1、第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,一、汽车覆盖件的结构特点及成形特点 汽车覆盖件是指由薄板冲压成形的覆盖发动机和底盘，构成驾驶室和车身的的异形体表面和内部零件。1、结构特点 （1）结构尺寸大，驾驶室顶盖毛坯尺寸可达2800mm*2500mm。（2）相对厚度小 材料厚度一般0.82mm，相对厚度可达0.0003。（3）形状复杂 多数为三维曲面,不能用简单的几何方程来描述的空间曲面。（4）轮廓内部带有局部形状，该形状往往对整个冲压件成形具有重大影响。,2、成形特点（1）一次拉深成形 多次成形易形成冲击线、弯曲痕迹，将影响覆盖件油漆后的表面质量。,第二章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,覆盖件拉深
2、过程示意图a 坯料放入 b 压边 c 板料与凸模接触 d 材料拉入 e 压型 f 下止点g 卸载,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,（2）拉胀复合成形 覆盖件成形过程中毛坯变形是拉深和胀形同时存在的复合成形。,（3）局部成形 当轮廓内部有局部形状的零件冲压成形时，由于压边力的作用，在凸模下行到一定深度后，局部成形才开始，在成形终了时全部贴模。,（4）变形不均匀 主要成形障碍是起皱、拉裂和拉深不足。为此，常采用加工艺补充面和拉深筋等控制变形的措施。（5）工序多 覆盖件的成形需多道工序才能完成， 拉深、修边和翻边是最基本的三道工序。拉深工序是最关键工序。（6）需要大而稳定的压边力（材料相对厚度
3、小）。一般选用双动拉深压力机,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,二、汽车覆盖件模面设计 汽车覆盖件一般以三维数模形式体现，其成形一般需要落料、拉深、翻边、卷边、切边、整形等多道工序才能完成。其中拉深工序是最关键工序，要获得合格的覆盖件产品，必需对零件的拉深工艺性进行预分析。1、覆盖件的工艺性预分析的途径 主要审定覆盖件拉深工艺性 。（1）确定方向 确定覆盖件冲压方向。（2）加装补充 根据覆盖件的形状，确定加装工艺补充面的形状包括压料筋的配置。（3）冲压模拟 利用成形模拟软件进行冲压模拟。（4）修正调试 根据首次冲压模拟的结果，对压料筋的数量、长短、位置以及工艺补充面的形状进行修整。（5）审
4、定结论 多次修整与反复冲压模拟，做出对覆盖件可冲压拉深的结论。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,2、覆盖件的模面设计 （1）覆盖件模面设计定义（覆盖件拉深成形模模面设计）指工艺补充面和压料面的三维设计，是覆盖件成形仿真的基础。,压料面,工艺补充面,零件数模,切边后半成品图,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,（2）模面设计的方法直接在CAD软件环境下对产品数模进行压料面及工艺补充面设计。如在UG软件环境下设计。在CAE软件平台环境下读取数模，并同时生产工艺补充面和压料面。如Dynaform软件具有该功能。（3）CAE驱动的模面设计主要流程,第三章 汽车
5、覆盖件模面设计与仿真建模,三、冲压方向的确定 覆盖件的拉深模模面设计，首要是确定冲压方向。冲压方向不但决定能否拉出满意的拉深件，而且影响到工艺补充部分的多少和压料面形状。确定拉深冲压方向应考虑的问题：1、保证拉深凸模能够顺利进入拉深凹模，不应该出现凸模接触不到的死区，所有需要拉深的部位要在一次冲压中完成（侧壁与拉深方向无负角）。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,2、拉深开始时，凸模和拉深毛坯要有大的接触面积。接触点尽量在中间，接触点多而且分散，尽可能同时接触。凹模里凸包必需低于压料面。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,3、拉深深度应均匀 有效的保证压料面各部位进料阻力均匀，避免坯料
