顶盖工艺建模及CAE分析(共46页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计说明书题 目: 顶盖工艺建模及CAE分析 学院(直属系): 材料科学与工程学院 年级、 专业: 材料成型及控制工程 姓 名: 张 亮 学 号: 2232 指 导 教 师: 查五生 完 成 时 间: 2012年6月1日 目 录摘 要本设计为顶盖工艺建模及CAE分析。在设计中，对此工件主要进行了拉深工艺分析，其外形、尺寸、材料等均符合冲压模具的工艺要求。通过拉深工艺分析，并在CAD/CAE软件中进行工艺补充，构建工艺补充面。然后对该数模进行拉深定义，选择了模具类型及结构，冲压中心，坯料尺寸，在DYNAFORM软件中模拟拉深过程,了解可能出现的质量问题-起皱和开裂，

2、并寻求解决方法。最后用计算机绘制了工件的二维图和三维图并编写了设计说明书。关键词：工艺设计；构建工艺补充面；顶盖；CAE分析AbstractThe design in this paper is copings craftwork modeling and CAE analysis. In the design, the process of the drawing craftwork is analyzed. Its shape, size precision, material and so on accord with the pressing process requirements.

3、 Through analyzing the craftwork of drawing, supplement of craftwork is processed in CAD/CAE software. Then, defining the drawing of the model, choosing mould type and structure, pressing center, blank size, the drawing process is simulated in DYNAFORM software. Then the general three-dimensional dr

4、awings and detail drawings of coping are drawn by CATIA and auto-CAD, the specification of press process and die has been finished.Key words: craftwork design; addendum design; coping; CAE analysis前 言目前国内众多的汽车生产厂家。对汽车覆盖件(顶盖板等零件) 的生产模具，甚至是产品，大部分是从国外直接引进由此耗费了大量的资金和外汇，且直接影响到汽车的销售价格。众所周知，汽车冲压件中顶盖是最大的冲压件

5、，顶盖质量的好坏直接影响整车的外观和质量。同时影响着前风挡玻璃、前后车门、前后门柱、后围等几个较大的冲压件的装配质量1。因此，顶盖是一个在工艺设计、模具设计以及制造等方面都具有较大难度和较高要求的冲压件。如何利用自有的技术，设计并生产出不仅要性能可靠，结构先进合理，而且对外观、质量也有很高要求的覆盖件模具产品，一直是国内模具技术人员急需解决的课题。随着非线性理论、板料成形有限元理论的完善和计算机技术的迅速发展,薄板冲压成形的计算机仿真技术日渐成熟,使零件在批量生产前,对其成形过程进行模拟成为了可能,并在制定工艺和模具设计中发挥越来越大的作用。冲压成形有限元模拟技术已经成为覆盖件冲压工艺设计的重

6、要辅助手段。冷冲模的设计CAD/CAM与CAE分析的结合正在改变传统工艺试制模具的方式，通过对板料变形全过程的数值模拟,判断模具设计和工艺方案的合理性,每次仿真模拟就相当于一次试模过程。这种技术的结合能够大大降低设计的成本，改变传统的浪费时间成本的“设计试制发现问题再设计再试制再发现问题”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。 当今世界汽车行业普遍认为，汽车车身冲压成形技术是汽车制造技术的重要组成部分，每次汽车车身的更新换代都需要开发相应专用模具和增加必要的生产线。因此在冲压生产中，如何提高冲压生产效率、降低生产成本，正确选取和采用新设备

7、、新材料、新工艺等是冲压技术中的主要课题。 众所周知，车身的金属件几乎全部为冲压件，而且汽车车身的更新换代速度快。这就决定了冲压成形技术在汽车产品的开发中不仅影响制造周期，还直接影响成本和产品品质。汽车车身冲压成形技术的关键是冲压工艺与模具技术。冲压工艺的合理与否决定了模具调试的难易程度；模具设计决定了模具制造的难易程度及制造管理过程，因而直接影响模具制造成本和周期。汽车工业是国民经济的支柱产业，也是一个国家综合实力的象征2。其中汽车冲压模具设计制造是一个关键。它代表了一个企业开发和制造能力。车身覆盖件模具的开发对车身开发的影响最大，其工作量要占车身开发工作量的近70%。模具开发的时间一般为8

