模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化匯報(bào)材料

發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板整形模

（SGML-CAR5481227-OP40）

結(jié)構(gòu)優(yōu)化及修改情況說(shuō)明湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室──2009年9月14日──1匯報(bào)提綱.模具基本情況模具母體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化方法強(qiáng)度分析和優(yōu)化的工程驗(yàn)證方案比較及分析優(yōu)化改進(jìn)結(jié)果2名稱發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板整形模（SGML-CAR5481227——OP40）尺寸2190×1900×1450mm（約束條件）總重量12292kg其中：上模座：4934.3kg；下模座：4643.8kg；凸模：769.6kg；上壓板：1344.6kg；一、模具基本情況：3二、模具母體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化方法強(qiáng)度分析所考慮的模具主要受力沖壓正壓力：800T；沖壓時(shí)的側(cè)向壓力（模具型面上傾斜區(qū)域傳遞的側(cè)向力，隨模具型面的不同而不同）；沖壓時(shí)由非均勻分布承載導(dǎo)致的多種局部受力工況；調(diào)整或沖壓時(shí)由于裝配誤差導(dǎo)致的導(dǎo)板上過(guò)大的側(cè)向力；模具起吊時(shí)的重力和沖擊力、運(yùn)輸時(shí)的沖擊力；模具多層堆放時(shí)的受力；4二、模具母體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化方法本分析只對(duì)HT300部分的模具母體材料進(jìn)行，而其上的刀塊和標(biāo)準(zhǔn)件均按照剛體來(lái)計(jì)算，因此整形刀塊結(jié)構(gòu)及尺寸未進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)；分析時(shí)材料的抗拉強(qiáng)度許用值為300MPa，抗壓強(qiáng)度取為900MPa；模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要考慮強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性三個(gè)方面；由于穩(wěn)定性分析到目前為止仍是一個(gè)世界性難題，本研究考慮上述模具多種受力狀態(tài)的復(fù)雜性，取強(qiáng)度的安全系數(shù)均不小于3.即最大拉應(yīng)力不大于100MPa，最大壓應(yīng)力不大于300MPa。工作時(shí)的關(guān)鍵部位最大變形量不超過(guò)允許的變形0.5mm,其他部位最大變形量不超過(guò)允許的變形0.2mm。模具強(qiáng)度分析及優(yōu)化原則5二、模具母體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化方法模具受力情況分析1.正向沖壓力：800T上模應(yīng)力圖上模變形量云圖最大拉應(yīng)力（Mpa）最大壓應(yīng)力（Mpa）z向最大變形量（mm）上模77.72171.30.177下模50.7145.90.151模具在工作狀態(tài)時(shí)，根據(jù)分析來(lái)看，上模主要承力部位（整形區(qū)以內(nèi)）的最大拉應(yīng)力為53.1Mpa，最大壓應(yīng)力為133.2Mpa；周邊部分端頭區(qū)域最大拉應(yīng)力為25.6Mpa，最大壓應(yīng)力為39.6Mpa，加強(qiáng)筋部分最大拉應(yīng)力為77.7Mpa，最大壓應(yīng)力為171.3Mpa，模具拉應(yīng)力安全系數(shù)為4，模具壓應(yīng)力安全系數(shù)為5，有較大的減重空間。