汽車覆蓋件沖壓成形工藝設(shè)計(jì)及軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用_圖文

1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文汽車覆蓋件沖壓成形工藝設(shè)計(jì)及軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用姓名:王寧申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):材料加工工程指導(dǎo)教師:余世浩20080401 第1章緒論當(dāng)今世界各國(guó)都將汽車工業(yè)列入國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和全球經(jīng)濟(jì)二體化時(shí)代的到來(lái),特別是加入WTO以后,我國(guó)的汽車工業(yè),尤其是轎車工業(yè)面臨劇烈的競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn),其競(jìng)爭(zhēng)的核心是新技術(shù)、信息化。因此,必須以高新技術(shù)來(lái)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。衡量一個(gè)國(guó)家汽車工業(yè),特別是轎車工業(yè)發(fā)展水平的重要特征是新車型的自主開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)能力。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇,對(duì)汽車產(chǎn)品外形質(zhì)量的要求愈來(lái)愈高,新車型上市的時(shí)間愈來(lái)愈短,成本愈來(lái)愈低。其中汽車車身外覆蓋件的生命周

2、期最短,變換最頻繁,這就對(duì)汽車覆蓋件成形模具提出了更高的要求。目前,我國(guó)在汽車制造、航空航天、家電、輕工等涉及沖壓模具的大量企業(yè)和生產(chǎn)廠家中,模具設(shè)計(jì)大多仍然靠手工或半手工方式(計(jì)算機(jī)繪圖操作,設(shè)計(jì)憑經(jīng)驗(yàn)。其設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)手段仍然停留在較落后的水平上,致使不少的關(guān)鍵性模具特別是轎車外覆蓋件模具不得不花費(fèi)大量外匯j依靠國(guó)外進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和加工,這與我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展極不相適應(yīng)。模具工業(yè)的技術(shù)水平制約著汽車工業(yè)乃至整個(gè)機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展【1。3】。我國(guó)模具行業(yè)目前存在的主要問(wèn)題,除了體制上大而全、管理層次龐大、缺少市場(chǎng)應(yīng)變能力外,從技術(shù)水平上主要表現(xiàn)為如下幾點(diǎn):(1傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方式現(xiàn)行覆蓋件模具設(shè)

3、計(jì)的分析計(jì)算與繪圖大多由手工來(lái)完成。其結(jié)果:一是設(shè)計(jì)速度太慢、模具設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),完全不能適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。雖然目前國(guó)內(nèi)許多廠家花費(fèi)巨大投資買(mǎi)了計(jì)算機(jī)工作站,也購(gòu)置了許多CAD軟件,其作法上只不過(guò)是將手工繪圖改為計(jì)算機(jī)繪圖,設(shè)計(jì)速度并沒(méi)有多大的提高。其次,目前國(guó)內(nèi)覆蓋件模具設(shè)計(jì)所采用的二維繪圖方式(包括計(jì)算機(jī)繪圖,只用關(guān)鍵點(diǎn)和截面圖很難描述出覆蓋件復(fù)雜空間幾何構(gòu)型,從設(shè)計(jì)上就已經(jīng)不能保證制件形狀與原設(shè)計(jì)模型的一致,也無(wú)法保證模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量。此外,二維繪圖的另一個(gè)缺點(diǎn)是:模具設(shè)計(jì)結(jié)果不能直接為數(shù)控機(jī)床采用。為了實(shí)現(xiàn)模具CAM,還必須將二維幾何信息轉(zhuǎn)換成三維幾何信息,這又產(chǎn)生一些不必要的誤差。(2設(shè)

4、計(jì)憑經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)行模具設(shè)計(jì)中,對(duì)于諸如拉延方向確定、壓料面形狀、拉伸筋的形狀與尺寸、局部結(jié)構(gòu)尺寸與形狀等這些對(duì)沖壓成形具有重大影響的結(jié)構(gòu)形式,由于缺少定量設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,只能憑設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)來(lái)定。由于覆蓋件幾何構(gòu)型復(fù)雜,影響成形因素太多,對(duì)于成形后果難于預(yù)先預(yù)料,一切問(wèn)題暴露在試沖過(guò)程中,再不斷地反復(fù)進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)修正和反復(fù)試沖,致使模具制造周期加長(zhǎng)、制模成本加大。近十年來(lái),我國(guó)大型模具制造廠家不斷地從國(guó)外引進(jìn)大型關(guān)鍵設(shè)備,如數(shù)控加工設(shè)備等,已具備較強(qiáng)的模具加工能力。但由于模具設(shè)計(jì)的技術(shù)水平低,設(shè)計(jì)手段落后,缺少對(duì)大型覆蓋件模具的設(shè)計(jì)能力,轎車改型所需的大型覆蓋件模具不得不從國(guó)外引進(jìn)。另外,像日本、美國(guó)、泰國(guó)

