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1、精选优质文档-倾情为你奉上武汉理工大学硕士学位论文汽车覆盖件冲压成形工艺设计及软件的开发与应用姓名:王宁申请学位级别:硕士专业:材料加工工程指导教师:余世浩 第1章绪论1.1选题依据和意义当今世界各国都将汽车工业列入国民经济的支柱产业之一。随着市场经济的发展和全球经济二体化时代的到来,特别是加入WTO以后,我国的汽车工业,尤其是轿车工业面临剧烈的竞争和挑战,其竞争的核心是新技术、信息化。因此,必须以高新技术来提升传统产业。衡量一个国家汽车工业,特别是轿车工业发展水平的重要特征是新车型的自主开发与设计能力。随着市场竞争加剧,对汽车产品外形质量的要求愈来愈高,新车型上市的时间愈来愈短,成本愈来愈低
2、。其中汽车车身外覆盖件的生命周期最短,变换最频繁,这就对汽车覆盖件成形模具提出了更高的要求。目前,我国在汽车制造、航空航天、家电、轻工等涉及冲压模具的大量企业和生产厂家中,模具设计大多仍然靠手工或半手工方式(计算机绘图操作,设计凭经验。其设计思想、设计手段仍然停留在较落后的水平上,致使不少的关键性模具特别是轿车外覆盖件模具不得不花费大量外汇j依靠国外进行设计、分析和加工,这与我国汽车工业的发展极不相适应。模具工业的技术水平制约着汽车工业乃至整个机械加工业的发展【1。3】。我国模具行业目前存在的主要问题,除了体制上大而全、管理层次庞大、缺少市场应变能力外,从技术水平上主要表现为如下几点:(1传统
3、的手工设计方式现行覆盖件模具设计的分析计算与绘图大多由手工来完成。其结果:一是设计速度太慢、模具设计周期长,完全不能适应市场竞争的需要。虽然目前国内许多厂家花费巨大投资买了计算机工作站,也购置了许多CAD软件,其作法上只不过是将手工绘图改为计算机绘图,设计速度并没有多大的提高。其次,目前国内覆盖件模具设计所采用的二维绘图方式(包括计算机绘图,只用关键点和截面图很难描述出覆盖件复杂空间几何构型,从设计上就已经不能保证制件形状与原设计模型的一致,也无法保证模具设计的质量。此外,二维绘图的另一个缺点是:模具设计结果不能直接为数控机床采用。为了实现模具CAM,还必须将二维几何信息转换成三维几何信息,这
4、又产生一些不必要的误差。(2设计凭经验现行模具设计中,对于诸如拉延方向确定、压料面形状、拉伸筋的形状与尺寸、局部结构尺寸与形状等这些对冲压成形具有重大影响的结构形式,由于缺少定量设计准则,只能凭设计人员经验来定。由于覆盖件几何构型复杂,影响成形因素太多,对于成形后果难于预先预料,一切问题暴露在试冲过程中,再不断地反复进行模具结构修正和反复试冲,致使模具制造周期加长、制模成本加大。近十年来,我国大型模具制造厂家不断地从国外引进大型关键设备,如数控加工设备等,已具备较强的模具加工能力。但由于模具设计的技术水平低,设计手段落后,缺少对大型覆盖件模具的设计能力,轿车改型所需的大型覆盖件模具不得不从国外
5、引进。另外,像日本、美国、泰国等国家曾多次到我国模具厂家进行洽谈,都因达不到预期交货时间而未能达成协议,这也是我国模具行业不景气的主要原因即】o当今世界汽车工业和模具工业的日益加剧的市场竞争,主要表现在用户对产品需求日益多样化,对模具行业提出更高要求,其突出特点如下:(1大型冲压模具结构复杂,设计难度大,对冲压产品成形性、尺寸精度要求严格,其技术与知识含量越来越大。(2要求交货时间越来越短。(3模具制造成本要低。为了使模具行业能快速响应用户的要求,就必须做N-一是尽快掌握高新技术,尽快具备设计大型复杂模具的能力;二是尽快掌握先进设计手段,加快模具设计速度,提高模具设计质量,缩短模具调试和制造周
