封蓋的落料拉深沖孔復(fù)合模具設(shè)計-沖壓模含NX三維及18張CAD圖

封蓋的落料拉深沖孔復(fù)合模具設(shè)計-沖壓模含NX三維及18張CAD圖,落料拉深,沖孔,復(fù)合,模具設(shè)計,沖壓,nx,三維,18,cad XXX 設(shè)計開題報告 課 題 名 稱： 封蓋落料沖孔拉深翻邊復(fù)合模 學(xué) 生 姓 名： XXX 指 導(dǎo) 教 師： XXX 所 在 學(xué) 院： XXXXXXX 專 業(yè) 名 稱： XXXXXXXXXXX XXXXX 20XX年 1月 20 日 開題報告 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 姓名 職 稱 所在系部 課題來源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程技術(shù)研究 課題名稱 封蓋落料沖孔拉深翻邊復(fù)合模 畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義? 1．主要內(nèi)容： 沖壓模具的設(shè)計在其生產(chǎn)、加工以及使用過程中尤為重要。特別是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對加工、裝配、工期、成本乃至沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率產(chǎn)生極大的影響。所以，此課題主要研究以下兩個個方面： 握板料成形原理，分析封蓋復(fù)合模的圖樣及技術(shù)條件，并且分析其材料的性能。 掌握繞封蓋復(fù)合模模的結(jié)構(gòu)特征，并且學(xué)習(xí)結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征制訂工藝路線，為理論計算和繪制圖紙做準(zhǔn)備。 總結(jié)模具設(shè)計過程，編寫10000字以上的課題設(shè)計說明書。 2．畢業(yè)設(shè)計的意義： 現(xiàn)如今支架沖壓模具設(shè)計模采用多工序、單工位同時加工的方式。在加工生產(chǎn)中，有著低成本、高效率、高精度的優(yōu)勢。研究支架級進模設(shè)計，挖掘其潛力，使之能更好地服務(wù)于市場具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 因為模具的生產(chǎn)主要是大批量的生產(chǎn)，而且模具可以保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度和產(chǎn)品質(zhì)量，模具的設(shè)計與制造主要考慮到模具的設(shè)計能否滿足工件的工藝性設(shè)計，能否加工出合格的零件，以及后來的維修和存放是否合理等。在本次設(shè)計中，不僅要考慮要使做出的零件能滿足工作要求，還要保證它的使用壽命。 凸模的外形、凹模型孔采用數(shù)控線切割機床加工，在設(shè)計中要考慮到很多關(guān)于所設(shè)計模具的知識，包括的使用場合、外觀要求等，從這里可以知道模具設(shè)計是一項很復(fù)雜的工作，所以在設(shè)計要不斷的改進直到符合要求。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我希望學(xué)會如何對級進模結(jié)構(gòu)進行合理分析；如何就沖壓模零件的各種不同的公差要求相應(yīng)的設(shè)計出一套完整的模具來滿足加工零件的需求。同時，在本次畢業(yè)設(shè)計過程中能夠了解如何編寫正確的技術(shù)文件，正確的使用設(shè)計手冊。畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)了我們嚴(yán)肅認真、一絲不茍和實事求是的工作態(tài)度，從而實現(xiàn)了從一名學(xué)生到工程技術(shù)人員的過渡過程。 文獻綜述 文獻綜述 沖壓加工工藝的優(yōu)點突出，在國民經(jīng)濟各部門中獲得了廣泛應(yīng)用。不僅在日常生活用品中占據(jù)非常重要的位置，而且在現(xiàn)代航空、航天、兵工、汽車、拖拉機、電機、電器和電子儀表生產(chǎn)中也占有十分重要的地位?？梢哉f，沖壓加工已成為許多工業(yè)部門的重要加工手段，不采用沖壓加工，要想改進產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，迅速更新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品市場競爭能力，都是不可能的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，各工業(yè)部門對沖壓技術(shù)的要求越來越高，因而促進了沖壓技術(shù)的迅速發(fā)展。 