空調(diào)外機(jī)頂蓋多工序沖壓模具設(shè)計(jì)論文

1、空調(diào)外機(jī)頂蓋多工序沖壓模具設(shè)計(jì)論文 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 摘要 摘 要 空調(diào)外機(jī)頂蓋是一種典型的沖壓件，它是企業(yè)二類外觀件，要求它的外外表平滑度要高，成形性要好，無(wú)皺折、裂紋等缺陷，而對(duì)其內(nèi)外表的要求較低。 論文根據(jù)頂蓋的結(jié)構(gòu)和尺寸特點(diǎn)，在進(jìn)行廣泛查閱文獻(xiàn)的根底上，借助沖壓工藝?yán)碚搶?duì)其進(jìn)行了工藝性分析及方案比較，確定了它的工藝方案為：落料沖孔拉深成形一次翻邊拉彎二次翻邊拉彎三次翻邊拉彎折邊。 利用數(shù)值模擬軟件DYNAFORM，對(duì)頂蓋拉深成形工藝過(guò)程進(jìn)行了模擬。通過(guò)模擬結(jié)果的分析，驗(yàn)證了一次拉深成形的工藝方法。論文設(shè)計(jì)了頂蓋落料沖孔復(fù)合模具及拉深成形模具；對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)及相應(yīng)工作尺寸進(jìn)行了計(jì)算；

2、完成了頂蓋落料沖孔復(fù)合模及拉深成形模的模具總裝圖及關(guān)鍵零件的零件圖的繪制。 關(guān)鍵詞：空調(diào)外機(jī)頂蓋，沖壓成形，拉深成形模擬，模具設(shè)計(jì) I 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 ABSTRACT ABSTRACT Outdoor-segment of air-conditioner upper-box is a typical stamp. It is the second category of appearance in enterprises, which requests higher smoothness on the outer surface, better forming, no fold, cr

3、acks and other defects, while lower on the inner surface of all the factors. According to Upper-Boxs structure and size characteristics, based on a wide range of literatures, the paper analyzes and compares its forming processes in virtue of stamping technology, and finally establishes its process p

4、rogram: blanking piercing drawing forming first flanging second flanging three flanging flapping. Drawing forming process of the upper-box is simulated by numerical simulation software DYNAFORM. According to the analysis of the simulation results, one drawing forming method could be carried out. The

5、 paper designs blanking-piercing compound die and drawing forming die, calculates the key process parameters and corresponding working size, accomplishes assembly drawing of blanking-piercing compound die and drawing forming die, as well as part drawing of key accessories in the die. Key words：Outdo

6、or-segment of air-conditioner upper-box, stamping forming, drawing forming simulation, die design II 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄 目 錄 中文摘要 . ABSTRACT . 1緒論 . 1 1.1 選題背景 . 1 1.2 選題意義 . 1 1.3 板料沖壓開(kāi)展現(xiàn)狀 . 2 1.4 板料成形模擬技術(shù)開(kāi)展現(xiàn)狀 . 2 2 頂蓋沖壓工藝分析 . 5 2.1 零件分析 . 5 2.1.1 材料性能分析 . 5 2.1.2 零件結(jié)構(gòu)分析 . 6 2.2 確定工藝方案 . 7 2.2.1 工藝方案比較 .

7、 7 2.2.2 填寫(xiě)工藝卡 . 7 2.3 毛坯展開(kāi)與排樣 . 11 2.3.1 毛坯的展開(kāi) . 11 2.3.2 排樣與搭邊 . 12 3 DYNAFORM數(shù)值模擬 . 13 3.1 模擬準(zhǔn)備 . 13 3.2 模擬過(guò)程 . 14 3.2 模擬結(jié)果分析 . 16 4 模具設(shè)計(jì)與工藝計(jì)算 . 17 4.1 落料沖孔復(fù)合工序 . 17 4.11 工藝計(jì)算 . 17 4.12 壓力機(jī)的選擇 . 19 4.13 模具零件設(shè)計(jì) . 20 4.14 沖模閉合高度 . 22 4.15 模具工作原理 . 23 5 結(jié)論 . 24 參考文獻(xiàn) . 25 III 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄 致謝 . 26 IV

8、 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 1.1 選題背景 1 緒論 板料沖壓成形是塑性加工的一種根本方法，一般是指以金屬板料為原材料，利用壓力機(jī)上的模具做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在常溫下對(duì)金屬板料施加壓力，使其發(fā)生別離或產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需尺寸和形狀的零件的加工方法。因?yàn)榘辶蠜_壓一般是在常溫下進(jìn)行的加工，所以又稱做冷沖壓。冷沖壓用來(lái)生產(chǎn)各種類型的板料零件，具有生產(chǎn)效率高、本錢低、產(chǎn)品精度穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單，并易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，材料利用率一般可達(dá)75%-85%，因而制件的本錢比較低，尤其適合大量生產(chǎn)1。 目前，冷沖壓已經(jīng)在汽車產(chǎn)業(yè)、航空航天工業(yè)、金屬制品業(yè)、儀器儀表電器等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門得到了廣泛的

