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1、汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)探究
摘要:汽車覆蓋件結(jié)構(gòu)特征明顯,工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,大多數(shù)汽車覆蓋件都是通過(guò)沖壓工藝實(shí)現(xiàn)。模具設(shè)計(jì)涉及材料、工藝、三維設(shè)計(jì)分析等技術(shù)。介紹了汽車車身沖壓工藝沖壓件的結(jié)構(gòu)特征;研究了汽車車身的沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù);并對(duì)模具磨損與壽命控制提出了相應(yīng)措施,該技術(shù)通過(guò)實(shí)例應(yīng)用取得良好的效果。汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)對(duì)行業(yè)提供了參考。
關(guān)鍵詞:汽車車身;沖壓工藝;模具設(shè)計(jì)
0導(dǎo)言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人們?cè)谌粘I钪袑?duì)汽車的需求量也越來(lái)越大[1]。汽車除了發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、變速箱外,最復(fù)雜的制造環(huán)節(jié)應(yīng)屬于車身的沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)。由于國(guó)
2、內(nèi)汽車行業(yè)的高速發(fā)展,汽車更新?lián)Q代的速度也持續(xù)加快,尤其是汽車車身的更新速度。汽車車身零件大多數(shù)都是由沖壓形成,例如發(fā)動(dòng)機(jī)箱蓋、車門護(hù)板、擋泥板、車身內(nèi)護(hù)板等。沖壓件的成型質(zhì)量與沖壓模具的設(shè)計(jì)密切相關(guān),因此,有必要在了解沖壓工藝的基礎(chǔ)上對(duì)沖壓模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究,保證汽車車身的質(zhì)量。
1汽車車身沖壓工藝
沖壓工藝具有以下特點(diǎn):用于形狀復(fù)雜的薄壁零件,且經(jīng)過(guò)沖壓工序后零件的強(qiáng)度提高、質(zhì)量變輕、剛度增大。沖壓件表面光滑且具有較高的精度尺寸,可滿足一般互換性要求,在同一批沖壓件中可互相替換。簡(jiǎn)化了操作,提高了自動(dòng)化程度。進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)可有效節(jié)約成本,提高生產(chǎn)效率[2]。
3、
(1)沖壓材料
沖壓工藝對(duì)沖壓材料的要求極為嚴(yán)格,沖壓用材料必須具有良好的延展性、塑性、彎曲性、凸緣拉伸性等性能。如果所選的材料與零件形狀、沖壓模具設(shè)計(jì)和加工條件不相適應(yīng)時(shí),將產(chǎn)生斷裂、折皺、成型不完整(開(kāi)裂、凸包、拉毛、波浪、回彈)等缺陷。目前,常用的沖壓材料包括冷軋鋼板、熱軋鋼板、表面處理鋼板等材料[3]。
(2)沖壓工藝方案
沖壓工藝一般包括沖裁設(shè)計(jì)、切邊設(shè)計(jì)、彎曲、翻遍等工序。各個(gè)工序階段都有嚴(yán)格的工藝要求保證沖壓的質(zhì)量[4]。以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)箱蓋為例,其沖壓工藝如下:下料拉伸--切邊、沖孔--豎邊--翻邊--壓印、沖孔--檢驗(yàn);工藝流程為
4、:拉伸--切割--整形--翻邊--沖孔--切割--檢驗(yàn)。正常工藝可能無(wú)法完成零件的加工,需要工藝補(bǔ)充。工藝補(bǔ)充的設(shè)計(jì)原則如下:內(nèi)孔封閉的原則;簡(jiǎn)化拉伸件結(jié)構(gòu)形狀原則;保證良好的塑性變形條件,有些沖壓件深度較淺、曲率較小,但輪廓尺寸較大(發(fā)動(dòng)機(jī)箱蓋),必須保證坯料在拉伸過(guò)程中具有足夠的塑性變形量,才能保證沖壓件滿足形狀精度要求和剛度要求;外工藝補(bǔ)充部分盡量?。环奖愫罄m(xù)工序加工的原則。
(3)沖壓件質(zhì)量控制
沖壓件一般滿足表面質(zhì)量良好、復(fù)合加工要求的幾何尺寸和形狀、足夠的強(qiáng)度與剛度以及良好的工藝性等要求[6]。保證沖壓件沖壓質(zhì)量的方法有精度檢驗(yàn)與外觀檢驗(yàn)兩種。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)
5、沖壓件采用如下方法進(jìn)行修復(fù):手工修整沖壓零件、修補(bǔ)模具,改進(jìn)模具的設(shè)計(jì)與制造方法等。
(4)汽車覆蓋件沖壓關(guān)鍵工藝
汽車覆蓋件的沖壓方向,如:拉延方向、修邊方向、翻邊方向、沖孔方向、非必要負(fù)角問(wèn)題、空間曲線的修邊線問(wèn)題、非必要曲面孔問(wèn)題、特征太密與結(jié)構(gòu)突變問(wèn)題、復(fù)雜曲面的圓角、轉(zhuǎn)角、球面等問(wèn)題。此外,翻孔的結(jié)構(gòu)問(wèn)題,正規(guī)孔和異型孔的翻孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與沖壓工藝有關(guān),分為兩序孔和三序孔,如沒(méi)有功能要求應(yīng)盡量采用拉延、沖孔的翻邊結(jié)構(gòu)。在覆蓋件關(guān)鍵部位采用余料吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在一些容易起皺和拉裂的部位設(shè)計(jì)一些反向特征,減小由于起皺和拉裂引起的材料缺失等問(wèn)題。最后,覆蓋件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)也