在大批量生產(chǎn)中，發(fā)展高效率、高壽命、高精度沖模 ，如適用于復(fù)雜形狀零件的多工位連續(xù)模、適用于單一品種零件的自動化專用沖模等；在小批量生產(chǎn)和新品試制中，發(fā)展通用沖模、組合沖模和鋅合金模、聚氨酯橡膠模、薄板沖模、鋼帶沖模等簡易沖模，以便縮短沖模加工周期，降低制模成本，使沖壓加工能適應(yīng)小批量生產(chǎn)和新品試制的需要；組織沖模專業(yè)化生產(chǎn)，減少制模手工操作，采用各種先進加工、檢測設(shè)備和各種新的制模技術(shù)，以適應(yīng)大型、復(fù)雜、精密、先進沖模的加工；改進沖模熱處理，發(fā)展模具表面強化新工藝，開發(fā)制模新材料，以便提高沖模的使用壽命和沖壓件的質(zhì)量；大力加強沖模典型化和標(biāo)準(zhǔn)化研究，積極開展沖模的計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造，以便簡化沖模的設(shè)計與加工，縮短沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低制模成本，提高制模質(zhì)量；在沖壓設(shè)計中采用先進技術(shù)，如在沖模結(jié)構(gòu)上配置能在沖壓過程中控制定位不準(zhǔn)、工件重疊、尺寸超差的裝置。改進通用壓力機的結(jié)構(gòu)，提高剛度和精度；積極開發(fā)高速壓力機、多工位壓力機、數(shù)控壓力機，提高生產(chǎn)效率，滿足大批量生產(chǎn)的需要等等。 當(dāng)前整個工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點是產(chǎn)品品種多、更新快、市場競爭激烈。為了適應(yīng)用戶對模具制造的短交貨期、高精度、低成本的迫切要求，模具必然會有如下發(fā)展趨勢： 多功能復(fù)合模具將進一步發(fā)展。多色和多材質(zhì)塑料成型模具也將有較快發(fā)展，這種模具縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和裝配周期，今后在不同領(lǐng)域?qū)⒌玫桨l(fā)展和應(yīng)用[3-6]。 美國模具工業(yè) 美國現(xiàn)有約7000家模具企業(yè)，90%以上為少于50人的小型企業(yè)。由于工業(yè)化的高度發(fā)展，美國模具業(yè)早已成為成熟的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，處于世界前列。美國模具鋼已實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)供應(yīng)，模具設(shè)計制造普遍應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)，加工工藝、檢驗檢測配套了先進設(shè)備，大型、復(fù)雜、精密、長壽命、高性能模具的發(fā)展達到領(lǐng)先水平。 但自上世紀(jì)90年代以來美國經(jīng)濟面臨后工業(yè)化時代的大調(diào)整、大變革，也面對強大的國際競爭——來自成本壓力、時間壓力和競爭壓力。 日本模具工業(yè) 目前，日本的模具制造技術(shù)仍處于世界領(lǐng)先地位。據(jù)日本通產(chǎn)省工業(yè)統(tǒng)計，日本共有模具生產(chǎn)廠約10000家，其中20人以下的占91%以上，即日本模具業(yè)以中小企業(yè) 為主，主要靠專業(yè)化分工，完成高質(zhì)量的模具設(shè)計、加工。由于日本的專業(yè)化分工做得好，中小模具企業(yè)的整體制造水平高，使“日本制造”的模具成為一種品牌、優(yōu)質(zhì)的象征。近年來，日本塑料模具、粉末冶金模具、壓鑄模具增長明顯，沖壓模具和鍛造模具則相對呈減少趨勢。據(jù)羅百輝了解，日本模具目前面臨五大課題——縮短交貨期、降低制造成本、提高模具質(zhì)量和精度、勞動力不足以及迎接亞洲各國的挑戰(zhàn)。針對此況，日本許多模具廠家都在積極擴大設(shè)備投資。在加工方面，大量采用無人看管的加工單元，或者通過計算機進行聯(lián)機控制。在設(shè)計制造部門幾乎都采用CAD/CAE/CAM技術(shù)，進行動作仿真分析、DNC（直接數(shù)字控制）加工。模具的技術(shù)開發(fā)主要向高精度、高速度、長壽命、復(fù)雜、大型、一體化和高性能諸方面發(fā)展。 新加坡模具工業(yè) 新加坡是一個只有300萬人口的小國，在上世紀(jì)80到90年代，政府重視和支持精密模具的發(fā)展，出臺了很多政策，使模具工業(yè)得到快速增長，促進了新加坡經(jīng)濟的快速發(fā)展。 新加坡?lián)碛懈鞣N類型模具以及精密加工相關(guān)企業(yè)超過1000多家，模具年產(chǎn)值超過45億人民幣，在亞洲模具業(yè)中有著相當(dāng)重要的影響力和作用。模具企業(yè)中上市的有10多家。新加坡65%以上企業(yè)生產(chǎn)的模具都是為電子相關(guān)業(yè)配套的，生產(chǎn)的模具不是大型的，但都是高精密、高水平的模具。 