9、應(yīng)用。 板料成形技術(shù)的研究涵蓋的范圍很廣，除板料本身的力學(xué)性能研究、成形工具的選擇外，還涉及成形過(guò)程中十分關(guān)鍵的問(wèn)題，如何控制材料成形的過(guò)程并獲得質(zhì)量合格的零件。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，人們大多使用逼近試錯(cuò)的方法來(lái)完成模具的試調(diào)和零件的試制，這樣就使得效率比較低，現(xiàn)在隨著科技進(jìn)步，試錯(cuò)法因效率低下逐漸無(wú)法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，伴隨著金屬?gòu)椝苄岳碚摰母潞陀?jì)算機(jī)技術(shù)的不斷開(kāi)展，CAE技術(shù)在板料成形中得到了推廣。 在板料沖壓成形開(kāi)展越來(lái)越迅速的情況下，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)正是結(jié)合了CAE數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)空調(diào)外機(jī)頂蓋這一典型沖壓件進(jìn)行成形模擬，根據(jù)模擬的結(jié)果檢測(cè)成形過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷，并對(duì)其工藝過(guò)程進(jìn)行改善和優(yōu)化。

10、 1.2 選題意義 空調(diào)是近幾十年來(lái)新出現(xiàn)的一種家用電器，隨著全球氣候逐漸變暖以及人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量要求的提高，空調(diào)已不屬于高檔產(chǎn)品，逐漸成為普通家庭必備的電器之一。我國(guó)的空調(diào)企業(yè)比較多，競(jìng)爭(zhēng)也日益劇烈，很多廠家都在不斷地通過(guò)改善空調(diào)的各項(xiàng)性能以及降低本錢來(lái)吸引顧客?？照{(diào)上的很多零部件，都是經(jīng)過(guò)沖壓成形得到的，因此就對(duì)沖壓技術(shù)提出了更高的要求，如何使這類沖壓件既能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)又能保證本錢不至過(guò)高，從而使廠家獲得更高的競(jìng)爭(zhēng)力，成為該行業(yè)中一個(gè)重大問(wèn)題。 空調(diào)室外機(jī)頂蓋是一種典型的沖壓件，該類零件具有頂面和四周側(cè)面的結(jié)構(gòu)，中間為空間曲面形狀，四周側(cè)面的下端為向內(nèi)彎的折邊。該零件的年產(chǎn)量非常巨大

11、，并且屬于企業(yè)二類外觀件，這就要求它的外外表平滑度要高，成形性要好， 1 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 無(wú)皺折、裂紋等缺陷，而對(duì)其內(nèi)外表的要求較低。如果能設(shè)計(jì)出一種好的工藝方案和模具不僅能夠美化它的外觀，還能夠節(jié)約本錢。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)正是從這個(gè)角度出發(fā)，選擇空調(diào)室外機(jī)頂蓋這一典型的沖壓件進(jìn)行工藝分析和模具設(shè)計(jì)。 選擇空調(diào)外機(jī)頂蓋這一典型沖壓件研究作為課題具有一定的代表性，既能讓我對(duì)沖壓工藝有全面地學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)，又能讓我的理論知識(shí)與實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái)，使理論知識(shí)得到深化和穩(wěn)固，為以后的工作打下較好的根底。 1.3 板料沖壓開(kāi)展?fàn)顩r 近年來(lái)，由于技術(shù)的不斷創(chuàng)新和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，使我國(guó)的板料成形加工工業(yè)有

12、了很大的開(kāi)展，促使汽車、航空航天、電器、儀器儀表等行業(yè)快速開(kāi)展，但是由于我國(guó)的沖壓技術(shù)起步較晚，與國(guó)外相比還有一定的差距。 板料沖壓成形過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，許多因素都直接或間接的影響著成形的結(jié)果。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和沖壓專家對(duì)板料的成形性能以及影響成形過(guò)程的各種因素進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，取得了豐富的研究成果，根據(jù)這些研究成果總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，并積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)供模具設(shè)計(jì)人員參考。然而，對(duì)于比較復(fù)雜的成形零件，如汽車覆蓋件，根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)出來(lái)的模具往往不能滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求，特別是對(duì)成形質(zhì)量要求較高的轎車外覆蓋件更是如此。目前，對(duì)于模具設(shè)計(jì)員來(lái)說(shuō)，大型汽車覆蓋件模具的

