帶輪的沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)【三維UG工件圖】
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由 料 厚 約DZZa8FZZ的優(yōu)質(zhì)碳素鋼板沖壓而成& 它安裝于轎車前部左右側(cè)面!成為車前部側(cè)面的保護(hù)面!同時(shí)也使側(cè)面形成流線型!增強(qiáng)美感并減少空氣阻力!但其尺寸要保證前輪轉(zhuǎn)動(dòng)及跳動(dòng)時(shí)的最大極限空間&常用的翼子板材料是深沖級(jí)冷軋低碳及超低碳鋼板及鋼帶!屈服強(qiáng)度!FCEPb/%抗拉強(qiáng)度!cFVEPb/aUVEPb/& 零件形狀通常是復(fù)雜的空間自由曲面!圖8是某轎車的前翼子板的外觀圖!具有如下特點(diǎn)(拉深深度深)可達(dá)8VEZZaFCEZZ#外形復(fù)雜又不對(duì)稱!一般是不可展空間曲面#$有外凸或內(nèi)凹的底! 或大臺(tái)階形底#%如把前翼子板劃分為若干近似規(guī)則曲面!則它是由若干收稿日期!FEEVYE8Y8d作者簡介!劉瓊!女!助教!從事模具?NeH3eH3P研究文章編號(hào)!8VFYE8F8FEEV#EFYEEFYEC汽車前翼子板拉深成形模擬中兩種工藝方案比較劉瓊$ 黎文峰福建工程學(xué)院 機(jī)電及自動(dòng)化工程系!福建 福州UBEE8C#摘要!為了給汽車前翼子板拉深成形工藝和模具設(shè)計(jì)提供依據(jù)!對(duì)兩種典型的拉深成形工藝方案作了對(duì)比和分析$ 首先分析了前翼子板的特點(diǎn)并建立了其拉深模具的工作部分零件模型%然后在fK/M;Z軟件中!利用有限元模擬方法!分別對(duì)設(shè)置和未設(shè)置拉延筋時(shí)的可能存在的材料流動(dòng)和拉深缺陷進(jìn)行模擬$ 對(duì)成形件的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)測!并通過調(diào)整拉深筋的布置!壓邊力以及坯料的形狀等!預(yù)估了主要的拉深工藝參數(shù)$ 該模擬結(jié)果可以用于指導(dǎo)前翼子板拉深生產(chǎn)$關(guān)鍵詞!機(jī)械制造%拉深%前翼子板%數(shù)值模擬中圖分類號(hào)!:UdUgF文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼!圖8汽車前翼子板模型!萬方數(shù)據(jù)!#$%&(小曲面片拼接而成!且多數(shù)曲面片之間是光滑連接!在曲面的邊界上!可能會(huì)存在一定數(shù)量的奇點(diǎn)!奇點(diǎn)的存在一般會(huì)對(duì)采用計(jì)算幾何方法進(jìn)行曲面構(gòu)造時(shí)帶來困難! 也容易在采用三維軟件系統(tǒng)造型時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)缺失#!前翼子板的拉深成形模擬!#工作部分零件的建模本研究中由于凹模圓角半徑是工藝補(bǔ)充面的一部分!所以取凹模圓角半徑為!# 設(shè)計(jì)的翼子板凸模$凹模$壓邊圈如圖$所示#!$設(shè)定初始條件前翼子板材料為寶鋼%&!冷軋鋼板! 厚度為()#!表!為其性能參數(shù)#模具及其板料均采用四節(jié)點(diǎn)*+,-%./0123%4-%*3&殼單元5!6!摩擦系數(shù)取(!初始?jí)哼吜?()8!9:#%模擬過程及結(jié)果分析本文的模擬結(jié)果主要是從拉深筋$壓邊力大小$坯料形狀三個(gè)方面來進(jìn)行分析#%&#第一種方案無拉深筋$有壓邊圈$計(jì)算毛坯$計(jì)算壓邊力首先在沒有拉深筋的情況下進(jìn)行了初次模擬!這樣既可以非常直觀地了解整個(gè)板料在模具各個(gè)部位的流動(dòng)情況! 又可以大致預(yù)測一下成形難度 %圖7&#由圖可見!在缺陷$的地方工藝補(bǔ)充面直邊部分的進(jìn)料速度很快! 而左邊直邊部分即缺陷7的進(jìn)料速度較慢!