andthencarriedoutusingthree-dimensionalsoftware–UGtomakemodel.FinallysummeduponthesubjectoftheprospectKeyword：Automobilepanel,molddesign,sheetmetalformingsimulation目录摘 要............................................IABSTRACT.........................................II1绪论..........................................11.1汽车覆盖件的国内外发展现状..................................11.2本课题的研究目的及意义......................................32汽车覆盖件冲压成形计算机模拟......................52.1汽车覆盖件的模拟仿真简介....................................52.2Dynaform软件介绍............................................82.3Dynaform模拟过程............................................92.4汽车覆盖件模拟仿真的后处理.................................172.5本章小结...................................................233 汽车覆盖件模具设计..............................253.1汽车覆盖件的分类特点和要求.................................253.2汽车覆盖件的工艺设计.......................................273.3工作零件的设计.............................................293.4本章小结...................................................414课题总结和展望.................................424.1课题总结....................................................424.2展望.......................................................42参考文献.........................................43致谢............................................44附 录..............................错误！未定义书签。1绪论1.1汽车覆盖件的国内外发展现状模具作为运用先进的开发设计和精密加工手段制造而成为一种工艺装备，被人称为“工业之母”。对汽车工业而言，汽车的发展离不开模具，而汽车的发展也会极大推动模具工业的发展。相反的，只有模具生产水平提高才能促进汽车制造业水平的提高。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，据有关资料显示，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，汽车模具在整个模具产业中占有50％左右的份额。而在我国，仅有三分之一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组成部分。近两年在汽车工业的带动下，汽车覆盖件模具市场需求量大大增加。一汽模具制造、东风汽车模具、天津汽车模具、四川成飞集成科技股份等四大模具厂已具备了大中型汽车覆盖件模200万左右工时的能力，新涌现的普什模具、北京比亚迪模具、哈尔滨哈飞汽车模具有限公司、跃进汽车集团南京模具装备、上海千缘汽车车身等20多家汽车覆盖件模具企业的生产能力也不断提高，他们是当前行业的主力军，虽然这些企业发展很快，技术水平也有很大提高，但是在汽车覆盖件模的设计、生产和制造上依然不能满足需要。当期，国内与国外的差距仍然比较明显主要体现在一下几个方面：（1）模具设计方面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，大量采用三维CAD设计，比例高达70％～90％，Pro/E、UG等软件的应用也很普遍，利用这些软件创建的自动绘图精确度高，得出的计算数据可靠，数据库功能较强，因而设计效率很高相对于国外的先进水平，国内在汽车覆盖件模具的设计上则显得力不从心。