8、-12个月，也是影响车身开发周期的最大因素。模具开发的费用也是一个大项。近年的国际形势表明，没有自主的研发能力，企业就不可能在激烈的市场竞争中生存下去。因此，必须提高自身的研发能力，以提高产品质量、降低生产成本，缩短开发周期，提高企业的市场竞争力。尽管国内外已通过长期的实践积累了大量的经验，形成了较系统的设计制造规则和方法，但新技术的出现仍可能为冲压工艺和模具技术的重大变革带来机遇。特别指出的是，以CAD/CAE/CAM为特征的计算机技术在冲压成形中的应用不仅能引起传统工艺流程在周期、成本和品质方面的变化，而且使一些以前难以实现的工艺设想可能成为现实。1计算机模拟冲压成形理论用于板料成形数值模

9、拟的有限元方法分为弹(粘)塑性有限元法和刚(粘)塑性有限元法:粘塑性有限元法主要应用于热加工,而刚塑性有限元法在板料成形中应用有限3。目前,弹塑性有限元法在板料成形数值模拟中应用较广。用弹塑性有限元法分析板料成形问题,不仅能计算工件的变形和应力、应变分布,而且还能计算工件的回弹和残余应力、残余应变等。板料成形过程中由于板料与模具具有相对滑动、粘着和脱落,所以必须控制增量步长的大小,从而尽量反映真实情况。1.1弹塑性有限元的基本理论在塑性变形过程中,如果弹性变形不能忽略并对成形过程有较大的影响时,则为弹塑性变形问题,板料成形就属于典型的弹塑性变形问题。在弹塑性变形中,变形体内质点的位移和转动较小

10、,应变与位移基本成线性关系时,可认为是小变形弹塑性问题;而当质点的位移或转动较大,应变与位移为非线性关系时,则属于大变形弹塑性问题;相应地有小变形弹塑性有限元或大变形(有限变形)弹塑性有限元。1.1.1小变形弹塑性有限元法金属塑性加工是不可逆的,因为变形功的一部分转变成热能。材料的性质与应力和变形的历史有关,由加载的历程决定的。因此,在原则上是不能用应力应变分量的全量形式来描述弹塑性变形的本构关系,而应该采用微分形式和增量理论来描述。小变形弹塑性有限元法以小变形理论为基础,忽略微元体的局部变形并认为位移与应变成线性关系,只适合分析金属塑性成形的初期4。1.1.2大变形弹性有限元法变形体在外载荷

11、作用下,经变形后达到平衡,因此用现时位形的欧拉应力表述平衡方程是很自然的。1.2板料成形数值模拟中的几个关键问题1.2.1材料模型根据实际的塑性变形情况,选用相应合理的有限元方法是至关重要的,这不仅影响模拟结果的精确度,也影响模拟的效率。对于涉及大位移的金属成形,采用大变形弹塑性有限元法的模拟精度和效率均高于刚粘塑性有限元法。对于小位移的金属成形,我们可以采用刚粘塑性(或刚塑性)材料模型,其模拟精度与大变形弹塑性模型基本相当,而模拟效率高于大变形弹塑性有限元法5。一般而言,采用弹塑性模型可以模拟金属各类成形方式,可以得到整个变形体内的应力、应变分布的实际情况,考察模具的受力、变形情况。而刚粘塑

12、性(实际上也包括刚塑性)模型得到的应力、应变分布不全面,对刚性区的处理方式不够科学。1.2.2单元模型金属板料的板厚与产品的曲面曲率相比往往很小。若采用实体单元,则为了获得合理的结果,单元各边的长度应与板料为同一量级,单元总数很大。而采用壳体单元则板面内的单元可以不受板厚的限制,从而可减少单元数量。板和壳都是用来描述薄结构,只是板的中面是平面,而壳的中面可以是任意的曲面。在板料成形过程模拟,为了改善计算精度,通常采用壳理论进行公式化,可将板看作壳的一种特殊情况。1.2.3等效拉延筋模型在板料拉深过程中,拉深件的质量在很大程度上受到材料流动控制的影响,为防止拉深件出现起皱缩颈等缺陷,常在模具上设

13、置拉延筋来控制材料流动。板料成形数值模拟中精确模拟拉延筋的影响还是比较困难的,主要是因为拉延筋尺寸较小,形状复杂,要精确考虑板料与拉延筋的接触,则必须将拉延筋模型划分成非常细小的单元网格,这会增大很多计算工作量,因此这种做法是不现实的汇创。目前通常的做法是采用等效拉延筋模型,将拉延筋复杂的几何形状抽象为一条能承受一定约束力的附着在模具表面的一条拉延筋线,然后将拉延筋线离散成一系列的点,或将其离散成线单元,并将阻力按等效原则分配到相应单元的各个节点上,然后把等效力加到有限元整体刚度方程中进行求解。1.2.4回弹模型回弹是板料冲压成形过程中不可避免的现象,它的存在影响了零件成形的精度,增加了试模、