這是因?yàn)樽筮呏边吿幚钌疃缺容^淺而在各個(gè)角部!也可以看到進(jìn)料速度較慢!板料余裕較大#結(jié)合左側(cè)的成形極限圖!可以發(fā)現(xiàn)拉深件成形過程結(jié)果主要分布在7個(gè)缺陷所示區(qū)域# 并且周邊起皺嚴(yán)重!拉深件內(nèi)部的成形度非常不好#%&#&#壓邊力的調(diào)整壓邊力的確定實(shí)際上與起皺和拉裂的預(yù)測緊密相關(guān)#壓邊力太小!工件會(huì)起皺!若壓邊力太大!工件就有被拉裂的危險(xiǎn)# 在缺陷!的地方出現(xiàn)了大量的起皺區(qū)域! 可適當(dāng)加大壓邊力# 根據(jù)計(jì)算壓邊力值7()8!9:!做了三種壓邊力調(diào)整#其模擬結(jié)果見圖;$9所示#從以上模擬成形極限圖可見! 三種壓邊力設(shè)置下都出現(xiàn)破裂!但考慮到破裂區(qū)域?yàn)楣に囇a(bǔ)充面!可后續(xù)切除!不影響零件本體!故而重點(diǎn)考慮起皺缺陷的影響當(dāng)壓邊力為;(8!9:時(shí)!出現(xiàn)大面積成形不充分區(qū)域!角部起皺嚴(yán)重!有些地方出現(xiàn)材料堆積#當(dāng)壓邊力為;(?4屈服強(qiáng)度%=?4泊松比#密度!=%0(#27&各向異性指數(shù)$硬化指數(shù)%$(98!7(7()8!7$(A;($表!材料性能參數(shù)圖7無拉深筋情況下的成形極限預(yù)測圖7(成形不充分!(起皺$(拉裂圖壓邊力為;(8!9:兩部分拉裂很嚴(yán)重圖;壓邊力為;(8!9:成形不充分角部有起皺拉裂拉裂圖9壓邊力為;($8!9:圖$前翼子板沖壓成形凸模壓邊圈!萬方數(shù)據(jù)!#$%&(綜合考慮!確認(rèn)!#$%&(的壓邊力設(shè)置較為合理!材料流入充分!圓角部分沒有出現(xiàn)材料堆積!拉裂只是出現(xiàn)在工藝補(bǔ)充面處!#$坯料形狀的優(yōu)化一般情況下!在模具調(diào)試過程中!對(duì)于一些結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的覆蓋件!由于其拉深時(shí)各處的變形不均勻!因而工件在凹模周圍各處進(jìn)料阻力不同! 除采用拉深筋進(jìn)行控制!還須根據(jù)各處變形的特點(diǎn)!在拉深前對(duì)板料進(jìn)行適當(dāng)?shù)募羟谢蚵淞闲薷?剪切#落料$修改的原則%坯料的表面積約等于工件的表面積&坯料的形狀應(yīng)與工件橫截面形狀相似& 坯料輪廓應(yīng)該是光滑的流線型!不能有突起和尖角!通常變形量較大處的法蘭邊可留得小一些! 變形量較小處的法蘭邊可留得大一些!使進(jìn)料阻力與變形程度相協(xié)調(diào))*+!,另外!試沖要按照從小到大的原則!即對(duì)于易裂的地方先用小坯料!若起皺則將坯料放大在圖中!在工藝補(bǔ)充面處出現(xiàn)開裂!主要是該處有一個(gè)較深的凹槽! 凹槽靠近內(nèi)部的一側(cè)是個(gè)斜面!當(dāng)成形終了時(shí)!很難從內(nèi)部進(jìn)料 如果凹槽靠近凹?？诘囊贿呁瑯哟嬖谳^大的進(jìn)料阻力! 就會(huì)產(chǎn)生前面所示的破裂缺陷 因此!解決該缺陷!就一定要使該處成形的板料從凹模口進(jìn)入! 減小對(duì)破裂處板料的拉應(yīng)力經(jīng)過模擬發(fā)現(xiàn)!僅僅依靠調(diào)整壓邊力的設(shè)置!很難完全消除 而在此處修改板料形狀!卻能夠很好的滿足減小進(jìn)料阻力的要求 根據(jù)上述板料修改原則! 適當(dāng)將原坯料的圓角部分增大并剪去一些突角及尖角 修改前后的坯料!如圖-所示經(jīng)過上述的模擬優(yōu)化過程后!增大壓邊力!調(diào)整坯料形狀!模擬結(jié)果如圖.所示!得到了合格的拉深件!%$第二種方案%有拉深筋的情況覆蓋件成形過程中!為了防止起皺!提高產(chǎn)品的剛性! 一般都要通過使用拉深筋的方式來控制材料的流動(dòng) 在有限元模擬中處理拉深筋時(shí)一般有兩種方法%一是將拉深筋作為整個(gè)有限元模型的一部分!對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分!