5、等國(guó)家曾多次到我國(guó)模具廠家進(jìn)行洽談,都因達(dá)不到預(yù)期交貨時(shí)間而未能達(dá)成協(xié)議,這也是我國(guó)模具行業(yè)不景氣的主要原因即】o當(dāng)今世界汽車工業(yè)和模具工業(yè)的日益加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),主要表現(xiàn)在用戶對(duì)產(chǎn)品需求日益多樣化,對(duì)模具行業(yè)提出更高要求,其突出特點(diǎn)如下:(1大型沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計(jì)難度大,對(duì)沖壓產(chǎn)品成形性、尺寸精度要求嚴(yán)格,其技術(shù)與知識(shí)含量越來(lái)越大。(2要求交貨時(shí)間越來(lái)越短。(3模具制造成本要低。為了使模具行業(yè)能快速響應(yīng)用戶的要求,就必須做N-一是盡快掌握高新技術(shù),盡快具備設(shè)計(jì)大型復(fù)雜模具的能力;二是盡快掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)手段,加快模具設(shè)計(jì)速度,提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短模具調(diào)試和制造周期,降低制模成本。與國(guó)外相比,

6、我們恰恰在上述兩個(gè)方面比人家落后,差距很大,這也是我國(guó)模具行業(yè)當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵性生產(chǎn)難題。面向21世紀(jì)的中國(guó)汽車工業(yè)和模具制造業(yè),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展,將面臨著根本性的挑戰(zhàn)?；贑AD/C胱AM一體化的沖壓模具先進(jìn)制造技術(shù),已成為汽車工業(yè)和模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一,這一點(diǎn)已被國(guó)際工業(yè)界同行所共識(shí)。沖壓件模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際上金屬塑性加工、計(jì)算力學(xué)與數(shù)學(xué)、電子信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料、汽車車身工程與機(jī)械制造等眾多學(xué)科相互交叉,用于解決汽車車身模具關(guān)鍵問(wèn)題的高新技術(shù)。其共同特點(diǎn)是它的基礎(chǔ)性、前沿性、戰(zhàn)略性和保密性,也就是說(shuō),不可能隨著購(gòu)買(mǎi)和引進(jìn)國(guó)外的軟、硬件設(shè)

7、備而全面獲得的技術(shù),即使投入巨資引進(jìn)國(guó)外全套技術(shù)也難以形成真正的發(fā)展基礎(chǔ)。發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視結(jié)合本國(guó)實(shí)際獨(dú)立自主地開(kāi)發(fā)自己的3C技術(shù)。目前我國(guó)汽車覆蓋件和模具工業(yè)與國(guó)外的最大差距就在于此。中國(guó)汽車工業(yè)要想在未來(lái)瞬息萬(wàn)變、競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際市場(chǎng)中處于有利的地位,就必須具備車型的系統(tǒng)化開(kāi)發(fā)能力與現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段,其中關(guān)鍵部分之一就是模具設(shè)計(jì)及其工藝設(shè)計(jì)與分析。目前,國(guó)外著名CAD軟件PRO/E和UG,雖然已經(jīng)分別完成了工藝補(bǔ)充和壓料面設(shè)計(jì)模塊Dieface和Die engineering,但是,這些模塊都是基于手動(dòng),無(wú)法自動(dòng)、完整的完成沖壓方向的確定以及工藝補(bǔ)充的添加等操作過(guò)程。要使我國(guó)汽車及模具工業(yè)在