14、修模以及成形后校形的工作量,故在生产实际中迫切需要对此采取行之有效的措施。考虑到在回弹过程中,模具己经离开工件,故实际上已不是接触问题,若再采用静力平衡迭代方法,将不会出现收敛困难,也没有稳定性条件的限制,计算时间可大大缩短,因此大部分学者建议采用静力隐式有限元算法,避免了采用动力显式积分算法6,因为动力显式计算中的最终稳定静止状态是由系统最低频率的振动所决定的,而且显式算法中对时间步长t的限制,会使回弹分析所需计算步数大大超过成形分析所需计算步数。隐式方法计算回弹的模型有两种:无模法和有模法。无模法:在成形结束时,去除模具代之以接触反力,进行迭代计算,直到接触力为零,适用于零件与冲压成形模具

15、脱离过程接触边界条件的非线性较弱,或者没有明显的脱离过程的情况。有模法:在成形结束时,让模具反向运动,直到凸模完全与板料脱离为止。适用于在卸载过程中,零件与冲压成形模具脱离过程存在明显的非线性接触边界条件的情况。1.2.5边界条件根据模具与变形工件的作用情况,工件的外表面可以分为自由表面和接触表面两大部分3。所谓自由表面即没有与模具接触的工件表面,该表面既没有外力作用,又没有位移速度的约束,实质上自由面是p=0的应力边界,即该表面属于应力边界表面s;,只不过这种零应力条件对工件的变形没有任何作用,同时在泛函外力功率计算项中,其值为零,因此可以不予考虑。1.2.6摩擦力模型工件变形是在与模具接触

16、面上受到的摩擦力,对金属材料流动模型、工件几何尺寸及内部缺陷、模具受力状态和总载荷、总能量都有很大的影响作用。同时,塑性加工中的摩擦是在高压、高温条件下发生的,并且伴随着工件的塑性变形,因此其机制十分复杂,影响因素多,如接触面上的润滑条件、模具表面状态、变形温度以及材料化学成分、性能等。1.2.7常用材料性能参数对成形的影响l)屈服强度u:薄板材料首先表现出的可测的永久塑性变形时的工程应力3,7。屈服强度决定了薄板材料成形时开始产生塑性变形时所需的载荷,吼大,所需的成形力也就大,它对薄板材料的成形性能影响较小。2)抗拉强度b:薄板材料在单向拉伸试验中承受的拉力达到最大值时,对应的工程应变为抗拉

17、强度。抗拉强度b的大小决定了薄板成形中所能施加的最大载荷。b愈大,冲压成形时零件危险断面的承载能力愈高,其变形程度愈大。在材料与成形性能有关的其他性能大致相同时, b大的材料,其综合成形性能好。3)均匀伸长率:单向拉伸试验中,薄板成形在拉力作用下由均匀变形发展为集中性变形,其转折点的变形量为均匀伸长率。均匀伸长率的大小反映了薄板变形开始发生颈缩时的变形量。因此,均匀伸长率愈大,薄板变形时发生颈缩变形越迟,综合成形性能越好。4)应变强化指数n:材料的应力一应变本构关系,可用幂次式近似表示为:。=AE”,其中幂指数被称为应变强化指数。n值在数量上还等于(或近似等于)单向拉伸时材料刚要出现颈缩时的实

18、际应变。在成形以拉伸为主的零件时,n值小的材料,零件的厚度分布不均,表面粗糙,易于产生裂纹,n值大的材料,零件的厚度分布均匀,表面质量较好,不易产生裂纹。因此,n值愈大,薄板的冲压成形性能愈好。在成形以压缩为主的零件时,n值大的材料其应变强化能力强,使危险断面的承载能力得以强化,有利于改善薄板的成形性能。5)厚向异性指数r:薄板制件的宽向实际应变与厚向实际应变之比。r值是金属薄板冲压成形中的极重要参数,与n值一起可以作为评价薄板成形性能好坏的不可忽视的指标。r值的大小反映了薄板成形时厚向变形发展的难易程度。r值愈大,材料愈不易在厚向发生变形,即愈不易变薄或增厚;r值愈小,材料厚向变形愈容易,即

19、愈易变薄或增厚。1.3 Dynaform特点及其应用的一般步骤1.3.1冲压CAE软件的主要发展目前冲压CAE软件发展迅速，主流软件有AUTOFORM和DYNAFORM，CAE软件一定程度上消弱了经验在模具开发中所起的作用，但是也存在某些不足之处。今后冲压CAE软件的主要发展方向如下2,5：(1)提高分析准确性 为了继续提高分析的准确性，需要发展与应用新的本构方程、破坏准则和摩擦模型，特别是对于某些新材料的本构模型，为此还需要大量的实验数据。此外，必须提高回弹与残余应力计算的准确性。(2)提高分析能力 随着仿真技术在模具设计中的应用不断增加，需要进行分析的成形情况也越来越复杂，对仿真技术的能力