6、期,降低制模成本。与国外相比,我们恰恰在上述两个方面比人家落后,差距很大,这也是我国模具行业当前急需解决的关键性生产难题。面向21世纪的中国汽车工业和模具制造业,随着计算机技术和电子信息技术的飞速发展,将面临着根本性的挑战。基于CAD/C胱AM一体化的冲压模具先进制造技术,已成为汽车工业和模具工业发展的关键之一,这一点已被国际工业界同行所共识。冲压件模具CAD/CAE/CAM技术是当今国际上金属塑性加工、计算力学与数学、电子信息与计算机技术、新材料、汽车车身工程与机械制造等众多学科相互交叉,用于解决汽车车身模具关键问题的高新技术。其共同特点是它的基础性、前沿性、战略性和保密性,也就是说,不可能
7、随着购买和引进国外的软、硬件设备而全面获得的技术,即使投入巨资引进国外全套技术也难以形成真正的发展基础。发达国家都十分重视结合本国实际独立自主地开发自己的3C技术。目前我国汽车覆盖件和模具工业与国外的最大差距就在于此。中国汽车工业要想在未来瞬息万变、竞争激烈的国际市场中处于有利的地位,就必须具备车型的系统化开发能力与现代化设计手段,其中关键部分之一就是模具设计及其工艺设计与分析。目前,国外著名CAD软件PRO/E和UG,虽然已经分别完成了工艺补充和压料面设计模块Dieface和Die engineering,但是,这些模块都是基于手动,无法自动、完整的完成冲压方向的确定以及工艺补充的添加等操作
8、过程。要使我国汽车及模具工业在激烈竞争的国际市场上占有一席之地,独立研制和开发中国汽车工业自己的冲压成形性分析CAE软件和模具CAD/CAE/CAM一体化系统是十分必要的,它将为模具设计和成形工艺提供科学的依据,摆脱在关键技术上对国外的依赖,增强我国汽车及模具工业的生命力和竞争力。本文结合模具CAD/CAE/CAM一体化技术课题,以其中汽车覆盖件冲压成形工艺设计的两个关键性问题:冲压方向的确定、工艺补充部分的创建为主要研究内容,进行了从理论分析到程序设计的深入研究,该研究成果作为大型覆盖件模具智能CAD系统的重要组成部分,具有重要的理论与应用价值。1.2汽车覆盖件概述汽车覆盖件是指构成汽车车身
9、或驾驶室的表面零件,也包括覆盖发动机和底盘的某些表面零件。它包括外覆盖件和内覆盖件,外覆盖件是指人们能直接看到的汽车车身外部的裸露件,如车门外板、顶盖、前围外盖板、后围外盖板、侧围外板、长头载重车发动机罩等;内覆盖件是指车身内部的覆盖件,它们被覆盖上内饰件或被车身的其它零件所挡住而一般不能被直接看到,如车门内板、前围内盖板、后围内盖板、侧围内盖板、侧围内板、地板、仪表板、平头载重车发动机盖板等。由于汽车覆盖件大都是空间曲面结构、形状复杂,从而决定了在冲压成形中的变形复杂性,变形规律不易被掌握,出现的质量问题也比较多。因此在拉延件的设计、冲压工艺的设计、模具的设计中不能象轴对称零件那样可以较容易
10、的计算出主要工艺参数、模具参数等,在工程实践中还要大量应用经验类比和运用冲压变形趋向性分析来进行冲压工艺设计和模具设计。汽车覆盖件冲压成形之所以能成为冲压成形领域的一个重要组成部分,是因为汽车覆盖件不仅有多方面的很高的质量要求,而且具有其本身的结构形状特点及冲压成形特点惮J。1.2-1汽车覆盖件的质量要求一般来说,汽车覆盖件应满足以下要求【9J:(1尺寸精度。汽车覆盖件必须有很高的尺寸精度(包括轮廓尺寸、孔位尺寸、局部形状的各种尺寸等,以保证焊装或组装时的精准性、互换性,便于实现车身焊装的自动化和无人化,也保证车声外观形状的一致性和美观性。(2形状精度。特别是对外覆盖件,要求具有很高的形状精度
