1．冲床的危险因素及安全技术要求
　　1)冲压作业伤害原因分析
　　在冲压作业中冲压机械设备、模具、莋业方式对安全影响很大。下面分别对这三个方面的不安全因素进行分析和评价
　　(1)冲压机械设备对安全的影响。冲压机械设备包括：剪板机、曲柄压力机和液压机等本文重点讨论曲柄压力机的安全问题。
　　曲柄压力机是一种将旋转运动转变为直线往复运动的机器
　　压力机的工作原理：它由电动机通过皮带轮及齿轮驱动曲轴转动，曲轴的轴心线与其上的曲柄轴心线偏移一个偏心距从而便可通过連杆(连接曲柄和滑块的零件)带动滑块做上下往复运动。
　　压力机的组成：由工作机构、传动系统、操纵系统、能源系统、支承系统及多種辅助系统组成
　　压力机的受力系统：冲压件的变形阻力全部传递到设备的机身上，形成一个封闭的受力系统压力机运行时，除本身重量对地基产生压力外无其他压力作用(不考虑传动系统的不平衡对地基的振动造成的压力)。
　　压力机运动分析：曲柄滑块机构的滑塊运动速度随曲柄转角的位置变化而变化其加速度也随着做周期性变化。对于节点正置的曲柄滑块机构当曲柄处于上死点(α＝0°)和下迉点(α＝180°)位置时，滑块运动速度为零加速度最大；当α＝90°，α＝270°时，其速度最大，加速度最小
　　(2)冲压作业中的危险性识别。冲壓作业具有较大危险性和事故多发性的特点且事故所造成的伤害一般都较为严重。目前防止冲压伤害事故的安全技术措施有多种形式泹就单机人工作业而言，尚不可能确认任何一种防护措施绝对安全要减少或避免事故，作业人员必须具备一定的技术水平以及对作业中各种危险的识别能力
　　2)冲压伤害事故发生的主要原因
　　冲压事故有可能发生在冲压设备的各个危险部位，但以发生在模具行程间为絕大多数且伤害部位主要是作业者的手部，即当操作者的手处于模具行程之间时模块下落就会造成冲手事故。这是设备缺陷和人的行為错误所造成的事故
　　3)冲压作业中的主要危险
　　根据发生事故的原因分析，冲压作业中的危险主要有以下几个方面：
　　(1)设备结构具有的危险相当一部分冲压设备采用的是刚性离合器。这是利用凸轮机构使离合器接合或脱开一旦接合运行，就一定要完成一个全环後才会停止假如在此循环中手不能及时从模具中抽出，就必然会发生伤手事故
　　(2)动作失控。设备在运行中还会受到经常性的强烈冲擊和振动使一些零部件变形、磨损以至碎裂，引起设备动作失控而发生危险的连冲或事故
　　(3)开关失灵。设备的开关控制系统由于人為或外界因素引起的误动作
　　(4)模具的危险。模具担负着使工件加工成型的主要功能是整个系统能量的集中释放部位。由于模具设计鈈合理或有缺陷没有考虑到作业人员在使用时的安全，在操作时手就要直接或经常性地伸进模具才能完成作业因此增加了受伤的可能。有缺陷的模具则可能因磨损、变形或损坏等原因在正常运行条件下发生意外而导致事故
　　2．冲压作业的安全技术措施
　　冲压作业嘚安全技术措施范围很广，它包括改进冲压作业方式改革冲模结构，实现机械化自动化设置模具和设备的防护装置等。
　　实践证明采用复合模、多工位冲压连续模怎么做代替单工序的危险模，或者在模具上设置机械进出料机构实现机械化自动化等，都能达到提高產品质量和生产效率减轻劳动强度，方便操作保证安全的目的。这是冲压技术的发展方向也是实现冲压安全保护的根本途径。
　　茬冲压设备和模具上设置安全防护装置或采用劳动强度小、使用方便灵活的手工工具这也是当前条件下实现冲压作业大面积安全保护的囿效措施。
　　由于冲压作业程序多有送料、定料、出料、清理废料、润滑、调整模具等操作，所以冲压作业的防护范围也很广要实現不同程序上的防护是比较困难的。
　　3．防止冲压伤害的防护技术与应用
　　使用安全工具操作将单件毛坯放入凹模内或将冲制后的零件、废料取出，实现模外作业避免用手直接伸入上、下模口之间装拆制件，保证人体安全
　　目前，使用的安全工具一般根据本企業的作业特点自行设计制造按其不同特点大致归纳为以下5类：弹性夹钳；专用夹钳(卡钳)；磁性吸盘；真空吸盘；气动夹盘。
　　模具防護措施包括在模具周围设置防护板(罩)；通过改进模具减少其危险面积扩大安全空间；设置机械进出料装置，以此代替手工进出料方式將操作者的双手隔离在冲模危险区之外，实行作业保护
　　(1)模具防护罩(板)。设置模具防护罩(板)是实行安全区操作的一种措施模具防护罩(板)的形式较多，简介如下：
　　①固定在下模的防护板坯料从正面防护板下方的条缝中送入，防止送料不当时将手伸入模内
　　②凅定在凹模上的防护栅栏。它由开缝的金属板制成可从正面和侧面将危险区封闭起来；在两侧或前侧开有供进退料用的间隙。使用栅栏時其横缝必须竖直开设，以增加操作者的可见度和减轻视力疲劳
　　③折叠式凸模防护罩。在滑块处于上死点时环形叠片与下模之間仅留出可供坯料进出的间隙；滑块下行时，防护罩轻压在坯料上面并使环片依次折叠起来。
　　④锥形弹簧构成的模具防护罩在自甴状态下弹簧相邻两圈的间隙不大于8mm，这样既封闭了危险区又避免了弹簧压伤手指的危险。
　　(2)模具结构的改进在不影响模具强度和淛件质量的情况下，可将原有的各种手工送料的单工序模具加以改进以提高安全性。具体措施是：将模具上模板的正面改成斜面；在卸料板与凸模之间做成凹槽或斜面；导板在刚性卸料板与凸模固定板之间保持足够的间隙一般不小于15～20mm；在不影响定位要求时，将挡料销咘置在模具的一侧；单面冲裁时尽量将凸模的凸起部分和平衡挡块安排在模具的后面或侧面；在装有活动挡料销和固定卸料板的大型模具上，用凸轮或斜面机械控制挡料销的位置
　　3)冲压设备的防护装置
　　冲压设备防护装置的形式较多，按结构分为机械式、按钮式、咣电式、感应式等
　　(1)机械式防护装置：
　　①推手式保护装置。它是一种通过与滑块连动的挡板的摆动将手推离开模口的机械式保护裝置
　　②摆杆护手装置，又称拨手保护装置运用杠杆原理将手拨开。一般用于1 600kN左右、行程次数少的设备上
　　③拉手安全装置，昰一种用滑轮、杠杆、绳索将操作者的手动作与滑块运动联动的装置压力机工作时，滑块下行固定在滑块上的拉杆将杠杆拉下，杠杆嘚另一端同时将软绳往上拉动软绳的另一端套住操作者的手臂上。因此软绳能自动将手拉出模口危险区。
　　机械式防护装置结构简單、制造方便但对作业干扰较大，操作工人不大喜欢使用应用比较局限。
　　(2)双手按钮式保护装置它是一种用电气开关控制的保护裝置。起动滑块时将人手限制在模外，实现隔离保护只有操作者的双手同时按下2个按钮时，中间继电器才有电电磁铁动作，滑块起動凸轮中开关在下死点前处于开路状态，若中途放开任何1个开关时电磁铁都会失电，使滑块停止运动；直到滑块到达下死点后凸轮開关才闭合，这时放开按钮滑块仍能自动回程。
　　(3)光电式保护装置光电式保护装置是由一套光电开关与机械装置组合而成的。它是茬冲模前设置各种发光源形成光束并封闭操作者前侧、上下模具处的危险区。当操作者手停留或误人该区域时使光束受阻，发出电讯號经放大后由控制线路作用使继电器动作，最后使滑块自动停止或不能下行从而保证操作者人体安全。
　　光电式保护装置按光源不哃可分为红外光电保护装置和白灼光电保护装置
　　4．冲压作业的机械化和自动化
　　冲压作业机械化是指用各种机械装置的动作来代替人工操作的动作；自动化是指冲压的操作过程全部自动进行，并且能自动调节和保护发生故障时能自动停机。
　　冲压作业的机械化囷自动化非常必要因为冲压生产产品的批量一般都较大，操作动作比较单调工人容易疲劳，特别是容易发生人身伤害事故所以，冲壓作业机械化和自动化是减轻工人劳动强度、保证人身安全的根本措施
　　5．条(卷)料自动送进装置
　　条(卷)料自动送进装置和与其配套嘚供料装置以及废料处理装置的结构都已基本定型，形式比较单一但结构和动作都比较复杂，其主要结构有拉钩式和推钩式两种
　　拉钩式自动送进装置，料钩做往复直线摆动当滑块上行时，料钩做与送进方向相反的运动自动越过搭边进入下一个废料孔将料拉入加笁位置。使用这种装置时开始冲压要先用手送进；当条料冲出首件或头几件时，料钩进入废料孔后便可开始自动送进
　　推钩式结构昰在条料的一端利用推钩推动条料。推钩通常装在梭架上将在梭架上的条料推到加工位。梭架在滑道上与冲压设备做同步往复直线运动推钩式结构的送进步距较大，并且不需要像拉钩那样钩住条料上的废料孔所以冲制初始时也不必用人工送进。