此外，在覆盖件的设计制造依据上，国内外也有很大差别。国内大量依据实物样件，而较少依据数模；国外则与此相反，大量依据数学模型。（2）冲压工艺分析方面当前在我国，进行汽车覆盖件模的冲压工艺分析中，有些企业还使用2DCAD，只有少数用得好的企业采用CAE，因此在进行冲压工艺分析时，往往不能预先评估制件的成形性，导致试模成功率低、试模时间长。而在工业发达国家，CAE技术的应用已成熟。在冲模设计中应用CAE软件，可以模拟金属变形过程、分析应力应变的分布及预测破裂、起皱和回弹等缺陷。因此，欧美和日本等发达国家在汽车覆盖件模的冲压工艺分析中多采用3DSOLID和CAE，试模成功率高达90％左右。（3）铸件方面随着汽车工业的飞速发展与工业技术的进步，用户对铸件的要求也越来越高，铸件的轻量化、薄壁化、强韧化已成为发展的必然趋势。当前，国内汽车覆盖件模具铸件的生产多采用FMC铸造毛坯，但是实型材料质量比较差，模型加工、检测手段比较落后，铸件的余量多在8－16mm，余量大，而且生产出来的铸件组织不够细密，强度差。而在国外发达国家，虽然也是采用FMC铸造毛坯，但是模型多采用高速数控铣加工，铸件余量小，仅有6mm左右，在铸造中多采用微机控制系统，铸件组织细密。（4）制造方面在汽车覆盖件模的制造上，国内外也有很多差距。当前国内采用CAM技术的普及率还不够高，应用水平也不平衡，而在国外普遍采用CAM技术。（5）研修调试、检测方面当前，由于研修技术、设备的落后，在汽车覆盖件模的研修调试中，国内多采用人工操作，且大量采用国产的、性能较差、精度低的研配设备，存在大量机外修，人工劳动强度大，装模量大，周期长，成本高。而在国外大量采用具有翻转和数显功能的研配压力机或研配系统机床，研修工作量小，因而精度可达，并且与 CAE 技术结合，可一次性冲调试完毕，大大缩短了调试周期。国外有些企业近年来又发展了计算机模拟调试，效果更好。（6）标准件方面当前，面对国内庞大的汽车模具市场，国内的汽车模具厂商却显得有些力不从心，特别是在汽车覆盖件模的设计、生产、制造上，汽车模具的标准化工作多停留在初步阶段，汽车覆盖件模具标准件的生产量少，产品水平低，虽然有不少汽车企业采用了标准件，但是许多依赖进口。汽车车身模具标准未能向国际靠拢，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，模具标准件的供货周期长，商品品种不全。与此相比，国外的汽车车身模具标准件供货渠道通畅，商品化程度高、品种齐全且出口到世界各国。（7）整体协调和企业管理方面与国外相比，国内的企业在整个车型模具的整体协调和企业管理方面还存在不少差距。国外许多企业都具有对整个车型模具进行协调的能力，可以在同一个平台上将几百套模具交给许多企业同时生产，因而能快速地、高质量地进行整车交货。而在国内，绝大部分企业没有这方面的能力，只有少数企业有类似的能力，但协调的总水平尚落后于国外先进企业。1.2本课题的研究目的及意义汽车覆盖件在设计过程中，由于技术、成本、周期的各方面的因素，工程技术人员在实际工厂中不可能依靠传统的方法在工厂中依靠理论分析分析板料的成形，继而进行反复的修模、试模，再进行设计、改进、优化，也不现实。由于计算机技术的发展，通过计算机代替以往的实验或经验公式，分析板料的应力、应变，分析汽车覆盖件在设计过程中可能出现的问题。通过计算机模拟板料的成形,对于设计者进行工业分析和模具设计，提高设计精度，缩短产品的设计周期、降到成本起了很大的作用。本文通过三维造型软件首先进行产品的造型，设计拉深件，再使用模拟软件进行拉深件的拉伸成型，通过模拟结果，找出缺陷的原因，并提出改进；然后对模拟后的拉深件设计拉伸模具，将CAD/CAE技术应用于模具设计。这样能够大大缩短产品的生产周期，提高企业的竞争力。2汽车覆盖件冲压成形计算机模拟2.1汽车覆盖件的模拟仿真简介汽车覆盖件基本上是有难以展开成的空间曲面组成，冲压成形过程中，板料的应力应变分布非常复杂，从变形方式来看，板料的成形往往是拉延、翻边、胀形、弯曲等多种变形方式的组合过程。而模具设计的主要任务是要解决好冲压过程中板料不同部位之间材料的协调变形过程既要避免局部区域过分变薄甚至拉裂，又要避免起皱或在零件上留下滑移线，还要将零件的回弹控制在允许的范围内。其中拉裂和起皱，不仅是汽车覆盖件冲压成形容易出现的问题，而且他们有恰恰构成了一对矛盾的两个方面，拉延筋是调和这对矛盾的重要手段，通过合理设置拉延筋来控制材料的流动阻力，对促进板料上不同部位之间的协调变形具有重要的意义。同样，模具间隙。