汽车中马鞍形零件冲压工艺分析及模具设计.pdf

《汽车中马鞍形零件冲压工艺分析及模具设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车中马鞍形零件冲压工艺分析及模具设计.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、阡 模具工程 2 0 0 6 N o 1 0总6 7期 汽车中马鞍形零件冲压工艺分析 及模具设计 孑 L 玉民，王义文 河北省泊头市京泊汽车模具有限责任公司。河：t k,a 头。0 6 2 1 5 0 摘要：该零件属于轿车中央通道内的一个加强零件，其产品设计要求不允许有皱折和裂痕等 现象。针对该零件的形状特点，分别对弯曲、成形，拉延进行工艺分析，模拟对比。阐述成形拉延 的各 自优点 制定 出合理工艺方案及模具 结构，制造 出合格零件。关键词：塑性变形；应 力；应变；成形；拉延；模具设计。1零件形状特点 料厚：1 0 m m材料：H 2 2 0 Y D+2 F；长 2 7 5 m m、宽 1 2

2、 9 m m、高 1 9 1 m m。料装 力 向 I 图 1马鞍形零件 零件凸沿距凹底相差 6 6 m m，零件虽然看似简单，但是四周有焊接凸沿与中间凹槽高差比较大，形状似 马鞍。见图 1，该零件既可分为成型、弯曲类零件又可列 为拉延类零件。2 工艺分析 根据零件结构形状，首先分别按照弯曲、成型、拉 延工艺，进行分析和比较，得出优良的理论依据和设计 作者简介：孔玉民，男，1 9 6 2年生，工程师，自1 9 8 1 年开始从事冲 工艺和模具设计。参数，为保证设计出先进的工艺方案和先进的模具结 构提供重要的因素依据。2 1弯曲分析 采用弯曲形式进行工艺排定的情况是将大的 u 形弯出，再进行两侧

3、弯曲或者先弯曲两侧，再弯 u形 弯，经过整形达到产品要求。(图 1)A、B处，两种形式 都会出现在零件的弹性变形阶段，应力和应变均产生 剧烈变化，按塑性变形时应力应变关系分析，变形区应 力与应变特点：图 2 C A E模拟(1)A处零件内R处产生压缩最大变形，零件材 料受到径向拉应力。和切向压应力 仃，厚度方向受 到的垂直压应力：，此处径向伸长较大，切向压缩减 W W W mo u l d c n n e t 47 维普资讯 http:/ 小，零件会出现变薄或出现零件破裂等现象。(2)B处零件外 R处产生拉应力最大变形为零 件底部受径向拉应力 盯 切向压应力 盯，和厚度方向 压应力 仃 z 的

4、作用，径向伸长，切向压缩厚度增加，零 件此处出现零件材料折叠等现象。其理论分析结果与 C A E 模拟基本一致(图 2)，显 然以上条件不符合弯曲类零件的设计要求。2 2 成形分析 该零件如果按照成形工艺方法进行顺序排列，形 式可分两种情况：(1)模具可以按照(图 3)a 方向进行成形方式，模芯可以利用有气垫装置，凹模在下的原理方式。(2)模具可以按照(图 3)b 方向相反方向进行 成形方式，凹模在上的原理方式，上模型腔内采用弹性 压料装置。冲压方 向 冲压方 向 I I一 1 图 3成形分析 以上两个条件虽然能解决弯曲中出现的(图 1)A 处及 R处沿形状处产生压缩最大变形不再继续，但是 对

5、于B处及外 R处沿形状产生拉应力最大变形，超过 了变形极限，即起伏成形的变形程度，可利用延伸率计 算：=(L 1一 U L x l 0 0 式中：L 一变形后沿截面的材料长度 m m；L 一变形前材料原有长度 m m；一延伸率；按照一次起伏成形延伸率 ，不能超过材料拉伸率 6的7 0 7 5 既 (7 0 7 5 )6的数倍 因此会造成 B处严 重破裂，所 以采用成形工艺方法同样不成立。3 拉延分析 拉延也可以分两个冲压方向。见图3，a 和 b ：无 论是哪个冲压方向，图4，R处会出现材料折叠 和起皱等现象。原因是：图4成形分析 料板(1)图 4中，A处 1 2间的长度虽然小于 R 弧 的 展

