汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)研究

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1、汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)研究 摘要:從覆蓋件的基本信息出發(fā)，以UG的三維模型為主、CATIA的2D工法及ＡutoForm的分析為輔，完成了一副汽車覆蓋件模具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)試模、調(diào)模，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)是正確、合理的。以覆蓋件為對(duì)象的沖壓模具設(shè)計(jì)技術(shù)展開(kāi)研究，不僅有利于系統(tǒng)提高模具設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的能力和水平，而且對(duì)我國(guó)高端汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞:汽車覆蓋件；模具設(shè)計(jì)；工藝分析；工法設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1引言 對(duì)汽車工業(yè)及模具產(chǎn)業(yè)而言，覆蓋件的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它制件，汽車覆蓋件模具的占有率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它模具。汽車覆蓋件是指構(gòu)成汽車車身或駕駛室、覆蓋發(fā)

2、動(dòng)機(jī)和底盤(pán)的薄金屬板料制成的異形體表面和內(nèi)部制件[1~3]。汽車覆蓋件是一種典型的知識(shí)密集型制件，以覆蓋件為代表的沖壓件模具設(shè)計(jì)是影響汽車行業(yè)車型更新?lián)Q代的關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅影響汽車更新的周期和研發(fā)的成本，也間接促進(jìn)了新的沖壓技術(shù)和模具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。 2工藝分析 以某公司汽車覆蓋件的模具設(shè)計(jì)為例，制件如圖1所示，此制件是對(duì)稱件，材質(zhì)為鈑厚0.8mm的GMW3032M-ST-S-CR2-HD60G60G-U（通用公司材質(zhì)），要求生產(chǎn)批量：大量。該制件用到了切邊、起伏成形、翻邊、沖孔、整形、落料等工藝。本副模具根據(jù)工序組合程度分類為級(jí)進(jìn)模（也稱連續(xù)模），沖壓級(jí)進(jìn)模是在沿

3、條料的送料方向上，有超過(guò)兩個(gè)的工序站，即在合模壓力機(jī)一次行程中，在不同的工序站上依次完成兩道或兩道以上的沖壓工序的模具。沖裁級(jí)進(jìn)模相對(duì)于其他的沖壓模具，如單沖模、復(fù)合模等具有生產(chǎn)效率高，精度高的特點(diǎn)。另外，構(gòu)成級(jí)進(jìn)模的制件數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，凸模位置、凹?？孜坏任恢镁纫蟾遊4~6]。 2.1制件工藝的分析 根據(jù)客戶發(fā)來(lái)的技術(shù)文檔，該制件的基本公差等級(jí)為IT13級(jí)。沖裁工藝性：制件材料為GMW3032M-ST-S-CR2-HD60G60G-U，是通用公司的一種較軟冷軋鋼，有很好的塑性，而且鈑件是為0.8mm薄料，制件兩個(gè)孔為正面沖孔，直徑均為8.1mm，制件對(duì)孔的尺寸精

4、度要求不高，沖壓性能良好。成形工藝性：軟質(zhì)冷軋鋼塑性良好，適合拉伸，圖示制件成形形狀較為簡(jiǎn)單，在成形過(guò)程中，制件的毛坯通過(guò)兩塊上下按照工法要求凹凸有致的的鋼塊（成形塊）使金屬凸緣兩側(cè)流動(dòng)而形成，制件整形程度小，同時(shí)相對(duì)均勻，所以該制件的成形工藝性較好[4~6]。 2.2毛坯的確定 在對(duì)多工位級(jí)進(jìn)模預(yù)設(shè)計(jì)，根據(jù)客戶的data圖來(lái)計(jì)算，通過(guò)分析軟件繪制制件的制件圖。此制件形狀雖然簡(jiǎn)單，但需要進(jìn)過(guò)多次成形。毛坯尺寸是通過(guò)工法組運(yùn)用軟件計(jì)算得出，毛坯圖如圖2所示。 3工法設(shè)計(jì) 在本副模具中，排樣設(shè)計(jì)總的原則是先進(jìn)行成形、沖孔、翻邊、切邊、彎曲，最后落料。

5、同時(shí)需把模具的強(qiáng)度、剛度、結(jié)構(gòu)的合理性考慮到位。 3.1工法排樣設(shè)計(jì) 工法排樣的原則除了要有最大材料利用率外，還要注意的是有當(dāng)站沖壓件，需要滿足后工序的要求。該制件外形較為規(guī)則，輪廓簡(jiǎn)單，外輪廓精度要求不高，考慮到工序排樣要求，工法采用單排方案。在分析軟件確定成形工藝后，根據(jù)結(jié)果運(yùn)用CATIA制作毛坯面的成形展開(kāi)圖，在排樣圖的開(kāi)始端安排沖孔、切口、切廢料等分離工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排制件和載體分離。根據(jù)該制件的要求以及上述工藝特點(diǎn)的分析，設(shè)計(jì)多工位連續(xù)工序排樣方案，如圖4所示。 3.2工法細(xì)節(jié)分析 ①到④步可看成下料站。下料站主

