模具设计论文
冲压工艺及模具设计论文
1、工艺分析
拉延工序一般是汽车覆盖件成形的第一步，它直接影响覆盖件的表面质量。模具开发的技术工作包括工艺设计和模具设计，拉延工艺设计是工艺设计中最重要的一步。拉延工艺设计主要考虑成形可靠性，包括拉延方向、压料面的设计、工艺面补充、拉延筋设计等，由于工序是相互关联的，拉延工艺设计也要考虑到后工序如何修边、翻边等，修边角度是否满足条件，废料滑出是否顺畅；翻边质量能否得到保证，是否需要设置翻边顶料器，零件定位、送料、出料、顶出是否合理，等等。
2、工艺设计
2.1拉延工艺面设计左右件通常是要合并冲压生产，成形后分离。但就侧围加强板单件来说，外周修边线极不规则，修边处修边角度差异太大，如强行合并生产反而会浪费材料，因此本件在做工艺补充时不采用合并生产的方案，而是单独做出工艺数模。但可以把左右件相同的工序放在一副模具上，即采用一模两腔的结构。接着进行拉延工艺面设计，原则上要保证材料充分变形、均匀流动。首先在AutoForm软件中定制冲压方向，要按照以下原则：（1）冲压的工作内容不能有负角且定位可靠，（2）拉延各处拉延深度应尽量小，（3）各处进料速度尽量均匀。经过冲压方向的优化，得到了图2a所示的拉延冲压方向，零件按主视图放置，图2b为相应的零件俯视图。接着进行压料面的设计。压料面的形状宜光滑平整，与零件有一定的相似度，各部分的进料阻力应相差不大，保证零件可靠定位、成形。图3a为左右件拉延工艺面主视图，图3b为拉延工艺面俯视图，压料面的形状保证各处拉延深度差异不大，有利于毛料向凹模腔内流动[2].然后进行工艺补充设计，将侧围加强板上的窗口、孔洞填平，开口部分连接成封闭形状，图2a中E处无法直接垂直修边，需将该处在拉延工序做成近似平坦曲面，在修边工序后再向上翻边，图3a中E处为该处拉延工艺面造型。最后将压料面与零件上工艺补充部分连接，作出有一定拔模角的墙面，并以圆角过渡，在压料面上做出拉延筋、到底标记，根据AutoForm软件反复优化，结果得到毛料尺寸为矩形690mm×560mm.拉延筋起到防止零件起皱、调节进料阻力的作用，在分模线外侧全周设置拉延筋，拉延筋与进料方向垂直，其形状为通用的圆筋，如图3所示。为了节省材料、保证产品质量，应用CAE软件对工艺补充、压料面、压料力等进行调整、优化。2.2冲压工序安排本零件拉延用的毛料为矩形，可以在剪床上得到，未用到模具，拉延为本零件的第一道工序。拉延之后的修边需要分两工序完成，原因是各处修边角度太大，需要调整冲压角度下分两次进行修边才能保证修边角度不大于20度，否则会产生严重的修边毛刺，造成模具部件强度薄弱。在修边冲孔后还有翻边、翻孔工作。另外，零件有4处孔在斜面上，需要采取侧冲孔，用到斜楔结构，需要较大的布置空间。综上所述，本零件外形复杂，共用到5道工序：第一工序（OP10）拉延，第二工序（OP20）修边冲孔，第三工序（OP30）修边、侧冲孔，第四工序（OP40）翻边、翻孔，第五工序（OP50）冲孔、侧冲孔。
3、各工序模具结构
传统的二维技术不能满足企业对模具开发的周期、质量要求，三维模具设计能直观反映设计的真实状态，使加工者准确地理 解设计者的真正设计意图，方便员工识图及加工。三维实体设计通过运动模拟和干涉检查等分析手段，提前发现问题，指导生产，使模具设计更快捷、方便、合理、科学 .本零件各工序模具结构设计采用UG软件进行三维建模，以下依次介绍这五工序的模具结构。图4为OP10拉延模下模三维模具结构，采用单动拉延结构。上模即凹模固定在压力机滑块，下模主要包括凸模和压力圈。压力圈由顶杆顶起，并和顶杆垫块支撑，凸模固定在下工作台上。压力机滑块下行，凹模将拉延毛坯压紧在压边圈上，以定位器进行外周定位，压边圈上的平衡块与凹模支撑，直到下死点，将拉延毛坯拉成凸模的形状，顶杆施加的压紧力在拉延过程中保持不变。工作完毕，压边圈上行，压边圈上的弹顶销将拉延件顶出。工作时压边圈与凸模以导板来导向，在压边圈的外周设置安全防护板。图5为OP20修边冲孔模下模三维模具结构，由于不是全周修边，会产生较大的侧向力，在上下模之间设置了反侧导板进行无间隙导向，抵消侧向力。本模具左右各设有一处废料刀，凹模镶块采用分块式，凸模采用整体式，材料均为ICD5（空冷钢），刃口部分火焰处理HRC56——60.上下模以导板+导柱形式进行导向。以拉延件外形进行定位，工作时压料板上以红色中型弹簧压紧料，修边冲孔完成气缸顶起修边件，修边废料从滑道滑出工作台，冲孔废料落入废料盒收集起来。图6为OP30修边、侧冲孔模下模三维模具结构，与前一工序相似，不是封闭修边，且各有一处侧冲孔，故在上下模之间设置了反侧导板进行导向。本模具左右各设有一处废料刀，凹模镶块采用分块式，凸模采用整体式，材料也为ICD5（空冷钢）。上下模以导板+导柱形式进行导向。以修边件外形、定位器共同进行定位，工作时压料板上以弹簧压紧料，先压料，再修边、侧冲孔。废料排出形式同前一工序。图7为OP40翻边、翻孔模下模三维模具结构，由于是向上翻边、翻边，下模设置凹模和压料板，上模设有凸模。翻边凸模、凹模材料均为为MoCr铸铁，需对整形圆角进行火焰处理。压料板材料为HT300,装在下模座上，下模座上安装红色矩形弹簧顶起压料板，压料板以导板与下模座导向，以等高套筒限位。成形时工序件放于压料板上，凸模下行，先压料再翻边、翻孔，到底时下模座上限位块与压料板接触镦底；工作完毕，压料板把零件顶起来。图8为最后一道工序即OP50冲孔、侧冲孔模下模三维模具结构，侧冲孔机构采用标准外购斜楔，由于侧冲孔时有一定侧向力，上下模以导板+导柱形式进行导向。冲孔凸模采用标准外购凸模，冲孔凹模尽量采用镶套结构，方便维修和更换，也以标准件形式外购。冲孔废料以废料盒收集。上模设有压料板，以矩形弹簧压料，保证先压料，再冲孔、侧冲孔，确保冲孔质量。
4、结束语
本文对侧围加强板进行了冲压工艺分析，制定了合理的工艺方案。按照产品特点进行工艺补充，设计出了拉延工艺面；明确了五个工序的工作内容，构建了三维模具结构图，为相关模具设计与制造提供了科学的分析。以传统的设计经验为基础，结合了计算机 辅助设计软件UG,设计了侧围加强板的拉延模、修边冲孔模等五副模具。经过模具调试和批量生产证明，模具结构合理，不仅符合冲压生产需求，保证了精度要求，产品质量稳定可靠，而且缩短了生产周期，降低了生产成本。
作者：刘驰 单位：柳州职业技术学院机电工 程系
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