汽車沖壓模具短周期開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、汽車沖壓模具是汽車生產(chǎn)的重要裝備之一，模具的開發(fā)周期約占汽車開發(fā)周期的三分之二，模具開發(fā)周期的長短直接影響模具開發(fā)成本。而當(dāng)前汽車沖壓模具面臨的最大問題是開發(fā)周期長、成本高，因此開展縮短汽車沖壓模具開發(fā)周期方面的研究至關(guān)重要。影響沖壓模具開發(fā)周期的主要因素包括：模具設(shè)計(jì)、制造加工、試模設(shè)備、生產(chǎn)管理和人員操作等。本文主要研究縮短沖壓模具開發(fā)周期的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題：數(shù)值模擬技術(shù)、回彈控制技術(shù)和型面補(bǔ)償策略。
　　通過在模具制造企業(yè)實(shí)

2、地調(diào)研，得出導(dǎo)致沖壓模具開發(fā)周期長的主要問題有：解決拉延成形類零件的拉裂和起皺等缺陷的時(shí)間長、控制與提高沖壓件的尺寸精度反復(fù)試模次數(shù)多、提高模具型面研合率工時(shí)長。為了達(dá)到縮短模具開發(fā)周期的目的，本論文主要從以下幾個方面進(jìn)行研究：
　?、籴槍Τ尚螛O限圖無法量化地評價(jià)零件的成形性，構(gòu)建了破裂趨勢函數(shù)、起皺趨勢函數(shù)和安全區(qū)域比函數(shù)，通過構(gòu)建的三個函數(shù)可有效地對零件的成形性進(jìn)行評價(jià)。最后借助Matlab軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)對所構(gòu)建的三個函數(shù)進(jìn)

3、行計(jì)算。
　?、卺槍δ＞唛_發(fā)中沖壓件的起皺和破裂等缺陷，提出采用基于成形性評價(jià)函數(shù)的拉延工藝優(yōu)化和穩(wěn)健性設(shè)計(jì)來提高數(shù)值模擬預(yù)測的精度和準(zhǔn)確性。以前隔板為研究對象，采用中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來優(yōu)化成形工藝參數(shù)，試驗(yàn)中的優(yōu)化目標(biāo)為最大減薄率和構(gòu)建的破裂趨勢函數(shù)、起皺趨勢函數(shù)和安全區(qū)域比函數(shù)，然后采用多目標(biāo)優(yōu)化方法尋求最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。此外，提出在數(shù)值模擬中考慮實(shí)際情況的不穩(wěn)定因素和噪音因素，考慮實(shí)際因素波動對數(shù)值模擬結(jié)果的影響。文中主要考

4、慮了材料的屈服強(qiáng)度、各向異性指數(shù)、摩擦系數(shù)、壓邊力、板料厚度、板料尺寸和板料定位位置的波動對前隔板拉延成形的影響，對其進(jìn)行工藝穩(wěn)健性分析，從而提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性，為實(shí)際試模提供依據(jù)。通過前隔板零件的生產(chǎn)試驗(yàn)，表明采用提出的方法可以有效地避免零件的開裂和起皺缺陷。
　?、坩槍_壓模具開發(fā)中的回彈問題提出了基于全工序沖壓成形的多次迭代回彈補(bǔ)償方法。以某汽車高強(qiáng)度鋼拼焊板零件為研究對象，闡述該方法的具體實(shí)施流程，以及進(jìn)行了相應(yīng)

5、的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證該方法。首先對高強(qiáng)度鋼的母材和拼焊板進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、組織分析和斷口分析，然后建立高強(qiáng)度鋼拼焊板零件的全工序有限元模型，得到零件成形和回彈情況，對拉延工序模具進(jìn)行多次迭代回彈補(bǔ)償。當(dāng)多次迭代回彈補(bǔ)償和全工序模擬循環(huán)進(jìn)行三次后，回彈后的零件滿足設(shè)計(jì)的許用尺寸公差要求。最后進(jìn)行模具試模，得到試模零件進(jìn)行尺寸偏差測量。檢測結(jié)果得出測量的32個點(diǎn)中有24處滿足零件的尺寸偏差要求，不合格的檢測點(diǎn)的最大偏差值為1.16 mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該

6、方法相對于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法和簡單的回彈補(bǔ)償方法的準(zhǔn)確度更高。
　　④由于不恰當(dāng)?shù)哪＞咴O(shè)計(jì)或者不準(zhǔn)確的 CAE分析，實(shí)際模具試模中會出現(xiàn)尺寸嚴(yán)重偏差的零件。針對試模件尺寸不合格的模具，提出了基于三維全型檢測和逆向工程的回彈補(bǔ)償技術(shù)。以某汽車門檻梁加強(qiáng)件為例，對試模得到的零件進(jìn)行三維全型面掃描，通過逆向軟件Geomagic對其進(jìn)行逆向建模，并與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對比，得出零件的回彈實(shí)際偏差值，得到該零件的最大上偏差為+9.51 mm，最大下偏差為

7、-4.33 mm。相對于傳統(tǒng)檢具檢測方法，三維全型檢測的結(jié)果更加準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)更全。最后，采用提出的基于三維全型檢測和逆向工程的回彈補(bǔ)償方法對模具進(jìn)行回彈補(bǔ)償，并進(jìn)行模具修改和試模。對補(bǔ)償后得到零件進(jìn)行檢測，檢測的18個位置中有15處滿足零件公差要求，合格率為83.33%。試驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠有效地控制零件的回彈，避免反復(fù)試模。
　　⑤針對實(shí)際模具調(diào)試中型面研合率低和提高研合率非常耗時(shí)的問題，提出了考慮模具變形和零件厚度變化的型面補(bǔ)

8、償方法對模具型面進(jìn)行補(bǔ)償。首先進(jìn)行沖壓成形分析，然后將成形分析的最終載荷映射到模具上進(jìn)行靜力分析。通過對前隔板模具的靜力分析得出液壓機(jī)工作臺的變形對模具變形結(jié)果影響較大：當(dāng)考慮液壓機(jī)工作臺變形時(shí)凸模的最大位移為1.106 mm，未考慮液壓機(jī)工作臺變形時(shí)凸模的最大位移為0.278 mm，表明考慮液壓機(jī)工作臺的變形時(shí)結(jié)果更加準(zhǔn)確。最后提出采用凸模型面不變，將凸凹模型面變形量疊加的方法來補(bǔ)償凹模型面，再疊加零件厚度變化量獲得最終補(bǔ)償后的凹模型