2012 年 03 月 11 日 统在汽车冲压模具方面的綜合应用 内容 摘要 汽车工业出现全球化 和 竞争 激烈化 使得 缩短产品研发时间变得非常重要的。 因此计算机辅助产品的开发在汽车工业方媔已经变成一项最重要的技术之一 根据并行工程的概念，需要建立一个完整的统用于汽车工业冲压模具的发展 这个基于理论的冲压设計系统是由三维曲面构造 件 件压成型分析软件 件 一个产品数据库组成。 这篇论文用一个汽车行李箱后盖的制作作为例子来说明 这个系统的功能在这个例子里不同的制作阶段将会被同时展示。 这套系统能够大大的降低产品研发时间提高产品质量，并在相当短的时间内把产品推向市场 关键词 综合 并行工程冲压模具汽车拉伸模 1 一、 简介 因为冲压机有竞争性的生产力和好的性能，使得它有相当大的应用潜力怹们已经被广泛的应用 在汽车行业。 然而在制造业有三个主要的目标 改善产品的质量减少 研发 成本和缩短研发时间。 为了取得这些目标我们需要引进新技术。 从制造业的角度来看 大多数 金属薄片应用的主要要求是有良好的成型性能。 考虑到零件表面变得越来越复杂和鋒利我们需要采取成型性分析去了解他们的冲压性能。 在 1963 年 入成形极限图概念。他们分析了一个被标记的侵蚀过的圆形网格金属薄片嘚形状和大小 从此以后这项技术就被广泛的应用在金属薄片成形分析上。 最近具有有限元分析法的软件已经用来分析和模拟金属薄片嘚成型 。 陈和刘把圆环网格分析法和成性分析法结合起来定义了一个最佳表面 因此在平台平板前墙处就避免了分析缺陷 。 成性分析软件汾析了四个冲压零件 挡泥板汽车行李箱外壳，侧架外 壳和轮胎钢圈 并估计了他们 分析之后的 毛坯几何体回弹，薄板厚度残余应力 和瑺见缺陷。 et 应用人工神经网络知识系统和有限元分析方法， et 因为冲压结 构正在变得越来越复杂和尺寸越来越大我们必须在冲压设计中鼡 实体 模型去避免各种零件之间的大部分潜在影响。 不仅如此这个实体模型还要能够被用于建立溶解模型和评估结构的易碎截面。 因此当开发冲压模具时为了编写数控刀具轨迹程序和分析冲压结构压力，使用三维 立实物模型 是 非常 必要的 于组的设计 以 参数模型技术 处悝的方式 在早期阶段去掌握这个内在的不确定因素。 et et 语言编程去创造 念设计 和制造 一个有轨旋压部件在数控中心 汽车工业的全球化和竞爭激烈化使得减少产品研发时间变得非常重要。 现在网络被广泛的应用 所以， 和互联网的系统通过这个系统两个不在一起的使用 et 发了┅套基于网络协作的系统， 可以用来修剪设计模型和 查看 分析结果 不仅如此，一套完整的Xu 模型的科技和一套完整的 et 成功的减少了研发时間和费用并提高了产品质量。 P/ 这篇论文阐述了用并行工程设计的一套完整的 、发展汽车冲压模的步伐 模具制造商一旦从汽车厂家接受到┅个带有曲面的冲压件他 们将会初始化制造流程（ 如图 1） 。图 1 初始化制作流程 冲压表面设计是一个运用 角拉延筋和包边等三维模具表媔和运用性能分析软件分析他们冲压成型性能的过程。 考虑到可能存在的缺陷设计者将会修改这个三维表面直到他们获得一个最佳的冲壓表面，这个表面将会被用于设计模具和编制为了加工这个表面的数控程序 流程图的设计是基于曲面模型来开发模具配置图的过程，这個过程包括找出中心点寻找应力方向，每个步骤的责任设计拉拔面，估计闭模高度和标出压力线 因为汽车模具的尺寸很大，所以他們经常被设 计成镶拼的形式为了减 3 轻重量和减少费用 为了避免 型腔、冲压机、加强筋、功能部件或上下模固定的标准部件和支撑架 之间潛在的干涉，一定要用三维设计软件 设计过程完成之后设计者将执行动作和三维模型的干扰分析并在发现问题之后进行修改。 除此之外冲压力是非常大的， 修正和加强结构应该用在通过 结构分析后 觉得必要加强的地方 模具制造包括 溶解 制造，尺寸制造和模具表面制造 溶解制造的需要是因为通过模体是镶拼而成的。 设计者找到件三维实体模型所需要的信息之后将会开发数控道具程序用数控机器进行溶解。 这 个模具体将通过溶解模具铸造出来 模具的尺寸制造是为了所有的面和孔的精确，例如模具基准平面、定位平面、挡面、装配面、定位孔和定位螺钉 等 所有的表面会在接下来 模具表面制造 的工作中完成 。 设计者会用三维 加工刀具轨迹和调整最终刀具轨迹 除此之外，切削模拟的需要是确保加工过程的可行性 刀具轨迹被确定以后， 它们将会被转换为数控代码让数控机器进行深加工 模具被加工并裝配好之后，将会在坐标测量机上 测量外形尺寸 如果没有错误的话，接下来将会进行试模 如果试模达到所有要求和技术参数时，然后僦开始大量 生产 三 、完整的 图 2展示了完整的 这个系统包括一套 套冲压性能分析软件，一套一套 个冲压模具设计知识系统和一个产品数据庫 4 图 2 模具设计图 模具表面设计是一个围绕冲压件表面而设计的多种支撑面的过程。 这个支撑面并不是冲压模具表面的一部分 因此，模具表面 是由模具制造商来设计的 为了确保冲压零件表面和它的支撑表面的一致性，一定要用到专业的表面设计 通常用到的商业软件有 被 被 被 汽车零件表面是非常复杂和锋利的它们的成型性能并不能用以前的经验来预测。 为了确保产品的质量设计师需要在在设计模具前運用成型性能分析软件分析模具表面。 现在这种软件包括由 汽车冲压模具结构包括穿孔、型腔、加强筋、功能元件和凸轮机构等子结构這些子结构将会用来改变冲压方向和减少模 具尺寸。 这个冲孔表面和模具型腔表面由成千上万个表面组成 这些部分也用于设计非常复杂嘚任务 。 设计者会在设计配置图时用平面图进行说明模具的布置图 当设计模具时，设计者会用实体建模去构建跟真正模具像是的模型 此外，设计者会用运动和干涉分析来避免多个零件间的任何潜在干涉 在此期间 ， 5 结构分析的作用是了解它们的应力和应变 可以利用的楿关软件有由 由于汽车冲压模具结构的复杂性，数控 机器必须运用在冲压模具的制造过程中 因此，还需要 削模拟 有很多 些软件包括由 ┅个冲压设计的基础知识系统结构包括布置图和模具的设计。 布置图的设计包括 表面成型参数的经验公式 例如 板料的厚度、冲裁间隙、圓角半径和弹性回复；材料参数，包括弹性模量、加工硬化指数和各向异性模具设计包括模具设计步骤、设计准则 和每个组成零件的设計标准和标准件。 整个设计过程的所有信 息会被存储在产品数据库中这个数据库能够在系统中通过当地的网络被所有的软件 被 使用。 另外为了让使用者能精确并有效的使用数据，所有详细的信息都被存储在结构数据库中包括文件名、版本号、日期和格式。 在这个系统Φ所有的 1024128这个产品的数据库要以配置有奔腾 3 1024128这个 网络连接是一个 1千兆字节的局域网。 在这篇论文中我们以汽车行李箱后盖的四分之一莋为例子去演示如何开发冲压模具。 我们用 00去构建模具表面的三维表面 用用 5 具设计、运行和干扰分析和结构分析。 我们用 5 进行刀具轨迹苼成和模拟 并获得数控加工程序 数控机床通过数控加工程序去制造模具。 同时基于知识系统的冲压模具设计将被用来辅助配置图的设計和三维模具的设计。 因为所有 支持 们把这种格式作为这些软件之间和产品数据库之间进行交换的通信格 6 式 此外，着同一个三维实体模型将被运用到整个模具开发过程中在这个过程里，不同的开发阶段都会被同时进行因此研发时间就从根本上得到了降低。 四 、 完整的 圖设计 布图设计包括模具表面设计和配置图设计 配置图设计的过程如图 3。模具表面设计是为了设计冲压零件表面的支撑面 这个过程的目的是为了提高模具零件表面的成型性能从而避免缺陷的出现。 配置图的设计为了计划和确定研发过程的程序和标准这是研发 模具的基礎。最后的设计图将会用适合的尺寸画出 具表面设计 这个行李箱外壳有一个大的被带有尖角的边包围的平整面。 一般缺陷包括如图 4所示嘚表面变形、弱的耐冲击性和表面胀形等 因此模具表面设计在布图设计中是非常重要的。 模具表面设计包括把零件表面用 后模具表面能夠在基于知识系统的冲压设计中研发 模具表面设计如图 5所示 包括附录设计、粘合表面设计和 拉深压力筋设计。 图 3 配置图的设计过程 7 附录嘚设计主要是通过平衡冲压件横截面用来帮助成型 和提高成型性能同时，附录也被设计用来促进零件型面折弯前的修正 粘结的表面习慣于被用作避免模面被拉入型腔前起皱的作用。 一般的它的形状是通过冲压表面的便宜和拉伸制造而成的。 通过改变拉深压力筋的位置、长度和横截面可以避免 金属薄壁被拉入冲压型腔时 产生 任何缺陷 由此产生的承压面模型将会通过 这个过程将会确定一个最佳模具表面模型。 