润滑状态，坯料形状等因素对冲压成败也有着举足轻重的作用，显然，解析法是难以确定上述各因素对冲压过程影响的定量的结果的，而对这类问题的求解，显示有限元方法具有十分显著的特点，利用显示有限元方法，在模具实际制造之前就获得诸如拉延筋的设置究竟能否按我们预期的方式协调板料的变形，具体零件的冲压过程中究竟会存在什么问题，模具间隙、润滑状态、坯料形状等是否合适，模具改进设计后能够取得多大的效果等问题的答案，对汽车覆盖件的冲模设计具有重要的指导意义。同时，在汽车覆盖件的设计过程中，由于技术能力、开发周期和开发成本等诸多因素的限制，技术人员要想依靠传统的方法在工厂中不断的试模来解决各种问题并不现实。因此，为了缩短设计周期并且降低开发成本，许多国内外汽车企业和科研机构都在尝试采用钣金成形的计算机辅助工程分析（CAE）技术对覆盖件成形的结果进行科学预测和工艺参数的定量控制，在一定程度上大大降低了工5厂的成本。覆盖件成形过程分析与设计的基本任务是根据具体产品的数学模型、技术要求和生产资源条件，完成覆盖件可行加工方案的制定。内容包括工序及工艺分析、成形模具设计与制造和加工环境设置(设备选择和润滑条件)等，这其中又以拉延成形工序分析最为重要，因为90%以上的覆盖件质量问题都是由于该工序的不合理设计所导致，因此，本文的研究重点也将围绕汽车覆盖件的拉延工序进行分析。覆盖件成形技术属于板金成形范畴。广义的汽车覆盖件按其功能不同可分为外覆盖件、内覆盖件和结构件三大类。近年来，覆盖件制造逐渐向大型化、精密化、及复杂化方向发展。下图是覆盖件的成形过程：图2.1覆盖件成形过程模型本文主要研究的是模拟分析方法，也是当前的主流研究方法。主要思想是把模具简化为理想的均匀固体模型，简化毛胚的材料性能参数、机械参数、边界参数等各种物理参数，然后利用数值模拟技术研究钣金成形过程。下图给出了汽车覆盖件成形过程有限元模拟的典型框图：图2.2有限元模拟的典型框图本文通过UG建立产品的数字模型，使用Dynaform进行模拟。下图是通过UG建立的数模：图2.3UG建立的数模要进行拉延工序的模拟仿真，要分析工件的成形特征。考虑到工件的几何特征及其实际的使用，首先要将工件做成对称的以利于模拟分析。，因此，拉深时上面的孔要进行补孔，该步骤可在UG中做，也可在Dynaform中做。2.2Dynaform软件介绍DYNAFORM软件是美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形数值模拟的专用软件，是LS-DYNA求解器与ETA/FEMB前后处理器的完美结合，是当今流行的板料成形与模具设计的CAE工具之一。在其前处理器(Preprocessor)上可以完成产品仿真模型的生成和输入文件的准备工作。求解器(LS-DYNA)采用的是世界上最著名的通用显示动力为主、隐式为辅的有限元分析程序，能够真是模拟板料成形中各种复杂问题。后处理器(Postprocessor)通过CAD技术生成形象的图形输出，可以直观的动态显示各种分析结果。Dynaform软件基于有限元方法建立,被用于模拟钣金成形工艺。Dynaform软件包含BSE、DFE、Formability三个大模块，几乎涵盖冲压模模面设计的所有要素，包括：定最佳冲压方向、坯料的设计、工艺补充面的设计、拉延筋的设计、凸凹模圆角设计、冲压速度的设置、压边力的设计、摩擦系数、切边线的求解、压力机吨位等。Dynaform软件可应用于不同的领域，汽车、航空航天、家电、厨房卫生等行业。可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹、成形刚度、表面质量，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软件设置过程与实际生产过程一致，操作上手容易。来设计可以对冲压生产的全过程进行模拟：坯料在重力作用下的变形、压边圈闭合过程、拉延过程、切边回弹、回弹补偿、翻边、胀形、液压成形、弯管成形。Dynaform软件适用的设备有：单动压力机、双动压力机、无压边压力机、螺旋压力机、锻锤、组合模具和特种锻压设备等。2.3Dynaform模拟过程任何有限元分析软件都应包括三个基本部分：前处理，求解器和后处理。对于这三个部分，前处理和后处理尤为重要。在模拟之前我们首相要将工件进行镜像采用一模两件的工艺如下图所示：图2.4修改后的覆盖件使用UG的输出功能输出通用的IGS的文件。（1）使用Dynaform的导入功能导入该工件（2）网格划分进行有限元分析时，必须将模型进行离散化，即为模型划分网格。在曲变形较大的部位单元要划分的密一些，在变形较小或没有弯曲的部位的单元可以划分的稀疏一些。当启用自适应网格划分功能时，可以把网格划的粗一些，能明显减少计算时间。