13、設(shè)計(jì)仍然沒(méi)有十分的把握。因此，如何解決以上問(wèn)題成為模具工業(yè)的迫切需要。 目前，我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具；為中檔轎車配套的覆蓋件模具國(guó)內(nèi)也能生產(chǎn)了，精度到達(dá)12m；壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模也有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)；外表粗糙度到達(dá)Ram的精沖模；大尺寸(300mm)精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已到達(dá)相當(dāng)高的水平2。今年來(lái)，伴隨著金屬?gòu)椝苄岳碚摰母潞陀?jì)算機(jī)技術(shù)的不斷開(kāi)展，板料成形模擬技術(shù)在模具的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中得到了推廣和應(yīng)用?？傮w來(lái)說(shuō)，我國(guó)模具行業(yè)正在飛速開(kāi)展，正在向國(guó)際先進(jìn)水平邁進(jìn)。 1.4 板料成形模擬技術(shù)開(kāi)展?fàn)顩r 板料成形模擬技術(shù)的開(kāi)展是建立

14、在有限元技術(shù)開(kāi)展根底之上，板料成形過(guò)程的有限元模擬技術(shù)是評(píng)估板材成形性和模具設(shè)計(jì)正確性的有效工具，在興旺國(guó)家已得到廣泛的應(yīng)用。板料成形模擬從數(shù)值計(jì)算上分析是一個(gè)高度非線性的問(wèn)題，涉及到材料、幾何和接觸非線性，在實(shí)際數(shù)值計(jì)算中一般采用更新拉哥朗日法和 2 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 數(shù)率型的本構(gòu)關(guān)系去處理成形過(guò)程中的大應(yīng)變、大轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題。 20世紀(jì)50年代中期，M.J.Turner 和R.W.Clough 等人用簡(jiǎn)單受載鉸接的平板三角形單元進(jìn)行了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)分析，有限元法自此開(kāi)始3。接著，Courant、Argyris、Turner、Clough 和Zienkiewicz 的五組論文促成了有限元法的

15、誕生，奠定了早期有限元法的理論根底4。此后，有限元模擬技術(shù)得到了很大的開(kāi)展，在之后幾十年中，先后提出了彈塑性有限元法、以小變形理論為根底的彈塑性有限元法、大位移、大應(yīng)變彈塑性有限元法、彈粘塑性有限元法。1978年，N.M.Wang 和Budiansky 用彈塑性大變形T.L.格式分析了任意幾何形狀模具的沖壓成形問(wèn)題，標(biāo)志著板料成形技術(shù)已逐步走向成熟5。從70年代末，大變形彈塑性有限元法被逐步應(yīng)用于板料成形分析。 作為數(shù)值分析方法中應(yīng)用最廣并且最具有生命力的一種方法，有限元法成為目前板料成形數(shù)值分析最有效的方法。隨著數(shù)值分析技術(shù)、塑性成形理論、計(jì)算機(jī)能力的開(kāi)展以及對(duì)沖壓過(guò)程越來(lái)越深刻的認(rèn)識(shí)和理解

16、，從上世紀(jì)7O年代后期開(kāi)始，經(jīng)過(guò)2O多年的開(kāi)展，板料成形數(shù)值模擬逐步完善。 國(guó)內(nèi)板料成形技術(shù)起步相對(duì)國(guó)外較晚。從80年代后期，國(guó)內(nèi)的有關(guān)學(xué)者才開(kāi)始金屬塑性成形的有限元研究，這些研究大多是在國(guó)內(nèi)的幾所高校和少數(shù)科研單位進(jìn)行，如吉林工大的“彈塑性有限元變形的擬流態(tài)角理論，華中理工大的“彈性邊界層的接觸算法等6。隨著改革開(kāi)放帶來(lái)的越來(lái)越多國(guó)際化學(xué)術(shù)化交流，我國(guó)沖壓模擬仿真技術(shù)也得到了突飛猛進(jìn)的開(kāi)展，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者的不懈努力，由華中科技大學(xué)的柳玉起教授帶著開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模擬仿真軟件FASTAMP78，根本上滿足工業(yè)需要。與此同時(shí)，學(xué)者們對(duì)前人研究的結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)和開(kāi)展，如KBE(Knowl

17、edge-based Engineering)技術(shù)的應(yīng)用9，多點(diǎn)成形技術(shù)的探討與應(yīng)用1011，變壓邊力技術(shù)的開(kāi)展與應(yīng)用12，板料成形的模擬分析并行計(jì)算13等先進(jìn)技術(shù)。 因此，從整體上來(lái)看，板料成形有限元模擬技術(shù)的開(kāi)展大體上可分以下四個(gè)階段： 第一階段：50年代到80年代初。在此期間有限元方法、計(jì)算機(jī)軟硬件水平、材料模型、單元模型還處于開(kāi)展初期，這一階段主要是建立有限元模型和一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用，包括計(jì)算平面問(wèn)題和軸對(duì)稱問(wèn)題。這個(gè)階段大多采用的是薄膜單元，還沒(méi)應(yīng)用到板料成形分析。 第二階段：80年代初期和中期。板料成形在有限元分析根本上沒(méi)有多大的開(kāi)展，這段時(shí)間人們主要在材料模型方面進(jìn)行了一些研究，相繼