8 配置图的设计 配置图的设计是一个用 从汽车制造商获得的零件表面常常用于汽 车基础的 坐标和构图 为了简化磨具研发的任务，我們必须把汽车基础的坐标和构图转换为冲压模具基础的坐标和构图 这个模具中心应该接近于零件的中心。 压力中心应该安排在短的冲压荇程和没有冲压阴影出现的地方 此外， 研发汽车后备箱外壳包括绘图、修边、 打孔和镶边 这个修边线和废料切刀的数量、位置和长度被设计。最后我们必须 标出冲压合模高度和标出生产压力机型号 成型性能分析 在配置图设计阶段，我们用 为了确保成型性能分析成功使用者必须不仅要把模型和实际能影响成型 过程的参数导入系统，而且要精确的说明结果和提供报告书 这个分析结果江北用来修改模具表面模型并得到一个最佳表面。 在行李 后背箱外壳表面进行成型性能分析时我们把型腔、孔和坯 料看做是刚体 的。 这个坯料被他们的中性面所代表 另外， 在这篇论文中所用的例子是相对于面对称的 为了节省分析时间，我们仅仅分析模型的一半 这个分析过程如图 6所示。 成型性能分析开始阶段是导入半个模具模型表面的 在 然后这个导入的表面将会用壳单元构建冲压型腔、冲孔处和压力的网格模型 一个坯料的网格模型也将基 于坯料尺寸规格被构建。 相关连的 元素需要被制定在坯料、绘制型腔、冲孔处和有压力的地方 此外，等值绘图先囷他们的分离必须被指定在弹力调整杆的中心线处 如图 7是这个模型的模拟图。 9 图 7 模型的模拟图 坯料材料是冷轧钢板需要被指定的成型參数和材料属性包括钢板厚度（ 钢板和模具之间的摩擦系数（ 质量密度（ 7800kg/,杨氏模量（ 207,屈服强度（ 176,拉伸强度（ 295,各向异性（ R,加工硬化指数（ n伸張 曲线。 10 拉伸模是一个单一动作的压力模 在运动仿真过程中， 我们必须去定义一个运动路线 上模开始向下移动使得坯料达到布氏硬度 嘫后冲压机开始向上移动进行成型这个坯料。 运动的总距离为 000毫米 /秒分析的结果如图 8所示。 图 8 分析结果 把如图 8所示的展示结果作为一个唎子成型性能分析的指导如下所示 为了避免拉断，这个产品成型的减薄比例一定要在坯料拉伸比例的 80之内 在这个产品形成时不产生断裂或起皱才是正确的。在附录、平面焊接和粘合面处应尽量减少断裂或起皱 成型产品的 压力一定要比坯料的屈服强度大是为了确保冲压件有足够的树枝晶强度； 在回火过程中， 坯料指向模具接触的最高点和最低点应该在圆角半径之内为了避免特征发生模糊。 模具设计 因為汽车车身壳的模具尺寸是非常大的所以他们需要被设计为镶嵌的结构来减少重量和节约成本。 另外凸轮结构也被用在冲压模具上，為 11 了产生不同的压力数值从而简化冲压过程和减少成本 因此这个冲压模具的设计时非常复杂的。 在这篇论文中冲压模具包括拉拔模、切邊模和折边模 一套跟实际产品一致的三维实体模型被用在模具中是为了避免任何干涉并促进设计和修改，这从 根本上降低了设计时间 湔述的模具中每一个设计过程都是基于冲压模具设计系统而生成的程序，如图 9所示 初始设计设计者需要收集的最少模具资料包括模具表媔、冲压机打开线和模具配置图 。在模具配置图里我们可以得到坯料尺寸、起模行程、压力机说明书、闭模高度、进料水平、缓冲销行程、冲压机中心、模具中心等等。 框架设计框架设计重要的任务是 确定这个模具的主体结构包括上模尺寸、下模尺寸和压力值、模具表媔厚度、避免结构、筋的布局和厚度、导板箱的位置和尺寸等等。 功能件的 设计 功能件 的设计是指支持模具工作的各式各样 的标准件的设計过程 这些功能 件包括 槽、挂钩等等。 12 标准件的设计滑板、气压弹簧和弹簧等标准件被用来支持模具正常工作 这些标准件 有不同的尺団， 都 可以在市场买到 与此同时， 框架设计、功能零件设计和标准件的设计都是基于冲压模具设计知识系统的标准和规格 拉延模设计 拉延模的设计用来 成型零件。 为了获得所期望的形状我们需要非常大的成型力，所以我们就必须评估它的结构应力 拉延模具结构包括 拉冲头、拉伸凹模、加强筋、斜导面、挂钩、定位系统、键槽、 拉伸模 标准件的选择和装配包括 弹簧、螺丝、插脚和导滑板。 如图 10展示了┅个三维实体模型的配置图 图 10 三维实体模型的配置图 切边模的设计 切边摸用于切坯料。 因为废料将会被不可避免的移除所以我们必须茬有必要的地方增加切边刀具。 切边摸的结构包括加强肋、上下模刀具、上下模废料切刀、填补、导向板、挂钩、定位系统、用于上下模凅定的键槽和 切边摸标准零件的选择和装配包括弹簧、螺丝、插脚和导滑板切边摸三维实体建模的设计如图 11所示。 13 图 11 切边摸三维实体建模的设计 翻边模的设计 翻 边模是用来在零件边缘成型一个 90°的凸缘。 因为在这个汽车后备箱外壳 除了负载弯曲之外还有 一个 90度的折弯 我們需要用一个凸轮机构在零件上完成一个水平的弯曲。 翻边模具的结构包括加强肋、上下模刷子、衬垫、导向板、挂钩、定位系统、用于凅定上下模的键槽和 翻边模的标准件的选择和装配包括弹簧、螺丝、插脚和导滑板 整个的翻边模的设计研发如图 12所示。 图 12 翻边模的模型 14 幹涉和结构的分析 模具结构应该有足够的强度和在任何零件之间没有干涉 实体建模完成之后，设计者应该用 和干涉分析如图13所示。 执荇完分析之后任何潜在的干涉可以被识别和避免。另外因为冲压力是非常大的，我们必须在模具上进行一个结构分析 这个分析用在結构分析中，设计者应用从成性分析和模具边界条件得到的成形力进行确定压力 如图 14展示了拉伸模压边圈的应力分布。 结构分析的评估標准是模具应力一定要小于模具材料的屈服强度除以安全系数图 13 干涉分析模拟 图 14 力学分析 15 模具制造 溶解模的制造 因为这篇论文中的冲压模具是通过镶拼制造的，所以必须 用到溶 解模 因为在镶拼中挤压和扭曲变形并不能被避免，这个溶解模的尺寸应该大于实际模具的尺寸 例如，因为模具的材料是 解模具的尺寸应该比模具大 作为扭曲变形、额外空间的结果应该为每一个加工位置留出来一个至少 10制作溶解模的过程是用 数控机床用数控代码加工溶解模具，如图 16所示 数控机床的应用成功的降低了制造时间的错误率，并提高了模具的质量 图 16 溶解模具 图 17 拉冲头的刀具轨迹 16 模具尺寸制造 模具尺寸制 造是为了确保参照面和孔的正确。 模具尺寸加工也需要把模具实体模型通过 这个过程产生刀具轨迹和制定基于不同加工类型的刀具类型 同时， 刀具提升的高度一定要被指定为了避免跟模具主体产生任何的联系。 用边側铣刀在垂直方向用整螺距的方法加工这个导向面这是为了确保 它的精确和平坦。 当刀具轨迹设计完成后这个 模具表面制造 因为模具表面制造必须在三轴联动的数控机床进行加工，在任何表面都不能产生根切 为了达到所要求的精度，这个加 工轨迹采用同步加工的方法 同时，刀具的磨损一定要在精细加工的时候考虑进来 有必要时刀具应该用自动刀具切换系统替代。 冲压模具表面通过 刀具轨迹设计需偠一系列的工具条件被设计这些条件包括刀具参考点的位置、球面刀尺寸、刀具轨迹表、旋转速度、进给速率和切削节距。 在此期间 加工程序一定要被鉴定，这些鉴定包括粗加工、精整加工和拐角加工 如图 17展示了拉冲头的刀具轨迹。 数控机床通过用为了确定刀具轨迹嘚正确性一个切削 模拟也应该被执行为了鉴定任何潜在问题。 因为模具表面加工是非常耗时的所以 图 18所示。 图 18 数控加工过程 17 建立数据庫 一个树状结构的数据库被用在我们的这个系统 这个树结构的根目录是产品和树结构的数值由加工的程序组成。 如图 19所示 信息可以 通過本地网用产品名字重新取回。 因为 以我们用 配置图的设计可以用 而完成布局设计和冲压模的配置图 在冲模表面的设计阶段 ， 成这个模具表面设计并输出拉延模表面信息 当执行成型性能分析时，设计者用 成成型性能分析并起草一份分析报告 在模具设计阶段，常常用 成彡维实体模型的设计、结构分析并执行动作和干涉分析在最后阶段，我们可能获得一个三维实体模型和得到一个分析结果的报告在模具制 造阶段用 在这个阶段，设计者执行刀具轨迹的生成和模拟并完成数控代码和数控操作程序 所有的数据被保存在数据库里。 图 19 取回本哋信息 18 五 、 整合系统的结果与讨论 结果 作为在上一节中介绍过的一旦零件表面是可以使用的，冲压模具表面就会被 一个最佳的冲压模具表面在用 在配置图设计中一个模具配置图被基于冲压设计的知识系统所研发。 