6、开长度，可是并不一定保证最后不起皱，这是因为从 凸模开始接触毛坯到下死点的过程中，在每一瞬间位 置的压料面展开长度有长、有短，若短则凸模使毛坯产 生拉伸作用，若长则拉伸作用减小，甚至无拉伸作用导 致零件起皱。在弯曲分析中的应力与应变同样符合此 拉延中应力与应变规律。(2)由于是 u形压压料面形状，存在底部压料力 合适时，则两侧的压料力远远不够，(图4)中F =F x C O S 0。关系 既 F F 1，将导致零件料板随着凹模向下运动并向下滑移，零件在凹腔内产生材料起皱和折叠现象。(3)如果改变压料面的形状，其形状与凸模形状 相似图 5，尽最大限度将 A处 1-2间的长度与 R弧的 展开长度差

7、距缩小。虽然改变零件毛坯跟 随凹模 向下 运动 H间的失控状态和F F 1 的问题，但对于凹模型 腔内料板另一个方 向仍然处于失控状态。(4)我们再按照拉延方式进行 C A E 模拟。见 C A E 模拟图6，其结果同样中间起皱并折叠。维普资讯 http:/ 图5 改变压料面形状“。”。3n 2 _ 图 6 C A E模拟 图 以上理论分析论点和 C A E模拟表明，该零件单独 弯曲、成形、拉延工艺均不成立。4 工艺方案的确定 虽然零件在单独弯曲、成形、拉延工艺均不成立情 况下，再根据它们各自的变形区应力应变特性及金属 材料在模具中的流向特点进行工艺设计调整；(1)将对该零件的压料面进行调整设

8、计，改变零 件变形后的截面尺寸，提高零件延伸率。对毛坯材 料在运动过程中的滑移，起到外部控制作用。(2)对凹模型腔内起皱部分提前增加外力。使外 力对型腔 内毛坯材料在塑性变形 中的应力应变进行限 制，达到应力应变相对平衡，同时对模具内毛坯材料滑 移流向起到内部控制作用，使毛坯材料在模型腔内滑 移流向相对稳定。(3)综合以上特点对零件进行工艺数模设计补充(图 5)，特别对型腔内毛坯材料增加外力，并对其工 艺进行 C A E 模拟。阡 模具工程 2 0 0 6 N o 1 0总6 7 期 。2 3：2 1 辩糟 图 7 C A E 模拟结果(图7)C A E模拟结果表明，此工艺方法比较理 想和正确

9、，也充分证明了理论分析的可行性和合理I生，更加促进产品零件实现。由此对零件的冲压工艺排列 如下；预弯一拉延一修边一整型一修边冲孔。5模具结构设计 随着工艺方案确定，对模具结构设计要求更加明 确。特定的工艺需要特定的设备参数和模具结构才能 完成。(1)但由于模具使用单位，仅提供单动压力机设 备参数。因此模具结构只有选择反拉延模具结构形式。(2)对本零件工艺的特殊需求，需要有一个与主 压力方向相同，且具备往复运动、压力相对稳定的外力 来满足工艺要求。鉴于使用单位的压力机，并不具备多 重功能。为此需要在较小的模具结构中设计出足够满 足于工艺要求的外力机构。首先对外力进行计算：合理选择弹性体。综前所述

10、，以工艺分析中的理论为依据，此外力必 须大于零件材料在受拉应力、压应力状态下产生的弹 性变形、塑性变形。一般参照校平力进行估算：既 F=A p F 一校平力 A 一校平投影面积(m m )p _ _ 单位校平(M p a)该零件内形投影面积为：A=4 5 x 1 9 0=8 5 5 0 m m 查表知：校平和整型单位压力为 p=5 0 8 0Mp a F=8 5 5 0 x 8 0=68 4 0 0N 依据计算结果和模具结构的需要，在弹簧、聚氨脂 弹性体、气缸、氮气弹簧中，依照它们各自特点和模具 图 8 W W W m o u ld c n n e t 4 9 维普资讯 http:/ f 体积