新加坡模具企業(yè)主要集中在半導(dǎo)體框架/封裝模具、五金沖壓模具、塑膠模具、硅橡膠模具等領(lǐng)域。 德國模具工業(yè) 德國一向以精湛的加工技藝和出產(chǎn)精密機械、工具而著稱，其模具業(yè)也充分體現(xiàn)了這一特點。對于模具這個內(nèi)涵復(fù)雜的工業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過多年的實踐探索，德國模具制造廠商形成了一個共識：即全行業(yè)必須協(xié)調(diào)一致，群策群力，挖掘開發(fā)潛力，共同發(fā)揚創(chuàng)新精神，共同技術(shù)進步，取長補短，發(fā)揮好整體優(yōu)勢，才能取得行業(yè)的成功。此外，為適應(yīng)當(dāng)今新產(chǎn)品快速發(fā)展的需求，在德國不僅大公司建立了新的開發(fā)中心，而且許多中小企業(yè)也都這樣做，主動為客戶做研發(fā)工作。在研究方面德國始終十分活躍，成為其在國際市場上保持不敗的重要基礎(chǔ)。在激烈競爭中，德國模具行業(yè)多年保持住了在國際市場中的強勢地位，出口率一直穩(wěn)定在33%左右。 據(jù)德國工、模具行業(yè)組織——德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會統(tǒng)計，德國有模具企業(yè)約5000家，2003年德國模具產(chǎn)值達48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%[7-9]。 參考文獻 研究內(nèi)容 [1] 李志剛主編.中國模具設(shè)計大典：第1卷[M].南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.1. 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（4）圓角問題。計算出合理的凸、凹模圓角度數(shù)。 （5）連接零件設(shè)計問題。根據(jù)零件的拉深的高度，確定連接零件的形狀及位置結(jié)構(gòu)。 這些問題都是設(shè)計該模具的關(guān)鍵問題，在設(shè)計過程中，本人將通過查閱有關(guān)文獻資料來解決。 4．預(yù)期成果 （1）該五金件模具技術(shù)要求一份、訂料表文件一份； （2）開題報告一份、外文翻譯資料一份； （3）3D裝配圖一份； （4）2D裝配圖一份和零件圖若干份（不少于3張A0圖紙）； （5）畢業(yè)論文一份； 研究計劃 2014.11.21—2015.01.08：查閱資料，撰寫開題報告； 2015.01.09—2015.03.07：準(zhǔn)備開題報告答辯； 2015.03.08—2015.04.01：整體方案設(shè)計； 2015.04.02—2015.04.22：相關(guān)設(shè)計計算； 2015.04.23—2015.05.13：繪制所有圖紙； 2015.05.14—2015.05.24：撰寫設(shè)計說明書； 2015.05.25—2015.06.01：完善資料準(zhǔn)備答辯； 特色與創(chuàng)新 隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)及其應(yīng)用日趨成熟，模具CAD/CAM技術(shù)日益深入人心，并且發(fā)揮著越來越重要的作用。因此，對于大型復(fù)雜的模具設(shè)計是必不可少的技術(shù)。 在本次畢業(yè)設(shè)計，本人將全部應(yīng)用CAD技術(shù)來設(shè)計與制造模具。在模具設(shè)計方面，應(yīng)用UG軟件對模具凸模和凹模進行設(shè)計，并完成三維模具總裝圖。由于學(xué)習(xí)該軟件需要一定的模具成型實踐知識，在使用上要多查閱這方面的資料。 指導(dǎo)教師 意 見 指導(dǎo)教師簽名： 2015年 月 日 教研室意見 主任簽名： 2015 年 月 日 學(xué)院（系部）意見 教學(xué)院長（主任）簽名： 2015年 月 日 封蓋落料拉深沖孔翻邊封蓋落料拉深沖孔翻邊復(fù)合模設(shè)計復(fù)合模設(shè)計 姓姓 名：名：XXXX 指指 導(dǎo)導(dǎo) 老老 師：師：XXXX一.零件圖 1、封蓋的材料：08Al 2、封蓋形狀：圓筒形3、板料厚度：1.5mm 4、零件圖等級：IT14 該零件沖裁工藝性較好，綜合評該零件沖裁工藝性較好，綜合評價比較適合沖裁加工。價比較適合沖裁加工。如下圖：二.工藝方案確定 1.概論 根據(jù)封蓋的形狀特點，需要落料、拉深、沖孔、翻邊工藝，沖孔工序根據(jù)沖裁模的工藝可以有以下幾種方案第一種方案：拉深成型后再在底部沖孔；第二種方案：先在底部沖一小孔，然后在拉深成型。2.方案類型3.