油底壳一次拉深成形工艺及模具设计

锻压技术2005年增刊 ·模具· 油底壳一次拉深成形工艺及模具 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 杜继涛+ (上海理工大学机械工程学院，上海200093) 摘要：分析了轿车油底壳一次拉深成形的主要工艺问题，并对影响成形工艺的因素进行了讨论，确定了相应 解决措施，给出了实用的模具结构和设计要点。 关键词：油底壳；拉深；模具设计 中图分类号：TG385．2文献标识码：A 文章编号：1000-3940(2005)Z1-0112-02 Oncedrawingtechnologyofoil-panandthedesignofdie DUJi-tao (CollegeofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China) Abstract：Themaintechnologicalproblemsofoncedrawingforautomobileoil-panwereanalyzed，andthefactors affectingformingprocesseswerediscussed．Itssolvingstrategieswereintroduced，andapracticaldiestructureand keysofdiedesignweregiven． Keywords：oil—pan；drawing；designofdie 1 引言 图1所示是某轿车上的油底壳，材料为STl5， 厚度为1．5ram。该零件结构形状复杂，深宽比大， 成形比较困难。冲压工艺流程为：落料——拉深 ——整形——冲孔——翻边。该零件最关键的工艺 为拉深成形。本文给出了油底壳的一次拉深成形的 工艺分析及实用的模具结构。 图1产品图 Fig．1Productfigureofoil—pan 2拉深工艺分析 *男，38岁，副教授 112 2．1工艺分析 从图1所示零件图分析，可知该件有3个特点： (1)底部形状不规则沿横向和纵向为斜面，横向最 大落差约129mm，而且左、右落差不一致，左边小 右边大；纵向斜面最大落差为50mm，沿横向分布不 均匀。从俯视图看为矩形盒，盒底浅端深度约 36mm，最深端深度为167．7mm，并且从浅端到深端 采用斜曲面的过渡形式。上述特征将引起长边、短边 法兰及角部所受的经向拉应力沿盒形件周边分布极为 不均匀，在落差大的法兰产生较大的附加应力，引起 材料堆积或破裂；切向压应力分布也是如此，圆角处 大、直变处小，而且和经向拉应力产生的附加应力相 互影响，使整个变形的应力分布复杂化。 (2)在D处有一个局部突起在拉深过程中，易 造成凸模与板料成点接触状态，导致该部位材料涨 形过大而发生急剧变薄甚至破裂；同时，容易引起 法兰上各部位材料不能均匀地向凹模流入以及凸模 和毛坯表面产生相对滑动，使产品表面拉伤。这一 系列问题将引起法兰、圆角过渡处的切向压应力和 径向拉应力及剪应力极不均衡，使凸模圆角部位拉 裂或严重起皱，致使该零件的受力状况、工艺设计 复杂化，成形困难。 (3)C处为倾斜面上的大内凹曲面，且有一个 局部向外凸出，其实现要在拉深成形后期产生双向 涨形变形，而且一个向外、一个向内，这导致变形 万方数据 过程复杂化，容易产生附加拉应力，引起该处材料 过度变薄或破裂。如何消除和控制C处材料的变形 趋向性是整个拉深的一个难点。 2．2工艺参数的计算 根据带法兰的盒形件拉深成形极限计算，由于 该盒形件最大高度H一167．7mm，盒内长L一 401mm，盒内宽B一182mm，圆角半径r一16mm， 凸缘宽度为22mm。根据参考文献Eli，由于r／B —o．09，H／B一0．92，Hmax=164mm，实际高度 H>H一，故一次拉深成形有困难。如果分为2次 带凸缘的盒形件拉深，则中间工序的形状难以确定， 定位比较困难，第1次拉深所造成的材料加工硬化 会使第2次拉深更为困难，容易引起壁部过分变薄， 甚至破裂。而且，上面计算主要针对底部为平面的 盒形件，也不考虑压边力控制及拉深筋设置影响。 