6、影響模具的設(shè)計(jì),模具通常根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保證基本拉延的拔模角。
2模具設(shè)計(jì)技術(shù)
2.1基于CAD/CAM的模具制造
沖壓件沖壓的質(zhì)量不僅取決于沖壓工藝和沖壓材料,更重要的是沖壓模具的設(shè)計(jì)。隨著CAD/CAM技術(shù)的成熟,模具的設(shè)計(jì)水平得到了極大提升,且隨著五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心加工精度的提高,沖壓模具的加工精度和復(fù)雜程度也可滿足沖壓模具設(shè)計(jì)的要求。一般來(lái)說(shuō),模具的制造工藝可分為粗加工、精加工、裝配,其步驟如下:基準(zhǔn)面切削加工;劃線;機(jī)械加工(通用機(jī)床加工、仿形加工、特種加工);精加工(曲面粗加工、模具研磨);合模;模具裝配?;谖遢S加工中心的模具制造可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的
7、加工,通過(guò)CAD/CAM技術(shù)合理規(guī)劃加工路徑,結(jié)合數(shù)控加工中心的精密加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度模具的加工。經(jīng)加工中心加工后的模具也必須通過(guò)磨削和拋光加工,最終保證模具表面的精度要求。通過(guò)高質(zhì)量和高精度的模具降低后續(xù)模具制造的復(fù)雜程度,可以提高生產(chǎn)效率,促進(jìn)沖壓工藝的發(fā)展。
2.2模具表面磨損及壽命控制
模具表面磨損檢測(cè)也是困擾技術(shù)人員的難題。目前國(guó)內(nèi)檢測(cè)模具磨損是根據(jù)沖壓后成品表面的質(zhì)量精度判斷模具是否應(yīng)該更換。但該方法不具有預(yù)測(cè)性,只能根據(jù)成品的質(zhì)量判斷模具的磨損情況,無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)加工的要求。如圖2、3所示,為由于模具磨損導(dǎo)致的產(chǎn)品問(wèn)題。對(duì)于模具磨損及壽命控制,本文提出以下措
8、施:(1)基于采集模具數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模具表面磨損和使用壽命。從新的模具安裝完成后開(kāi)始記錄模具使用時(shí)間,在模具磨損超出使用范圍時(shí),記錄模具的使用時(shí)間,通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的記錄,根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)的方法統(tǒng)計(jì)分析模具磨損的規(guī)律,并在計(jì)算機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的閾值,超出閾值時(shí),提示操作人員更換模具。(2)基于模具檢測(cè)的反饋,對(duì)模具結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵型面進(jìn)行定時(shí)檢測(cè),若檢測(cè)值超出正常值時(shí),說(shuō)明模具磨損過(guò)度。模具磨損檢測(cè)與控制對(duì)企業(yè)節(jié)約成本、避免浪費(fèi)具有重要的意義。
3工程應(yīng)用實(shí)例
上述工藝與模具磨損檢測(cè)技術(shù)已應(yīng)用于某汽車企業(yè)和多家模具制造公司,并取得了良好的效果。采用模具磨損檢測(cè)技術(shù)后每個(gè)季度至少可以降低30%
9、的不合格率,極大的降低了廢品率,提高了企業(yè)的效益。圖4為汽車模具制造現(xiàn)場(chǎng)。
4結(jié)束語(yǔ)
汽車車身沖壓工藝與沖壓模具的設(shè)計(jì)是影響汽車行業(yè)車型更新?lián)Q代的關(guān)鍵技術(shù),它不僅影響汽車更新的周期和研發(fā)的成本,也間接促進(jìn)了新的沖壓技術(shù)和模具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。盡管國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展迅速,但沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)與國(guó)外技術(shù)仍存在較大的差距,無(wú)法生產(chǎn)高端的汽車沖壓件,嚴(yán)重阻礙了我國(guó)高端汽車行業(yè)的發(fā)展。對(duì)沖壓工藝與沖壓模具設(shè)計(jì)技術(shù)的研究對(duì)我國(guó)高端汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義,借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù),并不斷投入研發(fā)人員,可以實(shí)現(xiàn)高端汽車車身沖壓件的制造,打破國(guó)外技術(shù)壟斷。
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