因此，开始我选用了Dynaform自带的网格划分功能，并没有选择专业级的网格划分软件；要是自带的不能满足要求，则选择专业的划分软件。图2.5网格划分图2.6划分网格之后的凹模（3）为了拉深的顺利进行我们还需要进行补孔，使用 Dynaform 自带的补孔功能补孔；图2.7自动补孔工具补孔后的件如下图所示：图2.8自动补孔后的覆盖件（4）因为该工件的外形非常复杂，通过几何展开来获得初始的坯料是非常困难的，而其几何展开不考虑塑性变形，拉延件的展开尺寸也是不精确的；Dynaform具有初始坯料计算功能，其原理是基于全增量理论。假定成形过程是比例加载的（第一次拉延过程可以近似认为是比例加载），仅仅考虑初始的毛坯和变形终了的状态，不考虑变形的中间状态，采用一步加载。由于计算速度快、建立分析模型简单，所以此方法可用于设计早期估计零件的外形和工艺的可行性。图2.9坯料估算和坯料规整工具检查网格划分后，进行坯料的计算：图2.10不规则坯料外形和规整后的坯料形状上图可以看出计算出的坯料并不是规则的形状，我们可是使用Dynaforn中的工具进行规则化，使用BLANKFITTING命令可以通过一个矩形或者梯形来你和估算毛坯的轮廓，并且生成的矩形或是梯形标注了尺寸大小。（5）将不规则线条删除后，对坯料进行网格划分，图2.11使用坯料网格划分工具划分之后如下图所示

图2.12划分之后的坯料网格（6）以上各部分定义好之后，开始定义凸、凹模，压边圈等参数，拉延模可分为单动拉延和双动拉延。具体选择过程在模具设计中介绍。定义坯料的厚度为，设定摩擦系数为，初始压力为200000N，虚拟冲压速度为3m/s，材质选择DQSK（36），其各定义过程如下图图2.13定义坯料和坯料的材料图2.14凸凹模、压边圈的定义图2.15生成的凸模图2.16生成的压边圈(7)在Dynaform中进行各工具的定位，图2.17固定凹模，自动偏移凸模和压边圈的位置各工具位置如下图所示：图2.18冲压方向的定义及各工件的位置状态（8）通过以上的模拟设置，我们可以总结处冲压模拟的基本流程：图2.19冲压模拟流程图进行好各项设置之后进行提交：图2.20提交运算2.4 汽车覆盖件模拟仿真的后处理Dynaform的后处理后处理能够读取和处理d3plot文件中所有可用的数据。除了包含没有变形的模型数据意外，d3plot 文件还包含 LS—DYNA生成的所有结果文件（应力，应变，时间历史曲线等）。后处理能够绘制变形过程（deformation），厚度变化过程和成形极限图（FLD）以及坯料上的应力/应变等物理量的分布，并且能够录制这些变化过程为通用的AVI电影文件，以及E3d三维演示文件。所谓冲压成形极限是指板料在冲压加工中所能达到的最大变形程度。通过成形极限图，可以很清楚地。成形极限图（FormingLimitDiagram）的形成（1）在试验用坯料上制备好坐标网格；（2）以一定的加载方式使坯料产生胀形变形，测出试件破裂或失稳时的应变（长、短轴方向）；山东科技大学学士学位论文（3）改变坯料尺寸或加载条件，重复2）项试验，测得另一状态下的试件破裂或失稳时的应变（长、短轴方向）；（4）取得一定量的数值后，在平面坐标图上描绘出各试验点，然后圆滑连线，作出FLD。成形极限曲线将整个图形分成如下图所示的三部分：安全区、破裂区及临界区。成形极限图的示意图如下图所示：图2.21典型成形极限图打开eta/post打开模拟生成的文件，进行结果的分析，从而找出问题的所在，进行模型，参数等各方面的修改，以期得到比较准确的结果，后处理在模拟中的地位并不比前处理的地位低，相反，要是在后期中看不处问题的所在，那整个模拟也是无用的，因此，后处理起了很重要的作用，下图是打开后处理的界面：山东科技大学学士学位论文图2.22点击查看成形极限图生成的成形极限图如下图所示，红色区域表示发现出现了严重的拉裂现象。图2.23时间坯料的成形极限图零件开裂的根本原因在于拉伸变形抗力大于覆盖件开裂处材料的实际有效抗拉强度。解决拉深件破裂的方法主要有以下几种方法：(1)调整压料力，使压料力变小。(2)调整拉伸间隐，使间隙变大，并使间隐变得均匀。(3) 调整凹模圆角半径。凹模圆角半径太小，零件易拉裂，加大凹模圆角半径可减小拉裂程度。(4)调整凸模圆角半径。(5)调整凸模与凹模的相对位置。(6)毛坯尺寸太大或形状不当，板料质量及润滑不好也会使零件拉裂，故应改变毛坯尺寸或形状，调整冲压工艺。造成零件开裂的原因很多，在调整时应仔细检查开裂状况、产生的部位，确定产生开裂的拉伸行程位置，根据具体情况推断产生开裂的原因，从而制定出解决开裂的具体方案。通过更改原零件的圆角大小，和模具的凸凹模间隙，等各种优化，并且通过改小压边力，不断地调整压边力最后得出为150000N模拟出的比较好，减小凸模与压扁去，压边圈与凹模的摩擦系数为，图凹模的间隙为1.2倍的坯料，再次模拟。