11、结构的紧凑性及其压力相对稳定性。选择氮气弹簧。对模具进行结构设计(图8)1 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 I I l 2 图 8模具结构 1 导板上 2 凹模3 定位板 4 气顶杆 5 吊 钉螺栓 6 氮气弹簧 7 压料芯 8 _ I5艮 位垫 9 压边圈 1 0 安全螺栓 1 1 底限位垫 1 2 凸模 模具工作过程：模具在机床内安装完成后，随着设备的滑块开启，上模 2 凹模随之提升型腔内7 压料芯靠 6 氮气弹簧伸 出。下模上的9 压边圈在 4 气顶杆作用下顶起。即模具 打开。放人料板，模具 2 凹模开始进行闭合运动，当2 凹模与 9 压边圈接触的同时，7 压料芯与料板接触。模

12、具 2 凹模行程到一定位置时，7 压料芯和 1 2 凸模将料 板夹持直至模具 2 凹模闭合，模具再开启做功完成。缺点是零件成型后，在模具开启时零件受内、外力作用 易造成零件变形，设计注意零件强度及其模具再开启 时压边圈的顶出力和压料力的协调计算。6 结论 通过对零件工艺分析和模具结构设计，再经过加 工和生产及模具调试，使零件达到预期的产品设计效 果见产品(图 1 0)，为客户赢得了时间和市场。实践证 明工艺方案确定和模具结构设计的成功，为今后类似 零件：艺和模具提供了一个较好的思路和借鉴。图 1 0产品零件照片 参考文献【1】王孝培一 冲压手册【M】北京：机械工业出版社 1 9 9 8 【2】

13、田嘉生 冲模设计基础 MI L L 京：航空工业出版社 1 9 9 4 f 3 J 扬玉英 大型薄板成型技术 M】北京：国re r-&出版社 1 9 9 6 The S t a m pi ng Te c h no l og i c a l Ana l ys i s a nd De s i gn of t he Di e f or t he Sa ddl e Pa r t s i n Aut o m o bi l e s Ko ngy u mi n，wa n gy i we n O i n g B o A u t o mo b i l e Di e s Co ，L t d，B o t o u C

14、i t y，He b e i P r o v i n c e，0 6 2 1 5 0，Ch i n a)Ab s t r a c t：Th i s p a r t i s o n e o f t h e s t r e n g t h e n p a rts o f t h e c e n t r a l c h a n n e l,；i n c a r s Th e p r o d u c t s d e s i g n e d mu s t a v o i d c r i n k l e a n d c r a c k i n g Fo r t h e c h a r a c t e ri

15、s t i c s s h a pe o f t h i s p a r t，w e d o t h e s t a mp i ng t e c h no l o g i c a l a n a l ys i s a nd s i mu l a t i o n c o nt r a c t f o r e a c h b e n d i n g，f o r mi n g a n d d r a wi n g T h e a p p r o p ri a t e t e c h n o l o gic al p l a n a n d d i e s t r u c t u r e i s e

16、s t a b l i s h e d b y t h e me ri t s o f t h e f o r mi n g a n d d r a wi n g e x p o u n d e d，i n o r d e r t O p r o d u c t e l i gib l e p a r t s K e y wo r d s：p l a s t i c d i s t o rt i o n；s t r e s s；S t r a i n；f o r mi n g；d r a wi n g；d i e d e s i g n i n g|H 安庆市成为安徽省汽车零部件产业基地 近日，安徽省科技厅批准认定“安徽省汽车零部件(安庆)高新技术产业基地”为“安徽省高新技术产业基地”。同时，安庆帝伯格茨 活塞环有限公司、安庆百协精密锻造有限公司、安徽精科机器有限公司、安徽庆：龙机械股份公司4家企业被认定为该基地首批骨干企业。获认定后，该市将积极推进产学研合作，不断提升企业自主创新和市场开拓能力，进一步壮大产业规模。5 0 W W W m o u l d c n n e t 维普资讯 http:/