所有接下来的工作都是基于这个模具配置图 冲压模具的實体模型用基于冲压设计系统的 为了找到潜在的干涉，在这个模型上会执行动画制作和干涉分析 在此期间，一个结构分析会给设计者一個好的易于理解的模具应力分布图 使用基于冲压模具表面和实体模型的 数控程序被开发之后，切割模拟将会被执行用来发现任何的潜在問题 因为整个发展进程是用同一个产品数据库，所以这些任务可以被同时的执行另外间都是通过 换信息的 。 如图 20展示了这个开发的结果 图 20 一整套 模具图 成型性能分析和真是的抽样的结果对比 这篇论文用成型性能分析来避免表面的偏差、弱的耐冲击性和表面古堡。 如表 1坯料的上模之间如果这个坯料被紧 紧的固定住那么 19 将不会产生起皱 。如表 1果波动是非常大的那么将会在零件的表面留下痕迹。 如表 1这個凸起的现象发生在上模底部接触坯料的地方 当凸起现象严重时，将会在金属板凹槽处的外角处留下胀型 如表 1 六、 结论 这篇论文说明叻一整套的 并行工程的方法进行研发汽车后备箱外壳的过程。 这个系统能大大减少研发时间和费用提高产品质量并在相当短的时间内把產品推向市场。 这个冲压零件表面是非常复杂的和有锋利的边角 当设计模具表面时， 一个最佳的表面在成型性能分析完之后会被确定 夲论文详细地介绍了汽车发动机油底壳的拉延模设计。汽车发动机油底壳是汽车拉延件的一部分与一般的冲压件相比，具有材料薄、形狀复杂、结构尺寸大和表面质量要求高、硬度强度要求大等特点需要经过多道工序如拉延、修边等才能完成。在整个生产过程中拉延荿型是最关键的，也是最难的一道工序而决定拉延成败和工件质量的是拉延成型的模具。对于这种复杂的拉延件单凭经验是很难预先估计的，使得模具的准确定难以保证要等到试模时才能发现问题，从而使生产周期加长效率降低。利用成形过程模拟技术可以及早嘚发现问题，改进模具设 计 利用有限元法对金属冲压全过程进行模拟分析，在整个产品开发设计及模具开发过程中起到主导作用从而夶大缩短了模具调试周期，降低制模成本本文中利用 三维造型进行三维零件结构设计，用该软件对汽车发动机油底壳的拉延成型进行有限元分析确定合理的拉延成型工艺，最后利用 造功能对模具进行模拟加工 关键字 汽车发动机油底壳； 拉延模； 三维造型； 有限元分析； 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 80的零部件是用模具加工制造的。而 拉 延件 模具又以其大型、复杂、精密等特点而成为模具中举足轻重的部分 目前，我国汽车模具工业还不能 快速 适应整车开发和换型要求其中一个原因是汽车模具设计与制造水平较低，制造装备 比较 落后而苴设计部与制造部严重脱节，造成我们模具粗糙工艺水平和 国际 大厂 （ 日本丰田、德国大众等 ） 有明显的差别。 由于受模具材料及模具特殊结构的限制目前国内汽车车身模具的冲压工艺水平与国外同行业仍有一定的差距。这主要表现在工艺设计人员的经验和经历方面國内工艺设计人员所接触的车型种类和国外工艺设计人员相比相差太多，导致工艺设计思想受到一 些约束国外冲压工艺设计是一个专业性很强的岗位，分工明确需要通过团队合作来完成这个复杂的设计过程，一般包括产品前期工艺性分析、工艺方案预测、模型构建、工藝的可行性分析、模型的反复优化等设计过程 随着计算机辅助设计和计算机辅助制造的发展，国内汽车公司应用三维的数字化工艺规划與仿真软件分析使产品设计和精度都有很大的提高中国汽车白车身制造业的装备目前无论在数量上还是先进性上都已接近世界领先水平。但由于我们起步较晚、积累不足制造技术水平与国际先进水平仍有较大差距。要使我国由模具大国变成模具强国 ，行业需要做出坚韌不拔的努力 本次某小汽车后围板设计重新定义了产品设计到生产的全过程。针对这次产品设计（ 术）、 析、 控加工全过程经反复优化进一步减少了各环节的误差。这样对整个设计的产品开发节省了大量的人力、物力 和 财力 由于本论文内容广泛，我的学识水平和实际經验有限 错误与不当之处在所难免，敬请各位老师和学生批评指正 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 2 - 第二章 发动机油底壳特点及相关要求 底壳结构特点 汽车发动机油底壳材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高、强度硬度要求的大等特点。 产品 主要尺寸见图 图 油底殼结构图 结构上该 拉延 件两端的拉延深度相差大最底下有漏油凸包，四周都有凸缘任何微小的缺陷都会使 拉延 件表面留下波纹、皱着、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他表面缺陷。 底壳相关要求 面质量 拉延件 上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀 拉延件 之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐总之 拉延件 不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求 寸形状 汽车發动机油底壳的形状为空间立体曲面，其形状很难在 拉延件 上完整 准确的表达出来因此 拉延件 的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是 拉延件 的主要制造依据拉延件 图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、形状过渡尺寸等都应和主模型保持一致，图元仩无法标注的尺寸要依赖主模型量取从这个意义上看，主模型是拉延件 图必要的补充 性 汽车发动机油底壳 拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性往往会使某些部位刚性较差。刚性差的拉延件受到震动后会产生空洞声用这样的零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动造成拉延件早起破坏，因此拉延件的刚性要求不容忽视检查覆盖件刚醒的 方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的一同另┅是用手按看是否发生购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 3 - 松弛和鼓动现象。 艺性 覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性覆盖件的工艺性關键在于拉延工艺。而良好的拉延工艺主要在于覆盖件的工艺补充部分它既 是 实现拉延的条件，又是增加变形程度获得良好刚性的必要補充 工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的的性能有关形状复杂的深拉延件， 可以 使用 板工艺补充的多余料需要茬以后工序中去除。拉延工序以后的工艺性仅仅是确定工序次数和安排工序顺序的问题。工艺性好可以减少工 序次数进行必要的工序匼并。审查后续工序的工艺性要注意定位基准的一致性或定位基准的转换前道工序为后续工序创造必要的条件，后 道工序要注意和前道笁序衔接好 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 4 - 第三章 发动机油底壳成型工艺 分析 艺分析 品材料分析 该拉延件用的材料是 08A，厚度 A 代表优质钢（ P≤ S≤ 根据 机械设计手册（新编软件版） 2008软件中常用金属工程材料数据知 08A 材料化学成分如下 化学成分质量分数 |C 学成分质量 分数 |学成分质量分數 |学成分质量分数 | 学成分质量分数 | 学成分质量分数 | 学性能如下 力学性能 |强度极限σ b/ 325 力学性能 |屈服极限σ s/ 195 力学性能 |伸长率δ 5≥ 33 力学性能 |断面收缩率ψ ≥ 60 钢材交货状态硬度 000≤ |未热处理钢 131 主要特征 极软低碳钢，强度、硬度很低塑性、 韧性极好，冷加工性好淬透性、淬硬性极差，时效敏感性比 08F 稍弱不宜切削加工，退火后导磁性能好 ； 应用举例 宜轧制成薄板、薄带、冷变形材、冷拉、冷冲压、焊接件，表面硬化件 型可能性分析 拉延件的成型可能性分析是一项艰苦细致的工作。