图2.24修改压边力2山东科技大学学士学位论文通过不断地修正上图的压边力的数值及其模拟的速度等各个参数，得到比较正确的模拟结果。图2.25修改摩擦系数摩擦系数在模拟过程中同样起着很重要的作用。山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail21山东科技大学学士学位论文图2.26仿真成形极限图图2.27仿真厚度变化图山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail22山东科技大学学士学位论文发现虽然有破裂的地方，但是并没有影响到内部所需工件的质量，而其厚度的变化在材料最大变薄范围之内，破裂的部分在后续工序中还要进行切除。2.5本章小结通过自己不断地练习使用Dynaform进行模拟，总结出了Dynaform的详细的模拟步骤：2.5.1 DYANFORM分析过程介绍（1）导入几何或网格模型（2）修改零件名称（3）划分曲面网格（分别进行坯料和工具进行网格划分）（4）检查网格（5）创建不见及偏置凹模（凸模）创建凸模（凹模）和压边圈（6）分离压料面和凸模（凹模）（7）定义坯料材料及属性（8）定义工具定义等效拉延筋（9）工具自动定位（10）定义工具运动曲线检查工具运动情况（11）定义成形参数和控制参数（12）提交工作到求解器进行计算（13）后处理分析（14）分析报告山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail232.5.2 DFE模面设计过程（1）导入零件几何模型（2）划分网格（3）检查并修补网格（4）冲压方向调整（5）内部填充（6）外部光顺（7）创建压料面

山东科技大学学士学位论文（8）创建过渡面（工艺补充面）（9）切割压料面2.5.3 BSE坯料估算过程（1）导入零件模型（2）划分网格（3）检查和修补网格（4）坯料尺寸估算（5）坯料网格划分（6）外部光顺（7）生成新的坯料轮廓线和网格（8）坯料排样（9）输出排样报告和报价山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail24山东科技大学学士学位论文3 汽车覆盖件模具设计接下来将以下图的拉深件进行模具设计，工件如下图所示：图3.1拉深件模型3.1汽车覆盖件的分类特点和要求汽车覆盖件的分类按工艺特征分类如下：(1)对称于一个平面的覆盖件。诸如发动机罩、前围板、后围板、散热器罩和水箱罩等。(2)不对称的覆盖件。诸如车门的内、外板，翼子板，侧围板等。(3)可以成双冲压的覆盖件。所谓成双冲压既指左右件组成一个便于成型的封闭件，也指切开后变成两件的半封闭型的覆盖件。(4)具有凸缘平面的覆盖件。如车门内板，其凸缘面可直接选作压料面。(5)压弯成型的覆盖件。山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail25山东科技大学学士学位论文以上各类覆盖件的工艺方案各有不同，模具设计结构亦有很大差别。按功能和部位分类：可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观质量有特殊要求，内部覆盖件的形状往往更复杂。汽车覆盖件的特点和要求覆盖件的特点和要求：同一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点。覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。因此，在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一各特殊的类别加以研究和分析。覆盖件的特点决定了它的特殊要求：(1)表面质量覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。总之覆盖件不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。(2)尺寸形状覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail26(3)刚性

