汽車剎車片壓制模具設計【帶CAD圖紙和說明書文檔】

汽車剎車片壓制模具設計【帶CAD圖紙和說明書文檔】,帶CAD圖紙和說明書文檔,汽車,剎車片,壓制,壓抑,模具設計,cad,圖紙,以及,說明書,仿單,文檔 1班 級課題名稱汽車摩擦片模具設計目錄1.前言2.國產(chǎn)轎車覆蓋件模具開發(fā)能力3.覆蓋件模具設計及技術(shù)31 軟件環(huán)境32 修正回彈的對策33 新斜楔機構(gòu)在外覆蓋件模具上的應用3.4 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)4.總結(jié)參考文獻指導教師審批意見簽名：年 月 日汽車摩擦片沖壓模具設計 1.前言近幾年來，我國轎車市場發(fā)展十分迅猛，2002 年在轎車銷售超過 100 萬輛的基礎(chǔ)上，2003 年則向 200 萬輛大關(guān)邁進，達到了 197 萬輛。然而，在轎車熱迅速升溫的同時，不得不尷尬地面對這樣的現(xiàn)實市場上熱銷的絕大多數(shù)車型是直接從國外引進的。由手國內(nèi)轎車覆蓋件模具設計制造能力從總體上看還比較薄弱，為了生產(chǎn)這些車型，各大汽車公司不得不耗資幾億、十幾億元采購海外模具。與國外大汽車公司相比，由于生產(chǎn)規(guī)模比較小，這就造成單車均攤的模具成本遠高于國外車，這也是造成國產(chǎn)車整車制造成本居高不下的主要原因之一1。2.國產(chǎn)轎車覆蓋件模具開發(fā)能力國內(nèi)主要的轎車模具制造商有：一汽模具制造有限公司、東風汽車模具廠、天津汽車模具有限公司、成飛集成科技股份有限公司、南京模具裝備有限公司、上海千緣汽車車身模具有限公司等等。作為國內(nèi)最大轎車生產(chǎn)銷售商上海大眾汽車有限公司，也有自己的模具設計制造部門(TMM部)。目前，雖然國內(nèi)模具商在轎車內(nèi)覆蓋件模具設計制造方面已小有能力，并可承接整車廠的部分模具開發(fā)項目，但對于有很高型面精度和表面質(zhì)量要求的外覆蓋件，特別是中高檔轎車的外覆蓋件，整車廠很少會將這類模具交由國內(nèi)開發(fā)。上海大眾汽車有限公司為了降低整車生產(chǎn)成本，同時也為了提高公司的核心技術(shù)能力，從2001年開始，涉足轎車沖壓模具設計制造領(lǐng)域。2001年2002年完成2了POL0轎車在手動壓機線上生產(chǎn)的10只簡單零件的模具，通過了公司質(zhì)保部門驗收并投產(chǎn)。2002年開始向大型化、復雜化、自動化發(fā)展，設計制造了6000kN自動線上生產(chǎn)的POLO轎車備胎座模具(該零件外形尺寸大、拉深深度深、形狀復雜)。2003年，為進一步提高模具設計制造的能力和水平， 他們涉足20000kN多工位壓力機和10000kN自動線生產(chǎn)使用的模具設計。過去上海大眾在20000kN多工位壓力機上使用的模具，全部需進口，國內(nèi)模具商還沒有能力設計制造這樣的模具。為此，他們選擇了POLO轎車中柱內(nèi)板的模具進行設計。10000kN多工位壓力機是世界上最先進的壓力機之一，集成化自動化程度非常高，當然這對模具設計的要求也相應地提高。零件的送料高度、步距、機械手的位置有嚴格的要求，還要保證機械手在運動過程中與模具無干涉，這樣給予模具設計的空間就小了很多。在考慮諸多因素之后，他們最終完成了整套模具的設計。另外，他們還完成了PoLo轎車在10000kN自動線上生產(chǎn)的后輪罩的模具設計，在去年的基礎(chǔ)上更進一步。這些工作的順利完成，標志著上海大眾模具設計能力已經(jīng)達到了國內(nèi)先進水平，從而為今后上海大眾汽車模具國產(chǎn)化 打 下 了 堅 實 的 基 礎(chǔ) 。 盡 管 如 此 ， 與 國 際 先 進 水 平 比 較 ，圖1 內(nèi)板模具裝配示意圖仍有較大差距，比如在轎車外覆蓋件具設計方面還是空白。 POLO轎車中柱內(nèi)板模具裝配示意圖(a)上模裝配示意圖(b)下模裝配示意圖在轎車沖模中，難度最大的是外覆蓋件模具設計，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：（1)克服由回彈造成的零件型面偏差破裂、起皺、回彈是轎車沖壓件成形過程中的3主要缺陷。由于轎車外覆蓋件外形尺寸大、拉深深度淺、塑性變形程度低，一般不易拉裂，因而回彈就成為該類零件制造過程中的主要問題，它將嚴重影響零件間的相互配合關(guān)系。