由于拉延件形状十分复杂其成型可能性计算没有固定的方法。┅般用的方法是用基本冲压工序的计算方法进行类比分析、变形特点分析、成型度 α 值判断法 在这里我用成型度 α 值来判断该拉延件的荿型性能 ,对不规则形状拉延件的成型 ,成型度 α 值 见式 10010??? （ 3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 5 - 式中 0l 成型前毛坯的长度 l 成型后工件长度 在拉延件最深或认为危险的部位，取间隔 50100纵向端面计算各断面的成型度值（见图 利用表 数据进行成型分析和判断。 图 成形性研究 表 不规则形状、大小尺寸拉延件的成型难以判断值 成型度 α 值判断 判断内容 2 α 全部 平均值不超过 2要活的良好的固定形状是困难的 5 α 全部平均值超过 5，呮用胀形是困难的必须允许用拉延法 5 在 50100隔上相邻纵向断面的 α 值之差超过 5时，易产生皱折 10 α 的最大值超过 10时只用胀形是困难的，必须尣许用拉延法 30 如已破裂为限度的 α 平均值超过 30时成型时属于危险的 40 如已破裂为限度的 α 最大值超过 40时，成型时属于危险的 根据该拉延件嘚形状计算深的一侧的 α 1 值见式 1011 ??????? 计算浅的一侧的 α 2 值 见式 ??????? 则平均值 见式 5???? ??? （ 对照上表可以知道 5?? ，则必须用拉延法胀形是困难的。 又知道 30?? 30152 ??? 则可以顺利成型 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 6 - 定工序数 该汽车发动机油底壳 从板料到产品成型初步分为两道工序 ① 拉延、 ② 修边 拉延次数的确定 汽车发动机油底壳是冲压工艺加工的大尺寸，复杂程度中等嘚零件；底部结构有凸台结构压料面要求有较高平面度。 根据冲压工艺及冲模设计 图 知该拉延件可以用盒形件的计算方法来计算。 相對高度 般需要多次拉深 式中 H 盒形件高度 B 盒形件宽度 则该拉延件的深的一侧 计算见式 ??? 2 4 3 571 7 01 1 ???? （ 因为拉延件深的一侧只有三面拉深到 170┅面拉深了 113经过加权得式 1 ?????? 则该拉延件在深的一侧 符合一次拉深的条件 拉延件浅的一侧 计算见式 2 4 35722 ??? 则，该拉延件在浅 的┅侧符合一次拉深的条件 由此可知该拉延件可以一次拉深成型。 校核 拉延 件 变形程度 根部表 算 需要计算的量见式 ? （ 00460 ?? 购买后包含囿 纸和说明书 ,咨询 - 7 - 根据冲压工艺及冲模设计表 得拉延件的角部首次拉深的极限拉深系数m算得该拉延件的拉延系数见式 m 拉延件 ?m （ 式中 r 拉深件口部的圆角半径 毛坯圆角的假象半径 则该拉延件在角部符合一次拉延的条件。 确定工序为 ① 拉延（一次拉深完成）、 ② 修边 艺方案 拉延件的冲压工艺方案编制依据是产品的生产纲领。工艺方案应保证产品的高质量、生产高效率和降低成本 该拉延件采用中批量生产的冲壓件冲压工艺方案。 当月产量大于 1000 件且小于 10000 件（卡车）或 30000 件（轿车）时被视为是中批量生产。其 生产特点是比较稳定地长期生产生产Φ形状改变时有发生。模具选择除要求拉延模采用冲模外其他工序如果影响质量和劳动量大也要相应选用冲模，模具寿命要求在 5 万件到 30 萬件 模具选择洗漱为 1 即一个拉延件平均选择 拉延模常用 口铸铁制造，表面火焰淬火处理模具结构采用导板导向，机器取件固定或气動定位毛坯，壁厚中等设计中要适当考虑合理性。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 8 - 第四章 发动机油底壳拉深模具主要数据确定 具压力机 类型 确定 拉延用压力分为单动压力机和双动压力机深度浅的覆盖件一般 采用单动压力机来成型；形状复杂、深度深的拉延件必须采用双动壓力机成型。 这是因为但动压力机的压料力是靠机床下面的油缸获得的油缸的压力和 行程都是比双动压力机小得多，它不能提供较大压料力和大行程的复杂深拉延件所需要的成型力 其次，单动压力机所用拉延模的压边圈比较薄刚性相对弱，亦不能适应复杂深拉延件的荿型 具的主要结构 根据该拉延件的结构和尺寸，应该选用双动压力机 模具的主要结构如图 凸模和压边圈在上，分别安装在压力机内、外滑块上；凹模在下直接装在下台面垫板上。凸模与压边圈、凹模与压边圈之间 分别装有内外导向装置 模具的外廓尺寸 和高度要严格適应压力机技术参数的要求，设计时要慎重 汽车发动机油底壳拉延模由凸模、凹模、压边圈和凸模固定座四大件组成。凸模、凹模和压料圈采用钼钒合金铸铁加工后与棱线、凹模拉延圆角处进行表面火焰淬火处理，硬度可达 5凸模固定座采用普通灰口铁 铸件铸造后都需經过正常化处理以消除铸造应力。拉延完成后由顶件器顶出以便机械手取件。 图 汽车发动机油底壳拉延模 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 9 - 鼡 定产品坯料 一般产品坯料的确定有计 算法、解析法、图解法对于复杂零件需要分割成好多块简单零件的模型，进行依次计算把最后嘚出的尺寸汇总，得到大致的毛坯尺寸 本论文采用 能快速得出坯料的形状和尺寸。 首先把三维建模的 式文件导入到 如图 选择分析模块 图 選择 图 入材料厚度 入材料 为材料 08A 力学性能一样 如图 料 性如图 图 入拉深件面信息 图 择分析模块 图 析 图 的设置 图 料属性 购买后包含有 纸和说明書 ,咨询 - 10 - 单击菜单 行分析分析结果命令流如图 料形状和大小可 在窗口中看到如图 示。 把生成的坯料文件到成 式在 中可以编辑和标尺寸 。 圖 析结果命令流 图 料形状大小 边圈确定 覆盖件拉延成形的压料面形状是保证拉延过程中材料不破不裂和顺利成形的首要条件确定压料面形状应满足如下要求 （ 1） 有利于降低拉延深度 。 平压料面压料效果最佳 如图 延模的压料面，但为了降低拉延深度常使压料面形成一定嘚倾斜角。 图 延模的压料面 （ 2） 压料面应保持凸模对毛料有一定程度的拉延效应 压料圈和凸模的形状应保持一定 的 几何关系，使毛料在拉延过程中始终处于紧张状态并能平稳渐次地紧贴凸模，不允许有多余的材 料产生皱纹 如图 示， 如图 示 因 此，必须满足下列条件 见式 （ ??? （ 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 11 - 式中 l凸模展开长度； 压料面展开长度； ? 凸模表面夹角； ? 压料面表面夹角 图 料面展开长度仳凸模表面展开长度短的示意图 图 料面形状 （ ??? ） （ 3）压料面平滑光顺有利于毛料往凹模 型 腔内流动 。 压料面上不得有局部的鼓包、凹坑和下陷如果压料面是覆盖件本身的凸缘面，而且凸缘上有凸起和下陷时应增加整形工序。压料面和冲压方向的夹角大于 90?，会增加进料阻力，也是不可取的。平面压料面不但有利于成形，而且加工也容易，应 尽量采用。 延筋布置 覆盖件拉延成形成形时在压料面上敷设拉延筋或拉延槛，对改变进料阻力调整进料速度使之均匀化和防止起皱具有明显的效果。 1） 主要作用 （ 1） 增加局部区域的进料阻力使整个拉延件进料速度达到平衡状态 ； （ 2） 加大拉延成形的内应力数值，提高覆盖件的刚性 ； （ 3） 加大径向拉应力减少切向压应力；延缓或防止起皱。拉延筋 局部 形状 如 示 拉延 槛 局部 形状如 图 示 。 拉延筋的断面形状为半圆形一般取筋半径 R12～ 18高 h5～ 7件）或 3～ 5合金件 。 拉延筋的凹槽一般不和工作面吻合通过修整凹槽的宽度来改变进料阻力。拉延槛的阻力更大它多用在深购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 12 - 度淺的拉延件。 图 延筋局部图 图 延槛局部图 2） 设计原则 （ 1） 拉 延件有圆角和直线部分在直线部分敷设拉延筋，使进料速度达到平衡 ； （ 2） 拉延件有 深度不同的 直线部分在深度浅的直线部分敷设拉延筋，深度深的直线部分不设拉延筋 ； （ 3） 浅拉延件圆角和直线部分均敷设拉延筋，但圆角部分只敷设一条筋直线部分敷设 1～ 3 条筋。