8、激烈競(jìng)爭(zhēng)的國(guó)際市場(chǎng)上占有一席之地,獨(dú)立研制和開(kāi)發(fā)中國(guó)汽車工業(yè)自己的沖壓成形性分析CAE軟件和模具CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)是十分必要的,它將為模具設(shè)計(jì)和成形工藝提供科學(xué)的依據(jù),擺脫在關(guān)鍵技術(shù)上對(duì)國(guó)外的依賴,增強(qiáng)我國(guó)汽車及模具工業(yè)的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。本文結(jié)合模具CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)課題,以其中汽車覆蓋件沖壓成形工藝設(shè)計(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題:沖壓方向的確定、工藝補(bǔ)充部分的創(chuàng)建為主要研究?jī)?nèi)容,進(jìn)行了從理論分析到程序設(shè)計(jì)的深入研究,該研究成果作為大型覆蓋件模具智能CAD系統(tǒng)的重要組成部分,具有重要的理論與應(yīng)用價(jià)值。汽車覆蓋件是指構(gòu)成汽車車身或駕駛室的表面零件,也包括覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)的某些表

9、面零件。它包括外覆蓋件和內(nèi)覆蓋件,外覆蓋件是指人們能直接看到的汽車車身外部的裸露件,如車門(mén)外板、頂蓋、前圍外蓋板、后圍外蓋板、側(cè)圍外板、長(zhǎng)頭載重車發(fā)動(dòng)機(jī)罩等;內(nèi)覆蓋件是指車身內(nèi)部的覆蓋件,它們被覆蓋上內(nèi)飾件或被車身的其它零件所擋住而一般不能被直接看到,如車門(mén)內(nèi)板、前圍內(nèi)蓋板、后圍內(nèi)蓋板、側(cè)圍內(nèi)蓋板、側(cè)圍內(nèi)板、地板、儀表板、平頭載重車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板等。由于汽車覆蓋件大都是空間曲面結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜,從而決定了在沖壓成形中的變形復(fù)雜性,變形規(guī)律不易被掌握,出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題也比較多。因此在拉延件的設(shè)計(jì)、沖壓工藝的設(shè)計(jì)、模具的設(shè)計(jì)中不能象軸對(duì)稱零件那樣可以較容易的計(jì)算出主要工藝參數(shù)、模具參數(shù)等,在工程實(shí)踐中還要

10、大量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)類比和運(yùn)用沖壓變形趨向性分析來(lái)進(jìn)行沖壓工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)。汽車覆蓋件沖壓成形之所以能成為沖壓成形領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分,是因?yàn)槠嚫采w件不僅有多方面的很高的質(zhì)量要求,而且具有其本身的結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)及沖壓成形特點(diǎn)憚J。一般來(lái)說(shuō),汽車覆蓋件應(yīng)滿足以下要求【9J:(1尺寸精度。汽車覆蓋件必須有很高的尺寸精度(包括輪廓尺寸、孔位尺寸、局部形狀的各種尺寸等,以保證焊裝或組裝時(shí)的精準(zhǔn)性、互換性,便于實(shí)現(xiàn)車身焊裝的自動(dòng)化和無(wú)人化,也保證車聲外觀形狀的一致性和美觀性。(2形狀精度。特別是對(duì)外覆蓋件,要求具有很高的形狀精度,必須與主模型相符合。否則將偏離車身總體設(shè)計(jì),不能體現(xiàn)車身的造型風(fēng)格。(3表面質(zhì)

11、量。外覆蓋件(尤其是轎車表面不允許有波紋、皺紋、凹痕、擦傷、壓痕等缺陷,棱線應(yīng)清晰、平直,曲線應(yīng)圓滑、過(guò)渡均勻。(4剛性好。覆蓋件在成形過(guò)程中,材料應(yīng)有足夠的塑性變形,以保證零件具有足夠的剛性,使汽車在行駛中受振動(dòng)時(shí),不能產(chǎn)生較大的噪聲,以減輕駕駛員的疲勞,更不能因振動(dòng)產(chǎn)生早期損壞。(5良好的工藝性。良好的工藝性是針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)而言,即在一定的生產(chǎn)規(guī)模條件下,能夠較容易的安排沖壓工藝和沖壓模具設(shè)計(jì),能夠最經(jīng)濟(jì)、最安全、最穩(wěn)定地獲得高質(zhì)量產(chǎn)品。從結(jié)構(gòu)形狀及尺寸上看,汽車覆蓋件的主要特點(diǎn)有:(1總體尺寸大。如駕駛室頂蓋的毛坯尺寸可達(dá)2800ramX2500ram:(2相對(duì)厚度小。板料的厚度一般為

