分析及模具設(shè)計(jì)

1、汽車頂窗蓋上體成形分析及模具設(shè)計(jì)陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司 吳轉(zhuǎn)萍摘 要：通過對頂窗蓋上體成形工藝分析，闡述了工件成形及模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，提出了預(yù)成形小凸包的拉深壓形模結(jié)構(gòu)，并介紹了模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及模具工作過程。關(guān)鍵詞：成形工藝分析；預(yù)成形；模具結(jié)構(gòu)頂窗蓋上體是汽車駕駛室中的小零件，結(jié)構(gòu)對稱。圖 1 為其 1/4 圖形。該零件的材料為 08 A1 厚度 1MM。它的成形難點(diǎn)在于料薄，外凸的四個(gè)小包處脹形成形，易產(chǎn)生破裂。本文采用預(yù)成形的方法，解決小包成形時(shí)的易破裂問題。1 成形分析1.1 成形工藝分析該沖壓件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：平面法蘭、斜面?zhèn)缺?、矩形輪廓、底部有局部形狀，即外輪廓是一個(gè)大盒形件，其內(nèi)輪廓有

2、四個(gè)向外凸起的小盒形件形狀。故該沖壓件可分為大盒形件與小盒形件兩個(gè)變形分析單元來分析其變形情況。該沖壓件的貼模過程是：毛坯置于壓邊圈上凹模下行與毛坯接觸壓住毛坯后法蘭上的毛坯開始產(chǎn)生塑性變形，大盒開始拉深成形，此時(shí)成形小盒部分的毛坯受壓，而大盒底部處于懸空狀態(tài)，當(dāng)凹模下行到 H-入深度時(shí)，小盒開始成形。之后，大盒底面與小盒同時(shí)作用成形，直至凹模下行至最低位置，成形過程結(jié)束。大盒屬于拉深變形。其變形區(qū)是壓料面上的毛坯，屬于基本形狀零件中盒形件拉深成形特點(diǎn)，可根據(jù)盒形件拉深成形規(guī)律矩形盒轉(zhuǎn)角部位 R/矩形盒寬度 B(矩形盒寬度 B矩形盒長度A)、矩形盒高度 H/ R 等參數(shù)來判斷變形分布和成形難度

3、。對大盒內(nèi)的小盒部分，由于它是在大盒成形到一定深度才開始成形，故不可能依靠外部流入材料，而主要靠該部位材料的變薄實(shí)現(xiàn)成形，即產(chǎn)生脹形。而凸包轉(zhuǎn)角：區(qū)域的脹形變形量最大，可視為 1/4 的圓筒件脹形。由于小盒是在大盒基本成形后成形的，故對大盒的成形基本沒有什影響。小盒成形屬脹形變形，大盒成形對它的影響也很小。綜合分析該沖壓件可能出現(xiàn)法蘭轉(zhuǎn)角部位的起皺、RP 處強(qiáng)度破裂及小盒脹形時(shí)塑性破裂等問題。1.2 成形受力分析由于小盒成形屬脹形成形，在成形過程中，變形區(qū)的材料在平面方向擴(kuò)張、厚度方向減薄。是坯料在雙向拉應(yīng)力作用下的一種成形工藝。其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)如圖 2 示。由圖 2 分析可知 RP 處為危險(xiǎn)區(qū)

4、。2 模具設(shè)計(jì)及模具工作過程2.1 壓形拉深模設(shè)計(jì)壓形拉深模結(jié)構(gòu)如圖 3 示，基于上述變形分析及受力分析，由于該零件 H 較小，而成形圓角 R 較大即 H/ R 值較小故法蘭轉(zhuǎn)角部位不會(huì)出現(xiàn)起皺問題。為避免小盒脹形時(shí)產(chǎn)生塑性破裂及 RP 處的強(qiáng)度破裂，該套模具增加了預(yù)成形工序。目的是為了減小外部金屬向內(nèi)變形的阻力，形成以脹形為主體的成形又兼有拉深因素的介入緩解了脹形部位的拉薄程度。該套模具采用彈簧彈壓頂出器使四個(gè)外凸小包處預(yù)成形一定形狀以期從外部獲得少量金屬。1 上、下模座 2 限制器 3 壓邊圏 4 凹模 5 墊塊 6 彈性擋料銷 7 彈簧 8 螺釘 9 蓋板 10 彈簧 11頂出器 12

5、凸模鑲塊 13 凹模鑲塊 14 卸料螺釘 15 壓形凸模預(yù)成形的原理是：按預(yù)成形力設(shè)計(jì)頂出器彈簧剛度使頂出器在接觸到板料后依靠頂出彈簧的力成形出四個(gè)小包，但體積比最終成形的尺寸大，最終小包成形由鑲塊成形。待凹模下行至最低點(diǎn)，壓至成形。由于四個(gè)小包采用了預(yù)成形，減小了最終小包成形時(shí)的變形時(shí)工件不易破裂。另外，為防止薄板拉深成形中因氣室作用而產(chǎn)生局部變形(鼓起、凹進(jìn)、小皺紋)故在凸凹模中安排了出氣孔。該套模具采用彈性擋料銷定位的定位方式。2.2 模具工作過程初始狀態(tài)在氣墊作用下壓邊圈與凸模頂面平齊便于擺放工件和壓形，當(dāng)凹模隨機(jī)床滑塊下行，與壓邊圈接觸時(shí)壓住材料，同時(shí)，凸模頂面毛坯由于頂出器壓力作用

6、產(chǎn)生一定的變形當(dāng)滑塊繼續(xù)下行時(shí)，壓邊圈在凹模的壓力下向下移動(dòng)，凹模與凸模產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，形成拉深，拉深到 H-入高度時(shí)，隨著凹模繼續(xù)下行，外凸小包及拉深件底面成形，凹模下行到最低位置，拉深成形。3 模具主要零件的特點(diǎn)3.1 凸模及凹模結(jié)構(gòu)除預(yù)成形設(shè)計(jì)之外，對于凸模及凹模的設(shè)計(jì)，針對易破裂處的圓角半徑的取值，根據(jù)下式計(jì)算：這樣就從圓角半徑方面避免了塑性破裂問題。另外，考慮工藝性，若作成整體式，成形小包處加工困難故該套模具采用鑲塊式結(jié)構(gòu)對成形小包處作成鑲塊鑲?cè)胝w式結(jié)構(gòu)壓配入凸、凹模內(nèi)并用螺釘緊固后，并修型，保證整個(gè)型面光滑過度。3.2 卸料裝置卸料裝置采用彈性卸料。主要零件有頂出器、壓邊圈，兼作壓、卸料作用。頂出器在彈簧壓力作用下壓住毛坯，開始成形時(shí)，毛坯底面懸空，產(chǎn)生一定的預(yù)成形狀。從而減輕了凸包處的塑性變形，保證了順利成形。待成形結(jié)束后，頂出器在彈簧回復(fù)力作用下卸料。