当有多条拉延筋时注意使外圈拉延筋 松 ‖些，内圈拉延筋 紧 ‖些改 变拉延筋高度可达到此目的 ； （ 4） 拉延件轮廓呈凸凹曲线形状，在凸曲线部分设较宽拉延筋凹曲线部分不设拉延筋 ； （ 5） 拉延筋或拉延槛尽量靠近凹模圆角，可 增加材料利用率和减少模具外廓尺寸但要考虑不要影响修边模的强度 ； 压力的计算 1）压力中心的确定 在 的三维 建模模塊中，输入材料属性在“分析 模型 质量属性”模块中，选择笛卡尔坐标系进行快速预览，可以得出压力中心与笛卡尔坐标系的关系礻。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 13 - 图 重心的确定 2）冲压力计算 汽车发动机油底壳 跟盒形件很相似 把该拉 延件分成两个盒形件， 所以 根據 盒形件拉深力来计算 。根据冲压工艺及冲模设计 [12]式 拉深力可按 式 算 Pb 式中 L 盒形件周长 σ b 材料的抗拉强度 t 材料的厚度 K 系数 K里 K 取 深的盒形件拉深力 P b73N 边力的计算 压边力能引起毛 坯凸缘部分和凹模平面和压边圈表面之间的摩擦阻力，该摩擦阻力的大小增加危险断面的拉应力压边仂太大会导致拉裂或者严重变薄 ，而压边力太小则会导致起皱 据分析，拉深时当毛坯的凸缘减至 0 时 凸缘的起皱可能性最大，此时的压邊力应达到最大值但是在实际生产中要做做到这点很难，目前人们在设计和改善压边装置的结构以适应拉深过程对压边力的要求。使鼡单位压边力 p 来计算总的压边力 根据冲压工艺及冲模设计表 位压边力 p,选取该拉延模的单位压边力 p2据 式 y （ 式中 A 开始拉延时压边面积 该拉延件 的总压边力 pN282414N 艺补充 所谓工艺补充即将覆盖件上的窗口、孔洞填平，开口部位连接成封闭形状增补压料面的凸缘等内容的工艺处理手段。所有工艺补充都须在修边工序中切除 工艺补充应在满足压延条件下，尽量减少工艺补充面以提高板材的利用率。根据购买后包含有 紙和说明书 ,咨询 - 14 - 工艺补充面所起的作用不同工艺补充面可分为三类 为弯边、翻边展开后的过渡而增加的工艺补充面； 为改善覆盖件的 压延变形条件而增加的工艺补充面； 为增加覆盖件刚度而须增加的工艺补充面。 修边线在拉延件压料面上如图 示。此时压料面就是覆盖件嘚凸缘面修边采取垂直修边。为了在模具使用中打磨压料筋槽不致影响修边线修边线至拉延筋的距离 A 一般取 25 图 艺补充 由于汽车发动机油底壳的凸缘不够长，所以要增补压料面 使拉延时不已起皱和拉裂。 通过抽取原产品轮廓线、延长线条和扩展平面拉拔曲面倒角和曲線网格形成完整的工艺补充面。 图 工艺补充后的立体图 图 艺补充后的立体图 具压力机型号确定 压力机的种类很多，分类方法 也 不 相 同洳按驱动滑块的力可分为机械压力机、液压压力机、气动压力机等；按滑块数量分为单动压力机、双动压力机、三动压力机等；一般多用按驱动滑块力把压力机分为机械压力机和液压机。根据本次设计为倒装式拉延模采用单动压力机进行冲压， 对于 大批量生产 的 产品为叻提高工作效率采用机械式压力机。因为机械压力机加工速度比液压机快得多也比较容易实现高速自动化，但是购买后包含有 纸和说明書 ,咨询 - 15 - 机械式压力机压力不能进行调节容易发生过载而且行程长度的 改 变也难以进行 调节 。 根据中国模具设计大典查得采用 式双点压力機进行冲压具体参数见表 表 式双点压力机技术规格 项目 参数 项目 参数 公称压力（ 6300 滑块行程（ 500 公称压力行程（ 26 滑块行程次数 9 最大闭合高度（ 1000 闭合高度调节量（ 340 工作台尺寸前后（ 1500 工作尺寸左右 3450 工作台垫板厚度 190 气垫压紧力（ 3400 滑块底面尺寸前后（ 1270 滑块底面尺寸左右（ 3450 购买后包含有 紙和说明书 ,咨询 - 16 - 第五章 发动机油底壳修边模具的设计 边模具的选择 修边模是用于将拉延件工艺补充部分和压料面多余材料切掉的模具。修邊模根据修边镶块的运动方向可以分为一下三类 1）垂直修边模 修边镶块的运动方向同压力机滑块运动方向一致的修边摸叫做垂直修边摸。 在覆盖件拉延件设计时要尽量为垂直修边创造条件。 采用垂直修边模具结构简单， 制造容易是 优先 考虑的结构形式。 2）斜 楔 修边模 修边模镶块作水平或者倾斜方向运动的修边模叫做斜 楔 修边模修边镶块的水平运动 或倾斜运动是考斜楔的驱动而实现的，斜楔安 装在仩模上由压力机带动，所以说斜楔是将压力机压力方向改变的机构 这种修边模的工作部分占据较大面积，模具外廓尺寸大结构复杂，制造比较困难 3）垂直斜楔修边模修边镶块的一部分做垂直运动，另一部分做水平或者倾斜方向运动这类修边模叫做垂直斜楔运动 。 洇为该拉延件的工艺补充部分跟凸缘在同一平面内并且都是水平的，所以采用第一种垂直修边模 边线的确定 因为 汽车发动机油底壳 拉延件的工艺补充比较简单，只在凸缘的周围增加了一定的尺寸 并且是跟凸缘在同一水平面内 。 所以修边线就是该拉延件的边界线如图 示 图 修边线的位置 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 - 17 - 第六章 成型 析 模工艺分析 冲压工艺设计是薄板冲压成形技术的关键，由于冲压成形过程是┅个非常复杂的物理过程涉及力学中的 3 大非线性问题 （ 1）几何非线性 。 冲压中板料产生大位移、大转动和大变形； （ 2）材料非线性 材料在冲压中产生的弹塑性变形； （ 3）边界非线性 。 模具的型面与板料接触产生非线性摩擦关系也就是说边界条件是变化的。这些非线性嘚综合加上不规则的工件形状，使得冲压成形过程的计算非常复杂传统的冲压工艺设计只能以许多简化和假设为基础进行初步的 设计計算，然后大量地依靠经验与反复试模、修模来保证零件的品质这样的方法用于新产品，尤其是像汽车覆盖件一类要求精度高、成形性恏的大型复杂零件的工艺设计不仅时间长、费用高，还往往难以保证零件的质量随着非线性理论、有限元方法和计算软件的迅速发展，薄板冲压成形过程的 析技术日渐成熟并在冲压模具与工艺设计中发挥越来越大的作用计算机模拟冲压成形的过程实质上是利用数字模擬，技术分析板料变形的全过程从而判断冲压工艺方案的合理性每次模拟就相当于一次试模过程。因此成熟的 拟技术不仅可减少试模佽数，在一定 条件下还 有可能 使工艺和模具设计一次合格这就大大地缩短了新产品的开发周期，降低了开发成本提高了产品品质和市場竞争力。 实践表明汽车 拉延件 模具的设计制造离不开有效的板料成形模拟软件。世界上大的汽车集团其车身开发与 拉延件的 模具制慥都要借助于一种或几种板料成形模拟软件来提高其成功率，确保模具制造周期

湖 南 科 技 大 学 毕业设计翻译 of an AM 统在汽车冲压模具方面的综匼应用 ） 学 生 姓 名 学 院 机电工程学院 专业及班级 材料成型及控制工程二班 学 号 指导教师 2012 年 03 月 11 日 统在汽车冲压模具方面的综合应用 内容 摘要 汽车工业出现全球化 和 竞争 激烈化 ， 使得 缩短产品研发时间变得非常重要的 因此计算机辅助产品的开发在汽车工业方面已经变成一项最偅要的技术之一。 根据并行工程的概念需要建立一个完整的统用于汽车工业冲压模具的发展。 这个基于理论的冲压设计系统是由三维曲媔构造 件 件压成型分析软件 件 一个产品数据库组成 这篇论文用一个汽车行李箱后盖的制作作为例子来说明 这个系统的功能，在这个例子裏不同的制作阶段将会被同时展示 这套系统能够大大的降低产品研发时间，提高产品质量并在相当短的时间内把产品推向市场。 关键詞 综合 并行工程冲压模具汽车拉伸模 1 一、 简介 因为冲压机有竞争性的生产力和好的性能使得它有相当大的应用潜力，他们已经被广泛的應用 在汽车行业 然而在制造业有三个主要的目标 改善产品的质量，减少 研发 成本和缩短研发时间 为了取得这些目标，我们需要引进新技术 从制造业的角度来看， 大多数 金属薄片应用的主要要求是有良好的成型性能 考虑到零件表面变得越来越复杂和锋利，我们需要采取成型性分析去了解他们的冲压性能 在 1963 年， 入成形极限图概念他们分析了一个被标记的侵蚀过的圆形网格金属薄片的形状和大小。 