12、0.8mm-1.2mm,相對(duì)厚度(板厚與毛坯最大長(zhǎng)度之比最小值可達(dá)0.0003;(3形狀復(fù)雜。不能用簡(jiǎn)單的幾何方程式來(lái)描述其空間曲面;(4輪廓內(nèi)部帶有局部形狀。而這些內(nèi)部形狀的成形往往對(duì)整個(gè)沖壓件的成形有很大的影響,甚至是決定性的影響。汽車覆蓋件的要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其沖壓成形特點(diǎn)。主要有:(1一次拉延成形對(duì)于軸對(duì)稱零件或盒形零件,若拉延系數(shù)小于一次拉延的極限拉延系數(shù)時(shí),則不能一次拉延成形,需要采用多次拉延成形方法,而且可以計(jì)算出每次拉延的拉延系數(shù)等工藝參數(shù)及中間毛坯尺寸等。但對(duì)于汽車覆蓋件來(lái)說(shuō),由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,變形復(fù)雜,其規(guī)律難以定量把握,以目前的技術(shù)水平還不能進(jìn)行多次拉延工藝參數(shù)的確定。而

13、且多次拉延易形成沖擊線、彎曲痕跡線也會(huì)影響油漆后的表面質(zhì)量,這對(duì)覆蓋件是不允許的。因此,汽車覆蓋件的成形都是采用一次拉延成形的方法。(2拉脹復(fù)合成形汽車覆蓋件的成形過(guò)程中的毛坯變形不是簡(jiǎn)單的拉延變形,而是拉延和脹形變形同時(shí)存在的符合變形。一般來(lái)說(shuō),除內(nèi)凹形輪廓(如L形輪廓對(duì)應(yīng)的壓料面外,壓料面上的毛坯的變形為拉延變形,而輪廓內(nèi)部毛坯的變形為脹形變形。(3局部成形輪廓內(nèi)部有局部形狀的零件沖壓成形時(shí),壓料面上的毛坯受到壓邊圈的壓力隨著凸模的下行而首先產(chǎn)生變形并向凹模內(nèi)流動(dòng),當(dāng)凸模下行到一定深度時(shí),局部形狀開(kāi)始成形,并在成形過(guò)程的最終時(shí)刻全部貼膜。所以,局部形狀外部的毛坯難以向該部位流動(dòng),該部位的成

14、形主要靠毛坯在雙向拉應(yīng)力下的變薄來(lái)實(shí)現(xiàn)面積的增大。即這種內(nèi)部局部成形為脹形成形。(4變形路徑變化汽車覆蓋件沖壓成形時(shí),內(nèi)部的毛坯不是同時(shí)貼膜,而是隨著沖壓過(guò)程的進(jìn)行而逐步貼膜。這種逐步貼膜過(guò)程,使毛坯保持塑性變形所需的成形力不斷變化,毛坯各部位板面內(nèi)的主應(yīng)力方向與大小、板平面內(nèi)兩主應(yīng)力之比等受力情況不斷變化,毛坯(特別是內(nèi)部毛坯產(chǎn)生變形的主應(yīng)力方向與大小、扳平面內(nèi)兩主應(yīng)變之比等變形情況也隨之不斷的變化。即:毛坯在整個(gè)沖壓過(guò)程中的變形路徑不是一成不變的,而是變路徑的。覆蓋件的生產(chǎn)是依靠覆蓋件模具來(lái)完成的,要生產(chǎn)出符合設(shè)計(jì)要求的覆蓋件,首先需要設(shè)計(jì)制造的是覆蓋件模具。由于覆蓋件的特殊性,覆蓋件模具

15、設(shè)計(jì)的依據(jù)并不是最終的覆蓋件零件模型,而是以零件模型為基礎(chǔ)并通過(guò)沖壓工藝設(shè)計(jì)所得到的工藝模型。在覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中,沖壓工藝設(shè)計(jì)貫穿于始終,為沖壓模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù),是模具設(shè)計(jì)與制造的中心環(huán)節(jié)。沖壓工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量和速度直接影響沖壓生產(chǎn)的質(zhì)量和效率,因而沖壓工藝設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),是覆蓋件生產(chǎn)的基礎(chǔ),它不僅決定了沖壓生產(chǎn)的工藝過(guò)程,而且直接決定了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。由于覆蓋件沖壓成形過(guò)程受到零件形狀、材料和設(shè)備等眾多因素的影響,從而使覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)十分復(fù)雜,是覆蓋件模具設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。典型覆蓋件的沖壓工藝過(guò)程為:(落料一拉延一修邊一翻邊一檢驗(yàn)。由于覆蓋件幾何形狀十分復(fù)雜,使用