6、在凸模顶部窜动甚至破裂和皱纹。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,第三章 汽车覆盖件模面设计与建模,4、冲压方向有利于防止产生表面缺陷如偏移线、划痕等缺陷。5、防止侧壁翘曲 侧壁容易发生挠曲的制件在选择冲压方向是应该考虑防止或消除挠曲现象。 确定覆盖件冲压方向的准则是：无负角、最小拉深深度、模腔周边进料均衡。四、压料面的确定压料面是凹模型面中，凹模圆角以外的部分,零件,工艺补充面,压料面,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,1、压料面种类和作用（1）压料面种类 1）压料面是覆盖件本身的凸缘。这种压料面形状是既定的,为了便于拉伸,可以做局部修改,必须在以后的工序中进行整形以达到覆盖件的凸缘
7、要求。 2）由工艺补充部分形成的。在后续工序中，全部切除后，才能得到覆盖件。（2）压料面的作用 在压边圈和凹模作用下，板料在拉深时既能合理流动，又不能起皱和拉裂。为了压边可靠、制造方便，形状尽量简化。2、确定压料面形状应考虑的问题（1）降低拉深深度和各部分深度接近。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,常用压料面形状,1.直曲面,2.圆锥面,3.平面,4.圆柱面,使材料流动和塑性变形趋于均匀，减少成形难度，不会产生皱折、扭曲等现象。,第三章 汽车覆盖件模面设计与建模,（2）凸模对毛坯一定要有拉伸作用 只有使毛坯各部分在拉深过程中处于拉伸状态，并能均匀地紧贴凸模，才能避免松弛、起皱等现象。（）
8、,（3）压料面尽量简单、平滑、光顺，有利于板料向模具型腔内流动。 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上有凸起和下陷时，应增加整形工序。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,平面压料面不但有利于成形，而且加工也容易，应尽量采用。单曲率压料面和双曲率压料面多用在拉深深度较深的拉深模。（4）底部有反成形形状时，压料面必需高于反成形形状最高点（坯料无法定位、起不到压边作用）,（5）压料面应使后续工序有可靠定位，并考虑送料取件方便。（6）压料面不能在某一方向产生很大的侧向力。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,五、工艺补充面的确定1、定义 零件与压料面之间的过渡部分
9、工艺补充面是保证拉深工艺顺利进行不可缺少的部分，（工艺必要的材料消耗）。拉深后又需要将它们修切掉，所以工艺补充部分应尽量减少，以提高材料的利用率。,后车门外板,内工艺补充面,外工艺补充后,剪切后,内压料面,外压料面,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,2、确定工艺补充面应考虑的问题（1）通过增加局部侧壁的高度，使之间拉深高度均匀一致，促使材料各处变形均匀，使压料面的形状简化，或建立形状简单的外形侧壁。（2）在零件周边增加拉深台，提高胀形成分，使浅拉深件充分拉深。（3）合理切变位置，方便修边、翻边等后续工序。,简化轮廓形状 增加局部侧壁高度 简化压料面形状,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模
10、,3、工艺补充面的类型（按作用分类）（1）为折边、翻边和凸缘展开后的过渡而增加的工艺补充面。（2）为改善覆盖件的拉深条件而增加的工艺补充。（3）为增加覆盖件的刚度而增加的工艺补充,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,a）修边线在拉延件压料面上，此时压料面应是覆盖件的凸缘面，修边采取垂直修边。b）修边线在拉延件底面上，采用垂直修边。c）修边线在拉延件斜面上。采用垂直修边。d）修边线在拉深件的侧壁上，采用倾斜修边。六、工艺切口（孔)1、工艺切口（孔）的作用,在制件上压出深度较大的局部突起或鼓包，有时靠从外部流入材料已很困