6、要是進(jìn)行切邊（一般為毛坯外輪廓），為后面的成形做準(zhǔn)備。本套模具下料站中還加入了翻邊，這道工序是讓翻邊在頂料條的U槽中增加送料的穩(wěn)定性，從而增加精準(zhǔn)度，同時(shí)在切邊時(shí)為后工序考慮增加了兩處切邊。工序站力的計(jì)算，力的計(jì)算也是工法環(huán)節(jié)中重要的一節(jié)，它影響到合模壓力機(jī)的選用，一般總力的大小不能超過(guò)合模壓力機(jī)力的80%；同時(shí)還影響提供力源的標(biāo)準(zhǔn)件的選用，進(jìn)而影響模具的結(jié)構(gòu)。通過(guò)CAE分析能夠模擬出制件成形的受力、形變、變薄率等等情況。軟件分析可用來(lái)預(yù)測(cè)制件的生產(chǎn)狀況，本副模具運(yùn)用AutoForm分析，圖5為成形過(guò)程圖。汽車覆蓋件模具工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計(jì)的第一步是做好反彈模擬計(jì)算，如圖6所示。通過(guò)軟件分析可

7、知，工法分析滿足客戶要求，排樣也是符合客戶審查提出的要點(diǎn)。 4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試模 4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體裝配結(jié)構(gòu)如圖7所示，下模裝配圖如圖8所示。圖4工序排樣圖①?zèng)_孔和切邊②切邊③切邊和翻邊④切邊和翻邊⑤成形⑥切邊和沖孔⑦上翻⑧切邊⑨下翻⑩整形分離切斷廢料PITCH171⑩⑨⑧⑦⑥⑤④③②①設(shè)計(jì)的汽車覆蓋件模具是12工位的多工位級(jí)進(jìn)模，采用切口的形式，完成成形、沖孔、切邊、翻邊和落料；采用自動(dòng)送料，大批量生產(chǎn)時(shí)加上條料自動(dòng)送料裝。步距171mm，模具長(zhǎng)2,060mm，寬920mm。模具結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示，采用滑動(dòng)導(dǎo)套式模架；下料站以切邊鋼塊為主，固定于集合式承盤(pán)

8、，后續(xù)站的成形塊、切邊塊、整型塊也均固定于承盤(pán)，其原因?yàn)闂l料與模架距離較高，切邊鋼塊、成形鋼塊以及整形鋼塊為SKD11鋼，售價(jià)較貴，所以采用1050鋼的承盤(pán)來(lái)減輕成本。送料由氮?dú)飧醉斊痦斄蠗l，送料機(jī)進(jìn)行送料；頂料條和下料站承盤(pán)兩側(cè)安裝導(dǎo)向塊，對(duì)條料起導(dǎo)向作用。模具的送料高度為50mm，閉模高度為736.6mm。 4.2模具工作過(guò)程及試模 一副模具從虛擬的3D圖變成能生產(chǎn)制件的實(shí)物，要經(jīng)歷機(jī)加工、組立、合模、試模和調(diào)模，而試模就檢驗(yàn)?zāi)＞呤欠窈细竦闹匾襟E。本模具是包含沖裁和成形的多工位級(jí)進(jìn)模，模具工作過(guò)程：模具閉模時(shí)，條料送入后借助始用擋料裝置進(jìn)行首次定位，第①工位進(jìn)行切

9、邊和沖孔，第②工位同為切邊，第③、第④工位進(jìn)行切邊和翻邊，前4道工序的切邊都是為第⑤工位的成形做準(zhǔn)備，所以前4道工序被看做下料站。第⑥工位切邊和沖孔，第⑦工位進(jìn)行上翻邊，第⑧工位進(jìn)行切邊，第⑨工位進(jìn)行下翻邊，第⑩工位進(jìn)行整形，第工位切割分離，第工位落料。模具開(kāi)模時(shí)，上模向上運(yùn)動(dòng)，下模保持原位，壓料板在氮?dú)鈴椈傻淖饔孟拢椒€(wěn)回程。同時(shí)，壓料板將工件從上模鋼塊往下推出。壓料板上升浮動(dòng)至最大高度，導(dǎo)向限位將限制它下降；下模中，頂料條及其上機(jī)構(gòu)在氮?dú)鈴椈傻淖饔孟律仙土涎b置工作，將條料沿送料方向運(yùn)動(dòng)一個(gè)步距。開(kāi)模閉?？扛袘?yīng)器反饋，開(kāi)模閉模如此反復(fù)，條料以一次一個(gè)步距送料，這樣條料就能從毛坯到成品，完成工作。模具在第一次試模時(shí)，發(fā)現(xiàn)反彈導(dǎo)致形面回彈超出公差，進(jìn)行了調(diào)模后，使得模具生產(chǎn)符合要求。 5結(jié)束語(yǔ) 設(shè)計(jì)的覆蓋件模具為多工位沖壓級(jí)進(jìn)模，適用于高強(qiáng)度連續(xù)工作、大批量生產(chǎn)，這對(duì)模具的結(jié)構(gòu)要求很高，需要了解實(shí)際參數(shù)（客戶提供的信息），嚴(yán)格按照工法設(shè)計(jì)，解決涉及客戶、生產(chǎn)單位和生產(chǎn)人員的的相實(shí)際關(guān)問(wèn)題。