18、出現(xiàn)了一些新的材料本構(gòu)關(guān)系，比方基于細(xì)觀力學(xué)的結(jié)晶塑性模型，速率敏感材料模型，剛-粘塑性模型，彈-粘塑性模型等。 3 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 第三階段：80年代末期到90年代初。各國(guó)開(kāi)始進(jìn)行三維板料成形分析的研究，各種三維板殼單元被用于板料成形分析。 第四階段：90年代以后。有限元顯式積分算法也逐步進(jìn)入了板料成形分析領(lǐng)域并顯示了良好的開(kāi)展前途。隨著有限元技術(shù)的開(kāi)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)值模擬技術(shù)在板料沖壓模具制造中的應(yīng)用變得非常成熟，把數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于板料成形工藝設(shè)計(jì)，使試模時(shí)間減少50%以上。數(shù)值模擬技術(shù)逐漸成為國(guó)外大型汽車和模具企業(yè)必不可少的工具14。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期以

19、來(lái)，大批關(guān)于板料成形數(shù)值模擬研究的論文在國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)，其中既有基于獨(dú)立開(kāi)發(fā)有限元軟件的根底性研究成果，也有利于用現(xiàn)有商業(yè)專業(yè)軟件的應(yīng)用實(shí)例，并且板料成形數(shù)值模擬技術(shù)也開(kāi)始由高校和實(shí)驗(yàn)室走向企業(yè)。 4 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 頂蓋沖壓工藝分析 2 頂蓋沖壓工藝分析 2.1 零件分析 2.1.1 材料性能分析 空調(diào)外機(jī)頂蓋是由格力空調(diào)提供的沖壓件，其材料為熱鍍鋅板，牌號(hào)為08F，厚度為。 08F是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其中08表示平均含碳量，F(xiàn)表示沸騰鋼。08F鋼的強(qiáng)度、硬度很低，冷變形塑性很高，它的深沖，壓延等冷加性能和焊接性能較好，但成分偏析傾向較大，時(shí)效敏感性較強(qiáng)(即鋼經(jīng)時(shí)效處理后，韌性下降)，一般可經(jīng)

20、水韌處理和除應(yīng)力處理來(lái)消除，適于軋制成薄鋼板和鋼帶。它主要用于制造需要深沖、壓延的零件，如汽車車身，駕駛室，家電外殼等，也可用于對(duì)心部強(qiáng)度要求不高、外表要求耐磨的滲碳等外表處理的零件，如套筒，靠模，擋塊等。其化學(xué)成分和性能參數(shù)分別見(jiàn)表和表： 表2.1 08F鋼的化學(xué)成分 表2.2 08F鋼的性能參數(shù) 5 零件結(jié)構(gòu)分析 該零件的二維圖如圖2-1所示： 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 頂蓋沖壓工藝分析 圖2-1. 空調(diào)外機(jī)頂蓋二維圖 6 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 頂蓋沖壓工藝分析 根據(jù)空調(diào)外機(jī)頂蓋的二維圖，利用三維造型軟件UG按1：1的比例對(duì)其進(jìn)行三維實(shí)體造型，如圖2-2所示： 圖2-2. 空調(diào)外機(jī)頂蓋三維圖

21、根據(jù)該零件的二維和三維圖，可以看出該零件屬于大型沖壓件，外形最大尺寸到達(dá)，該零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：上下對(duì)稱，但左右不對(duì)稱，一邊帶有一個(gè)把手，帶把手的側(cè)面有兩個(gè)5mm的孔，不帶把手的側(cè)面帶有一個(gè)5mm的孔。這些孔起到連接頂蓋與室外機(jī)壁部的的作用，對(duì)其位置精度有一定的要求，但對(duì)孔的形狀要求不高。頂蓋的頂面與側(cè)面是通過(guò)很大的圓弧面過(guò)渡，頂部有三個(gè)長(zhǎng)方形突起，是為了增加頂蓋的美觀。該零件內(nèi)部的前端為“倒勾形，這種向內(nèi)的“倒勾是為了增加零件的強(qiáng)度，但同時(shí)使得零件的工藝變得比較復(fù)雜。為了成形“倒勾要通過(guò)翻邊工序和折邊工序才能到達(dá)要求。整體來(lái)說(shuō)零件的精度要求并不高，但考慮靠頂蓋屬于外觀件，對(duì)其外表的光滑度還是有一

22、定的要求。 2.2 確定工藝方案 2.2.1 工藝方案比較 根據(jù)該零件的尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出工藝方案如下： 方案一：1) 落料+拉深復(fù)合 2) 翻邊拉直 3) 側(cè)沖孔 4) 一次翻邊拉彎 5) 二次翻邊拉彎 6) 三次翻邊拉彎 7) 折邊 方案二：1) 拉深成形 7 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 頂蓋沖壓工藝分析 2) 落料+翻邊拉直復(fù)合 3) 側(cè)沖孔 4) 一次翻邊拉彎 5) 二次翻邊拉彎 6) 三次翻邊拉彎 7) 折邊 方案三：1) 落料沖孔 2) 拉深成形 3) 一次翻邊拉彎 4) 二次翻邊拉彎 5) 三次翻邊拉彎 6) 折邊 以上三種工藝方案都用了三次翻邊拉彎的工序，這是由于零件內(nèi)部前端為“