上模應(yīng)力圖上模變形量云圖6二、模具母體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化方法模具受力情況分析下模應(yīng)力圖下模變形量云圖模具在工作狀態(tài)時(shí)，根據(jù)分析來(lái)看，下模主要承力部位（整形區(qū)以內(nèi)）的最大拉應(yīng)力為10Mpa，最大壓應(yīng)力為118.5Mpa；周邊部分端頭區(qū)域最大拉應(yīng)力為50.7Mpa，最大壓應(yīng)力為37.8Mpa,加強(qiáng)筋部分最大拉應(yīng)力為48.4Mpa，最大壓應(yīng)力為101.8Mpa，模具拉應(yīng)力安全系數(shù)為6，模具壓應(yīng)力安全系數(shù)為7，有較大的減重空間。下模應(yīng)力圖下模變形量云圖7二、模具母體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化方法模具受力情況分析2.起吊運(yùn)輸：自重、1g加速度、2g加速度（分別對(duì)應(yīng)于不同工況的沖擊力）加速度σ拉maxσ壓maxz向最大變形量自重7.679.410.0361g15.719.20.0692g22.727.90.1下模應(yīng)力圖下模應(yīng)力圖下模變形圖下模變形圖模具自重狀況下在運(yùn)輸、起吊時(shí)的吊耳上的最大拉應(yīng)力為7.67MPa，周邊部分端頭區(qū)域最大應(yīng)力為：4.15Mpa,加強(qiáng)筋部分應(yīng)力最大為：2.75Mpa，安全系數(shù)為：39，仍有較大的減重空間。83.模具堆放時(shí)的受力及強(qiáng)度分析：（50T）二、模具母體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化方法模具受力情況分析下模應(yīng)力圖下模變形量圖多層模具疊放情況，最大拉應(yīng)力31.88Mpa，最大壓應(yīng)力59.9Mpa（出現(xiàn)在枕木部位），Z向最大變形量0.065mm，安全裕度為5，滿足強(qiáng)度要求。94.端頭分析：分析導(dǎo)板受較大的側(cè)向力時(shí)，端頭部分的強(qiáng)度。二、模具母體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化方法模具受力情況分析下模端頭最大拉應(yīng)力下模變形量圖上模端頭最大拉應(yīng)力上模變形量圖最大拉應(yīng)力（Mpa）最大變形量（mm）上模端頭135.30.181下模端頭63.10.128模具在X方向的兩個(gè)導(dǎo)板上加載10噸載荷，Y方向一側(cè)導(dǎo)板上加載20噸載荷。加載模具端頭在承受較大側(cè)向力時(shí)，主要傳力區(qū)應(yīng)力最大為：135.3Mpa，變形量：0.181mm，但變形區(qū)域位于非關(guān)鍵部位，不影響模具的整體精度，可以適當(dāng)減重。10二、、模模具具母母體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)度度分分析析及及優(yōu)優(yōu)化化方方法法優(yōu)化化方方法法———拓?fù)鋼鋬?yōu)優(yōu)化化依據(jù)據(jù)受受力力區(qū)區(qū)域域和和邊邊界界輪輪廓廓建建立立模模型型目標(biāo)標(biāo)：：根根據(jù)據(jù)模模具具工工作作狀狀態(tài)態(tài)的的受受力力，，對(duì)對(duì)主主要要受受力力區(qū)區(qū)的的支支撐撐部部分分結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行行結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)拓拓?fù)鋼鋬?yōu)優(yōu)化化，，然然后后依依據(jù)據(jù)優(yōu)優(yōu)化化結(jié)結(jié)果果進(jìn)進(jìn)行行加加強(qiáng)強(qiáng)筋筋的的改改進(jìn)進(jìn)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。