模具结构优化汇报材料

发动机罩内板整形模

（SGML-CAR5481227-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──1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2名称发动机罩内板整形模（SGML-CAR5481227——OP40）尺寸2190×1900×1450mm（约束条件）总重量12292kg其中：上模座：4934.3kg；下模座：4643.8kg；凸模：769.6kg；上压板：1344.6kg；一、模具基本情况：3二、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；模具起吊时的重力和冲击力、运输时的冲击力；模具多层堆放时的受力；4二、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0.5mm,其他部位最大变形量不超过允许的变形0.2mm。模具强度分析及优化原则5二、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最大拉应力（Mpa）最大压应力（Mpa）z向最大变形量（mm）上模77.72171.30.177下模50.7145.90.151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下模应力图下模变形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）加速度σ拉maxσ压maxz向最大变形量自重7.679.410.0361g15.719.20.0692g22.727.90.1下模应力图下模应力图下模变形图下模变形图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：4.15Mpa,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。83.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。94.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最大拉应力（Mpa）最大变形量（mm）上模端头135.30.181下模端头63.10.128模具在X方向的两个导板上加载10吨载荷，Y方向一侧导板上加载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。10二、、模模具具母母体体结结构构强强度度分分析析及及优优化化方方法法优化化方方法法———拓扑扑优优化化依据据受受力力区区域域和和边边界界轮轮廓廓建建立立模模型型目标标：：根根据据模模具具工工作作状状态态的的受受力力，，对对主主要要受受力力区区的的支支撑撑部部分分结结构构进进行行结结构构拓拓扑扑优优化化，，然然后后依依据据优优化化结结果果进进行行加加强强筋筋的的改改进进设设计计。。11三、、强强度度分分析析和和优优化化的的工工程程验验证证验证证流流程程选择择验验证证模模具具模模型型仿真真计计算算实验验验验证证轮罩罩整整形形翻翻边边模模有限限元元分分析析现场场应应力力应应变变测测试试12三、、强强度度分分析析和和优优化化的的工工程程验验证证轮罩罩整整形形翻翻边边模模选取取原原则则：：基基本本尺尺寸寸与与SSDT整形形模模接接近近；；受受力力对对称称；；整整形形力力接接近近；；尺寸寸参参数数：：1700××1400××650mm；整形形力力：：600T；return13三、、强强度度分分析析和和优优化化的的工工程程验验证证仿真真计计算算return上模模应应力力图图下模模应应力力图图最大拉应力（Mpa）最大压应力（Mpa）上模122.8560.3下模51.218314三、、强强度度分分析析和和优优化化的的工工程程验验证证实验验测测量量———对55个不不同同位位置置点点进进行行测测量量47个点点的的应应力力测测试试值值与与仿仿真真计计算算一一致致，，可可以以用用于于指指导导模模具具设设计计；；误差差来来源源主主要要是是模模具具实实际际整整形形冲冲压压状状态态与与仿仿真真计计算算的的理理想想状状态态存存在在差差异异；；8个点点的的应应力力值值偏偏差差较较大大，，已已经经将将其其排排除除，，原原因因为为两两个个点点数数据据线线在在测测试试过过程程中中压压断断，，另另外外6个点点测测试试过过程程中中应应变变片片接接线线端端与与模模具具接接触触，，产产生生干干扰扰信信号号。。