11、,必须与主模型相符合。否则将偏离车身总体设计,不能体现车身的造型风格。(3表面质量。外覆盖件(尤其是轿车表面不允许有波纹、皱纹、凹痕、擦伤、压痕等缺陷,棱线应清晰、平直,曲线应圆滑、过渡均匀。(4刚性好。覆盖件在成形过程中,材料应有足够的塑性变形,以保证零件具有足够的刚性,使汽车在行驶中受振动时,不能产生较大的噪声,以减轻驾驶员的疲劳,更不能因振动产生早期损坏。(5良好的工艺性。良好的工艺性是针对产品设计结构而言,即在一定的生产规模条件下,能够较容易的安排冲压工艺和冲压模具设计,能够最经济、最安全、最稳定地获得高质量产品。1.2.2汽车覆盖件的结构特点从结构形状及尺寸上看,汽车覆盖件的主要特点
12、有:(1总体尺寸大。如驾驶室顶盖的毛坯尺寸可达2800ramX2500ram:(2相对厚度小。板料的厚度一般为0.8mm-1.2mm,相对厚度(板厚与毛坯最大长度之比最小值可达0.0003;(3形状复杂。不能用简单的几何方程式来描述其空间曲面;(4轮廓内部带有局部形状。而这些内部形状的成形往往对整个冲压件的成形有很大的影响,甚至是决定性的影响。1-2.3汽车覆盖件的成形特点汽车覆盖件的要求和结构特点决定了其冲压成形特点。主要有:(1一次拉延成形对于轴对称零件或盒形零件,若拉延系数小于一次拉延的极限拉延系数时,则不能一次拉延成形,需要采用多次拉延成形方法,而且可以计算出每次拉延的拉延系数等工艺参
13、数及中间毛坯尺寸等。但对于汽车覆盖件来说,由于其结构复杂,变形复杂,其规律难以定量把握,以目前的技术水平还不能进行多次拉延工艺参数的确定。而且多次拉延易形成冲击线、弯曲痕迹线也会影响油漆后的表面质量,这对覆盖件是不允许的。因此,汽车覆盖件的成形都是采用一次拉延成形的方法。(2拉胀复合成形汽车覆盖件的成形过程中的毛坯变形不是简单的拉延变形,而是拉延和胀形变形同时存在的符合变形。一般来说,除内凹形轮廓(如L形轮廓对应的压料面外,压料面上的毛坯的变形为拉延变形,而轮廓内部毛坯的变形为胀形变形。(3局部成形轮廓内部有局部形状的零件冲压成形时,压料面上的毛坯受到压边圈的压力随着凸模的下行而首先产生变形并
14、向凹模内流动,当凸模下行到一定深度时,局部形状开始成形,并在成形过程的最终时刻全部贴膜。所以,局部形状外部的毛坯难以向该部位流动,该部位的成形主要靠毛坯在双向拉应力下的变薄来实现面积的增大。即这种内部局部成形为胀形成形。(4变形路径变化汽车覆盖件冲压成形时,内部的毛坯不是同时贴膜,而是随着冲压过程的进行而逐步贴膜。这种逐步贴膜过程,使毛坯保持塑性变形所需的成形力不断变化,毛坯各部位板面内的主应力方向与大小、板平面内两主应力之比等受力情况不断变化,毛坯(特别是内部毛坯产生变形的主应力方向与大小、扳平面内两主应变之比等变形情况也随之不断的变化。即:毛坯在整个冲压过程中的变形路径不是一成不变的,而是
15、变路径的。1.2.4汽车覆盖件冲压工艺设计的意义覆盖件的生产是依靠覆盖件模具来完成的,要生产出符合设计要求的覆盖件,首先需要设计制造的是覆盖件模具。由于覆盖件的特殊性,覆盖件模具设计的依据并不是最终的覆盖件零件模型,而是以零件模型为基础并通过冲压工艺设计所得到的工艺模型。在覆盖件模具设计制造过程中,冲压工艺设计贯穿于始终,为冲压模具设计和制造提供依据,是模具设计与制造的中心环节。冲压工艺设计的质量和速度直接影响冲压生产的质量和效率,因而冲压工艺设计是模具设计的基础,是覆盖件生产的基础,它不仅决定了冲压生产的工艺过程,而且直接决定了模具结构的复杂程度。由于覆盖件冲压成形过程受到零件形状、材料和设