20、也提出了越来越高的要求。今后的数值仿真不仅可以分析刚性模条件下的成形，而且可以分析模具本身的变形，这样可以提高在接触区的起皱预测水平。(3)提高优化能力 当前的成形模拟还主要用来作为虚拟实验来代替实际的模具调试过程，不能用来作为优化工具。借助数学上利用敏感度分析实现多参数优化的方法，可以对板材成形进行优化分析，得到最佳的板材形状，压边力，拉深筋位置等成形参数有限元模拟与CAD环境的双向嵌入是一个必然的趋势。1.3.2 Dynaform软件简介 eta/DYNAFORM5.7是由美国工程技术联合公司（ENGINEERING TECHNOLOGY ASSOCIATES,INC.）开发的一个基于LS

21、-DYNA的板料成形模拟软件包8。作为一款专业的CAE软件，eta/DYNAFORM综合了LS-DYNA971强大的板料成形分析功能以及自身强大的流线型前后处理功能。它主要应用于板料成形工业中模具的设计和开发，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间和试模周期。eta/DYNAFORM不但具有良好的易用性，而且包括了大量的智能化工具，可方便地求解各类板料成形问题。同时，eta/DYNAFORM也最大限度地发挥了传统CAE技术的作用，减少了产品开发的成本和周期。在板料成形过程中，一般来说模具开发周期的瓶颈往往是对模具设计的周期很难把握。然而，eta/DYNAFORM恰恰解决了这个问题，它能够

22、对整个模具开发过程进行模拟，因此业就大大减少了模具的调试时间，降低了生产高质量覆盖件和其它冲压件的成本，并且能够有效地模拟板料成形过程中四个主要工艺过程，包括：压边、拉延、回弹和多工步成形。这些模拟让工程师能够在设计周期的早期阶段对产品设计的可行性进行分析。eta/DYNAFORM具有良好的工具表面数据特征，因此可以比较好地预测覆盖件冲压成形过程中板料的破裂、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助。DYNAFORM主要模块有面向实际工艺过程的自动设置模块（AUTOSETUP）、回弹补偿模块（SCP）、模具系统分析模块（DSA）、拉延筋模块、更加强大的模

23、面工程模块（DFE）、增强的坯料工程模块（BSE）、弯管模块等，支持Windows和Unix系统2。1.3.3应用Dynaform模拟板料成形的流程(l)读入零件几何模型并对其进行网格划分由于dynaform只适合对比较简单的零件进行造型,所以一般用三维CAD软件(如Pro胆、UG)进行零件造型,零件保存成dynaform可以识别的格式(IGES,STL或DXF等)后到如Dynaform,将其进行单元网格划分,利用dynaform提供的功能将板料展开,对配料划分网格,并根据拟定或初定的成形方案,生成工艺补充面,建立对应的凸模和凹模的型面模型,以及压边圈等模具零件的面模型,并进行网格划分。(2)

24、定义毛坯和成形工具以及其属性。在dynaform中定义毛坯时,材料属性可以用18、24、36、37、39号材料模式来模拟,18号材料是幂指数塑性各向同性材料模型,24号材料时分段线形材料模型,目前使用较多的时36号或37号材料来进行冲压成形分析,36号材料为各向异材料,平面应力状态、屈服应力为指数硬化方式;37号材料是厚向异性弹塑性材料模型,而39号材料是带FLD(成形极限图)的厚向异性弹塑性材料模型,如果毛坯是对称的话,还需要设置边界条件。对工具来说,dynaform都是采用刚体材料和壳单元来进行仿真,输入实际的模具密度、弹性模量和泊松比,并选择则压力机的类型(单动或者双动)(3)调整毛坯与

25、各个工具的相对位置调整毛坯与各个工具的相对位置,并设置运动工具的冲压速度,压边力,通过动画观察工具之间的相对运动,保证冲压动作的正确性。(4)求解器计算在生成求解器输入文件前,还应设置求解器参数,如自适应网格划分、输出控制参数等。然后由板料成形数值模拟软件生成求解器的输入文件,提交给求解器进行计算。(5)后置处理将求解结果读入Dynaform后处理器(eta/PostGL)中,以云图、等值线和动画等形式显示数值模拟结果。2汽车覆盖件概述2.1 覆盖件简介覆盖件主要指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室及构成车身的一些零件，如轿车的挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、行李箱盖、骨架等9,10。