从整整体体来来看看测测试试的的应应力力分分布布规规律律与与仿仿真真计计算算应应力力分分布布规规律律一一致致，，从从而而可可以以判判断断仿仿真真计计算算方方法法是是有有效效的的。。15四、方方案比比较及及分析析改进方方案一一：在在原有有设计计布局局的基基础上上进行行改进进通过进进一步步增加加减轻轻孔数数量和和增大大尺寸寸达到到轻量量化的的目的的285×85235×160285×12016四、方方案比比较及及分析析改进方方案一一的强强度和和刚度度分析析上模应应力图图下模应应力图图下模Z向变形形量（（刚度度）最大拉应力（Mpa）最大压应力（Mpa）z向最大变形量（mm）上模100.4203.10.2下模60.1177.30.16417四、方方案比比较及及分析析加速度σ拉maxσ压maxz向最大变形量自重时8.469.650.0361g16.919.30.0722g25.428.90.11起吊分分析：：自重重、1g加速度度、2g加速度度下模拉拉应力力图下模压压应力力图下模Z向变形形图下模Y向变形形图18四、方方案比比较及及分析析改进方方案二二：加加强筋筋板结结构布布局调调整说明：：肋板板重新新布局局，端端头部部分、、整形形刀块块部分分和标标准件件均保保持原原貌，，对主主要三三大件件的加加强筋筋板进进行重重新设设计。。１）主主肋肋板形形状沿沿整形形刀块块上下下主要要传力力位置置布局局，厚厚度采采用30ｍｍ；；２）其其上上减轻轻孔，，按照照强度度分析析结果果，在在受力力较小小的部部位增增加了了和加加大减减轻孔孔。１.下模座座（整整体改改进图图）：：根据形状扩大减轻孔19四、方方案比比较及及分析析改进方方案二二：加加强筋筋板结结构布布局调调整下模座座局部部放大大图增加减轻孔，尺寸为：225×205减轻孔330×65改至：280×14020四、方方案比比较及及分析析改进方方案二二：加加强筋筋板结结构布布局调调整考虑到到氮气气弹簧簧和到到底块块的受受力情情况，，上模模座加加强肋肋板的的结构构布置置未修修改。。但增增加了了加强强肋板板上的的减轻轻孔。。另，，考虑虑到SSDT模具普普遍存存放在在室内内，故故在保保证模模具强强度的的基础础上对对上模模座底底板上上增加加减轻轻孔，，以减减少模模具重重量。。2.上模座座：增加减轻孔21四、方方案比比较及及分析析改进方方案二二：加加强筋筋板结结构布布局调调整3、压料料板：：更改到底垫块的位置（此处氮气弹簧已取消）肋厚由30更改为25壁厚由35更改为30１）内内部部肋板板布局局，按按照拓拓扑优优化结结果的的方案案布置置，并并考虑虑了与与氮气气弹簧簧和到到底块块的受受力关关系，，位置置重新新设计计布局局，内内肋厚厚度采采用25ｍｍ；；在受受力较较小的的部位位增加加的减减轻孔孔。２）外外轮轮廓肋肋板根根据分分析结结果，，在考考虑铸铸造工工艺性性，厚厚度减减至30ｍｍ．．22四、方方案比比较及及分析析改进后后的强强度和和刚度度分析析上模Z向变形形量（（刚度度）下模应应力图图上模应应力图图最大拉应力（Mpa）最大压应力（Mpa）z向最大变形量（mm）上模39.02119.20.1935下模58.48124.60.1964下模Z向变形形量（（刚度度）23四、方方案比比较及及分析析加速度σ拉maxσ压maxz向最大变形量自重时5.66.190.0161g11.412.60.0332g16.618.30.048起吊分分析下模拉拉应力力图下模压压应力力图下模Y向变形形图下模Z向变形形图24四、方方案比比较及及分析析方案比比较及及分析析上模下模总重量(kg)σ拉maxσ压maxZMAX变形量σ拉maxσ压maxZMAX变形量原始模型77．72171.30.17750.7145.90.15112292第一次改进100.4203.10.260.1177.30.16411552第二次改进39.02119.20.193558.48124.60.196411817.9通过分分析可可以看看出，，第二二套方方案受受力状状况最最好，，优中中稍有有不足足的地地方是是其在在Z方向的的变形形量比比前面面方案案稍大大，但但是能能够满满足工工程要要求，，所以以本课课题分分析结结果采采用第第二套套改进进方案案。25五、优优化改改进结结果对模具具母体体结构构中的的下模模座、、上模模座和和压料料板三三大铸铸铁材材料件件进行行了改改进设设计，，其他他如整整形刀刀块和和标准准件等等均按按照保保持原原样。。模具外外观上上的加加强筋筋、起起吊吊吊耳端端头部部分的的结结构形形式，，从工工作状状态和和运输输状态态的受受力分分析