山东科技大学学士学位论文覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松弛和鼓动现象。(4)工艺性覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添上工艺补充部分，构成一个拉延件。因为汽车覆盖件是组成汽车车身的薄板冲压件，且具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大及其表面质量高的特点。因此，覆盖件的质量好坏在很大程度上受拉深模的控制，拉深模是冲出高品质外观件的关键。3.2汽车覆盖件的工艺设计覆盖件的冲压工艺，是有拉延工序、修边工序、和翻边工序三个基本工序组成的。在这三个基本工序的基础上，根据各个覆盖件的形状和尺寸，编制各自的冲压工艺。确定冲压方向汽车覆盖件的冲压工艺，一般都需要两道或两道以上的工序完成。每道工序的冲压方向要根据本工序的具体情况确定。确定冲压方向应从成形工序开始，然后制定出各工序的冲压方向。应将各工序的冲压方向设计成一致。确定冲压方向时，应满足一下几方面的要求：(1)要确保拉延凸模能够顺利进入拉延凹模，避免凸模接触不到的死角所有需要山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail27山东科技大学学士学位论文拉深的部分在一次拉深完成；图a所示凸模不能顺利进入凹模，而将凹模旋转一定的角度后，凸模能够顺利进入凹模；图3.2冲压方向的确定汽车覆盖件的凹形对确定冲压方向的影响及我选用的实际冲压仿形。(2)拉延开始时凸模和坯料的接触面积要大，尽量保证坯料平放，保证不出现冲压负角，避免点接触，接触部位应该尽量处于冲模中心，这样才能保证拉深时的应力比较均匀而不至于产生拉裂。保证材料能够均匀拉入凹模拉深开始时毛坯不窜动，拉深过程平稳。如图a所示，若接触面积小，接触面与水平夹角α 大,应力集中容易产生破裂,所以凸模顶部最好是平的,而且成水平面。图b所示，凸模开始时开始拉深时与毛坯的接触地方较多、而且接触面分散，有两个和两个以上的接触地方，而其最好要同时接触、否则凸模在拉深过程中，拉深毛坯就有可能经凸模顶部窜动。山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail28山东科技大学学士学位论文图3.3拉延开始凸模与毛坯的接触状态(3)压料面各部分的进料阻力要均匀，拉深深度均匀时保证压料面各部位进料阻力均匀的主要条件，进料阻力不同，容易产生拉深破裂和起皱。以上分析选择冲压中心为几何中心。3.3工作零件的设计汽车覆盖件拉深模的设计时一项难度很大的设计工作，是覆盖件质量要求和工艺要求的关键。可以说，模具设计的质量高低，是汽车覆盖件冲压成形技术水平的重要标志之一，直接影响到模具的制造水平、模具调试的工作量的大小、生产准备周期的长短，甚至影响到车身的开发能力。拉深模的准备工作（1）覆盖件零件图和拉深件图覆盖件零件图式所有工序生产地总纲领。在设计拉深模之前，要认真仔细阅读覆盖件零件图，充分理解产品设计思想、零件的各项功能和技术质量要求，并分析拉深时那些因素会对零件质量产生不良影响。山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail29（2）冲压工艺文件

山东科技大学学士学位论文认真研究冲压工艺文件，明确对拉深件的要求、拉深成形对以后各道工序的影响，这对拉深模设计时非常重要的。拉深变形分析和质量问题分析针对拉深件的结构形状特点，进行拉深成形时毛坯的贴膜过程分析和变形分析，分析判断毛坯各部位的变形性质、变形形态、变形分布及变形量大小等，并进一步分析判断毛坯在不同变形形态、变形分布及变形量下可能出现的破裂、起皱、面畸变、以及刚度质量问题，同时还要判断拉深过程可能出现的划伤、冲击线等问题。然后，依据这些分析和判断在模具设计时采取相应的预防措施。冲模设计的有关资料准备好进行拉深模设计所需的各种参考资料，以往的类似的拉深成形模具图样、国家模具标准、行业标准以及企业标准等。拉深模的制造特点汽车覆盖件成形各工序冲模的制造顺序如下图：山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail30山东科技大学学士学位论文图3.10冲模的制造顺序其中拉深模制造需要最先完成制造，然后根据拉深模调试所确定的毛坯形状和尺寸确定落料模的落料刃口形状和尺寸，同时，用拉深处的合格拉深件进行修边，在翻边模上进行翻边成形，再根据翻边模调试所确定的修边线形状和尺寸去定修边模刃口形状和尺寸。拉深凸、凹模结构设计（1）拉深凸模结构汽车覆盖件单动拉深模的凸模结构与一般的拉深凸模结构查不多，也是固定在模板上，模板再与上滑块或工作台连接。由于汽车覆盖件来说，凸模是拉延的主要成形部分，除工艺上的特殊要求外，其轮廓尺寸和深度即为产品图尺寸。工作部分筋的厚度为 70~90mm，为了减少山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail31山东科技大学学士学位论文加工余量，保证凸模轮廓尺寸，缩短整修工时，在凸模上沿压料面有一段40~80的直壁必须加工，，直壁向上40度西面过渡，缩小就离b为15~40mm是不加工面。