11三、、強(qiáng)強(qiáng)度度分分析析和和優(yōu)優(yōu)化化的的工工程程驗(yàn)驗(yàn)證證驗(yàn)證證流流程程選擇擇驗(yàn)驗(yàn)證證模模具具模模型型仿真真計(jì)計(jì)算算實(shí)驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)證證輪罩罩整整形形翻翻邊邊模模有限限元元分分析析現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)應(yīng)應(yīng)力力應(yīng)應(yīng)變變測(cè)測(cè)試試12三、、強(qiáng)強(qiáng)度度分分析析和和優(yōu)優(yōu)化化的的工工程程驗(yàn)驗(yàn)證證輪罩罩整整形形翻翻邊邊模模選取取原原則則：：基基本本尺尺寸寸與與SSDT整形形模模接接近近；；受受力力對(duì)對(duì)稱稱；；整整形形力力接接近近；；尺寸寸參參數(shù)數(shù)：：1700××1400××650mm；整形形力力：：600T；return13三、、強(qiáng)強(qiáng)度度分分析析和和優(yōu)優(yōu)化化的的工工程程驗(yàn)驗(yàn)證證仿真真計(jì)計(jì)算算return上模模應(yīng)應(yīng)力力圖圖下模模應(yīng)應(yīng)力力圖圖最大拉應(yīng)力（Mpa）最大壓應(yīng)力（Mpa）上模122.8560.3下模51.218314三、、強(qiáng)強(qiáng)度度分分析析和和優(yōu)優(yōu)化化的的工工程程驗(yàn)驗(yàn)證證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)測(cè)量量———對(duì)55個(gè)不不同同位位置置點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行行測(cè)測(cè)量量47個(gè)點(diǎn)點(diǎn)的的應(yīng)應(yīng)力力測(cè)測(cè)試試值值與與仿仿真真計(jì)計(jì)算算一一致致，，可可以以用用于于指指導(dǎo)導(dǎo)模模具具設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)；；誤差差來(lái)來(lái)源源主主要要是是模模具具實(shí)實(shí)際際整整形形沖沖壓壓狀狀態(tài)態(tài)與與仿仿真真計(jì)計(jì)算算的的理理想想狀狀態(tài)態(tài)存存在在差差異異；；8個(gè)點(diǎn)點(diǎn)的的應(yīng)應(yīng)力力值值偏偏差差較較大大，，已已經(jīng)經(jīng)將將其其排排除除，，原原因因?yàn)闉閮蓛蓚€(gè)個(gè)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線在在測(cè)測(cè)試試過(guò)過(guò)程程中中壓壓斷斷，，另另外外6個(gè)點(diǎn)點(diǎn)測(cè)測(cè)試試過(guò)過(guò)程程中中應(yīng)應(yīng)變變片片接接線線端端與與模模具具接接觸觸，，產(chǎn)產(chǎn)生生干干擾擾信信號(hào)號(hào)。。從整整體體來(lái)來(lái)看看測(cè)測(cè)試試的的應(yīng)應(yīng)力力分分布布規(guī)規(guī)律律與與仿仿真真計(jì)計(jì)算算應(yīng)應(yīng)力力分分布布規(guī)規(guī)律律一一致致，，從從而而可可以以判判斷斷仿仿真真計(jì)計(jì)算算方方法法是是有有效效的的。。15四、方方案比比較及及分析析改進(jìn)方方案一一：在在原有有設(shè)計(jì)計(jì)布局局的基基礎(chǔ)上上進(jìn)行行改進(jìn)進(jìn)通過(guò)進(jìn)進(jìn)一步步增加加減輕輕孔數(shù)數(shù)量和和增大大尺寸寸達(dá)到到輕量量化的的目的的285×85235×160285×12016四、方方案比比較及及分析析改進(jìn)方方案一一的強(qiáng)強(qiáng)度和和剛度度分析析上模應(yīng)應(yīng)力圖圖下模應(yīng)應(yīng)力圖圖下模Z向變形形量（（剛度度）最大拉應(yīng)力（Mpa）最大壓應(yīng)力（Mpa）z向最大變形量（mm）上模100.4203.10.2下模60.1177.30.16417四、方方案比比較及及分析析加速度σ拉maxσ壓maxz向最大變形量自重時(shí)8.469.650.0361g16.919.30.0722g25.428.90.11起吊分分析：：自重重、1g加速度度、2g加速度度下模拉拉應(yīng)力力圖下模壓壓應(yīng)力力圖下模Z向變形形圖下模Y向變形形圖18四、方方案比比較及及分析析改進(jìn)方方案二二：加加強(qiáng)筋筋板結(jié)結(jié)構(gòu)布布局調(diào)調(diào)整說(shuō)明：：肋板板重新新布局局，端端頭部部分、、整形形刀塊塊部分分和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件件均保保持原原貌，，對(duì)主主要三三大件件的加加強(qiáng)筋筋板進(jìn)進(jìn)行重重新設(shè)設(shè)計(jì)。。