由于变形的复杂性，理论计算误差大，因此借助于 有限元模拟可知：如果合理确定毛坯的形状尺寸、 压边力的大小、毛坯的放置、拉延筋的设置等可以 一次拉深成功。 2．3最后工艺 毛坯形状为方坯切去4个角；由于油底壳底部深 浅相差较大，在拉深深度变化较大的侧壁及底部会出 现材料流人凹模的速度不一致，因此在较浅一侧的外 部加一段拉延筋，使变形均匀；毛坯放置时，其中心 按产品中心向左移动约4mm--5mm，向下移动7mm ～8mm左右，以保证法兰材料成形后宽度均匀。 3 模具结构 模具结构如图2所示。 18 19 20 21 22 图2模具结构 Fig．2Structurefigureofdie 1．下模座2．支撑板3．防磨板4．压边圈5．导板6．压料板 7．拉深筋8．凹模板9．上模座10、11．螺钉12．凹模 3．凹模镶块14、20．螺母15．弹簧16．弹钉17．圆柱销18．凸模 19．凸模垫块21．螺杆22．凸模支撑座 4要点分析设计 41凹模镶块设计 整个凹模由3部分组成。C处有一个局部凸起， 凸模与凹模容易在这里碰撞，增加磨损，降低模具寿 命，因此，采用镶块13便于更换、加工；油底壳高度 尺寸要求±o．3mm，凹模热处理后变形±o．5mm，因 此，凹模用两大块组成，可以通过在凹模板8和凹模 12垫0．5mm的不锈钢板，并借助于钳工沿凹模内腔修 光，以消除凹模板8平磨后使凹模腔深度减少的问题。 4．2工艺参数设计 凹模圆角半径均为8ram，对短边、深端根据实 际试模调整，放大9mm～16mm。两侧壁要求直而 挺，因此间隙可以取小一点，单边间隙为 1．15t～1．2t，对拉深深度大和短边的模具间隙要大 些，单边间隙取1．4t～2￡(f为材料厚度)。 4．3拉深筋设计 为了调整不同部位的进料阻力分布，在深度浅 的短边布置了一条拉深筋(见图1，E位置)，以保 证左、右法兰材料流入速度一致；由于长边深度的 差异，法兰材料流入凹模速度不一致，出现深度浅 的底部被拉进的材料过剩而形成“多料”起皱的现 象，在深度浅底部设计一拉深筋(见图1，F位 置)。拉深筋的具体状态需要在试模时适当调整，以 既能压住料，又不皱曲为原则。 4．4凹模的加工 凹模材料选用SKDll，硬度HRC58～HRC 62。将凹模镶块13固定在凹模12上，然后与凹模 板8一起固定在上模座9上，在加工中心上进行粗 加工、半精加工。C、D两个突起在凹模上的形状 采用电加工，以提高加工质量。全部淬火后从新装 配，进行修研。 5 结论 汽车发动机油底壳模具制造费高、投入大，工 艺分析和合理的模具设计是保证一次拉深成形的关 键。通过对某轿车上的油底壳进行了工艺分析，给 出了相应的模具结构和设计要点，希望能为同类产 品提供参考。 参考文献： Ell (日)日本塑性加工学会，江国屏译．压力加工 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 [M]． 北京：机械工业出版社，1984． [2] 崔令江．汽车覆盖件冲压成形技术[MI．北京：机械工业出 版社，2003． 113 万方数据 油底壳一次拉深成形工艺及模具设计 作者： 杜继涛， DU Ji-tao 作者单位： 上海理工大学,机械工程学院,上海,200093 刊名： 锻压技术 英文刊名： FORGING & STAMPING TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2005，30(z1) 被引用次数： 0次 参考文献(2条) 1.日本塑性加工学会.江国屏 压力加工手册 1984 2.崔令江 汽车覆盖件冲压成形技术 2003 相似文献(10条) 1.期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 王玥.傅建.朱梅云.彭必友.李善强.WANG Yue.FU Jian.ZHU Mei-yun.PENG Bi-you.LI Shan-qiang 125摩托车油底壳拉深起皱现象分析与解决 -锻压技术2010,35(2) 拉深起皱是125摩托车油箱底壳在试模期间经常遇到的问题.