16、备等众多因素的影响,从而使覆盖件冲压工艺设计十分复杂,是覆盖件模具设计中的重点和难点。典型覆盖件的冲压工艺过程为:(落料一拉延一修边一翻边一检验。由于覆盖件几何形状十分复杂,使用传统的方法进行设计时,难以准确估计冲压成形过程中板料的成形性,也就难以评价模具设计的正确性,使得冲压生产中经常出现破裂、起皱和形状失真等严重的质量问题,而这些问题只能在模具加工完成后进行试模或冲压生产中才能暴露出来。这就给模具调试带来极大困难,甚至造成整个模具的报废,导致覆盖件模具生产周期长、成本高和质量低。究其原因主要集中在冲压工艺设计阶段的失误,尤其是拉延工序工艺设计的不合理上。这也是现阶段覆盖件冲压.工艺设计所存
17、在的主要问题之一,如何在覆盖件工艺设计的初期及早发现问题,避免不合理的冲压工艺设计所带来的整个生产周期的报废,这一直是国内外广大学者的研究热点,也是实际生产中急需解决的重要难题。目前随着CAD技术的发展和薄板冲压成形数值模拟技术的日益成熟,应用CAD技术对冲压成形工艺进行设计、模拟和分析,能够及早发现问题,提高模具设计质量、减少模具生产周期、降低生产成本。本文亦是将CAD技术在冲压工艺设计中的应用作为研究方向,这不仅是跟随国内外的研究热点,而且对解决覆盖件的生产制造中的实际问题具有重要的意义。1.3国内外汽车覆盖件模具CAD技术及其发展情况CAD技术发展到今天,已经历了40多个春秋。随着计算机
18、性能的突飞猛进,CAD技术在制造业得到了广泛应用,极大地推动了制造业的发展【lo】。早在20世纪60年代初期,国外一些汽车制造公司就开始了覆盖件模具CAD的研究。这一研究始于汽车车身的设计,在此基础上复杂曲面的设计方法得到了发展,各大汽车公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统,并将其应用于模具设计与制造。计算机软、硬件技术的突飞猛进,为模具CAD/CAM开发应用向更高层次的发展创造了条件。覆盖件模具CAD/CAM的研究在世界各大公司均取得了成效。其中日本丰田汽车公司于1980年开始采用模具CAD/CAM系统,该系统包括NTDSE和CADETT 两个设计软件和加工凸、凹模的TINCA软件【11
19、1,可以完成汽车外形设计、车身结构设计、主模型与冲模加工、夹具加工等。该系统投入使用后,可使覆盖件成形模的设计与加工时间减少50%。美国通用汽车公司、福特汽车公司和英国PSF公司均已成功建立车身覆盖件拉延成形模CAD/CAM系统,特别是福特汽车公司在覆盖件塑性成形模拟方面取得了很大成就,应用大应变弹塑性有限元方法,模拟覆盖件的成形过程,预测其中的应力、应变分布、失稳破裂及回弹的计算等。法国雷诺汽车公司应用Euclid系统作为CAD/CAM的主导软件,目前已有95%的设计工作量用该软件完成,而且还利用二次开发功能开发出了许多适合汽车工业需要的模块。虽然CAD技术在汽车工业中应用非常广泛,但是目前
20、,覆盖件冲压工艺设计在某种程度上还是依赖于设计人员的经验,即使是在汽车制造业发达的国家也是如此。对于利用CAD技术进行工艺方案的优化、冲压成形工序件的设计和毛坯形状的确定等经验性较强的问题,世界著名的汽车制造公司也未得到很好的解决。美国PTC公司曾基于Pro/E为日本丰田公司开发了专门用于设计拉延件形状的软件Pro/Dieface,实践证明其功能十分有限,对于形状复杂的覆盖件,无法得到满意的设计结剽忆】。近年来,美国UGS公司开发了Die/Engineer模块,专门用来完成汽车覆盖件的工序件设计,使得设计效率大大提高,但对于复杂形状的零件,许多关键地方都需要用户自己凭经验设计,借助UG的曲线、