材料一般为HT250.采用铸造的成型，且为中空式的壳体结构、要求凸模有较高的硬度和耐磨性时，可以采用表面火焰淬火等方法对凸模工作部分表面进行强化处理。拉深凸模工作部分和覆盖件拉深件的内表面是相同的，同时，拉深件上的装饰棱线、装饰筋条、装饰凹坑、加强筋、装配凸包、凹坑等局部形状，一般都是在拉深模上一次成形，拉深件的反成形形状也是在拉深模上成形。因此，凸模工作表面上还要有成形这些内部形状用的凸模或凹模的形状。当这些局部形状的变形量较大，有破裂危险时，可以将成形局部形状的凸凹模的圆角半径加大，然后在修边等工序中进行校核，达到覆盖件的形状和尺寸要求。铸件壁厚和模具的尺寸、生产批量和受力情况有关。合理选择铸件壁厚不仅可以节约材料，也可以提高铸件质量。铸件的壁厚和结构参数没有统一的标准，各国各厂推荐的数据也不尽相同。如是有筋的布置，筋的布置最好避免十字交叉，最好是丁字交叉，厚度尽可能均匀，避免几句变化的斜面。壁厚过薄，浇铸时熔融金属的流动变坏。厚壁和薄壁结合部位设置过渡区。冲模的闭合高度要适合压力机的规格下图为使用UG设计的凸模。山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail32（2）拉深凹模结构

山东科技大学学士学位论文图3.13UG建立的凸模模型拉延凹模的主要作用是提供了凹模压料面、凹模圆角和凹模洞口。凹模压料面安拉延件压料面设计，凹模压料面有平面和曲面两种形状，平压料面制造容易，曲压料面可减小拉延深度。凹模压料面宽度尺寸的确定压料面尺寸K值得确定，应按拉延前拉延毛坯的展开料宽加大40~60mm，K值一般在130~240mm范围内。一般情况下，凹模圆角：R凹（6~10）t式中 t板料厚度（mm）当凹模圆角处于工艺补充部分上，根据常用覆盖件板料厚度，取中间值（8~110mm）。当压料面是覆盖件本身凸缘的一部分时，则凹模圆角半径就是覆山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail33山东科技大学学士学位论文盖件要求的圆角半径。如果覆盖件要求圆角半径过小，影响拉延变形时，则适当加大到合适数值，用后续的工序整形圆角也能达到要求数值。下图为使用UG设计的凹模：图3.14UG建立的凹模模型压料面的设计压料面时工艺补充的一个重要组成部分，对汽车覆盖件的拉深成形起着重要的作用。压料面是指位于凹模上表面和压边圈下表面之间起压料作用的那部分材料。压料面的作用是在压边圈与凹模作用下，板料在拉深时既能合理流动又不会起皱、破裂。在拉深开始时，压边圈将毛坯与凹模压料面上压紧，拉深进行时，凸模的拉深力与压料面的阻力共同形成毛坯的变形力，使毛坯产生塑性变形。通过压料面的变化，可以使拉深件的深度均匀，毛坯的流动阻力分度满足拉深成形的需要。压料面的设计是否合理，会直接影响到压料面毛坯向凹模内流动的方向、速度、毛坯的变形、破裂起皱等问题。压料面的设计原则：山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail34山东科技大学学士学位论文压料面应该遵循以下基本原则：（1）尽量选用平面压料面 若压料面不是覆盖件的凸缘，则首先考虑选用平面压料面。对于覆盖件的凸缘是否作为压料面，也应当优先考虑是否可以将原来的凸缘展开，改成平面压料面。因为利用覆盖件的凸缘作为压料面，一旦出现起皱现象，就成为覆盖件上不可去掉的缺陷。图3.4压料面形状示意图（1.凸模2.凹模3.压料面）(2)降低拉延深度 从拉延工序的工艺设计角度出发，为了保证拉延后的拉延件不产生皱折和裂纹，应当尽量降低拉延深度。(3)凸模对拉延毛坯一定要有拉延作用 这是确定压料面必须要充分考虑的一个重要因素所谓拉延作用，就是压料面展开长度小于凸模表面的展开长度。以上分析，选择已经建好了的模型的坯料为压料面如下图所示。图3.5压料面的设计山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail35拉延筋的设计