以及進(jìn)行計(jì)算和網(wǎng)格的再劃分&二是采用等效拉深筋! 將拉深筋簡化為作用在節(jié)點(diǎn)上的作用力!不再參與網(wǎng)格的再劃分)/, 為節(jié)省采用第一種方法所耗費(fèi)的大量012時(shí)間!本文采用第二種方法一般情況下!覆蓋件拉深筋的調(diào)整有兩種%!由于拉深件幾何型面不對(duì)稱! 拉深過程中材料流動(dòng)不均勻!直邊部分材料容易流進(jìn)凹模!制件角部材料不易流入凹模!因此!在對(duì)應(yīng)于制件直邊部分的壓邊圈上設(shè)置能產(chǎn)生較大拉深阻力的拉深筋! 拉深筋參數(shù)同整體布筋方案一致! 在對(duì)應(yīng)角部區(qū)域的壓邊圈上不設(shè)置拉深筋覆蓋件拉深深度不均勻!造成各部分進(jìn)料阻力不均勻!材料流入量不均勻!深度大的區(qū)域需要更多的材料流入!為防止破裂!要減少進(jìn)料阻力&深度淺的區(qū)域需要控制材料流入!防止起皺!要增加進(jìn)料阻力), 根據(jù)這個(gè)原則!本文首先在壓料面上!距凹?？?455處設(shè)置了一圈拉深筋!阻力曲線統(tǒng)一為方筋形式!高度為!55圖6$將拉深筋分段設(shè)置!是為了便于以后根據(jù)不同的部位(不同的進(jìn)料程度調(diào)整拉深筋的阻力曲線和筋的高度) 壓邊力采用計(jì)算壓邊力!坯料形狀用修改后的坯料形狀*但是模擬的結(jié)果表明!在筋7和筋*處開裂*筋3和筋/處起皺嚴(yán)重* 在筋7部分成形終了時(shí)!由于該處的圓角半徑較小!周圍的板料也基本上被壓住!因此!這里的成形主要是靠脹形實(shí)現(xiàn)!當(dāng)拉應(yīng)力過大時(shí)!便產(chǎn)生破裂*通過多次調(diào)試!將壓邊力適當(dāng)減小!并將圓角部分的拉深筋7和!去除!使拉深前期!這個(gè)部位能夠有較多的進(jìn)料! 為后續(xù)脹形做一定量儲(chǔ)備! 可防破裂* 增大筋3的阻力曲線! 筋高調(diào)整到/55!邊界起皺得到很好控制!大大改善了拉深件的成形度* 經(jīng)多次模擬!壓邊力被確定為38.$%4(!拉深筋的形式+位置分布和筋的阻力如圖%4所示拉深筋調(diào)整后的模擬結(jié)果見圖%所示! 從圖%9可以看出!成形充分!在工藝補(bǔ)充面處只出現(xiàn)了少部分的開裂!只是周邊起皺比較嚴(yán)重從圖%:可以看出其厚度變化較均勻! 板材允許的最大增厚率圖-坯料形狀的調(diào)整9$計(jì)算毛坯:$優(yōu)化毛坯圖.坯料調(diào)整后的成形極限圖圖6凹模口周圍設(shè)置一圈拉深筋7*3!/!萬方數(shù)據(jù)!#$%&(為!#左右!最大變薄量為$#%&!在本次模擬過程中! 最大厚度()$!*+! 增厚($!*+! 增厚率$(,#-!#! 因 此 !是 符 合 要 求 的 最 小 厚 度(!*&.+!減薄了(/.0/+!減薄率)#!$#!但最小厚度發(fā)生在工藝補(bǔ)充面!不在零件表面!不影響零件的最終質(zhì)量# 在有效工作面處的厚度變化范圍為$(/&*,+1(&,/+!其減薄率為0(*#1!*(*#!在允許的范圍之內(nèi)#!結(jié)論綜上所述! 本文主要研究了汽車前翼子板的拉深成形數(shù)值模擬中出現(xiàn)的產(chǎn)品缺陷以及如何進(jìn)行改進(jìn)的問題#通過對(duì)兩種方案的比較表明!該翼子板能夠在一定工藝條件下加工出來# 但由于翼子板屬于汽車外覆蓋件!對(duì)產(chǎn)品的表面質(zhì)量要求很高!因此!布置拉深筋的位置時(shí)!要避免產(chǎn)品部分出現(xiàn)嚙痕線#由于翼子板表面并無凹凸不平!容易成形!因此!采用第一種方案較好! 通過調(diào)整壓邊力和修改坯料形狀!得到合格的拉深件#在物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M中建議使用.(02!/3的壓邊力作為參考#!