23、倒勾形所致。翻邊拉彎就是將零件的四面邊沿向內(nèi)翻成90°直角，如果是小型零件只需兩次翻邊拉彎即可，對(duì)于頂蓋這一大型零件來(lái)說(shuō)，為了減小模具從而降低本錢，所以采用三次翻邊拉彎，下面的工步圖將詳細(xì)說(shuō)明。 對(duì)以上三種工藝方案進(jìn)行分析比較，得出如下結(jié)論： 方案一：將側(cè)沖孔安排在成形之后，利于保證孔的尺寸和精度，缺點(diǎn)是由于該零件的長(zhǎng)度和寬度都比較大，側(cè)面的孔在加工時(shí)零件的擺放就成了問(wèn)題，也使定位也無(wú)法解決。 方案二：工序數(shù)與方案一相同，相對(duì)方案一來(lái)說(shuō)，將落料+翻邊拉直復(fù)合比落料+拉深復(fù)合的模具稍簡(jiǎn)單一些，但同樣也會(huì)出現(xiàn)側(cè)沖孔無(wú)法定位的問(wèn)題。 方案三：將落料沖孔安排在第一個(gè)工序，這就解決了方案一中側(cè)

24、沖孔無(wú)法定位的問(wèn)題，同時(shí)將沖孔安排在拉深成形前，會(huì)使沖好的孔在拉深的過(guò)程沖出現(xiàn)變形，將影響到孔的精度。但是，由于對(duì)孔的形狀要求并不高，只是對(duì)其位置精度有一定的要求，所以這一問(wèn)題并不影響零件成形的結(jié)果。與前兩個(gè)方案相比，少了一道工序，這樣就減少了模具數(shù)從而降低了本錢，但對(duì)第二道工序拉深成形的模具就有了更高的要求，因?yàn)楸仨毷估畛龅陌氤善窡o(wú)法蘭局部，這樣才能進(jìn)行以下的工序。 綜合考慮以上三種工藝方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性，選擇方案三作為該零件的加工方案，工步圖如圖2-3所示： 8 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 頂蓋沖壓工藝分析 1) 落料沖孔 5) 三次翻邊拉彎 2) 成形 3) 一次翻邊拉彎 6) 折邊 4)

25、 二次翻邊拉彎 圖2-3.頂蓋沖壓工步圖 第一步落料沖孔中，左側(cè)沖出的是兩個(gè)橢圓孔，右側(cè)是一個(gè)圓孔，橢圓孔的尺寸為長(zhǎng)邊×短邊=5mm×3.2mm(根據(jù)材料在成形工序中的流動(dòng)以及材料的變薄率估算出來(lái)的，需要在實(shí)際生產(chǎn)中驗(yàn)證和修改)，橢圓與水平方向夾角為30°。 采用三次翻邊是因?yàn)榱慵L(zhǎng)度比較大，如果將3)和4)工序合并為一個(gè)工序，即對(duì)長(zhǎng)度方向上的兩個(gè)側(cè)面同時(shí)翻邊，那么對(duì)模具的尺寸要求很大，從而會(huì)增加本錢，因此將其分為兩個(gè)工序，這樣只需兩套小的模具即可。對(duì)于另外兩個(gè)寬度方向上的側(cè)面，由于寬度不是很大，可以同時(shí)將其翻邊成直角。 采用一次拉深成形是否能將坯件拉深為所需的形

26、狀，需要在DYNAFORM數(shù)值模擬軟件中模擬驗(yàn)證。 9 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 頂蓋沖壓工藝分析 2.2.2 填寫(xiě)工藝卡 從以上的工藝方案可以看出，落料沖孔復(fù)合和拉深成形這兩個(gè)工序是零件加工中最重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)槁淞系某叽?、沖孔的位置都將影響著零件的后續(xù)加工，而拉深成形又直接決定著頂蓋的形狀、外觀和質(zhì)量是否符合要求，與之相比，后幾個(gè)翻邊和折邊工序相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易實(shí)現(xiàn)。在此，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間有限，本文只對(duì)前兩個(gè)工序落料沖孔和拉深成形進(jìn)行工藝計(jì)算和模具設(shè)計(jì)。 10 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 頂蓋沖壓工藝分析毛坯展開(kāi)與排樣毛坯的展開(kāi) 毛坯的展開(kāi)有很多種方法，本次設(shè)計(jì)中提供了兩種展開(kāi)毛坯的方案: 方法一：利