16、傳統(tǒng)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),難以準(zhǔn)確估計(jì)沖壓成形過(guò)程中板料的成形性,也就難以評(píng)價(jià)模具設(shè)計(jì)的正確性,使得沖壓生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)破裂、起皺和形狀失真等嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題,而這些問(wèn)題只能在模具加工完成后進(jìn)行試模或沖壓生產(chǎn)中才能暴露出來(lái)。這就給模具調(diào)試帶來(lái)極大困難,甚至造成整個(gè)模具的報(bào)廢,導(dǎo)致覆蓋件模具生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高和質(zhì)量低。究其原因主要集中在沖壓工藝設(shè)計(jì)階段的失誤,尤其是拉延工序工藝設(shè)計(jì)的不合理上。這也是現(xiàn)階段覆蓋件沖壓.工藝設(shè)計(jì)所存在的主要問(wèn)題之一,如何在覆蓋件工藝設(shè)計(jì)的初期及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,避免不合理的沖壓工藝設(shè)計(jì)所帶來(lái)的整個(gè)生產(chǎn)周期的報(bào)廢,這一直是國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的研究熱點(diǎn),也是實(shí)際生產(chǎn)中急需解決的重要難題。

17、目前隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和薄板沖壓成形數(shù)值模擬技術(shù)的日益成熟,應(yīng)用CAD技術(shù)對(duì)沖壓成形工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)、模擬和分析,能夠及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少模具生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本。本文亦是將CAD技術(shù)在沖壓工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作為研究方向,這不僅是跟隨國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn),而且對(duì)解決覆蓋件的生產(chǎn)制造中的實(shí)際問(wèn)題具有重要的意義。CAD技術(shù)發(fā)展到今天,已經(jīng)歷了40多個(gè)春秋。隨著計(jì)算機(jī)性能的突飛猛進(jìn),CAD技術(shù)在制造業(yè)得到了廣泛應(yīng)用,極大地推動(dòng)了制造業(yè)的發(fā)展【lo】。早在20世紀(jì)60年代初期,國(guó)外一些汽車制造公司就開(kāi)始了覆蓋件模具CAD的研究。這一研究始于汽車車身的設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上復(fù)雜曲面的設(shè)計(jì)方法得到了發(fā)

18、展,各大汽車公司都先后建立了自己的CAD/CAM系統(tǒng),并將其應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)與制造。計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的突飛猛進(jìn),為模具CAD/CAM開(kāi)發(fā)應(yīng)用向更高層次的發(fā)展創(chuàng)造了條件。覆蓋件模具CAD/CAM的研究在世界各大公司均取得了成效。其中日本豐田汽車公司于1980年開(kāi)始采用模具CAD/CAM系統(tǒng),該系統(tǒng)包括NTDSE和CADETT 兩個(gè)設(shè)計(jì)軟件和加工凸、凹模的TINCA軟件【111,可以完成汽車外形設(shè)計(jì)、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主模型與沖模加工、夾具加工等。該系統(tǒng)投入使用后,可使覆蓋件成形模的設(shè)計(jì)與加工時(shí)間減少50%。美國(guó)通用汽車公司、福特汽車公司和英國(guó)PSF公司均已成功建立車身覆蓋件拉延成形模CAD/CAM系

19、統(tǒng),特別是福特汽車公司在覆蓋件塑性成形模擬方面取得了很大成就,應(yīng)用大應(yīng)變彈塑性有限元方法,模擬覆蓋件的成形過(guò)程,預(yù)測(cè)其中的應(yīng)力、應(yīng)變分布、失穩(wěn)破裂及回彈的計(jì)算等。法國(guó)雷諾汽車公司應(yīng)用Euclid系統(tǒng)作為CAD/CAM的主導(dǎo)軟件,目前已有95%的設(shè)計(jì)工作量用該軟件完成,而且還利用二次開(kāi)發(fā)功能開(kāi)發(fā)出了許多適合汽車工業(yè)需要的模塊。雖然CAD技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛,但是目前,覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)在某種程度上還是依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn),即使是在汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家也是如此。對(duì)于利用CAD技術(shù)進(jìn)行工藝方案的優(yōu)化、沖壓成形工序件的設(shè)計(jì)和毛坯形狀的確定等經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的問(wèn)題,世界著名的汽車制造公司也未得到很好的