方案分析 第一種成型方案，工序集中，工件第一種成型方案，工序集中，工件的質(zhì)量較高，適合大、中批量生產(chǎn)，的質(zhì)量較高，適合大、中批量生產(chǎn)，圖樣上對工件精度工件要求不是很高圖樣上對工件精度工件要求不是很高的情況下，可以采用；的情況下，可以采用；第二種方案先在底部沖預(yù)制小孔，第二種方案先在底部沖預(yù)制小孔，在拉深的過程中預(yù)制孔會變形，而且在拉深的過程中預(yù)制孔會變形，而且拉深也會出現(xiàn)缺陷，由于變形的不均拉深也會出現(xiàn)缺陷，由于變形的不均勻，拉深的直壁的質(zhì)量也不好。勻，拉深的直壁的質(zhì)量也不好。4.結(jié)論通過比較采用方案一，翻邊放到最后，由于使用復(fù)合模所以使用落料拉深沖孔翻邊復(fù)合模。三.工藝參數(shù)的計算1.排樣方案：綜合零件毛坯為圓形坯料，采用有廢料排樣方。2.2.凸、凹模刃口尺寸的計算公式如下：四.模架的選用 根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命、大批量生產(chǎn)和工件質(zhì)量，該模采用中間導(dǎo)柱模架。五.壓力機的選擇 根據(jù)計算和分析，再結(jié)合車間設(shè)備的實際情況，選用公稱壓力為630KN的開式雙柱固定臺可傾壓力機（型號為J23-63）能滿足使用要求。其主要具體參數(shù)如下:公稱壓力 630KN滑塊行程 130mm最大閉合高度 360mm封閉高度調(diào)節(jié)量 80mm工作臺尺寸 480710mm模柄孔尺寸 5080mm六.模具的裝配1.下模座 18.22.圓柱銷2.導(dǎo)柱 19.沖孔凸模3.內(nèi)六角圓柱頭螺釘 20.上凸凹模4.下固定板 21.翻邊凹模5.凹模 23.翻邊沖孔凸凹模6.內(nèi)六角圓柱頭螺釘 24.拉深凸模7.卸料導(dǎo)料板 25.頂塊8.導(dǎo)套 26.圓柱銷9.上固定板 27.頂桿10.上墊板11.上模座12.13.內(nèi)六角圓柱頭螺釘14.模柄15.打桿16.推板17.限位螺釘模具工作工程：上模下行，落料凸模先進入卸料板，上模繼續(xù)下行，將條料壓入落料凹模，完成落料工序，上模繼續(xù)下行，沖孔凸模相對下行，壓入條料，完成沖孔并且下行過程中將外行進行翻邊并且將頂塊壓下橡膠變形，完成之后上模上行回復(fù)，并且橡膠回復(fù)將頂塊上推，將零件卡如沖孔凸模。上模上行，推桿和打桿都上行，之后打桿打到壓力機，打桿下行之后推推桿，將零件推出，完成加工。 設(shè)計指導(dǎo)教師審閱表 專業(yè)： XXXX 學(xué)生 XXX 學(xué)號 題目： 封蓋落料沖孔拉深翻邊復(fù)合模 項目 內(nèi)容 得分 評 語 工作態(tài)度評價 （10分） 1．工作態(tài)度認真，按時出勤 （4分） 2．能按規(guī)定進度完成任務(wù) （6分） 工作質(zhì)量與水平評價 （90分） 1．開題報告（8分） 2．外文資料翻譯（5分） 3．設(shè)計方案的確定（10分） 4．設(shè)計計算（15分） 5．設(shè)計繪圖（18分） 6．現(xiàn)代設(shè)計方法、手段應(yīng)用情況（10分） 7．設(shè)計說明（14分） 8．創(chuàng)新與應(yīng)用價值（10分） 總評 百分制總評： 是否同意答辯 指導(dǎo)教師簽名： 2015 年 月 日 XXX 設(shè)計（XX）答辯及綜合成績評定表 學(xué)生姓名 班級 學(xué)號 指導(dǎo)教師 設(shè)計題目 封蓋落料沖孔拉深翻邊復(fù)合模 答 辯 情 況 提 出 主 要 問 題 回答問題情況記錄 正確 基本 正確 有一般性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 1 2 3 4 5 6 答辯評語： 答辯成績： 答辯小組組長簽字： 2015年 月 日 綜 合 成 績 評 定 指導(dǎo)教師評定成績（40%） 評閱教師評定成績（20%） 答辯成績（40%） 綜合評定分?jǐn)?shù) 綜合評定等級 設(shè)計綜合評語： 答辯委員會主任簽字： 2015年 月 日 設(shè)計評閱教師審閱表 專業(yè)： XXXX 學(xué)生 XXX 學(xué)號 題目： 封蓋落料沖孔拉深翻邊復(fù)合模 評閱項目 滿分 學(xué)生得分 評 語 題目的意義、難度及知識覆蓋面 10 工作量是否適中 10 開題報告的質(zhì)量與水平 10 設(shè)計成果的質(zhì)量 50 計算內(nèi)容的完整性及計算書的規(guī)范性 20 。 合 計 100 對指導(dǎo)教師的建議 是否同意 參加答辯 評閱人姓名 職稱 簽名： 2015 年 月 日 選題、審題表 教研室 指導(dǎo)教師 職稱 申報課題名稱 電容器支架落料拉深沖孔復(fù)合模 課題性質(zhì) A 課題來源 D 課 題 簡 介 沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對加工、裝配、工期、成本乃至沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率產(chǎn)生極大的影響。所以，此課題主要研究以下兩個個方面： 握板料成形原理，分析封蓋復(fù)合模的圖樣及技術(shù)條件，并且分析其材料的性能。 