有限元模擬軟件在沖壓模具設計中得到普遍應用，已經(jīng)能夠比較準確地預測破裂和起皺，從而有助于設計合適的工藝補充面來改善拉深過程中材料的流動狀況，提高零件的成形性。然而，迄今為止，大多數(shù)有限元軟件還不能精確地預測沖壓件從模具當中取出后的回彈變形。因此，對外覆蓋件回彈問題的處理，主要還是依靠經(jīng)驗來修改模具型面，使沖壓件過正成形，來抵消由于回彈導致的變形2。(2)沖壓件的取件由于外覆蓋件(如前蓋外板、車頂、翼子板)都需進行復雜的翻邊整形或預卷邊工藝，這就使得在模具結(jié)構(gòu)設計時，必須考慮沖壓件成形后的取件問題，目前，大都依靠復雜的多斜楔機構(gòu)聯(lián)動來實現(xiàn)模具工作部分對零件讓位，以實現(xiàn)方便取件，由此造成整個模具的結(jié)構(gòu)十分復雜3。3.覆蓋件模具設計及技術(shù)目前，國外大汽車公司為了降低模具開發(fā)、制造成本，縮短生產(chǎn)周期，將除轎車外覆蓋件之外的大部分轎車沖壓件的模具都交由專業(yè)模具公司 (如FontanaPietro、Kuka、Laepple、Schuler Cartec、Ogihala、Fuji Techniaca等等)設計和制造，這些公司都有很強的開發(fā)能力，并在某些零件的模具制造方面擁有獨到的優(yōu)勢。但作為整車廠，考慮到新車型開發(fā)過程中的保密，對諸如翼子板、行李箱蓋、車門、側(cè)圍、車頂、前蓋等敏感零部件的模具，則都由自己的模具制造部門來設計和制造4。31軟件環(huán)境沖壓模具設計，除了必要的CAD軟件之外，還大量應用了有限元模擬軟件，如AutoForm、PamStamp、DynaForm、Indeed等，來輔助沖壓工藝設計。下面，以AutoForm為例，說明如何利用CAE軟件來設計拉深I(lǐng)序工藝補充面。AutoForm是一款由瑞士開發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件，可以用于薄板、拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等過程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補充面(Addendum)的設計。轎車沖壓件中，約有23可以利用AutoForm的Diedesigner Module模塊設計Addendum，該模塊根據(jù)由設計者指定的或由軟件自動4產(chǎn)生的壓邊圈型面，以及工藝補充面的多條截面線(Profile)，能夠快速地生成工藝補充面，用于拉深工序的模擬，如圖2所示。壓邊圈型面、Profile均可進行參數(shù)化式的調(diào)整。這種快速設計是建立在對Addendum曲面的粗略構(gòu)造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之間的連續(xù)并非十分光順，盡管這種曲面不能夠直接用于模具表面的機械加工，但是對于模擬精度的影響卻不是很大。根據(jù)模擬結(jié)果，設計者可以很方便地對工藝補充面進行調(diào)整，直到模擬結(jié)果滿足設計要求。最后，將壓邊圈、Addendum曲面和Profile以中性數(shù)據(jù)格式IGS或VDA輸出，在CAD軟件中進行曲面重構(gòu)，并結(jié)合產(chǎn)品數(shù)模，就能夠得到機加工可以使用的拉深工序模具數(shù)模5。圖2 AutoForm設計工藝補充面示意沖壓工藝傳統(tǒng)設計方法：首先，在經(jīng)驗基礎(chǔ)上，利用CAD設計工藝補充面；其次，將CAD數(shù)模傳遞給AutoForm等CAE軟件進行拉深過程模擬；根據(jù)模擬結(jié)果，在CAD中對工藝補充面進行調(diào)整，并將新的CAD數(shù)模傳遞給CAE，開始新的模擬，直到滿足要求為止。這是一個從CAD到CAE再回到CAD的不斷反復的過程。由于每次在CAD中構(gòu)造曲5面都遠較在AutoForm中復雜，因此，整個過程所花費的時間就多得多。而新方法在沖壓工藝設計初期，就用Diedesigner Module在AutoForm軟件中設計并調(diào)整拉深工藝補充面，與傳統(tǒng)的設計方法相比，就能夠大大提高設計效率6。