20、解決。美國(guó)PTC公司曾基于Pro/E為日本豐田公司開(kāi)發(fā)了專門(mén)用于設(shè)計(jì)拉延件形狀的軟件Pro/Dieface,實(shí)踐證明其功能十分有限,對(duì)于形狀復(fù)雜的覆蓋件,無(wú)法得到滿意的設(shè)計(jì)結(jié)剽憶】。近年來(lái),美國(guó)UGS公司開(kāi)發(fā)了Die/Engineer模塊,專門(mén)用來(lái)完成汽車覆蓋件的工序件設(shè)計(jì),使得設(shè)計(jì)效率大大提高,但對(duì)于復(fù)雜形狀的零件,許多關(guān)鍵地方都需要用戶自己憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),借助UG的曲線、曲面功能手工完成。在國(guó)內(nèi),很多高校也在進(jìn)行將CAD技術(shù)應(yīng)用于覆蓋件工藝設(shè)計(jì)的研究,所做的主要工作集中在利用UG軟件的二次開(kāi)發(fā)功能,將相應(yīng)的理論研究成果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的軟件功能模塊實(shí)現(xiàn)沖壓工藝設(shè)計(jì)的一部分功能。如:華中科技大學(xué)、清華

21、大學(xué)、上海交通大學(xué)采用參數(shù)化、變量化的方法,嘗試在3D圖形軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)工藝補(bǔ)充面的輔助設(shè)計(jì);湖南大學(xué)利用UG開(kāi)發(fā)了汽車沖模標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)【13】;華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)了基于三維幾何模型的UG級(jí)進(jìn)模CAD/CAM軟件NX.PDW和UG壓鑄模BOM 提取系糾14】,并對(duì)基于UG的汽車覆蓋件模具CAD/CAE/CAM技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究;中國(guó)工程物理研究院計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所開(kāi)發(fā)了CAD數(shù)據(jù)管理接口【b】;合肥工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)了UG運(yùn)動(dòng)分析通用程序【16】;上海交大開(kāi)發(fā)了覆蓋件沖模智能設(shè)計(jì)系統(tǒng):清華大學(xué)開(kāi)發(fā)了汽車覆蓋件拉延毛坯尺寸估算系統(tǒng)【181等等?？梢钥闯?利用UG二次開(kāi)發(fā)功能開(kāi)發(fā)的內(nèi)容涉及很多方面,應(yīng)用也很廣

22、泛。其中關(guān)于覆蓋件沖壓工藝研究亦有不少,在某種程度上提高了沖壓工藝設(shè)計(jì)的效率,但設(shè)計(jì)過(guò)程仍然無(wú)法擺脫對(duì)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)的依賴【12】,沒(méi)有從根本上解決利用CAD 技術(shù)實(shí)現(xiàn)覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)的問(wèn)題。覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)從目前的進(jìn)展來(lái)看,還存在著很多的問(wèn)題,在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái),汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)會(huì)在以下幾個(gè)方面取得長(zhǎng)足進(jìn)步【lI】:(1工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵部分進(jìn)行集成設(shè)計(jì)。拉延方向的確定、工藝補(bǔ)充面和壓料面設(shè)計(jì)、拉延筋的布置是覆蓋件工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分,因其復(fù)雜性,設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用單獨(dú)設(shè)計(jì)的方式對(duì)其分別進(jìn)行了具體研究,實(shí)現(xiàn)一定程度的交互設(shè)計(jì)或優(yōu)化設(shè)計(jì),目前這些部分的研究仍有待繼續(xù)深入進(jìn)行。同時(shí)覆蓋件工

23、藝設(shè)計(jì)是一個(gè)整體性、系統(tǒng)性的研究目標(biāo),要加強(qiáng)它們之間及與其它部分的關(guān)聯(lián)和集成,提高工藝設(shè)計(jì)的整體水平。(2沖壓工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中集成CAE功能。沖壓工藝的設(shè)計(jì)結(jié)果是基于經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)對(duì)零件模型信息的處理與加工,這個(gè)結(jié)果需要進(jìn)行驗(yàn)證,如果進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證費(fèi)時(shí)費(fèi)力,將成形模擬技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法引入覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)中,通過(guò)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)一再設(shè)計(jì)的迭代過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì),是覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)發(fā)展的重要方向,也是實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)和使其擺脫個(gè)人經(jīng)驗(yàn)束縛的有效途徑之一。目前,數(shù)值模擬技術(shù)已廣泛應(yīng)用于覆蓋件成形性檢驗(yàn)和工藝件設(shè)計(jì)結(jié)果檢驗(yàn)中,可以說(shuō)CAE已成為覆蓋件工藝設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)工具和工程人員修改工藝設(shè)計(jì)的有力依據(jù),在某些部