21、曲面功能手工完成。在国内,很多高校也在进行将CAD技术应用于覆盖件工艺设计的研究,所做的主要工作集中在利用UG软件的二次开发功能,将相应的理论研究成果转化为相应的软件功能模块实现冲压工艺设计的一部分功能。如:华中科技大学、清华大学、上海交通大学采用参数化、变量化的方法,尝试在3D图形软件平台上实现工艺补充面的辅助设计;湖南大学利用UG开发了汽车冲模标准件库【13】;华中科技大学开发了基于三维几何模型的UG级进模CAD/CAM软件NX.PDW和UG压铸模BOM 提取系纠14】,并对基于UG的汽车覆盖件模具CAD/CAE/CAM技术进行了系统的研究;中国工程物理研究院计算机应用研究所开发了CAD数
22、据管理接口【b】;合肥工业大学开发了UG运动分析通用程序【16】;上海交大开发了覆盖件冲模智能设计系统:清华大学开发了汽车覆盖件拉延毛坯尺寸估算系统【181等等。可以看出,利用UG二次开发功能开发的内容涉及很多方面,应用也很广泛。其中关于覆盖件冲压工艺研究亦有不少,在某种程度上提高了冲压工艺设计的效率,但设计过程仍然无法摆脱对设计人员的经验的依赖【12】,没有从根本上解决利用CAD 技术实现覆盖件冲压工艺设计的问题。覆盖件冲压工艺设计从目前的进展来看,还存在着很多的问题,在可以预见的未来,汽车覆盖件冲压工艺设计会在以下几个方面取得长足进步【lI】:(1工艺设计关键部分进行集成设计。拉延方向的确
23、定、工艺补充面和压料面设计、拉延筋的布置是覆盖件工艺设计的关键部分,因其复杂性,设计人员在设计过程中采用单独设计的方式对其分别进行了具体研究,实现一定程度的交互设计或优化设计,目前这些部分的研究仍有待继续深入进行。同时覆盖件工艺设计是一个整体性、系统性的研究目标,要加强它们之间及与其它部分的关联和集成,提高工艺设计的整体水平。(2冲压工艺设计过程中集成CAE功能。冲压工艺的设计结果是基于经验、知识对零件模型信息的处理与加工,这个结果需要进行验证,如果进行实际生产验证费时费力,将成形模拟技术和优化设计方法引入覆盖件冲压工艺设计中,通过设计评价一再设计的迭代过程来实现最优设计,是覆盖件冲压工艺设计
24、发展的重要方向,也是实现集成化设计和使其摆脱个人经验束缚的有效途径之一。目前,数值模拟技术已广泛应用于覆盖件成形性检验和工艺件设计结果检验中,可以说CAE已成为覆盖件工艺设计的检验工具和工程人员修改工艺设计的有力依据,在某些部分还成为优化设计的依据和基础。但CAE 在工艺设计中的潜能仍未全部挖掘出来,仍需依赖设计、分析人员的经验来完成,阻碍了智能化的进程。挖掘覆盖件成形数值模拟结果中的工艺知识,用CAE的结果来指导工艺设计,进而实现工艺的自适应设计将是今后的又一研究方向。(3引入新方法新思路解决工艺设计难题。覆盖件工艺设计应根据产品形状结构、工艺性、模具制造的合理性、均衡性及成本最低化原理,来
25、建立优化决策机制,制定产品的工艺路线、任务分配及详细工艺设计。这本身是一项复杂且经验性极强的工作,不少研究者应用不同的方法对不同工艺设计问题进行了不同的研究,并取得了一些成果,同时也还有不少问题没有得到根本的解决。引入新方法新思路是一个可行的途径,如引入KBE技术、人工神经网络(j6凼N、并行工程、CIMS思想等新的方法组成新的设计体系来从根本上解决问题。1.4汽车覆盖件模具CAD技术中存在的主要问题目前国外汽车冲压模具CAD/CAM技术的发展已经进入实质性的应用阶段,不仅全面提高了模具设计的质量,而且大大缩短了模具的生产周期。20世纪90年代以来,我国在覆盖件模具CAD技术的应用方面取得了显