以ETA/DynaForm软件为平台,模拟125摩托车油箱底壳拉深起皱现象,并从应力、应变状态 着手,分析起皱原因,提出解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 .经分析结果得到起皱的主要原因为板料在成形过程中应力分量不均衡,采用一模两件的方案有效平衡了制件开口处的 应力分布,同时通过加大压边力、改变摩擦系数、增设拉深筋和改变坯料尺寸,基本上消除了制件拉深试模过程中的起皱等缺陷. 2.学位论文 周培峰 小红旗油底壳一次拉延工艺改进 1999 汽车覆盖件模人作为汽车车身生产的基础工艺设备,将直接制约汽车产品的质量和新车型的开发.覆盖件模具CAD/CAE/CAM技术的研究与运用,对于提 高汽车车身质量和动态性能,缩短新车型设计制造周期具有十分重要的意义和作用.该文是对国家"九五"重点课题《汽车覆盖件模具CAD/CAE/CAM一体化》 的一部分即小红旗油底壳的一次拉深工艺改进进行的研究.首先概述了冲压加工、模具CAD、汽车覆盖件模具设计、制造的现状,进而深入分析了油底壳现 有的生产工艺、成形工艺,以及同类发动机油底壳的成形工艺,找出两种类型油底壳拉深中的利弊.针对其成形不良的根据原因--龙门口结构形式进行工艺 分析,确定一次拉深的模具结构形式、龙门口相对位置及结构和改进的一次拉深工艺方案.最后,通过KMAS弹塑性大变形有限元模拟软件进行数值模拟和拉 深实验,成功的验证了一次拉深工艺方案的正确性,得到了优质的拉深产品.这种结构形式及设计思想对其它数十种油底壳都有指导意义.从而解决了一大 类长期困扰油底壳质量的关键问题. 3.期刊论文 赵孟涛 油底壳拉深成形工艺与模具设计 -模具技术2002,""(5) 分析了油底壳零件的工艺特点,介绍了一次拉深模具和二次拉深模具的结构、工作过程以及模具的调试过程. 4.期刊论文 刘林强.田福祥 油底壳整体拉深成形中的破裂现象研究 -汽车工艺与材料2004,""(4) 针对油底壳拉深中出现的破裂问题,在进行工艺分析的基础上,进一步对其拉深过程作了应力应变分析,探索了发生破裂的原因,并联系生产实践,综合 考虑了导致发生破裂的多种因素,采取了相应的防止措施,改善了板料的流动状况和成形质量,最后介绍了模具结构及热处理工艺. 5.会议论文 杜继涛 油底壳一次拉深成形工艺及模具设计 分析了轿车油底壳一次拉深成形的主要工艺问题,并对影响成形工艺的因素进行了讨论,确定了相应解决措施,给出了实用的模具结构和设计要点. 6.学位论文 柏阳 YZ4D30发动机油底壳一次冲压过程的有限元模拟及实验研究 2008 介绍了汽车覆盖件冲压成形仿真的研究背景，阐明了CAE技术的应用现状，论述了板料冲压成形数值模拟的理论和流程。在Dynaform中对板料进行了 冲压成形过程的仿真，通过对仿真结果进行分析，提出了减少成形缺陷的措施。 针对油底壳拉深中出现的破裂和起皱问题，在进行工艺分析的基础上，进一步对其拉深过程作了应力应变分析，探索了发生破裂的原因，并联系生 产实践，综合考虑了导致发生破裂的多种因素，采取了相应的防止措施，改善了板料的流动状况和成形质量。研究了不同坯料尺寸和变形条件对破裂和 起皱的影响。结果表明，制定合适的变形几何参数和有效的压边力可以减小破裂和起皱趋势，提高产品质量。 新产品的冲压成形一般要进行多次的试模和修正才能成功，这直接影响到模具的设计制造周期。油底壳是汽车发动机的重要拉深件，本文采用板材 冲压成形CAE软件系统Dynaform对YZ4D30发动机油底壳的深拉延成形过程进行了计算机模拟仿真，并与实验结果进行了比较，表明了Dynaform软件的可靠 性。通过对拉延模具结构与成形性的分析，将传统的二次拉延工艺改为一次拉延获得成功，为企业解决了关键性的技术难题。得到了成功的冲压成形方 案，保证了冲压加工一次性获得成功。 7.期刊论文 李赞.董湘怀.李志刚 复杂油底壳一次拉深成形新工艺的数值模拟 -中国机械工程2004,15(5) 分析了复杂薄板零件拉深过程的力学特征,阐明了提高板料成形性能的技术关键,提出了一种能大幅度提高板料成形性能的新技术.对一种拉深难度很 大的复杂油底壳采用这一新技术的一次拉深成形、常规工艺的一次拉深成形及实际生产中采用的二次拉深成形三种成形过程进行了有限元数值模拟,比较 结果表明,这一新工艺的一次拉深成形的效果最好. 