27、用DYNAFORM數(shù)值模擬軟件中的毛坯展開(kāi)功能將毛坯展開(kāi)； 方法二：據(jù)零件的形狀特點(diǎn)通過(guò)計(jì)算確定毛坯尺寸。 方法一比較簡(jiǎn)單，只要通過(guò)簡(jiǎn)單的操作即可完成。但是DYNAFORM只能展開(kāi)形狀簡(jiǎn)單的零件，對(duì)于空調(diào)外機(jī)頂蓋這一盒形件來(lái)說(shuō)，不能通過(guò)DYNAFORM展開(kāi)。因此只能通過(guò)方法二進(jìn)行毛坯的計(jì)算。 該零件屬于低矩形件，毛坯形狀是四角用圓弧連接的矩形。計(jì)算毛坯尺寸根據(jù)以下三點(diǎn)： (1) 圓角處按1/4圓筒等面積展開(kāi)； (2) 直邊處按彎曲展開(kāi)； (3) 圓角與直邊用作圖法光滑連接15。 按彎曲展開(kāi)的直邊局部的長(zhǎng)度為：lh 其中，h 矩形盒高度(包括折邊高度)，h1519.5 mm rp 矩形盒底部圓角

28、半徑，rp2 mm 所以： l×220.64 mm 毛坯寬度L2零件寬度+2×直邊局部長(zhǎng)度，即： L22× 298 mm 毛坯不帶把手局部長(zhǎng)度L1零件不帶把手局部長(zhǎng)度+2×直邊局部長(zhǎng)度，即： L12× 803 mm 毛坯帶把手局部長(zhǎng)度計(jì)算比較復(fù)雜，要將把手的幾個(gè)局部展開(kāi)分別計(jì)算，如下式： L018 816 mm 圓角局部展開(kāi)公式： R?r2?2rh?0.86rp(r?0.16rp) 其中，r 圓角局部半徑 圓角局部展開(kāi)： 圓角局部展開(kāi)： 圓角R8局部展開(kāi)： 將展開(kāi)的圓角與直邊用作圖法光滑連接，得到毛坯形狀及尺寸如圖2-4所示： 11 本科學(xué)生畢

29、業(yè)設(shè)計(jì)論文 頂蓋沖壓工藝分析 圖2-4. 毛坯尺寸排樣與搭邊 由于毛坯的形狀近似矩形，且毛坯的尺寸比較大，從材料的利用率和生產(chǎn)批量上考慮，采用直排有搭邊的排樣方法。 查表3-1016，得到沿送料方向搭邊a11.5mm,側(cè)向搭邊a2mm 那么：進(jìn)距 AL0+a1816 寬度 BL2+2×a2982×2302mm 鋼板選取的尺寸為：長(zhǎng)×寬2200mm×850mm 坯料的排樣方式如圖2-4： 圖2-5.毛坯排樣圖 在三維造型軟件UG中繪制毛坯實(shí)體圖，并計(jì)算毛坯的面積為237504.5 mm2， 237504.5?7?100%?88.9%850?2200那么材料

30、利用率： ? 12 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 DYNAFORM數(shù)值模擬 3 DYNAFORM數(shù)值模擬 3.1 模擬準(zhǔn)備 DYNAFORM軟件簡(jiǎn)介 DYNAFORM數(shù)值模擬軟件是由美國(guó)工程技術(shù)聯(lián)合公司ETA(Engineering Technology Associates，Inc.)開(kāi)發(fā)的一個(gè)基于LS-DYNA動(dòng)力顯式算法的板料成形模擬軟件包1920，它綜合了LS-DYNA960、LS-DYNA970的強(qiáng)大分析功能以及自身強(qiáng)大的流線型前后處理功能，可方便求解各類板料成形問(wèn)題。同時(shí)，DYNAFORM也最大限度地發(fā)揮了傳統(tǒng)CAE技術(shù)的作用，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的本錢和周期。 在板料成形過(guò)程中，ETA/DYN

31、AFORM能夠?qū)φ麄€(gè)模具開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行模擬，并且能夠有效地模擬模具成形過(guò)程中四個(gè)主要工藝過(guò)程，包括：壓邊、拉延、回彈和多工步成形。另外，DYNAFORM具有良好的工具外表數(shù)據(jù)特征，可較好地預(yù)測(cè)成形過(guò)程中板料的破裂、起皺、減薄、劃痕、回彈，評(píng)估板料的成形性能，為板料成形工藝及模具設(shè)計(jì)提供幫助。 模擬前準(zhǔn)備 拉深成形過(guò)程中可能存在一些起皺、拉裂等缺陷，為了防止缺陷的產(chǎn)生，提前其進(jìn)行優(yōu)化，需要對(duì)拉深成形工序進(jìn)行數(shù)值模擬。 DYNAFORM數(shù)值模擬軟件需要的零件必須是片體，并且要對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，因?yàn)镈YNAFORM所能識(shí)別的只是網(wǎng)格，所以網(wǎng)格劃分是模擬的根底。 本次拉深成形模擬中，需要的是零件是坯料、