由于AutoForm是一款快速模擬軟件，為了在較短的時間內(nèi)對復雜沖壓件的成形過程進行評價，采用了膜單元來離散幾何模型，必然要降低模擬精度，因此，有些汽車公司在模具設計開始之前還要利用模擬精度高的CAE軟件，如德國大眾就采用了Indeed軟件，對拉深工序進行再次模擬(Indeed軟件的計算是基于帶厚度的殼單元的，能夠得到更為準確的計算結(jié)果，但是其計算所花費的時間通常是AutoForm的幾到十幾倍，該軟件比較適用于最終驗證 7，所有拉深工藝必須通過Indeed模擬并驗證為是可行的，才可用于模具設計。模具設計完備，應通過圖紙結(jié)合泡沫模型進行驗收(圖3)，各道工序用不同顏色的線條標記在泡沫模型上，這樣做直觀而清晰。還應組織包括工藝設計者、項目規(guī)劃員、模具調(diào)試人員、模具操作者等相關(guān)人員進行討論驗收。對于在沖壓工藝上難以解決的成形問題，還應邀請產(chǎn)品開發(fā)人員一同討論，尋求對產(chǎn)品進行更改設計的n-I能性8。圖 3 沖壓工藝泡沫模型32 修正回彈的對策由前已知，回彈是轎車外覆蓋件成形過程中的主要問題，現(xiàn)以前蓋外板為例，對此進行詳細分析。通常外覆蓋件的回彈有以下兩類：6大片平坦曲面由彈性回復造成的拱起或塌陷，如圖 4 中 C 部放大所示，虛線表示零件從模具中取出并發(fā)生回彈后的位置。這類問題，工藝設計時通常不加以考慮，工藝數(shù)模中產(chǎn)品型面部分的數(shù)據(jù)與來自于產(chǎn)品開發(fā)部門的數(shù)據(jù)相一致，并用于模具制造。待試模之后，將試件與檢具進行對比測量，根據(jù)偏差對拉深模型面進行修正。如果設計人員對于這類問題的控制擁有非常豐富經(jīng)驗的話，也可以事先估計出曲面彈性回復的方向以及偏移量，并將其反向疊加到產(chǎn)品數(shù)模上去，求得考慮回彈變形的拉深工藝曲面，這個計算過程需要由專門的計算機軟件來完成，在德國大眾，采用的是 ICEM。翻邊整形部分由彎曲變形回彈造成的折邊轉(zhuǎn)圖 4 平坦曲面由彈性示意圖角變化，如圖 4 中 B 部放大所示。對于這類問題，該處除拉深和剪邊外，還包括翻邊和斜楔整形，整形工藝需過正成形 23，以抵消彎曲回彈。該工藝由工藝設計完成，并體現(xiàn)在工藝方案的數(shù)模中9。3.3 新斜楔機構(gòu)在外覆蓋件模具上的應用目前，新車型的很多外覆蓋件，如翼子板前蓋外板、車頂?shù)鹊姆呎喂ば蛑校捎昧艘环N稱之為“旋轉(zhuǎn)斜楔”的新工藝16。其工作原理為旋轉(zhuǎn)進程。斜楔上的凹槽部分是沖壓件需整形的區(qū)域，當整形過程完成后，氣缸驅(qū)動的托架推動旋轉(zhuǎn)斜楔繞滾筒轉(zhuǎn)動，從而達到對零件讓位的目的，方便整形后的零件從模具上取出。7旋轉(zhuǎn)斜楔的優(yōu)點是：因整形部分與沖壓件托料部分的拼接處非常光順，故零件上無明顯壓痕；模具結(jié)構(gòu)簡單；維修保養(yǎng)簡便且費用低。3.4 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)方法有很多，具體用那種方法要看汽車覆蓋件沖壓模具的難易程度和制造精度。3.4.1 快速成型技術(shù)快速成型技術(shù)是基于離散、堆積成形思想的新型成形技術(shù)，即由三維 CAD 模型直接驅(qū)動的快速制造復雜形狀三維物理實體的技術(shù)，這是繼數(shù)字驅(qū)動設計（CAD）和數(shù)字驅(qū)動制造（CAM）之后的又一項為制造業(yè)帶來巨大變革的數(shù)字化制造技術(shù)10?？焖俪尚图夹g(shù)中，三維形體在離散過程中被沿著一至三個方向分解，生成形體的各個離散面、離散線和離散點，將這些離散體（面、線和點）轉(zhuǎn)換成實體，并將它們依照原先的順序堆積還原成三維形體的實體形狀15。通過離散獲得材料堆積的路徑、順序和方式，生成一系列二維層面數(shù)據(jù)，再將分層后的數(shù)據(jù)進行處理，加入加工參數(shù)，生成數(shù)控代碼，在數(shù)控系統(tǒng)控制下將材料逐層“迭加”起來形成三維實體，實現(xiàn)數(shù)字化成形，構(gòu)成三維物理實體?？焖俪尚渭夹g(shù)的特點有：（1）高度柔性。不需要傳統(tǒng)的專用工具和生產(chǎn)裝備，而利用信息技術(shù)把生產(chǎn)加工的重組集成到制造系統(tǒng)中；（2）各種先進技術(shù)的高度集成；（3）快速性。