參考文獻(xiàn)%!456789:; ?7!:AB; 5A6ACD7C;!EA=C7C9; E6;=AF!AD 76(38+A=:76+;9A66:CB 7C9 AGHA=:+ACD76 I76:97D:;C ;J FDAA6 9AAH 9=7K:CB H=;LAFFAF!M7=D N(O7DA=:76 P7=7DA=:Q7D:;C RS4(S;8=C76 ;J O7DA=:76F M=;LAFF:CB TAPC;6;BU!0/!&0%$&V.*!W./(R0王雪剛!石偉(基于有限元反向法的板料成形毛坯設(shè)計(jì)RS(塑性工程學(xué)報(bào)!0.!%$&V/.W/)(R$龔科家!胡 平(汽車覆蓋件模面設(shè)計(jì)中補(bǔ)充曲面的生成方法(吉林大學(xué)學(xué)報(bào)%工學(xué)版&!0/!$/%!&(R.那景新!崔岸!甘維銀!等(局部減縮積分曲面展開單元在某汽車翼子板一步成形模擬中的應(yīng)用(吉林大學(xué)學(xué)報(bào) %工學(xué)版&!0/!$/%!&(R*謝暉!成艾國!楊旭靜!等(5XY技術(shù)在汽車翼子板拉深模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用RS(汽車工程!0$!0*%/&V/$W/$(R/劉艷芳!施法中!馮天飛(等效拉深筋模型在板料成形數(shù)值模擬中的具體實(shí)現(xiàn)RS(機(jī)械工程學(xué)報(bào)!0*!.!%!&V!.W!)(R&陳文亮(板料成形5XY分析教程RO(北京$機(jī)械工業(yè)出版社!0*(最小厚度處%7&成形極限圖%Z&厚度分布圖圖!修改拉深筋后的成形極限圖和厚度分布圖#$%&()#* +# ,-# .#/0)(*1 2/30$0) (* 430 5&-(*1 6#$(*1 2($78&4(#*#+ 974#$#:(80 6#*4 60*;0N :;CB!N ACJACB%AH7=D+ACD ;J Y6AD=;+AP7C:76 7C9 X8D;+7D:;C YCB:CAA=:CB_ E8:7C C:IA=F:DU;J TAPC;6;BU_ E8QP;8 $*!._E8:7C 5P:C7&9:)4&/4PC:76 7C9 9:A 9AF:BC J;= DPA 9=7K:CB J;=+:CB ;J 78D;+;Z:6A J=;CD JAC9A=_DK; DUH:76 FPA+AF ;J 9=7K:CB J;=+:CB P7IA ZAAC ;+H7=A9 7C9 7C76UQA9(E:=FD6U_DPA P7=7DA=F ;J DPA 78D;+;Z:6AJ=;CD JAC9A= P7IA ZAAC 7C76UQA9 7C9 DPA K;=a:CB H7=DF ;J 9=7K:CB 9:A P7IA ZAAC +;9A6A9(TPAC DPA +7DA=:76 J6;K 7C9DPA H;FF:Z6A 9=7K:CB 9AJADF P7IA ZAAC F:+867DA9 8F:CB J:C:DA A6A+ACD +ADP;9 :C UC7J;=+%b&K:DP 7C9 K:DP;8D DPA78G:6:7=U ;J DPA 9=7K:CB =:ZZ;CF K:DP DPA 97CBA=;8F =AB:;CF ;J DPA H7=D ZAAC H=A9:DA9 7C9 DPA +7:C 9=7K:CB DAPC:L76 H7=7+ADA=F P7IA ZAAC AI7687DA9 ZU 798FD:CB DPA 67U;8D ;J DPA 9=7K:CB =:ZZ;CF_Z:C9A= J;=A 7C9 DPA FP7HA ;JK;=aH:AA_DPA =AF86D ;J KP:P 7C ZA 8FA9 :C DPA 78D;+;Z:6A J=;CD JAC9A= H=;98D:;C D; ;ZD7:C DPA c876:J:A9 H=;98D(=0-#;)76 F:+867D:;Cd圖!調(diào)整后的拉深筋布置圖!萬方數(shù)據(jù)
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類型：共享資源
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三維UG工件圖
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