26、著的进步,但依然存在着一些问题。主要表现在以下几个方面【13。19】:(1设计效率低。由于我国CAD技术起步较晚,既懂专业又懂CAD/CAM应用软件技术的人员十分缺乏,因而自我开发能力差,自主开发的CAD软件质量不高,设计效率低。(2标准化程度低。由于各行业、各企业都有自己的标准,模具生产厂家之间 第3章汽车覆盖件拉延方向的确定与优化汽车覆盖件的拉延成形一般是以拉深变形性质和胀形变形性质的复合形式来实现的,多数情况下,拉深变形为主要变形形式。冲压方向的确定是制定覆盖件冲压工艺时首先遇到的问题,它不但决定能否冲压出满意的覆盖件来,而且影响到工艺补充部分的多少和压料面的形状。有些形状复杂的覆盖件会
27、由于冲压方向确定不当而冲压不出满意的零件,此时就需要修改冲压模以及后续工序的模具,影响生产的进行,所以必须合理确定冲压方向。301选择拉延方向的原则在长期的生产实践中,对确定制件在拉延时的最佳位置,已经总结出一些准则,积累了一定的经验。确定冲压方向就是确定制件在模具中的坐标位置,影响冲压件的因素很多,合理的选择拉延方向应综合考虑以下原则:覆盖件本身具有对称面的,其拉延方向是以垂直于对称面的轴进行旋转来确定的;不对称的覆盖件是绕汽车位置相互垂直的两个坐标面进行旋转来确定拉延方向的。前者平行于对称面的坐标线是不改变的,后者的拉延方向确定后其投影关系改变较大。经过确定拉延方向后,其坐标相互关系完全不
28、改变的拉延方向称为处于汽车位置,其坐标关系有改变的拉延方向称为处于非汽车位置。此外,确定拉延方向必须考虑以下几方面的问题【22】:(1凸模能完全进入凹模为保证将拉延件的全部空间形状一次拉延成形,不应有凸模接触不到的死角或死区,这是拉延方向选择的首要因素。这类问题主要在局部形状成凹形或有反拉延的某些覆盖件成形时容易出现,此时覆盖件本身的凹形和反拉延的要求决定了拉延方向。图3.1所示为覆盖件的凹形决定了拉延方向的示意图,图3.1(a所示的拉延方向表明凸模不能进入凹模拉延,图3.1(b所示为同一覆盖件经旋转一定角度后所确定的拉延方向使凸模能够进入凹模拉延。图32所示为覆盖件的反拉延决定了拉延方向的示
29、意图。但有时满足上述要求时,还会出现其他问题,如凸模开始拉延时与材料接触面积小,或过多地增加了工艺补充部分而使材料的消耗增加。这时应从整个形状的拉延条件考虑,可先将覆盖件凹形或反拉延部分给予恰当的改变,在拉延以后的适当工序中再整回来,使之符合覆盖件形状和主模型的要求。(a(b图3.1凹型决定拉延方向示意图(a凸模不能进入凹模(b旋转一角度后凸模能进入凹模禽口平砸琥水平磁图3.2反拉延决定拉延方向的示意图(2凸模与拉延毛坯有良好的初始接触状态开始拉延时凸模与拉延毛坯的接触面积要大,接触面应尽量靠近冲模中心。图3.3所示为凸模开始拉延时与拉延毛坯的接触状态示意图。图3.3(a所示上图由于接触面积小
30、,接触面与水平面夹角Q大,接触部位容易产生应力集中而开裂。所以凸模顶部最好是平的,并成水平面。可以通过改变拉延方向或压料面形状等方法增大接触面积。图3.3(b所示上图由于开始接触部位偏离冲模中心,在拉延过程中毛坯两侧的材料不能均匀拉入凹模,且由于毛坯可能经凸模顶部窜动使凸模顶部磨损快并影响覆盖件表面质量。图3.3(c所示上图由于开始接触的点既集中又少,在拉延过程中毛坯可能经凸模顶部窜动而影响覆盖件表面质量。同样可以通过改变拉延方向或压料面形状等方法增大接触面积。图3.3(d由于形状上有90。的侧壁要求决定了拉延方向不能改变,只有使压料面形状为倾斜面,使两个地方同时接触。还应指出,拉延凹模里的凸