掌握繞封蓋復(fù)合模模的結(jié)構(gòu)特征，并且學(xué)習(xí)結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征制訂工藝路線，為理論計算和繪制圖紙做準(zhǔn)備。 所需經(jīng)費 200 上機時數(shù) 100 課題要求 （包括所具備的條件） 1、對常用塑料具備一定的了解和掌握； 2、熟悉AUTOCAD及UG繪圖； 3、熟悉沖壓模具設(shè)計步驟及方法； 4、了解模具的制造加工過程。 課題工作量要求 （1）開題報告一份（文獻綜述、調(diào)研報告、方案論證、 完成課題的基本思路及進程計劃等）； （2）外文翻譯；（2000字以上） （3）畢業(yè)設(shè)計圖紙不少于A0 3張；其中要求完成產(chǎn)品二 維圖、三維圖以及模具二維圖的繪制。 （4）設(shè)計說明書一份及光盤； 教研室 審定意見 室主任簽字： 院系領(lǐng)導(dǎo)小組審定意見 教學(xué)院長（主任）簽字： 說明：1、該表為畢業(yè)設(shè)計（論文）課題申報時專用，由選題教師填寫，經(jīng)教研室討論、室主任簽字，報學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組審定，院長簽字后生效。 2、課題性質(zhì)：A．工程設(shè)計；Ｂ．工程技術(shù)研究；C．軟件工程（如CAI課題）；D．文獻型綜述；E．其它。 3、課題來源：A．自然科學(xué)基金與部、省、市級以上科研課題；B．企、事業(yè)單位委托課題；C．院級基金課題；D．自擬課題。 4、上機時數(shù)可填：xx時數(shù)/人或者該課題所需總時數(shù)。 5、選題結(jié)束后，該表要求統(tǒng)一存放在學(xué)院辦公室備查。 中文翻譯 成形模具設(shè)計中的板料成形數(shù)值模擬與試制模具的比較 A. ANDERSSON? , ? , _ 當(dāng)今，金屬板料成形數(shù)值模擬是一種用于預(yù)測汽車零部件成形能力的強有力的技巧。與傳統(tǒng)的方法比如使用試制模具，金屬板料成形數(shù)值模擬在模具設(shè)計中應(yīng)用程度的巨大的增加使實體模具在制造之前被測試成為可能。另外一種金屬板料成形模擬的優(yōu)點在于其可利用于工藝設(shè)計早期階段，例如在最初的設(shè)計階段。如今，金屬板料成形數(shù)值模擬的結(jié)果的精確度在很大程度上已足夠高，以致于可代替試制模具的使用。在沃爾沃汽車公司，車身部件工廠，該項研究已經(jīng)被啟動，金屬板料成形模擬以集成的模塊形式在模具設(shè)計與模具生產(chǎn)的工藝中被使用。 1 引言 傳統(tǒng)地，試制模具被用于驗證某種模具設(shè)計能否生產(chǎn)滿足要求質(zhì)量的零件。試制模具通常由比生產(chǎn)用模具更便宜的材料制成。這是一種很省時且節(jié)約成本的方式。但是，如今另外一種更為行之有效的技術(shù)可以使用——金屬板料成形模擬。這種新技術(shù)基于成形工藝的數(shù)值模擬，并且對于每套實用模具可以降低10%的成本和15%的生產(chǎn)時間。金屬板料成形數(shù)值模擬技術(shù)不斷的發(fā)展，并且模擬的結(jié)果越來越精確。在將來，或許可以使用金屬板料成形數(shù)值模擬用于分析更多的工藝。如今，金屬板料成形數(shù)值模擬的結(jié)果的精確度在很大程度上已足夠高可代替試制模具的使用。 2 方法 該研究的目的在于分析和比較金屬板料成形數(shù)值模擬和試制模具在成形模具設(shè)計中的優(yōu)缺點。此研究中使用的方法基于專為該研究開發(fā)的產(chǎn)品可靠性模板（PSM) (Rundqvist and Sta°hl 2001年)和工藝一致性模板 (PCM)。PSM是一種把工藝中的不同因素（參數(shù)）按目錄編入不同因素組的模板。然后每種因素（參數(shù)）的影響被評定為0—3等級?；谀０宓慕Y(jié)果，對產(chǎn)品工藝有最大影響的參數(shù)可以被篩選出來，然后可以制作折中或是最小化這些影響的優(yōu)先表。PCM是通過高級專家測試在實際生產(chǎn)中對汽車元器件成形的連續(xù)測試來分析金屬板料成形數(shù)值模擬、試制模具的結(jié)果，生產(chǎn)零件的質(zhì)量 3 設(shè)計成形模具的工藝 圖1所示，一種在沃爾沃汽車公司車身部件工廠（VCBC）的開發(fā)一種成形模具的簡化生產(chǎn)工藝流程。 一種成形模具設(shè)計的工藝包括試制階段，該階段各種不同的模具設(shè)計被測試。這是一個在模具設(shè)計工藝中很重要的階段，目的在于驗證零件將會滿足所要求的質(zhì)量。預(yù)測一種成形操作的結(jié)果是很困難的，但是通過使用金屬板料成形數(shù)值模擬方法使得對成形操作的結(jié)果有價值的預(yù)測成為可能。 零件/工藝最初的設(shè)計 零件 設(shè)計 硬質(zhì)模具/工藝設(shè)計 試制 模具 金屬板料成形數(shù)值模擬 圖1 VCBC設(shè)計成形模具的工藝方法 3.1 金屬板料成形數(shù)值模擬的使用 金屬板料成形數(shù)值模擬可以被利用到模具設(shè)計工藝的幾個階段。 ● 起初設(shè)計的早期階段，能夠快速驗證汽車元器件設(shè)計的不同的方案 ● 預(yù)測并且驗證成形工藝 ● 改善現(xiàn)有的工藝 3.1.1 金屬板料成形數(shù)值模擬的需求 ● 數(shù)值模擬軟件 ● 零件布局的CAD模型或模具成形表面的CAD模型 ● 描述特定金屬板料材料的參數(shù) ● 工藝參數(shù) ● 工作站（現(xiàn)今個人計算機的發(fā)展快速的提升以致于個人計算機在將來會成為一種強有力的替代） ● 一名有能力可以操作該軟件并能夠分析數(shù)值模擬結(jié)果的員工 數(shù)值模擬軟件?，F(xiàn)今市場有各種各樣的商業(yè)軟件可供使用。為找到合適的軟件，必須分析所使用的領(lǐng)域?？紤]到用戶界面友好性與軟件柔性，軟件包是不同的。 在進行該項研究的VCBC，兩種不同的軟件包得以使用。一種是用戶友好的可快速提供結(jié)果的AUTOFORM（2001）。該軟件用于獲取合理的模具集合形狀的反復(fù)的分析工藝。另外一種軟件是LS—DYNA（2001），被用于驗證AUTOFORM的結(jié)果。 ● CAD模型。為使用金屬板料成形數(shù)值模擬方法分析零件或者模具設(shè)計，就需要該零件或者模具的CAD模型。這種模型可以在大多數(shù)CAD軟件中構(gòu)造。例如，在VCBC使用的CATIA軟件。不同的數(shù)值模擬軟件需要不同類型的CAD模型。 ● 材料參數(shù)。單向拉深實驗被用于描述材料參數(shù)。同樣有必要描述材料內(nèi)部斷裂的風(fēng)險。描述斷裂的數(shù)據(jù)是通過創(chuàng)建成形極限曲線來獲取的。成形極限曲線是一種顯示在斷裂發(fā)生前最大許用應(yīng)力數(shù)值的描繪在基準(zhǔn)應(yīng)力平面上的曲線。更為透徹的描述由Pearce于1991年提出。 ● 工藝參數(shù)。金屬板料成形數(shù)值模擬需要核實的工藝參數(shù)。 ● 工作站。用于進行金屬板料成形數(shù)值模擬的模型通常很大以致于為獲得核實的運算時間而需要使用工作站。但是，個人計算機技術(shù)的發(fā)展使幾臺PC聯(lián)網(wǎng)成為可能，這有可能會是工作站的替代。 ● 有能力的員工。為讀懂金屬板料成形數(shù)值模擬的結(jié)果，能夠輸入正確的數(shù)據(jù)并且擁有理解結(jié)果的能力是狠必要的。這就需要有能力的員工。這種能力應(yīng)該包括成形知識和數(shù)值模擬知識這由于考慮到生產(chǎn)工藝與翻譯結(jié)果二者的聯(lián)系。 表1 V-1158.的材料數(shù)據(jù) 壁厚(mm) Rp0.2屈服強度(Mpa) Rm抗拉強度極限 (MPa) n 值 (平均值) R 值 (平均值) 0.8 140 320 0.243 1.76 3.2 金屬板料成形數(shù)值模擬的結(jié)果 金屬板料成形數(shù)值模擬式如下的研究成為可能： ● 壁厚的分配 ● 斷裂的幾率 ● 拉深線 ● 起皺 ● 拉深/沖孔的壓力 ● 表面缺陷 ● 表面的穩(wěn)定性 ● 彈性回復(fù) ● 材料行為 ● 工藝監(jiān)測 ● 內(nèi)部拉深 ● 成形視窗 ● 力（凸模、沖孔） 圖2 壁厚的分配藍色區(qū)域顯示變薄20%，紅色10% 為驗證可能的結(jié)果對VolvoS80的車身外側(cè)的數(shù)值模擬進行了研究。用于該種汽車元器件的材料是一種有著良好成形能力的中碳鋼(V—1158)。材料的參數(shù)如表1所示。 3.2.1 壁厚的分配。 金屬板料成形數(shù)值模擬可以為部件壁厚的分配提供一個良好的近似值。在汽車工業(yè)對于考慮到壁厚減少的最大的許用量有要求，以確保在碰撞事故中的安全區(qū)域。 3.2.2 斷裂的幾率 成形工藝過程中可以使用成形極限曲線的方法評定斷裂的幾率，該幾率已在此部分的最初時間被描述好。 圖3 斷裂的幾率。 圖中，裂紋以紅色顯示。右側(cè)黑線代表成形極限曲線。同樣顯示數(shù)值模擬的結(jié)果（藍色點） 圖4 圖中的深藍色線顯示材料在成形操作時的流動情況。 如果材料流過圓角，零件上就會出現(xiàn)拉深線。如果拉深線出現(xiàn)在外觀零件的可見表面，該零件就會因質(zhì)量原因而廢掉。 3.2.3 拉深線 拉深線發(fā)生于當(dāng)一個可見的零件外部區(qū)域通過圓角滑入當(dāng)成形時。零件表面一點流動方式的曲線在數(shù)值模擬器件即出現(xiàn)這些線。拉深線在外部零件的可見表面是不應(yīng)該出現(xiàn)的。 在描述成形能力的圖5，有足夠應(yīng)變的表面可以看到。通過共同研究這些使預(yù)測這些表面的穩(wěn)定性成為可能。這是一種簡化的分寫。一種更為細致分析將會包括最終零件的應(yīng)力與應(yīng)變的聯(lián)系。 圖5該圖顯示對工藝監(jiān)測的一個實例。很容易理解成形工藝期間起皺的擴展情況 3.2.4 起皺 可見的起皺在零件上市不允許的。這些可以通過金屬板料成形數(shù)值模擬來監(jiān)測。 