26、覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性零件，又是封闭薄壳的受力零件。覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。 覆盖件表面一般都具有装饰性，除考虑好用、好修、好造外，要求美观大方。2.2覆盖件结构特征车身覆盖件多数是空间复杂曲面结构、形状复杂，从而决定其冲压成形过程中的变形复杂性，不易分析与掌握冲压变形规律，而且出现的成形质量问题也较多。覆盖件有较高的连接要求、结构尺寸较大、表面质量要求高、刚性好等特点11。图2-1是几个典型的汽车覆盖件简图。冲结构形状及尺寸上看，这类零件的主要特点有： 右侧围B柱外板 左后侧围外板 背门外板 背门内板 顶盖外板 驾驶室顶盖纵梁支架图

27、2-1几种典型的汽车覆盖件简图 零件总体尺寸大。如某车身顶盖板冲压所需坯料尺寸大2800mm2500mm； 相对厚度小。车身覆盖件冲压用钢板厚度范围通常在0.8mm1.4mm，相对板料在长度和宽度两个方向的尺寸就很小了。 形状复杂。车身覆盖件形状一般是许多形状复杂的空间曲面构成，具有复杂的表面结构，难以用简单的几何方程去描述。 轮廓带有局部形状2.3 覆盖件成形分类汽车覆盖件的冲压成形分类以零件上易破裂或起皱部位材料的主要变形方式为依据,并根据成形零件的外形特征、变形量大小、变形特点以及对材料性能的不同要求,可将汽车覆盖件冲压成形分为五类:深拉深成形类、胀形拉深成形类、浅拉深成形类、弯曲成形类

28、和翻边成形类10,11。2.4 覆盖件的主要成形缺陷及防止措施由于覆盖件形状复杂，多为非轴对称、非回转体的复杂曲面形状零件，因而决定了拉深时的变形不均匀，所以拉深时的起皱和开裂是主要成形障碍。起皱及防皱措施 原因：覆盖件的拉深过程中，当板料与凸模刚开始接触，板面内就会产生压应力，随着拉深的进行，当压应力超过允许值时，板料就会失稳起皱。 防皱措施： 解决的办法是增加工艺补充材料或设置拉深筋。开裂及防裂措施 原因：是由于局部拉应力过大造成的，由于局部拉应力过大导致局部大的胀形变形而开裂。位置:开裂主要发生在圆角部位，开裂部位的厚度变薄很大如凸模与坯料的接触面积过小、拉深阻力过大等都有可能导致材料局

29、部胀形变形过大而开裂 。防裂措施：为了防止开裂，应从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设计多方面采取相应的措施。覆盖件的成形障碍的防止措施 覆盖件的结构上，可采取的措施有：各圆角半径最好大一些、曲面形状在拉深方向的实际深度应浅一些、各处深度均匀一些、形状尽量简单且变化尽量平缓一些等。拉深工艺方面，可采取的主要措施有：拉深方向尽量使凸模与坯料的接触面积大、合理的压料面形状和压边力使压料面各部位阻力均匀适度、降低拉延深度、开工艺孔和工艺切口等 （如图2-2所示）。模具设计上，可采取设计合理的拉深筋、采用较大的模具圆角、使凸模与凹模间隙合理等措施。图2-2工艺孔和工艺切口从汽车覆盖件冲压工艺设计依据到设

30、计原则的分析，确定了正确的汽车覆盖件冲压工艺的方案，汽车整车外形是由许多轮廓尺寸较大且具有空间曲面形状的覆盖件焊接而成的。因此，此类覆盖件与一般薄板冲压件相比，具有材料相对厚度小，形状复杂，尺寸精度和表面质量都有较高要求。即覆盖件表面平滑，棱线清晰，空间曲面形状合理，不允许有皱纹，划伤，拉毛等表面缺陷。而整车表面质量的好坏取决于覆盖件的冲压。这就决定了覆盖件拉深工艺的编制到冲压模的设计，必须全面仔细地考虑，才能有效地避免覆盖件的起皱、开裂、拉毛回弹现象。3覆盖件冲压成形工艺设计 覆盖件的冲压工艺包括拉深、修边、翻边等多道工序，确定冲压方向应从拉深工序开始，然后制定以后各工序的冲压方向10。应尽