31、包形状必须低于压料面形状,否则在压边圈还未压住压料面时凸模会先与凹模里的凸包接触,毛坯因处于自由状态而引起弯曲变形,致使拉延件的内部形成皱纹甚至材料重叠。不好好色。公忒名.公心蕊乏,匀、卜￥始鼎始热(a(b(c.图3.3凸模开始拉延时与拉延毛坯的接触状态示意图(d(3压料面各部位进料阻力要均匀压料面各部位的进料阻力不一样,在拉延过程中毛坯有可能经凸模顶部窜动影响表面质量,严重的会产生拉裂和起皱。如图3-4所示为微型双排座汽车立柱的上段,若将拉延方向旋转60,使压料面两端一样高,则进料阻力均匀,凸模开始拉延时与拉延毛坯的接触部位接近中心,拉延成形好。要使压料面各部位的进料阻力均匀,除了通过设计合
32、理的压料面形状和拉延筋等措施外,拉延深度要均匀是主要条件。此外,还要使凸模对应两侧的材料的拉入角尽量相等。图3_4微型双排座汽车立柱的上段的拉延方向(4其他原则除了保证上述三原则外,在确定拉延方向时还应该考虑后续修边、冲孔等工序对拉延方向的要求;注意表面缺陷的防止和改善;防止产生侧壁挠曲;使工艺补充材料尽量少,提高材料利用率等。3.2拉延方向优化数学模型的建立数学模型是实际课题、数学知识和计算机之间的桥梁和接口,是解决实际问题的一种基本工具。将实际问题抽象成一个数学模型,运用数学工具进行求解,并将结果应用于实际问题中,是解决问题的一种基本的途径.目前,国内企业在覆盖件模具设计过程中,拉延方向主
33、要根据经验确定,对于形状复杂的覆盖件模具,这种落后的方法很难获得理想的冲压方向,同时也影响了模具设计质量。因此,需要我们寻求一种通过建立数学模型的方法,利用数学表达式恰当地描述这些经验原则,使其能够成为计算机编程语言可以处理数学模型。冲压方向优化模型的建立就是把前面提到的确定冲压方向的几个主要原则抽象成数学模型,也就是若干个目标函数,根据这些目标函数,来求得最佳的冲压方向。拉延方向优化的数学模型的建立主要包括两部分内容:一是建立求拉延方向是否可行的数学模型,利用计算机根据此模型可以求出拉延方向的可行域;二是建立优化拉延方向的数学模型,这样计算机可以从拉延方向可行域中选择出最佳的拉延方向。但是这
34、其中就存在一个问题,众所周知,覆盖件多为空间自由曲面,因此求覆盖件的冲压方向也就成了一个三维空间问题,直接对三维空间问题进行计算,计算过程非常繁杂,有时甚至是不可能的。所以要建立合适的模型,首先要对覆盖件的模型进行简化,这里,可以将复杂的三维空间问题转化为二维问题进行求解,然后再将二维问题的分析结果综合起来得到三维问题的结果。将三维问题转化为二维问题来分析不失一般性,可以假定Z轴为冲压方向,在覆盖件上沿X轴和Y轴分别截取间距为L的两组垂直于X轴和Y轴的截面线,然后分别对两组截面线进行分析,得到冲压方向与X轴和Y轴的夹角,也就确定了冲压方向。在建立冲压方向优化模型时,目标函数可以表示为以冲压方向和X(或Y轴的夹角Q为变量的函数,对于每一个Q值可确定唯一一组目标函数的值。3.2.1覆盖件的预处理在确定冲压方向前,通常要作一些预处理。首先,在确定拉伸件的冲压方向时,不能把翻边考虑在内,但是翻边又是后续工艺设计步骤要考虑的,这时可以先把翻边“隐藏”起来,在UG NX下可以把翻边先blank起来;其次,翻边和覆盖件本体连接处的圆角也先不考虑,否则会得出覆盖件不可拉伸的结果;再次,覆盖件中间如 专心-专注-专业