24、分還成為優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)。但CAE 在工藝設(shè)計(jì)中的潛能仍未全部挖掘出來(lái),仍需依賴設(shè)計(jì)、分析人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成,阻礙了智能化的進(jìn)程。挖掘覆蓋件成形數(shù)值模擬結(jié)果中的工藝知識(shí),用CAE的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)工藝設(shè)計(jì),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工藝的自適應(yīng)設(shè)計(jì)將是今后的又一研究方向。(3引入新方法新思路解決工藝設(shè)計(jì)難題。覆蓋件工藝設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)、工藝性、模具制造的合理性、均衡性及成本最低化原理,來(lái)建立優(yōu)化決策機(jī)制,制定產(chǎn)品的工藝路線、任務(wù)分配及詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)。這本身是一項(xiàng)復(fù)雜且經(jīng)驗(yàn)性極強(qiáng)的工作,不少研究者應(yīng)用不同的方法對(duì)不同工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了不同的研究,并取得了一些成果,同時(shí)也還有不少問(wèn)題沒(méi)有得到根本的解決。引入新方法新

25、思路是一個(gè)可行的途徑,如引入KBE技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(j6凼N、并行工程、CIMS思想等新的方法組成新的設(shè)計(jì)體系來(lái)從根本上解決問(wèn)題。目前國(guó)外汽車沖壓模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用階段,不僅全面提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量,而且大大縮短了模具的生產(chǎn)周期。20世紀(jì)90年代以來(lái),我國(guó)在覆蓋件模具CAD技術(shù)的應(yīng)用方面取得了顯著的進(jìn)步,但依然存在著一些問(wèn)題。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面【13。19】:(1設(shè)計(jì)效率低。由于我國(guó)CAD技術(shù)起步較晚,既懂專業(yè)又懂CAD/CAM應(yīng)用軟件技術(shù)的人員十分缺乏,因而自我開(kāi)發(fā)能力差,自主開(kāi)發(fā)的CAD軟件質(zhì)量不高,設(shè)計(jì)效率低。(2標(biāo)準(zhǔn)化程度低。由于各行業(yè)、各企業(yè)都有自

26、己的標(biāo)準(zhǔn),模具生產(chǎn)廠家之間 第3章汽車覆蓋件拉延方向的確定與優(yōu)化汽車覆蓋件的拉延成形一般是以拉深變形性質(zhì)和脹形變形性質(zhì)的復(fù)合形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的,多數(shù)情況下,拉深變形為主要變形形式。沖壓方向的確定是制定覆蓋件沖壓工藝時(shí)首先遇到的問(wèn)題,它不但決定能否沖壓出滿意的覆蓋件來(lái),而且影響到工藝補(bǔ)充部分的多少和壓料面的形狀。有些形狀復(fù)雜的覆蓋件會(huì)由于沖壓方向確定不當(dāng)而沖壓不出滿意的零件,此時(shí)就需要修改沖壓模以及后續(xù)工序的模具,影響生產(chǎn)的進(jìn)行,所以必須合理確定沖壓方向。301選擇拉延方向的原則在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中,對(duì)確定制件在拉延時(shí)的最佳位置,已經(jīng)總結(jié)出一些準(zhǔn)則,積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。確定沖壓方向就是確定制件在模具中的坐

27、標(biāo)位置,影響沖壓件的因素很多,合理的選擇拉延方向應(yīng)綜合考慮以下原則:覆蓋件本身具有對(duì)稱面的,其拉延方向是以垂直于對(duì)稱面的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來(lái)確定的;不對(duì)稱的覆蓋件是繞汽車位置相互垂直的兩個(gè)坐標(biāo)面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來(lái)確定拉延方向的。前者平行于對(duì)稱面的坐標(biāo)線是不改變的,后者的拉延方向確定后其投影關(guān)系改變較大。經(jīng)過(guò)確定拉延方向后,其坐標(biāo)相互關(guān)系完全不改變的拉延方向稱為處于汽車位置,其坐標(biāo)關(guān)系有改變的拉延方向稱為處于非汽車位置。此外,確定拉延方向必須考慮以下幾方面的問(wèn)題【22】:(1凸模能完全進(jìn)入凹模為保證將拉延件的全部空間形狀一次拉延成形,不應(yīng)有凸模接觸不到的死角或死區(qū),這是拉延方向選擇的首要因素。這類問(wèn)題主要在局部