31、量将各工序的冲压方向设计成一致。3.1覆盖件拉深工艺设计的依据。（1）选用合理经济的覆盖件的材料 汽车覆盖件的拉深工艺是以金属的塑性性能为基础的冲压加工方法，因此，一般选用屈服点s和屈服强度比s/b较低，而伸长率、厚向异性指数n 较高的薄板材料。目前汽车覆盖件常用的材料有0.51.5mm的08F或08AL冷轧钢板，这些材料基本上能满足拉深的表面质量要求。（2）为了保证覆盖件几何形状的一致性，不影响表面 质量，应尽可能在一道拉深工序中完成覆盖件全部空间曲面形状（包括筋条、鼓包等）（3）覆盖件的拉深深度在符号产品尺寸的条件下尽可能平缓均匀，让各处的变形程度趋于一致。（4）覆盖件的主要结构面上如果有

32、急剧的凸凹槽和较深的鼓包等局部形状。在制定拉深工艺时，可以加大过渡区域或过渡圆角、工艺切口等方法，改善材料的流动和补充条件。（5）适当地设置拉深筋、拉深槛和合适的压料面，达到完好的效果。（6）覆盖件上的孔一般应在零件拉深成形后冲3.2拉深工序的工艺处理3.2.1、拉深方向的选择(1)拉深冲压方向对拉深成形的影响凸模能否进入凹模、对破裂和起皱的影响等。(2)拉深方向选择的原则保证能将拉深件的所有空间形状（包括棱线、肋条、和鼓包等）一次拉深出来，不应有凸模接触不到的死角或死区。 如图a，若选择冲压方向A，则凸模不能全部进入凹模,造成零件右下部的a区成为“死区”,不能成形出所要求的形状。选择冲压方向

33、B后,则可以使凸模全部进人凹模,成形出零件的全部形状。 图b)是按拉深件底部的反成形部分最有利干成形面确定的拉深方向,若改变拉深方向则不能保证90角。图3-1拉深方向确定实例有利于降低拉深件的深度。 拉深深度太深,会增加拉深成形的难度,容易产生破裂、起皱等质量问题；拉深深度太浅,则会使材料在成形过程中得不到较大的塑性变形，覆盖件刚度得不到加强。 尽量使拉深深度差最小。 以减小材料流动和变形分布的不均匀性（如图3-2)。图3-2拉深深度与拉深方向保证凸模开始拉深时与拉深毛坯有良好的接触状态。 开始拉深时凸模与拉深毛坯的接触面积要大，接触面应尽量靠近冲模中心（如图3-3）。图3-3 凸模开始拉深时

34、与拉深毛坯的接触状态示意图3.3.2、压料面的设计 正确确定压料面的形状： 压料面是覆盖件工艺补充面的一个组成部分，即位于凹模圆角半径以外的那一部分毛坯9。拉深前，压料圈将要拉深的毛坯压紧在凹模压料面上，不形成皱纹或折痕，在拉深过程中，压料面逐步进入凹模型腔内。同时，尽可能降低拉深深度，保证进入凹模里的材料不皱不裂，获得合格的拉深件。因此，确定压料面要做到如下几点： 压料面尽可能为平面、圆柱面、圆锥面或曲率很小的双曲面等可展面，当毛坯被压紧时，不应该产生皱纹或扭曲现象，以便材料向凹模内顺利流动。 压料面与拉深凸模的形状应保持一定的几何关系。保证在拉深过程毛坯始终处于拉胀状态，拉入凹模内的材料不

35、会“多料”，也就不会产生皱纹。为此，必须满足如下关系：LL1，式中L凸模形状展开长度L1凹模口以内压撩面展开长度凸模夹角压料面夹角明确压料面展开长度与图模展开长度的关系 凸模夹角与压料面夹角的关系 同时，为了使压料可靠，压料面与拉深方向之间的夹角一定是600=900最理想的状态。 压料面是工艺补充部分组成的一个重要部分，即凹模圆角半径以外的部分。压料面的形状不但要保证压料面上的材料不皱，而且应尽量造成凸模下的材料能下凹以降低拉深深度，更重要的是要保证拉入凹模里的材料不皱不裂。因此，压料面形状应由平面、圆柱面、双曲面等可展面组成，如图3-4示。 确定压料面形状必须考虑以下几点： （1）降低拉深深

36、度 图3-5示是降低拉深深度的示意图。 （2）凸模对毛坯一定要有拉伸作用 只有使毛坯各部分在拉深过程中处于拉伸状态，并能均匀地紧贴凸模，才能避免起皱，如图3-6 平面；2-圆柱面；3-圆锥面；4-直曲面图3-4料面形状1- 压边圈；2-凹模；3-凸模图3-5 压料面与冲压方向的关系图3-6毛坯成拉伸状态3.3工艺补充部分的设计3.3.1合理增加工艺补充面工艺补充面的作用在于改善拉深覆盖件拉深时的工艺条件，使材料各处变形均匀，也是拉深后修边和翻边工序的需要。因工艺补充面在拉深后被修掉，所以尽量少用工艺补充面，为了节约材料。同时，尺寸满足的情况下，尽量采用浅拉深，让制件容易成形。工艺补充面就可以改