山东科技大学学士学位论文在汽车覆盖件拉深成形中，广泛采用拉延筋。但是调剂和控制压料面作用力的最有效和实用的方法，在拉深过程中起着重要的作用。(1)增大进料阻力。 压料面上的毛坯在通过拉延筋时要经过数次弯曲与反弯曲，使毛坯向凹模内流动阻力大大增加，也使凹模内部的毛坯在较大的拉力作用下产生较大的塑性变形，从而可以提高覆盖件的刚度和减少由于变形不足而产生的回弹、松弛、扭曲、波纹及收缩等，防止拉深成形时悬空部位的起皱和畸变。(2)调节进料阻力的分布。通过改变压料面上不同部位的进料阻力分布，从而控制压料面上各部分材料向凹模内流动的速度和进料量，调节拉深件各变形区的拉力及其分布，使各变形区按需要的变形方式、程度变形。(3)可在加大范围内调剂进料阻力的大小。拉延筋可以配合压边力的调节在较大范围内控制材料的流动情况。(4)降低对压料面、压边力的要求。设置拉延筋减少了压料面对进料阻力的影响，降低压料面加工光洁度的要求，减少拉深模制造的工作量。拉延筋的存在可减少压边力，使凹模压料面和压边圈压料面都减少磨损，提高模具使用寿命。(5)拉延筋外侧已经起皱的板料通过拉延筋可得到一定程度的改善。拉延筋有圆筋、矩形筋。三角筋等。一般情况下，圆筋拉延筋产生的阻力最小，一般用于允许有较大进料的冲压成形工艺或冲压件成形部位，而矩形筋和三角筋产生的阻力较大，一般用于不允许进料或只是允许少量进料的胀形工艺的冲压件成形部位。根据以上原则，考虑零件的实际成形形状最终确定在压料面上采用圆筋。山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail36导向零件设计

山东科技大学学士学位论文图3.6拉延筋的设计图导向零件时汽车覆盖件冲模的重要零件，对模具的精度、覆盖件的精度、模具的寿命都有很大的影响。由于汽车覆盖件一般不是轴对称的，在左右方向或前后方向也不是对称的形状，冲压过程中必然存在侧向力，有的情况下这种侧向力还是人大的，所以，要求冲模的导向必须能承受较大的侧向力。根据加工内容的不同，模具对导向精度和导向刚度也不同，模具的导向形式也不同。单动拉深模和双动拉深模的导向形式也不同。由于导柱、导套的导向方式所能承受的侧向力有限，只在侧向力较小的零件盒工序中采用，汽车覆盖件冲模中经常采用导板导向、导块导向、背靠块导向和组合导向等导向方式。在生产实践中，究竟是把导板装在凸模上，还是装在压边圈上，应根据击穿的加工条件规定，压边圈导板的加工深度不宜大于250mm。为了减低加工深度，可以将导板尺寸加长装在凸模上，相应的压边圈凸台长度可以缩短。压边圈和凹模导向的设计（1）压边圈和凹模的导向山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail37山东科技大学学士学位论文在拉延模中，压边圈与凹模的导向成为外导向。它的结构就是凸台与凹槽滑配。其作用约一般冲模的导柱、导套相似。不同之处是导向间隙较大，一般为。为了满足调节压料面的进料阻力，使压料圈支撑面成倾斜的需要，导柱和导套的导向一般将导柱放在下面，导套放在上面。凸台和凹槽的导向，其放置则应具体分析。（2）结构尺寸参数为了便于导板进入导向面，同时考虑到加工方便，将导板进入导向面的一端加工成30度斜面，在不装导板的凸台和凹槽上加工成45度倒角。如下图为压边圈和凸模的导向图3.15压边圈和凸模的导向板压边零件设计在汽车覆盖件拉延模中压边方式与压边零件对拉深成形起着重要影响，要根据冲压成形的特点、工艺要求等选择合适的压边方式与压边零件。下图为设计的压边圈山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail38排气孔设计

图3.16UG建立的压边圈模型毛坯在拉延过程中，压边圈首先运动到下止点，将拉延毛坯压紧在凹模压料面上，待凸模向下运动到下止点时，将毛坯拉延成凸模形状。这时凹模中的空气一定要排出，否则被压缩的空气产生很大的压力，将毛坯压入凹模空隙处产生多余变形，而形成废品。同样，凸模和拉延件之间也应使空气通畅，否则，在压边圈停动压料而凸模向上运动过程中，拉延件有可能被凸模贴紧带起，而导致变形。因此，拉延模的凸凹模都应在适当的位置设置排气孔。设计原则：（1）凸、凹模上、下成形处不设。（2）曲率半径小、材料移动大处不设。（3）外板的凹模排气孔面斜度在5、1000以下时可设排气孔。（4）排气孔的面积约为凸模面积的1.5%左右。（5） 上模排气孔设置时要加出气管，或在出气孔上方整体加盖板。山东科技大学 材料成型及控制工程05 陈鲁刚Email:chenlugang@gmail39工艺结构设计

山东科技大学学士学位论文（1）定位用工艺孔有些产品形状比较平缓，或受力方向的限制，拉延件侧壁及拉延筋。槛不能充当后续定位作用，此时就要在拉延供血上充好粗两个定位工艺孔。工艺孔的位置应放在以后要修掉的废料上，一般都放在压料面上由于压料面绝大多数在拉延过程中产生流动，因此工艺孔应在拉延过程完成以后冲出。（2）研磨用工艺孔 完成一个覆盖件，需要拉延、修边、冲孔、翻边等工序才能完成。在模具制造过程中，为使后续研磨更加快速准确，减小孔与形的位置公差，需在全工序设置2处研磨用工艺孔，通常用于外板件的设计制造中研磨工艺孔应设在拉延形状面比较平缓且突出的地方。在拉延模上设置工艺孔时，应考虑冲工艺孔产生的废料在模具上容易排出。最终模具的确定（1）结构形式的确定参照工艺工序图中确定的冲压方向，拉延模选择倒装结构，即凸模安装在下