傳統(tǒng)加工方式開發(fā)一個復雜形狀的產(chǎn)品，從設計、工藝規(guī)劃到加工完成，可能需要幾天、幾個月甚至上年的時間，而采用快速成形技術(shù)，從實體建模到原型或零件加工完成，可以在幾十小時或幾個小時內(nèi)完成；（4）自由成形性。因此能夠制造特別復雜的實體；（5）材料的廣泛性。不同的工藝可制造樹脂、塑料、紙、石蠟、復合材料、金屬材料、陶瓷等原型。采用分層實體制造工藝。分層實體制造將激光用于箔材（主要是涂敷紙）的切割，逐層粘切完成后，清除被切割的廢料，就獲得了所需要的原型。該技術(shù)可保證原型件精度；能制造出大型甚至超大型的設備，得到最大尺寸，運行費用設備中為最低。3.4.2.電磁成型技術(shù)電磁成型技術(shù)最先起源于美國。隨著科學技術(shù)的進步和制造業(yè)的發(fā)展，電磁8成型技術(shù)逐漸發(fā)展成為制造業(yè)中一種新型的金屬塑性加工方法。它是利用瞬間的高壓脈沖磁場迫使金屬產(chǎn)生塑性變形達到成型金屬零件的目的。電磁成型加工是一種高速能的工藝，目前，電磁成型技術(shù)已廣泛應用于航空航天、原子能、汽車、儀器儀表、電子以及玩具等領(lǐng)域11，主要是金屬板材的沖孔、壓印或壓花以及管材的脹形、縮頸、沖孔、翻邊等。電磁成型的理論基礎(chǔ)是物理學中的電磁感應定律，在電場周圍會產(chǎn)生變化的磁場，而隨時間變化的磁場在其周圍空間激發(fā)渦旋電場，所以當有導體處于此電場中時就會產(chǎn)生感應電流(渦流)。在電磁成形過程中，磁場力是工件成型的動力。電磁成型是利用脈沖磁場力來使金屬坯料變形的，脈沖磁場力是由電容器通過工作線圈瞬間放電所產(chǎn)生的。脈沖磁場里是磁場間相互排斥或相互吸引的作用。電磁成型加工的工藝特點：非機械接觸性加工，電磁力是工件變形的動力，它不同于一般的機械力，工件變形時施力設備無需與工件進行直接接觸，因此工件表面無機械擦痕，也無需添加潤滑劑，工件表面質(zhì)量較好；工件變形源于工件內(nèi)部帶電粒子受磁場力的作用14。因此，工件變形受力均勻，殘余應力小，疲勞強度高，使用壽命長，加工后不影響零件的力學、物理、化學性能，也不需要熱處理；施力元件(線圈)相對壓力機尺寸小，易在真空和氣保下進行，將感應加壓一次完成；由電磁力的控制精度其誤差可在 0.5%以內(nèi)，因此加工精度高；加工效率高、時間短、成本低，便于實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化；電磁成型設備可實現(xiàn)工件的多步、多點、多工位成型，有助于實現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化；污染較輕，有利于環(huán)境的保護。電磁成型加工作為一種新型的金屬塑性加工技術(shù)，不同于傳統(tǒng)的冷鍛、溫鍛和熱鍛等加工方法，它以其獨特的加工特點展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?2。3.4.3.無模多點成形無模多點成形就是將多點成形技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合為一體的先進制造技術(shù)。該技術(shù)利用一系列規(guī)則排列的、高度可調(diào)的基本體，通過對各基本體運動的實時控制，自由地構(gòu)造出成形面，實現(xiàn)板材的三維曲面成形。它是對三維曲面扳類件傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。實現(xiàn)無模成形：取代傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省模具設計、制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財力，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費用，而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時間，與手工成形方法相比，成形的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量9好，并且顯著提高生產(chǎn)效率。優(yōu)化變形路徑：通過基本體調(diào)整，實時控制變形曲面，隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形極限，實現(xiàn)難加工材料的塑性變形，擴大加工范圍。