37、善了拉深条件。拉深件无直壁部分，在拉深过程中斜壁部分容易起皱形成波纹。如在拉深件工艺补充面上直壁段，在拉深此段时增大改善拉深条件可增大进料阻力，使毛坯紧贴凸模成形，这样减少或消除斜壁的起皱。为了实现覆盖件的拉深，需要将覆盖件的孔、开口、压料面等结构根拉深工序的要求进行工艺处理，这样的处理称为工艺补充。如图3-7的工艺补充。 工艺处理的内容包括：确定压料面形状、工艺补充、翻边的展开、冲工艺孔和工艺切口等内容，是针对拉深工艺的要求对覆盖件进行的工艺处理措施。3.3.2工艺补充设计的原则：（1）内孔封闭补充原则（为防止开裂采用与冲孔或工艺切口除外）；（2）简化拉深件结构形状原则（如图3-8）（3）对

38、后工序有利原则（如对修边、翻边定位可靠，模具结构简单）图3-7工艺补充示意图 a) b) c) a)简化轮廓形状；b)增加局部侧壁高度；c)简化压料面形状图3-8简化拉深件结构形状3.4、拉深筋设置拉深筋在汽车覆盖件的拉深成形中占有非常重要的地位。在很多情况下，拉深筋的设置是否合理甚至决定着冲压成形的成败。因此，拉深筋的设计是汽车覆盖件拉深件设计的一项主要内容。由于拉深毛坯实际受到的力与拉深筋的参数有着很大的关系：拉深筋高度越高，拉深筋的圆弧半径越小，筋与压料面间的过渡圆角半径越小，都会使得毛坯受到的径向拉应力增加。所以说，拉深筋的设计要考虑选择哪种类型的拉深筋、如何布置拉深筋、以及拉深筋的各

39、参数的大小如何确定等问题。1）拉深筋在覆盖件拉深成形中的作用在拉深件的成形过程中，毛坯受的力一部分来源于冲压设备传递给凸模的作用力，一部分来源于压料面的作用力，其中压料面作用力占有较大的比例。而压料面的作用力的大小主要是由拉深筋的参数决定的。因此，在汽车覆盖件的成形中，拉深筋起着举足重轻的作用：（1）增大进料阻力。压料面上的毛坯在通过拉深筋时要经过数次弯曲和反弯曲，使毛坯向凹模内流动的阻力大大增加，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

40、。通过改变压料面上不同部位拉深筋的参数，可以改变不同部位的进料阻力的分布，从而控制压料面上各部位材料向凹模内流动的速度和进料量，满足毛坯塑性变形和塑性流动的要求，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）可以在较大范围内调节进料阻力的大小。（4）降低对压料面的要求。减少压料面积，减少毛坯材料的消耗。（5）降低对压边力的要求。（6）拉深筋外侧已经起皱的板料通过拉深筋时可以得到一定程度矫平。2）拉深筋的种类根据实际应用中的情况，拉深筋可以分为镶入式拉深筋和整体切削式拉深筋（此形式优先使用）两类。每类从筋数量上又可以分为单筋和重筋两种。根据断面形状，拉深筋又可分为

41、圆筋（包括半圆筋、劣半圆筋和优半圆筋）、矩形筋、三角筋和拉深槛等。单筋中，一般情况下，圆筋产生的阻力最小，拉深槛产生的阻力较大，常用于允许有较大进料量的冲压成形工艺或冲压成形部位。而矩形筋、三角筋产生的阻力更大，一般用于不允许进料或只允许少量进料冲压件的成形部位。重筋包括双筋和三重筋，本身形式多为圆筋。在相同几何参数的前提下，重筋产生的阻力要大于单筋，三重筋要大于双筋。因此重筋多用于需要拉深筋阻力较大的成形工艺或冲压件中不允许进料或少量进料的部位。但有的情况下，虽然冲压件的某些部位允许有较大的进料量，但为了保证毛坯进入凹模时的平整，也可以设置高度较小的重筋。由于拉深筋比拉深槛在采用的数量、形式