１）主主肋肋板形形狀沿沿整形形刀塊塊上下下主要要傳力力位置置布局局，厚厚度采采用30ｍｍ；；２）其其上上減輕輕孔，，按照照強(qiáng)度度分析析結(jié)果果，在在受力力較小小的部部位增增加了了和加加大減減輕孔孔。１.下模座座（整整體改改進(jìn)圖圖）：：根據(jù)形狀擴(kuò)大減輕孔19四、方方案比比較及及分析析改進(jìn)方方案二二：加加強(qiáng)筋筋板結(jié)結(jié)構(gòu)布布局調(diào)調(diào)整下模座座局部部放大大圖增加減輕孔，尺寸為：225×205減輕孔330×65改至：280×14020四、方方案比比較及及分析析改進(jìn)方方案二二：加加強(qiáng)筋筋板結(jié)結(jié)構(gòu)布布局調(diào)調(diào)整考慮到到氮?dú)鈿鈴椈苫珊偷降降讐K塊的受受力情情況，，上模模座加加強(qiáng)肋肋板的的結(jié)構(gòu)構(gòu)布置置未修修改。。但增增加了了加強(qiáng)強(qiáng)肋板板上的的減輕輕孔。。另，，考慮慮到SSDT模具普普遍存存放在在室內(nèi)內(nèi)，故故在保保證模模具強(qiáng)強(qiáng)度的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上對(duì)對(duì)上模模座底底板上上增加加減輕輕孔，，以減減少模模具重重量。。2.上模座座：增加減輕孔21四、方方案比比較及及分析析改進(jìn)方方案二二：加加強(qiáng)筋筋板結(jié)結(jié)構(gòu)布布局調(diào)調(diào)整3、壓料料板：：更改到底墊塊的位置（此處氮?dú)鈴椈梢讶∠├吆裼?0更改為25壁厚由35更改為30１）內(nèi)內(nèi)部部肋板板布局局，按按照拓拓?fù)鋬?yōu)優(yōu)化結(jié)結(jié)果的的方案案布置置，并并考慮慮了與與氮?dú)鈿鈴椈苫珊偷降降讐K塊的受受力關(guān)關(guān)系，，位置置重新新設(shè)計(jì)計(jì)布局局，內(nèi)內(nèi)肋厚厚度采采用25ｍｍ；；在受受力較較小的的部位位增加加的減減輕孔孔。２）外外輪輪廓肋肋板根根據(jù)分分析結(jié)結(jié)果，，在考考慮鑄鑄造工工藝性性，厚厚度減減至30ｍｍ．．22四、方方案比比較及及分析析改進(jìn)后后的強(qiáng)強(qiáng)度和和剛度度分析析上模Z向變形形量（（剛度度）下模應(yīng)應(yīng)力圖圖上模應(yīng)應(yīng)力圖圖最大拉應(yīng)力（Mpa）最大壓應(yīng)力（Mpa）z向最大變形量（mm）上模39.02119.20.1935下模58.48124.60.1964下模Z向變形形量（（剛度度）23四、方方案比比較及及分析析加速度σ拉maxσ壓maxz向最大變形量自重時(shí)5.66.190.0161g11.412.60.0332g16.618.30.048起吊分分析下模拉拉應(yīng)力力圖下模壓壓應(yīng)力力圖下模Y向變形形圖下模Z向變形形圖24四、方方案比比較及及分析析方案比比較及及分析析上模下?？傊亓?kg)σ拉maxσ壓maxZMAX變形量σ拉maxσ壓maxZMAX變形量原始模型77．72171.30.17750.7145.90.15112292第一次改進(jìn)100.4203.10.260.1177.30.16411552第二次改進(jìn)39.02119.20.193558.48124.60.196411817.9通過(guò)分分析可可以看看出，，第二二套方方案受受力狀狀況最最好，，優(yōu)中中稍有有不足足的地地方是是其在在Z方向的的變形形量比比前面面方案案稍大大，但但是能能夠滿滿足工工程要要求，，所以以本課課題分分析結(jié)結(jié)果采采用第第二套套改進(jìn)進(jìn)方案案。25五、優(yōu)優(yōu)化改改進(jìn)結(jié)結(jié)果對(duì)模具具母體體結(jié)構(gòu)構(gòu)中的的下模模座、、上模模座和和壓料料板三三大鑄鑄鐵材材料件件進(jìn)行行了改改進(jìn)設(shè)設(shè)計(jì)，，其他他如整整形刀刀塊和和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)件等等均按按照保保持原原樣。。模具外外觀上上的加加強(qiáng)筋筋、起起吊吊吊耳端端頭部部分的的結(jié)結(jié)構(gòu)形形式，，從工工作狀狀態(tài)和和運(yùn)輸輸狀態(tài)態(tài)的受受力分分析