32、帶壓邊圈的凹模，凸模那么是根據(jù)凹模偏移生成，壓邊圈是從凹模中別離出來(lái)的。 要得到坯料、帶壓邊圈的凹模的片體，首先要在UG中繪制出它們的三維實(shí)體圖，然后通過(guò)移除面命令得到片體，得到的凹模片體如圖3-1所示： 圖3-1. 凹模片體 13 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 DYNAFORM數(shù)值模擬 3.2 模擬過(guò)程 導(dǎo)入零件。首先在UG中將坯料和凹模片體分別導(dǎo)出成IGES格式，然后將IGES格式的坯料、凹模導(dǎo)入到DYNAFORM中； 網(wǎng)格劃分。對(duì)坯料進(jìn)行網(wǎng)格劃分采用的命令是ToolsBlank Generator，通過(guò)選取曲面將其選中，設(shè)置Tool Radius的值為12，坯料網(wǎng)格即可劃分完成，如圖3-2(a)

33、所示；對(duì)凹模進(jìn)行網(wǎng)格劃分采用的命令是PreprocessElement命令，利用顯示曲面將其選中，所有的選項(xiàng)都使用默認(rèn)值，網(wǎng)格即可劃分完成，如圖3-2(a)所示。在此過(guò)程中要注意，分別對(duì)坯料和凹模進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，要將其分別設(shè)置為當(dāng)前層，并隱藏另外一個(gè)零件層，否那么網(wǎng)格將會(huì)劃分失敗。 (a) 坯料網(wǎng)格 (b) 凹模網(wǎng)格 圖3-2. 網(wǎng)格劃分結(jié)果 網(wǎng)格檢查。為了防止網(wǎng)格中存在一些潛在的、影響模擬結(jié)果的缺陷，如間隙、孔洞、退化的單元等需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查。網(wǎng)格檢查用到的是Preprocess Model Check命令，選擇Display Model Boundary(顯示模型的邊界)，邊界線將以白色

34、線顯示，如果除了邊界線成白色以外，還有其它白色線，那么說(shuō)明網(wǎng)格中存在空洞、間隙等缺陷，需要對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，直到?jīng)]有缺陷為止。 凹模偏移生成凸模。預(yù)先創(chuàng)立一個(gè)零件層，利用Preprocess Element中的 Copy命令將凹模沿Z軸正方向偏移40mm，選中偏移后的零件，將其放入到新建的零件層中，這樣凸模就生成了，如圖3-3所示。 圖3-3. 凸模片體 14 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 DYNAFORM數(shù)值模擬 生成壓邊圈。 壓邊圈是從凹模中別離出來(lái)的， 首先也是要建立一個(gè)新的零件層，通 過(guò)使用Parts Add To Part命 令，先將凹模的邊部選中，然后將其 添加到新的零件層中，這樣壓邊圈零 件

35、層就生成了，如圖3-4所示： 圖3-4. 壓邊圈 模擬參數(shù)設(shè)置。 成形模擬采用的是自動(dòng)設(shè)置，如圖3-5所示： 1) 進(jìn)入Sheet forming對(duì)話框中，設(shè)置die(凹模)工具里的參數(shù)，先將凹模零件添加進(jìn)來(lái)，然后設(shè)置凹模的工作方向，這里選用的是默認(rèn)方向+W方向，移動(dòng)距離為。 2) 類似1)中的方式設(shè)置壓邊圈和凸模的參 數(shù)，在這里注意壓邊圈的工作方向和凹模相 同，移動(dòng)距離為，而凸模的工作方向和 凹模相反，為-W方向即沖壓方向，移動(dòng)距 離為0。 提交運(yùn)行。 運(yùn)行前要先保存文件，利用Job命令進(jìn) 行運(yùn)行，運(yùn)行的過(guò)程中，系統(tǒng)將自動(dòng)地對(duì)成 形過(guò)程中的材料厚度變化情況、最大最小應(yīng) 變分布、時(shí)間歷史曲線、

36、材料變薄率等進(jìn)行 計(jì)算，這些計(jì)算的結(jié)果將存入d3plot文件 中，在運(yùn)行后系統(tǒng)將自動(dòng)保存由LS-DYNA 生成的d3plot文件。 圖3-5. 自動(dòng)設(shè)置 應(yīng)用eta/POST后處理。 點(diǎn)擊PostProcess 將進(jìn)入eta/POST后處理界面，翻開(kāi)剛剛保存的d3plot文件，預(yù)覽坯料的成形過(guò)程，觀察過(guò)程中是否有缺陷生成，并通過(guò)操作工具欄對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行后處理操作，從而觀察成形過(guò)程中材料的流動(dòng)、厚度的變化、最大應(yīng)變分布等情況。 15 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 DYNAFORM數(shù)值模擬 3.3 模擬結(jié)果分析 首先從材料厚度變化情況、最大應(yīng)變分布以及缺陷情況對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析。 材料厚度變化 圖3-6.