3.2.5 力 為以一種精確的方法測量工藝，必須要知道哪些力對成形該零件是必要的。這些力的數(shù)據(jù)可以從金屬板料成形數(shù)值模擬的結(jié)果中獲取。 3.2.6 表面缺陷 汽車外部零件對可能發(fā)生于成形期間的表面的翹曲很敏感。這些翹曲可能很小但是零件噴涂后仍然可見，這就意味著這個零件必須被廢棄。這種缺陷可以通過人工檢查到當(dāng)它在表面輕微移動的時候。金屬板料成形數(shù)值模擬通過對盈利應(yīng)變分配的分析可以被用于監(jiān)測危險區(qū)域 3.2.7 表面的穩(wěn)定性 穩(wěn)定的表面的獲得目的為增大零件的剛度以阻止零件的不穩(wěn)定和振動。金屬板料成形數(shù)值模擬可以通過對應(yīng)變分配的分析用于監(jiān)測危險區(qū)域。 圖6 上圖顯示成形能力。上圖中的灰色區(qū)域暗指不穩(wěn)定的區(qū)域，粉紅色區(qū)域則為起皺區(qū)域。 在下圖中指示受壓小約束表面標(biāo)記為藍色。如果這些區(qū)域位于外觀零件的可見表面，則存在產(chǎn)生不穩(wěn)定區(qū)域的可能性。 3.2.8 彈性回復(fù) 彈性回復(fù)可以被用于描述在制件被取出成形模具后發(fā)生的一種幾何形狀的變化。這種幾何形狀的變化導(dǎo)致該零件與其他零件進行裝配式的不匹配。 3.2.9 工藝監(jiān)測 在金屬板料成形數(shù)值模擬中，這種工藝可以通過動畫的方式細致地而執(zhí)行。 3.2.10 拉深 為使材料的消耗最小，優(yōu)化毛坯的外形是很重要的。金屬板料成形數(shù)值模擬可以通過分析內(nèi)拉深工藝最大程度的充分利用坯料。 3.2.11 成形視窗 成形視窗可以被描述為工藝參數(shù)的許用變動范圍。目的在于保證生產(chǎn)零件的質(zhì)量。 3.3 試制模具的使用 試制模具當(dāng)工藝方法設(shè)計需要驗證時被使用（如圖1）?；谶@種設(shè)計試制模具用鋅合金鑄造。例如，快速原型零件從這種試制模具中生產(chǎn)出來。試制模具與生產(chǎn)模具制件有幾點不同。因此，在試制模具中生產(chǎn)如此多的零件是不可能的。另外一點不同在于試制模具比生產(chǎn)模具要便宜更多。但是，由于兩種形式模具件的區(qū)別的存在，對于在這兩種形式模具中生產(chǎn)處的零件有同樣的質(zhì)量沒有保證。 圖7 藍綠色線顯示坯料閉合后的板料位置。拉深線即可以通過與底部區(qū)域的線的比較測量。 4 產(chǎn)品可靠性模板(PSM) PSM可以用于確定哪個參數(shù)對工藝的穩(wěn)定性有巨大的影響。同樣使確定某種影響的程度成為可能。這就為對大多數(shù)極其困難的問題提供了數(shù)值上的幫助。這些極困難的問題就特別的有趣當(dāng)他們被解決的時候因為他們是最降低效率的。對PSM更為細致的描述由Rundqvist 和 Sta°hl 于2001年提出。一個PSM被使用的例子由. Pettersson于1991年提出，在該例子中在VCBCPSM被用于分析不同的工藝。 5 結(jié)果 使用試制模具的技巧已經(jīng)與金屬板料成形數(shù)值模擬的技巧從兩個方面進行了比較。第一方面是預(yù)測生產(chǎn)工藝不同的參數(shù)的能力，在第3部分已經(jīng)提到。第二方面是驗證哪個工藝參數(shù)應(yīng)該加以研究的能力。 5.1 預(yù)測工藝與生產(chǎn)工藝一致性的研究 PCM提供試制模具與數(shù)值模擬考慮生產(chǎn)工藝的相關(guān)性透徹的比較。表2顯示應(yīng)用的不同領(lǐng)域不同的技巧與能力預(yù)測在生產(chǎn)工藝中的行為。表2 的數(shù)值已經(jīng)通過與高級成形專家深入的研究而確定。 表2中，使用到下面的等級 5 結(jié)果顯示與生產(chǎn)工藝非常一致。4 4 結(jié)果顯示與生產(chǎn)工藝良好的一致。個別地方可能有分歧。 3 結(jié)果顯示與生產(chǎn)工藝在大多數(shù)地方較好的一致。 2 結(jié)果顯示與生產(chǎn)工藝在某些地方較好的一致。需要對結(jié)果進行間接地理解。 1 結(jié)果顯示與生產(chǎn)工藝完全沒有一致性。它不能被用于工藝預(yù)測或者是檢驗。 對于表2的結(jié)論包括如下 ● 斷裂的幾率與實際斷裂間的差異在于斷裂幾率顯示區(qū)域沒有發(fā)生裂紋而是縮頸出現(xiàn)的地方。 ● 參數(shù)“材料特點”指的是預(yù)測零件質(zhì)量的能力依賴于材料質(zhì)量的波動。 ● 工藝監(jiān)測使控制在工藝過程中不同參數(shù)的如何改變成為可能。 ● 成形視窗對于監(jiān)測工藝對波動的敏感程度是一個輔助工具。 ● 模具沖裁力的數(shù)值基于可以測量試制模具中的成形力的假設(shè)。 