42、及调节阻力等方面都更灵活方便，因此应用比较广泛。在拉深成形中使用最多的是圆形筋和矩形筋。图3-9中给出了三种筋的断面形状和各部分尺寸标注： 图3-9常用拉深筋种类3）拉深筋的设计（1）拉深筋形式的确定 在设置拉深筋时，选择单筋还是双筋除了考虑筋产生的阻力之外，还要从表3.1中的几个因素出发来考虑。如果都为单筋，影响拉深筋阻力的各种影响因素中则以筋形式、筋参数最大。不同形式的拉深筋产生的阻力不同，在筋参数相同的情况下，拉深筋阻力的次序依次是：双筋、矩形筋、拉深槛、圆筋。所以，要根据不同的拉深情况选择不同形式的拉深筋。表3.1单筋和重筋的特点名称单筋重筋 结 构简单，便于修改拉深筋参数复杂，加工难

43、度大，修正困难 宽 度较小，模具尺寸小较大，模具、毛坯尺寸大 使用寿命较短较长 精度要求对压料面精度要求高对压料面精度要求低冲压件质量冲压件表面质量不如重筋可获得较高的表面质量（2）拉深筋几何参数的确定 当拉深筋的形式定下来后，在冲压生产中筋阻力的进一步调整则需要以调整筋参数为主。筋参数中对筋阻力影响较大的是筋圆角半径和筋高。筋越高，筋阻力越大；筋圆角半径越小，筋阻力越大。对于圆角半径较小的筋，易出现板料在筋内的卡死自锁现象。此外，改变筋的圆角半径比改变压边力引起的筋约束力的变化要灵敏的多。由于拉深筋的重要作用和对它们进行修改操作的方便性决定了模具设计和调试过程中，调整拉深筋的几何参数成为获得

44、满意冲压件经常采用的手段，具体的调整方法见表3.2。表3.2 拉深筋调整方法调整目的调整手段拉深筋提供足够的拉深阻力增大筋高，减小拉深筋和筋槽的半径冲压件具有较高的成形和表面质量增大筋高，增大拉深筋和筋槽的半径提高拉深筋寿命避免拉深筋和筋槽半径过小，同时增大筋高有利于拉深筋的加工和调整着重考虑拉深筋的高度4）拉深筋的布置拉深筋的数量以及位置主要由覆盖件的外形和拉深深度来确定。首先，布置拉深筋时一定要保证拉深筋的方向与拉深毛坯的流动方向垂直。为了便于材料定位，一般将拉深筋设置在上压料面上，拉深筋槽设置在下压料面上。拉深筋的设置，遵循在曲率小的区域设置较大阻力拉深筋，曲率大的区域设置较小阻力的拉深

45、筋或不设拉深筋的原则。目的不同，拉深筋的布置也不同，其具体的布置原则见表3.3。除了要考虑目的，拉深筋位置的确定还要根据拉深件的形状特点、拉深深度、材料的流动情况以及凹模口的形状等因素来确定。表3.4列出了拉深件的不同轮廓形状所对应的拉深筋的布置方法。表3.3 拉深筋布置的主要原则作用和要求布置原则增加进料阻力，提高材料变形程度放整圈或间断的1条拉深槛或1到3条拉深筋增加径向拉应力，降低切向压应力，防止毛坯起皱在容易起皱的部位设置局部的短筋；圆角和直边都有筋时，筋高可不同 调整进料阻力和进料量1.拉深深度大的直线部位，放1-3条拉深筋2.拉深深度大的圆弧部位，不放拉深筋3.拉深深度相差较大时，

46、在深的部位不设拉深筋，浅的部位设拉深筋另外，当布置非封闭的双重或多重拉深筋时，拉深筋的末端尺寸关系一般是里面的筋比外面的筋长40mm。表3.4根据拉深件轮廓形状进行拉深筋布置的方法轮廓形状要求布置方法大外凸圆弧补偿变形阻力不足设置深长筋大内凹圆弧1.补偿变形阻力不足，2.控制拉深时相邻的外凸圆弧部分的材料向此部分流动的量，避免起皱。设置1条长筋和2条短筋小外凸圆弧塑性流动阻力大，应让材料有可能向直线区进行一定的分流1.不设拉深筋2.相邻筋的位置与凸圆弧保持80到120的夹角小内凹圆弧将两相邻侧面挤过来的多余材料延展开，保证压料面下的毛坯处于良好状态1.沿凹模口不设拉深筋2.在离凹模口较远的设置两段短筋直 线补偿变形阻力不足根据直线长短设置1-3条拉深筋，（长者多设，并呈塔形分布，短者少设）4顶盖工艺设计顶盖是典型的汽车覆盖件之一，一般都带有装饰性，要求美观大方，例如带有连贯性装饰棱线，装饰筋条，装饰凹坑，加强筋等。表面不允许有皱纹、凹痕、擦伤以