28、形狀成凹形或有反拉延的某些覆蓋件成形時(shí)容易出現(xiàn),此時(shí)覆蓋件本身的凹形和反拉延的要求決定了拉延方向。圖3.1所示為覆蓋件的凹形決定了拉延方向的示意圖,圖3.1(a所示的拉延方向表明凸模不能進(jìn)入凹模拉延,圖3.1(b所示為同一覆蓋件經(jīng)旋轉(zhuǎn)一定角度后所確定的拉延方向使凸模能夠進(jìn)入凹模拉延。圖32所示為覆蓋件的反拉延決定了拉延方向的示意圖。但有時(shí)滿足上述要求時(shí),還會(huì)出現(xiàn)其他問(wèn)題,如凸模開(kāi)始拉延時(shí)與材料接觸面積小,或過(guò)多地增加了工藝補(bǔ)充部分而使材料的消耗增加。這時(shí)應(yīng)從整個(gè)形狀的拉延條件考慮,可先將覆蓋件凹形或反拉延部分給予恰當(dāng)?shù)母淖?在拉延以后的適當(dāng)工序中再整回來(lái),使之符合覆蓋件形狀和主模型的要求。(a

29、(b(a凸模不能進(jìn)入凹模(b旋轉(zhuǎn)一角度后凸模能進(jìn)入凹模禽口平砸琥水平磁(2凸模與拉延毛坯有良好的初始接觸狀態(tài)開(kāi)始拉延時(shí)凸模與拉延毛坯的接觸面積要大,接觸面應(yīng)盡量靠近沖模中心。圖3.3所示為凸模開(kāi)始拉延時(shí)與拉延毛坯的接觸狀態(tài)示意圖。圖3.3(a所示上圖由于接觸面積小,接觸面與水平面夾角Q大,接觸部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而開(kāi)裂。所以凸模頂部最好是平的,并成水平面?？梢酝ㄟ^(guò)改變拉延方向或壓料面形狀等方法增大接觸面積。圖3.3(b所示上圖由于開(kāi)始接觸部位偏離沖模中心,在拉延過(guò)程中毛坯兩側(cè)的材料不能均勻拉入凹模,且由于毛坯可能經(jīng)凸模頂部竄動(dòng)使凸模頂部磨損快并影響覆蓋件表面質(zhì)量。圖3.3(c所示上圖由于開(kāi)始接

30、觸的點(diǎn)既集中又少,在拉延過(guò)程中毛坯可能經(jīng)凸模頂部竄動(dòng)而影響覆蓋件表面質(zhì)量。同樣可以通過(guò)改變拉延方向或壓料面形狀等方法增大接觸面積。圖3.3(d由于形狀上有90。的側(cè)壁要求決定了拉延方向不能改變,只有使壓料面形狀為傾斜面,使兩個(gè)地方同時(shí)接觸。還應(yīng)指出,拉延凹模里的凸包形狀必須低于壓料面形狀,否則在壓邊圈還未壓住壓料面時(shí)凸模會(huì)先與凹模里的凸包接觸,毛坯因處于自由狀態(tài)而引起彎曲變形,致使拉延件的內(nèi)部形成皺紋甚至材料重疊。不好好色。公忒心蕊乏,勻、卜￥始鼎始熱(a(b(c.(d(3壓料面各部位進(jìn)料阻力要均勻壓料面各部位的進(jìn)料阻力不一樣,在拉延過(guò)程中毛坯有可能經(jīng)凸模頂部竄動(dòng)影響表面質(zhì)量,嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生拉裂和起皺。如圖3-4所示為微型雙排座汽車立柱的上段,若將拉延方向旋轉(zhuǎn)60,使壓料面兩端一樣高,則進(jìn)料阻力均勻,凸模開(kāi)始拉延時(shí)與拉延毛坯的接觸部位接近中心,拉延成形好。要使壓料面各部位的進(jìn)料阻力均勻,除了通過(guò)設(shè)計(jì)合理的壓料面形狀和拉延筋等措施外,拉延深度要均勻是主要條件。此外,還要使凸模對(duì)應(yīng)兩側(cè)的材料的拉入角盡量相等。圖3_4微型雙排座