表2 工藝一致性模板（PCM）：產(chǎn)品工藝的一致性 參數(shù) 工藝 壁厚分配 斷裂幾率 斷裂 拉深線 起皺 表面缺陷 表面的穩(wěn)定性 彈性回復(fù) 材料性能 工藝監(jiān)測 內(nèi)部拉深 凸模沖壓力 拉深量 沖裁力 成形視窗 數(shù)值模擬 4 4 4 4 4 2 2 2 4 4 4 3 2 2 4 試制模具 3 3 4 3 4 4 4 3 2 3 4 3 4 3 3 5.2 對于生產(chǎn)工藝中何種因素可以分析的研究 依據(jù)PSM模型，將對生產(chǎn)工藝有特殊性的不同因素分成不同因素組的放啊已經(jīng)被運用在此次研究中。在先前的研究中(Andersson et al. 1999年)，關(guān)于這兩種鋁成形的技巧的不同因素已經(jīng)被研究了。在這項研究中為方便的比較這兩種技巧由于預(yù)測和驗證被考慮這項工作得以修正。 在表3中，使用到下面的等級 3 結(jié)果顯示對生產(chǎn)工藝極好的預(yù)見性。 2 結(jié)果顯示對生產(chǎn)工藝直接的預(yù)見性。 1 結(jié)果顯示對生產(chǎn)工藝間接地預(yù)見性。 0 結(jié)果根本不能預(yù)測生產(chǎn)工藝。 5.3 測試能力的局限/擴大 對表2和表3的分析顯示出在模具設(shè)計工藝過程中使用金屬板料成形數(shù)值模擬的幾個優(yōu)點。然而，金屬板料成形數(shù)值模擬的最大優(yōu)點之一在于其使對不同零件、模具或是工藝的設(shè)計的測試成為可能，從而潛在的節(jié)省了時間和金錢。在這個方面，試制模具更為局限和昂貴，這就意味著僅有極少數(shù)量的試制模具被生產(chǎn)出來。試制模具的使用對測試有助于可能性的局限，然而，金屬板料成形數(shù)值模擬的使用有助于測試可行性范圍的擴大。 表3 利用PSM預(yù)測生產(chǎn)工藝中的不同因素（參數(shù)）的比較的可能性考慮試制模具中的測量力的可能性 因素分組 金屬板料成形數(shù)值模擬 試制模具 A 模具 A1 模具幾何外形 2 2 A2 微觀形狀/表面 0 1 A3 拉深筋 1 2 B 材料 B1 壁厚分配 2 2 B2 斷裂的幾率 2 2 B3 拉深線 2 2 B4 起皺 2 2 B5 表面缺陷 1 2 B7 表面穩(wěn)定性 1 2 B8 彈性回復(fù) 1 2 B9 材料性能 2 2 B10 內(nèi)部拉深 2 2 B11 表面粗糙度、擦損 0 2 C 工藝 C1 沖壓速度 1 2 C2 溫度 0 1 C3 潤滑 1 2 C4 凸模沖壓力 2 2 C5 沖孔沖壓力 2 2 C8 成形視窗 2 2 D 人為因素 D1 控制 1 2 D2 變換頻率 1 2 E 維護 E2 沖壓力維護 1 1 F 特殊因素 F1 模具潔凈成素 0 2 G 進口設(shè)備 G1 操控設(shè)備 1 3 6 結(jié)論 金屬板料成形數(shù)值模擬的使用與試制模具的使用相比可極大地減少金錢和時間的花費。要點在于研究的數(shù)值模擬與實際生產(chǎn)工藝參數(shù)之間的良好的一致性。金屬板料成形數(shù)值模擬對于預(yù)測和驗證成形工藝也要比試制模具高級。 當(dāng)開始使用金屬板料成形數(shù)值模擬時，所需投入相對較小。投入工作站和軟件是很必要的，這些大概花費500，000SEK。此外，擁有有能力勝任金屬板料成形模擬工作的員工同樣是比不可少的。與投資一套試制模具（每套50，000SEK）相比，如果在合適的時候使用金屬板料成形數(shù)值模擬在降低金錢和時間消耗方面的益處是很明顯的。 正如起初是所提到的，現(xiàn)今金屬板料成形數(shù)值模擬結(jié)果的精確性已足夠高可以在很大程度上代替試制模具的使用。模具設(shè)計工藝中試制模具的使用對于某些時候?qū)τ隍炞C某些工藝參數(shù)可能是必要的，但是如下的優(yōu)點則很緊密的和金屬板料成形數(shù)值模擬聯(lián)系在一起。 對于極重要的最初階段工藝的更為深入的研究; 對于零件，模具和工藝設(shè)計測試的更高的柔性; 對于何時應(yīng)該采用試制模具，使試制模具更具成效的更為深入的理解; 對于更大膽的設(shè)計汽車提供更大的潛力; 對于應(yīng)用于汽車零部件的新材料的測試的更為可靠; 鑒于更前衛(wèi)的設(shè)計，更低的耗費，和更短的交貨時間以得到更強的競爭力。 7 總結(jié) 在該項研究得以進行的VCBC，金屬板料成形數(shù)值模擬現(xiàn)今已經(jīng)是模具設(shè)計工藝的一個自然的部分。金屬板料成形數(shù)值模擬自從1995年起被使用，并且試驗一直很好?，F(xiàn)如今所有的工藝如此的復(fù)雜以致于基于數(shù)值模擬的試驗選擇成形條件是困難的。在VolvoS80開發(fā)期間，該車是第一款全部使用數(shù)值模擬技術(shù)的汽車項目，當(dāng)?shù)谝淮伪煌度雽嶋H生產(chǎn)時在工藝問題上有很大的降低得以完成。 致 謝 作者想要表達對VCBC的同事，此項工作期間提供大量的數(shù)據(jù)信息和有趣的討論。同樣的感謝他的導(dǎo)師Jan-Eric Sta°hl教授（產(chǎn)品與材料工程分院，蘭德大學(xué)），和他的合作導(dǎo)師Kjell Mattiasson教授（Chalmers University of Technology)，感謝他們的支持以及對該文章的修正。 57