11、难，继续拉深将产生破裂。这时，可考虑采用冲工艺孔或工艺切口，改善材料的流动情况，使容易破裂的区域从变形区内部得到材料的补充。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,2、工艺切口（孔)的设置（1）必需在容易破裂的区域附近设计工艺孔和工艺切口，同时又必需设置在拉深件修边线以外多余材料上（内工艺补充部分），从而保证在修边之后把这部分全部切掉，不影响覆盖件本体。（2）工艺切口应保证不因为拉应力过大而产生径向裂口波及到覆盖件表面；也不能因拉应力过小而形成波纹。工艺切口应设置在拉应力最大的拐角处。工艺切口形状、位置由试模确定。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,3、工艺切口（孔）冲制方法（1）落料时冲
12、制 一般用于局部成形深度较浅的场合。（2）拉深过程中冲制 充分利用材料的塑性。即在拉深开始阶段，切口周围区域的材料都产生塑性变形，且以径向伸长为主，切向伸长变形较小，然后在切工艺孔或切口后会在切向成为最大变形方向。从而使材料的塑性变形能力得到较大的发挥，提高成形深度。在拉深过程中冲制，一般是冲工艺切舌，即冲切材料与本体不分离，可以简化模具结构。4、设置切口（孔）注意的问题（1）切口与局部凸起周缘形状相适应，使材料合理流动。（2）切口之间有足够的搭边，使凸模张紧材料，保证成形效果，避免波纹等缺陷。（3）切口切断部分在邻近凸起的部位的边缘或易破裂区。（4）切口的数量应保证凸起部位各处材料变形趋于均
13、匀，防止裂纹产生。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,七、拉深筋（槛）1、拉深筋（槛）的结构,拉深筋结构,拉深槛结构,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,拉深方向、工艺补充部分和压料面形状是决定能否成形出满意的覆盖件的先决条件，控制压料面下的进料阻力，调节坯料的流动情况，即设置压料拉深筋或拉深槛是必要条件2、拉深筋（槛）的作用（1）增加进料阻力。拉深阻力是由坯料通过拉深时弯曲和反弯曲时变形力、摩擦力和因变形引起的变形抗力增量三部分组成。其中弯曲和反弯曲变形所需要的变形力是拉深筋（槛）的主要组成部分。 拉深筋截面形状分为圆形和矩形，矩形筋也称槛，板料拉深时弯曲更剧烈，产生的流动阻力更大。适
14、合于曲率小、平坦、拉深深度小的覆盖件成形。零件成形主要靠坯料的局部成形来完成，有效保证制件的刚度。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,（2）调节压料面上各部位的进料阻力。通过对拉深筋位置、形状和数量的适当配置，是拉深过程中各部分流动阻力均匀，坯料流入模具型腔的量满足制件各处的需要，避免“多则皱，少则裂”的现象，提高了坯料拉深时流动的稳定性，增加了覆盖件的刚性。（3）降低对压料面表面粗糙度的要求。在设置拉深筋后压料面之间的间隙可以适当放大和略大于料厚，这样压料面表面粗糙对拉深的影响就不很大了。3、拉深筋（槛）布置原则和设置方法 视覆盖件外形、拉深深度和起伏特点而定。,第三章 汽车覆盖件模面设
15、计与仿真建模,按覆盖件轮廓几何形状不同，拉深筋（槛)设置方法如图。拉深筋（槛）走向与坯料流动方向垂直。,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,八、覆盖件模面设计总结1、覆盖件模面设计实质是覆盖件拉深模的凹模型面设计，也是覆盖件拉深工序件的设计，是由零件、压料面和工艺补充面三部分构成。2、在合理选择冲压方向的前提下，通过增加工艺补充、设置拉延筋（槛）改善覆盖件拉深工艺性，保证覆盖件拉深工序顺利进行，提高拉深件质量。3、压料面设计、工艺补充面和拉深筋（槛）设计都是在CAE软件平台环境下生成的，但是应遵循各自设计原则。4、CAE驱动的模面设计主要流程。（见前页）,第三章 汽车覆盖件模面设计与仿真建模,九、坯料形状尺寸的确定 坯料几何形状是影响板料拉深成形的重要因素。优良的板料形状可以使坯料拉深成形时变形均匀，减轻应力集中和局部变薄，提高成形极限、减少成形工序，预防成形缺陷。 1、采用一步逆成形有限元方法，以覆盖件拉深工序件三维数模、板料厚度及材料力学参数作为已知条件输入，在CAE软件平台环境下，快速、准确的获得平面毛坯的初始构形。 2、将得到的平面毛坯初始构形的外轮廓等距外延8mm得到拉深毛坯的形状尺寸。 3、在保证拉深件质量前提下，优化外轮廓形状为便于下料的矩形等形状。,第三章 汽车覆盖件模面设计与成形仿真,十、成形仿真的有限元建模,