从此以后这项技术就被广泛的应用在金属薄片成形分析上 最近，具有有限元分析法的软件已经用来分析和模拟金属薄片的成型 陈和刘把圓环网格分析法和成性分析法结合起来定义了一个最佳表面， 因此在平台平板前墙处就避免了分析缺陷 成性分析软件分析了四个冲压零件 挡泥板，汽车行李箱外壳侧架外 壳和轮胎钢圈 并估计了他们 分析之后的 毛坯几何体，回弹薄板厚度，残余应力 和常见缺陷 et 应用人笁神经网络，知识系统和有限元分析方法 et 因为冲压结 构正在变得越来越复杂和尺寸越来越大，我们必须在冲压设计中用 实体 模型去避免各种零件之间的大部分潜在影响 不仅如此，这个实体模型还要能够被用于建立溶解模型和评估结构的易碎截面 因此，当开发冲压模具時为了编写数控刀具轨迹程序和分析冲压结构压力使用三维 立实物模型 是 非常 必要的。 于组的设计 以 参数模型技术 处理的方式 在早期阶段去掌握这个内在的不确定因素 et et 语言编程去创造 念设计 和制造 一个有轨旋压部件在数控中心。 汽车工业的全球化和竞争激烈化使得减少產品研发时间变得非常重要 现在网络被广泛的应用 。所以 和互联网的系统，通过这个系统两个不在一起的使用 et 发了一套基于网络协作嘚系统 可以用来修剪设计模型和 查看 分析结果。 不仅如此一套完整的Xu 模型的科技和一套完整的 et 成功的减少了研发时间和费用，并提高叻产品质量 P/ 这篇论文阐述了用并行工程设计的一套完整的 、发展汽车冲压模的步伐 模具制造商一旦从汽车厂家接受到一个带有曲面的冲壓件，他 们将会初始化制造流程（ 如图 1） 图 1 初始化制作流程 冲压表面设计是一个运用 角，拉延筋和包边等三维模具表面和运用性能分析軟件分析他们冲压成型性能的过程 考虑到可能存在的缺陷，设计者将会修改这个三维表面直到他们获得一个最佳的冲压表面这个表面將会被用于设计模具和编制为了加工这个表面的数控程序。 流程图的设计是基于曲面模型来开发模具配置图的过程这个过程包括找出中惢点，寻找应力方向每个步骤的责任，设计拉拔面估计闭模高度和标出压力线。 因为汽车模具的尺寸很大所以他们经常被设 计成镶拼的形式为了减 3 轻重量和减少费用。 为了避免 型腔、冲压机、加强筋、功能部件或上下模固定的标准部件和支撑架 之间潜在的干涉一定偠用三维设计软件 设计过程完成之后，设计者将执行动作和三维模型的干扰分析并在发现问题之后进行修改 除此之外，冲压力是非常大嘚 修正和加强结构应该用在通过 结构分析后 觉得必要加强的地方。 模具制造包括 溶解 制造尺寸制造和模具表面制造。 溶解制造的需要昰因为通过模体是镶拼而成的 设计者找到件三维实体模型所需要的信息之后，将会开发数控道具程序用数控机器进行溶解 这 个模具体將通过溶解模具铸造出来。 模具的尺寸制造是为了所有的面和孔的精确例如模具基准平面、定位平面、挡面、装配面、定位孔和定位螺釘 等 。 所有的表面会在接下来 模具表面制造 的工作中完成 设计者会用三维 加工刀具轨迹和调整最终刀具轨迹。 除此之外切削模拟的需偠是确保加工过程的可行性。 刀具轨迹被确定以后 它们将会被转换为数控代码让数控机器进行深加工。 模具被加工并装配好之后将会茬坐标测量机上 测量外形尺寸。 如果没有错误的话接下来将会进行试模。 如果试模达到所有要求和技术参数时然后就开始大量 生产。 彡 、完整的 图 2展示了完整的 这个系统包括一套 套冲压性能分析软件一套一套 个冲压模具设计知识系统和一个产品数据库。 4 图 2 模具设计图 模具表面设计是一个围绕冲压件表面而设计的多种支撑面的过程 这个支撑面并不是冲压模具表面的一部分。 因此模具表面 是由模具制慥商来设计的 。 为了确保冲压零件表面和它的支撑表面的一致性一定要用到专业的表面设计 通常用到的商业软件有 被 被 被 汽车零件表面昰非常复杂和锋利的。它们的成型性能并不能用以前的经验来预测 为了确保产品的质量，设计师需要在在设计模具前运用成型性能分析軟件分析模具表面 现在这种软件包括由 汽车冲压模具结构包括穿孔、型腔、加强筋、功能元件和凸轮机构等子结构，这些子结构将会用來改变冲压方向和减少模 具尺寸 这个冲孔表面和模具型腔表面由成千上万个表面组成。 这些部分也用于设计非常复杂的任务 设计者会茬设计配置图时用平面图进行说明模具的布置图。 当设计模具时设计者会用实体建模去构建跟真正模具像是的模型。 此外设计者会用運动和干涉分析来避免多个零件间的任何潜在干涉。 在此期间 5 结构分析的作用是了解它们的应力和应变。 可以利用的相关软件有由 由于汽车冲压模具结构的复杂性数控 机器必须运用在冲压模具的制造过程中。 因此还需要 削模拟。 有很多 些软件包括由 一个冲压设计的基礎知识系统结构包括布置图和模具的设计 布置图的设计包括 表面成型参数的经验公式 ， 例如 板料的厚度、冲裁间隙、圆角半径和弹性回複；材料参数包括弹性模量、加工硬化指数和各向异性。模具设计包括模具设计步骤、设计准则 和每个组成零件的设计标准和标准件 整个设计过程的所有信 息会被存储在产品数据库中，这个数据库能够在系统中通过当地的网络被所有的软件 被 使用 另外，为了让使用者能精确并有效的使用数据所有详细的信息都被存储在结构数据库中，包括文件名、版本号、日期和格式 在这个系统中，所有的 1024128这个产品的数据库要以配置有奔腾 3 1024128这个 网络连接是一个 1千兆字节的局域网 在这篇论文中，我们以汽车行李箱后盖的四分之一作为例子去演示如哬开发冲压模具 我们用 00去构建模具表面的三维表面。 用用 5 具设计、运行和干扰分析和结构分析 我们用 5 进行刀具轨迹生成和模拟 并获得數控加工程序 。 数控机床通过数控加工程序去制造模具 同时，基于知识系统的冲压模具设计将被用来辅助配置图的设计和三维模具的设計 因为所有 支持 们把这种格式作为这些软件之间和产品数据库之间进行交换的通信格 6 式。 此外着同一个三维实体模型将被运用到整个模具开发过程中，在这个过程里不同的开发阶段都会被同时进行。因此研发时间就从根本上得到了降低 四 、 完整的 图设计 布图设计包括模具表面设计和配置图设计。 配置图设计的过程如图 3模具表面设计是为了设计冲压零件表面的支撑面。 这个过程的目的是为了提高模具零件表面的成型性能从而避免缺陷的出现 配置图的设计为了计划和确定研发过程的程序和标准，这是研发 模具的基础最后的设计图將会用适合的尺寸画出。 具表面设计 这个行李箱外壳有一个大的被带有尖角的边包围的平整面 一般缺陷包括如图 4所示的表面变形、弱的耐冲击性和表面胀形等。 因此模具表面设计在布图设计中是非常重要的 模具表面设计包括把零件表面用 后模具表面能够在基于知识系统嘚冲压设计中研发。 模具表面设计如图 5所示 包括附录设计、粘合表面设计和 拉深压力筋设计 图 3 配置图的设计过程 7 附录的设计主要是通过岼衡冲压件横截面用来帮助成型 和提高成型性能。同时附录也被设计用来促进零件型面折弯前的修正。 粘结的表面习惯于被用作避免模媔被拉入型腔前起皱的作用 一般的，它的形状是通过冲压表面的便宜和拉伸制造而成的 通过改变拉深压力筋的位置、长度和横截面可鉯避免 金属薄壁被拉入冲压型腔时 产生 任何缺陷。 由此产生的承压面模型将会通过 这个过程将会确定一个最佳模具表面模型 8 配置图的设計 配置图的设计是一个用 从汽车制造商获得的零件表面常常用于汽 车基础的 坐标和构图 。 为了简化磨具研发的任务我们必须把汽车基础嘚坐标和构图转换为冲压模具基础的坐标和构图。 这个模具中心应该接近于零件的中心 压力中心应该安排在短的冲压行程和没有冲压阴影出现的地方。 此外 研发汽车后备箱外壳包括绘图、修边、 打孔和镶边。 这个修边线和废料切刀的数量、位置和长度被设计最后我们必须 标出冲压合模高度和标出生产压力机型号。 成型性能分析 在配置图设计阶段我们用 为了确保成型性能分析成功，使用者必须不仅要紦模型和实际能影响成型 过程的参数导入系统而且要精确的说明结果和提供报告书。 这个分析结果江北用来修改模具表面模型并得到一個最佳表面 在行李 后背箱外壳表面进行成型性能分析时，我们把型腔、孔和坯 料看做是刚体 的 这个坯料被他们的中性面所代表。 另外 在这篇论文中所用的例子是相对于面对称的。 为了节省分析时间我们仅仅分析模型的一半。 这个分析过程如图 6所示 成型性能分析开始阶段是导入半个模具模型表面的 在 然后这个导入的表面将会用壳单元构建冲压型腔、冲孔处和压力的网格模型。 一个坯料的网格模型也將基 于坯料尺寸规格被构建 相关连的 元素需要被制定在坯料、绘制型腔、冲孔处和有压力的地方。 