實現(xiàn)無回彈成形：可采用反復成形新技術(shù)，消除材料內(nèi)部的殘余應力，并實現(xiàn)少無回彈成形、保證工件的成形精度。小設備成形大型件：采用分段成形新技術(shù)，連續(xù)逐次成形超過設備工作臺尺寸數(shù)倍的大型工件。易于實現(xiàn)自動化：曲面造型、工藝計算。壓力機控制、工件測試等整個過程全部采用計算機技術(shù)，實現(xiàn) cad cam cat 一體化生產(chǎn)，工作效率高，勞動強度小，極大地改善勞動者作業(yè)環(huán)境13。3.4.4.其它技術(shù)采用低熔點合金澆鑄，快速制造汽車蓋件試制模具。合金的熔點低至，且凝固時幾乎沒收縮，是其兩個明顯的特點。提出工藝路線為：根據(jù)模型制造原型，再將翻制為具有足夠尺寸精度的陶瓷型，對陶瓷型進特殊處理后，在接近的溫度下，澆鑄出低熔點合金汽車覆蓋件拉延模具。此拉延模具以制造件汽車覆蓋件零件，完全滿足試制模具的需要。主要應注意：低熔點合金的設計；低熔點合金的澆鑄工藝；低熔點合金模具的試模與調(diào)試。采用等離子噴涂技術(shù)，也可快速制造汽車車身試制模具。在電弧噴涂研究的基礎(chǔ)上，進行的主要研究與開發(fā)技術(shù)為采用原型制造汽車噴涂模具的工裝8；紙原型與工藝轉(zhuǎn)化原型的設計與制造；噴涂工藝參數(shù)的選擇；噴涂型殼與紙原型的分離；噴涂模具背襯材料的選擇與制備；噴涂模具背襯的制造及后處理；噴涂模具的試模與調(diào)試。4.總結(jié)近年來，通過不懈的努力，國內(nèi)轎車沖壓模具的設計制造能力取得了顯著的進步。但是，在轎車特別是中高檔轎車外覆蓋件模具的開發(fā)上，我們與國際水平仍有較大差距。不過，這種差距并非不能縮小，只要我們多加強國際交流，多吸取國外同行的設計制造經(jīng)驗，一定能夠加快轎車覆蓋件模具的國產(chǎn)化進程。105.參考文獻1陳炎嗣.郭景儀.沖壓模具設計與制造技術(shù).北京：北京出版社，1991042郭春生.湯寶駿.孫繼明.汽車大型覆蓋件模具.北京：國防工業(yè)出版社，1993103楊玉英.大型薄板成型技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社，1996024鄧仕珍.汽車車身制造工藝學.北京：北京理工大學出版社，1997-095Gang Liu，Zhongqin Liu，Youxia gaoOptimization desing of drawbead in drawing toolsof autobody cover paneljournal of Engineering mateials and Technology6劉罡.基手回彈控翩的提高轎車沖壓成形精度方法研究上海交通大學博士論文20017程迎潮,劉罡,范國輝.國內(nèi)外轎車覆蓋件沖壓模具設計概況，(上海大眾汽車有限公司，上海201805)8樊小年，試談汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)，岳陽職業(yè)技術(shù)學院，湖南岳陽 4140009崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)M.機械工業(yè)出版社，2003.10劉緒功.基于特征的汽車覆蓋件沖壓成形性研究D. 南京:南京航空航天大學，2005.11朱東波,王伊卿等.電弧噴涂汽車覆蓋件沖壓模具快速制造方法P.中國專利:03134500，2004.4.12程應潮，范國輝.國內(nèi)外橋車覆蓋件沖壓模具設計概括.1672-0121（2004）04-0026-0413李體彬.沖壓成型工藝. 化學工業(yè)出版社. 2008. 023458 號：119814李德群，肖祥芷.模具 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展概況及趨勢J.模具工業(yè)，2005（7）：9-1215中國模具工業(yè)協(xié)會.模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃J.模具工業(yè)，2005（7）：3-816李大鑫，張秀錦.模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述J.模具制造，2005 （2）：1-411