37、 成形過(guò)程中材料厚度變化情況 由圖3-6可以看出，頂蓋頂部整個(gè)平面材料的厚度根本上無(wú)變化，厚度變化最明顯的地方在把手兩邊處，厚度為左右，變薄率不到10%，在側(cè)面也有局部變薄的傾向，厚度為左右，變薄率為5%，從這些數(shù)字來(lái)看，厚度的變薄并不算大，這些略微的變化對(duì)頂蓋的成形并沒(méi)有太大影響。 最大應(yīng)變分布 圖3-7.最大應(yīng)變分布 由圖3-7可以看出，應(yīng)變最大的地方出現(xiàn)在四個(gè)角部，應(yīng)變達(dá)，另外把手兩邊也有一定的應(yīng)變，約左右。 模擬結(jié)論 由模擬結(jié)果顯示，成形后的零件外表平整，沒(méi)有出現(xiàn)起皺、裂紋等缺陷，材料的變薄率較小，零件形狀成形得比較到位，符合外觀要求，說(shuō)明零件可以一次 拉深成形。 16 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)

38、計(jì)論文 模具設(shè)計(jì)與工藝計(jì)算 4 模具設(shè)計(jì)與工藝計(jì)算 4.1 落料沖孔復(fù)合工序工藝計(jì)算 沖壓力計(jì)算 落料沖孔選用彈性卸料下出件的卸料方式，所以總的沖壓力為： PFF推F卸 其中： F 沖裁力； F推 推件力； F卸 卸料力 1) 沖裁力計(jì)算公式：F 其中： 200310 MPa，取=280 MPa 落料： 估算坯料的外形尺寸得周長(zhǎng)C816×2298×22228mm 那么落料的沖裁力： 沖孔： 該零件中共有3個(gè)5mm孔，在成形前，其中一個(gè)孔是圓形，另外兩個(gè)是橢圓孔，為了計(jì)算方便，3個(gè)孔均以5mm的圓孔計(jì)算，孔周長(zhǎng)LD 那么沖孔的沖裁力： F沖3×3×

39、5;××28027448.5 N 所以落料沖孔復(fù)合時(shí),總的沖裁力為： FF落F沖676242.1 N 2) 推件力計(jì)算 查表2.4015和表2-101，得凹模刃口直壁高度h5mm，K推 n， 取整n6 F推nK推F沖6××9058 N 3) 卸料力計(jì)算 查表2-101,得K卸，取K卸 F卸K卸P落×29195.7 N 所以總的沖壓力為 PFF推F卸9058714495.8 N714.5 KN F落×2228××280648793.6 N 17 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 模具設(shè)計(jì)與工藝計(jì)算 沖模刃口尺寸計(jì)算 采用配合加工

40、凸、凹模，根據(jù)模具在使用時(shí)的磨損情況將尺寸分為三類： 第一類是磨損后增大的尺寸：Aj(Amaxx·)0+ 第二類是磨損后減小的尺寸：Bj(Bminx·)-0 第三類是磨損后不變的尺寸：Cj(Cmin)-+ 1) 落料 落料時(shí)以凹模為基準(zhǔn)件，凹模尺寸如圖4-1所示： 圖4-1. 凹模尺寸分類 A1在落料件中的尺寸是A1298±0.5 mm，查表2-71得：系數(shù)x10.5 1/40.25 mm A1d×2980+0.25 mm 同理： x2，2 A2d×8160+0.3 mm x3，30.3 mm A3d×8030+0.3 mm B1在落

41、料件中的尺寸B160 mm，查表122，得±0.3 mm 1/40.15 mm，x1 B1d×60-0.150 mm，B2dB1d60-0.150 mm 同理： B3，±，3，x3 B4，±，4，x4 B5，±，52/4，x5 所以： B3d× B4d×× mm 18 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 模具設(shè)計(jì)與工藝計(jì)算 C1在坯料中的尺寸為13mm，=±， × 2) 沖孔 落料的同時(shí)沖出三個(gè)小孔，其中一個(gè)是5mm的圓孔，另外兩個(gè)是長(zhǎng)邊×短邊5mm×的橢圓孔，沖孔以凸模為基準(zhǔn)件，凸模刃口尺寸計(jì)算如下： 圓孔直徑A1=5mm，查表122得其公差為± ，× 橢圓孔長(zhǎng)邊 A2=5mm，A2p=A1p= 橢圓孔短邊，=±，× 沖模間隙值確實(shí)定 沖模的材料選用Cr12MoV，淬硬狀態(tài)下硬度5862HRC，它是屬于軟材料，所以落料沖模的間隙值(雙面)可由以下公式求得1： ZminZmax=(6% 4.12 壓力機(jī)的選擇 壓力機(jī)主要有曲柄壓力機(jī)和液壓機(jī)兩大類，曲柄壓力機(jī)有固定的上、下止點(diǎn)，主要適合于