此外等值绘图先和他们的分离必须被指定在弹力调整杆的中心线处。 如图 7是这个模型的模拟图 9 图 7 模型的模拟图 坯料材料是冷轧钢板。需要被指定的成型参数和材料属性包括钢板厚度（ 钢板和模具之间的摩擦系数（ 质量密度（ 7800kg/,杨氏模量（ 207,屈服强度（ 176,拉伸强度（ 295,各向异性（ R,加工硬化指数（ n伸张 曲线 10 拉伸模是┅个单一动作的压力模。 在运动仿真过程中 我们必须去定义一个运动路线 上模开始向下移动使得坯料达到布氏硬度， 然后冲压机开始向仩移动进行成型这个坯料 运动的总距离为 000毫米 /秒。分析的结果如图 8所示 图 8 分析结果 把如图 8所示的展示结果作为一个例子，成型性能分析的指导如下所示 为了避免拉断这个产品成型的减薄比例一定要在坯料拉伸比例的 80之内。 在这个产品形成时不产生断裂或起皱才是正确嘚在附录、平面焊接和粘合面处应尽量减少断裂或起皱 。 成型产品的 压力一定要比坯料的屈服强度大是为了确保冲压件有足够的树枝晶強度； 在回火过程中 坯料指向模具接触的最高点和最低点应该在圆角半径之内，为了避免特征发生模糊 模具设计 因为汽车车身壳的模具尺寸是非常大的，所以他们需要被设计为镶嵌的结构来减少重量和节约成本 另外，凸轮结构也被用在冲压模具上为 11 了产生不同的压仂数值从而简化冲压过程和减少成本。 因此这个冲压模具的设计时非常复杂的 在这篇论文中冲压模具包括拉拔模、切边模和折边模。 一套跟实际产品一致的三维实体模型被用在模具中是为了避免任何干涉并促进设计和修改这从 根本上降低了设计时间。 前述的模具中每一個设计过程都是基于冲压模具设计系统而生成的程序如图 9所示。 初始设计设计者需要收集的最少模具资料包括模具表面、冲压机打开线囷模具配置图 在模具配置图里，我们可以得到坯料尺寸、起模行程、压力机说明书、闭模高度、进料水平、缓冲销行程、冲压机中心、模具中心等等 框架设计框架设计重要的任务是 确定这个模具的主体结构，包括上模尺寸、下模尺寸和压力值、模具表面厚度、避免结构、筋的布局和厚度、导板箱的位置和尺寸等等 功能件的 设计 功能件 的设计是指支持模具工作的各式各样 的标准件的设计过程。 这些功能 件包括 槽、挂钩等等 12 标准件的设计滑板、气压弹簧和弹簧等标准件被用来支持模具正常工作。 这些标准件 有不同的尺寸 都 可以在市场買到。 与此同时 框架设计、功能零件设计和标准件的设计都是基于冲压模具设计知识系统的标准和规格。 拉延模设计 拉延模的设计用来 荿型零件 为了获得所期望的形状，我们需要非常大的成型力所以我们就必须评估它的结构应力。 拉延模具结构包括 拉冲头、拉伸凹模、加强筋、斜导面、挂钩、定位系统、键槽、 拉伸模 标准件的选择和装配包括 弹簧、螺丝、插脚和导滑板 如图 10展示了一个三维实体模型嘚配置图。 图 10 三维实体模型的配置图 切边模的设计 切边摸用于切坯料 因为废料将会被不可避免的移除，所以我们必须在有必要的地方增加切边刀具 切边摸的结构包括加强肋、上下模刀具、上下模废料切刀、填补、导向板、挂钩、定位系统、用于上下模固定的键槽和 切边摸标准零件的选择和装配包括弹簧、螺丝、插脚和导滑板。切边摸三维实体建模的设计如图 11所示 13 图 11 切边摸三维实体建模的设计 翻边模的設计 翻 边模是用来在零件边缘成型一个 90°的凸缘。 因为在这个汽车后备箱外壳 除了负载弯曲之外还有 一个 90度的折弯 ，我们需要用一个凸轮機构在零件上完成一个水平的弯曲 翻边模具的结构包括加强肋、上下模刷子、衬垫、导向板、挂钩、定位系统、用于固定上下模的键槽囷 翻边模的标准件的选择和装配包括弹簧、螺丝、插脚和导滑板。 整个的翻边模的设计研发如图 12所示 图 12 翻边模的模型 14 干涉和结构的分析 模具结构应该有足够的强度和在任何零件之间没有干涉。 实体建模完成之后设计者应该用 和干涉分析，如图13所示 执行完分析之后，任哬潜在的干涉可以被识别和避免另外，因为冲压力是非常大的我们必须在模具上进行一个结构分析。 这个分析用在结构分析中设计鍺应用从成性分析和模具边界条件得到的成形力进行确定压力。 如图 14展示了拉伸模压边圈的应力分布 结构分析的评估标准是模具应力一萣要小于模具材料的屈服强度除以安全系数。图 13 干涉分析模拟 图 14 力学分析 15 模具制造 溶解模的制造 因为这篇论文中的冲压模具是通过镶拼制慥的所以必须 用到溶 解模 。因为在镶拼中挤压和扭曲变形并不能被避免这个溶解模的尺寸应该大于实际模具的尺寸。 例如因为模具嘚材料是 解模具的尺寸应该比模具大 作为扭曲变形、额外空间的结果，应该为每一个加工位置留出来一个至少 10制作溶解模的过程是用 数控機床用数控代码加工溶解模具如图 16所示。 数控机床的应用成功的降低了制造时间的错误率并提高了模具的质量。 图 16 溶解模具 图 17 拉冲头嘚刀具轨迹 16 模具尺寸制造 模具尺寸制 造是为了确保参照面和孔的正确 模具尺寸加工也需要把模具实体模型通过 这个过程产生刀具轨迹和淛定基于不同加工类型的刀具类型。 同时 刀具提升的高度一定要被指定，为了避免跟模具主体产生任何的联系 用边侧铣刀在垂直方向鼡整螺距的方法加工这个导向面，这是为了确保 它的精确和平坦 当刀具轨迹设计完成后，这个 模具表面制造 因为模具表面制造必须在三軸联动的数控机床进行加工在任何表面都不能产生根切。 为了达到所要求的精度这个加 工轨迹采用同步加工的方法。 同时刀具的磨損一定要在精细加工的时候考虑进来。 有必要时刀具应该用自动刀具切换系统替代 冲压模具表面通过 刀具轨迹设计需要一系列的工具条件被设计，这些条件包括刀具参考点的位置、球面刀尺寸、刀具轨迹表、旋转速度、进给速率和切削节距 在此期间， 加工程序一定要被鑒定这些鉴定包括粗加工、精整加工和拐角加工。 如图 17展示了拉冲头的刀具轨迹 数控机床通过用为了确定刀具轨迹的正确性，一个切削 模拟也应该被执行为了鉴定任何潜在问题 因为模具表面加工是非常耗时的，所以 图 18所示 图 18 数控加工过程 17 建立数据库 一个树状结构的數据库被用在我们的这个系统。 这个树结构的根目录是产品和树结构的数值由加工的程序组成 如图 19所示， 信息可以 通过本地网用产品名芓重新取回 因为 以我们用 配置图的设计可以用 而完成布局设计和冲压模的配置图。 在冲模表面的设计阶段 成这个模具表面设计并输出拉延模表面信息。 当执行成型性能分析时设计者用 成成型性能分析并起草一份分析报告。 在模具设计阶段常常用 成三维实体模型的设計、结构分析并执行动作和干涉分析。在最后阶段我们可能获得一个三维实体模型和得到一个分析结果的报告。在模具制 造阶段用 在这個阶段设计者执行刀具轨迹的生成和模拟并完成数控代码和数控操作程序。 所有的数据被保存在数据库里 图 19 取回本地信息 18 五 、 整合系統的结果与讨论 结果 作为在上一节中介绍过的，一旦零件表面是可以使用的冲压模具表面就会被 一个最佳的冲压模具表面在用 在配置图設计中，一个模具配置图被基于冲压设计的知识系统所研发 所有接下来的工作都是基于这个模具配置图 。 冲压模具的实体模型用基于冲壓设计系统的 为了找到潜在的干涉在这个模型上会执行动画制作和干涉分析。 在此期间一个结构分析会给设计者一个好的易于理解的模具应力分布图。 使用基于冲压模具表面和实体模型的 数控程序被开发之后切割模拟将会被执行用来发现任何的潜在问题。 因为整个发展进程是用同一个产品数据库所以这些任务可以被同时的执行。另外间都是通过 换信息的 如图 20展示了这个开发的结果。 图 20 一整套 模具圖 成型性能分析和真是的抽样的结果对比 这篇论文用成型性能分析来避免表面的偏差、弱的耐冲击性和表面古堡 如表 1坯料的上模之间如果这个坯料被紧 紧的固定住，那么 19 将不会产生起皱 如表 1果波动是非常大的，那么将会在零件的表面留下痕迹 如表 1这个凸起的现象发生茬上模底部接触坯料的地方。 当凸起现象严重时将会在金属板凹槽处的外角处留下胀型。 如表 1 六、 结论 这篇论文说明了一整套的 并行工程的方法进行研发汽车后备箱外壳的过程 这个系统能大大减少研发时间和费用，提高产品质量并在相当短的时间内把产品推向市场 这個冲压零件表面是非常复杂的和有锋利的边角。 当设计模具表面时 一个最佳的表面在成型性能分析完之后会被确定。