8.期刊论文 王慧敏.范炳良.WANG Hui-min.FAN Bing-liang 发动机油底壳成形工艺及拉深模模具设计 -现代车用 动力2007,""(3) 分析了柴油机油底壳的成形工艺,制定了制件的工艺流程,对其中的关键工序,通过工艺分析,采用一次拉深成形,后续补充整形的工艺方案;对拉深模 的设计思路及模具结构作了较为详尽的阐述. 9.学位论文 张渤涛 复杂形状汽车覆盖件成形过程数值仿真模式的研究 2005 近年来，随着冷冲压技术的不断发展，国内外各大汽车制造企业都将车身外形的设计和制造能力作为衡量汽车，特别是轿车车型开发水平的重要标 志，而覆盖件模具正是车身生产的主要工艺装备。汽车覆盖件不同于一般的冲压件，它具有曲面多、尺寸大、材料薄、结构形状复杂、精度要求高等特 点，其模具制造技术难度大，成本高，开发周期和质量都难以控制。CAD/CAE/CAM技术作为一种现代设计制造 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，把它引入汽车覆盖件模具生产实际中 ，可以大大缩短汽车开发周期，提高生产效率和市场竞争力。 随着计算机软硬件技术、有限元方法及计算机图形学等学科的迅猛发展，基于数值模拟的计算机辅助工程技术在金属塑性成形领域得到了广泛应用 ，实现了金属成形过程的计算机仿真。应用三维有限元数值模拟技术研究板料拉深成形工艺，可以获得变形过程金属的流动规律和工件内部应力、应变 分布等，是工艺和模具设计的有力工具。近年来，以数值模拟等先进方法解决工业生产中的实际问题已成为金属成形技术的发展方向。本文主要采用了 计算机数值模拟的方法，对复杂形状汽车覆盖件的成形工艺及其关键技术进行了研究。 分析了数值模拟技术的现状，提出采用模块化思想，将CAD和CAE技术有机结合起来，并根据复杂形状汽车覆盖件自身的特点，应用美国PTC公司开发 的专业三维造型软件PRO/E对其进行结构设计和曲面造型，应用ETA公司开发的板料成形模拟软件DYNAFORM对复杂形状汽车覆盖件的成形过程进行三维有 限数值模拟，分析其冲压成形过程中板材成形性，根据所得结果给出优化方案，最终形成一套复杂形状汽车覆盖件成形过程的数值仿真体系。 以复杂形状汽车覆盖件中的典型工件汽车发动机油底壳作为具体研究对象，首先对其进行三维CAD造型。在PRO/E系统中，利用实体造型技术的各种 方法，包括拉伸、剪切、倒圆角、抽壳等，对发动机油底壳及其拉深件进行了虚拟设计，不仅使其在视觉上达到美观要求，在质量方面也达到了要求。 然后以拉深件的模型为基础，通过模具型芯创建命令，利用布尔运算，完成了拉深凸模、凹模及压边圈的造型。 以创建的CAD三维模型为基础建立拉深成形过程的三维有限元模型，选用单步拉深工艺作为研究对象，选择了模拟表面单元数、摩擦系数等参数，进 行了多次模拟，根据模拟结果对比分析了以上诸参数对成形工艺的影响。确定了适宜的表面单元数和摩擦系数，较好的满足了模拟的需要。 发动机油底壳成形的拉深过程主要有单次拉深和两次拉深两种，由于单次拉深效率高、模具制作简单，故以单次拉深工艺为研究对象更具有实际意 义。通过大量的计算机模拟计算，确定了压边力、凸模初始速度和拉深筋的设置等为影响成形质量的几个主要因素。压边力过小容易产生起皱，而如果 过大会使金属流动阻力太大从而产生破裂；拉深筋可以增大进料阻力，有利于斜坡部分的形成，提高了发动机油底壳件刚度和减少因变形不足而产生的 回弹、松弛、扭曲、波纹及收缩等，防止拉深成形时悬空部位起皱和畸变。通过对比分析各因素对模拟成形结果的影响，确定了它们合适的取值，从而 可以对发动机油底壳的成形工艺作出较为合理的优化，提高了发动机油底壳成形的质量。 复杂形状汽车覆盖件是一种应用广泛而又成形复杂的拉深工件，针对目前国内对此类零件的数值模拟多建立在不同平台和采用不同方法。本文提出 一套对此类零件成形过程数值模拟的模式化研究方案，为复杂形状汽车覆盖件的实用研究提供指导。 10.会议论文 胡平.王锦程.郭威.曹颖.柳玉起.宁贵欣 轿车发动机油底壳冲压成形CAD/CAE/CAM一体化 2000 轿车发动机油底壳是轿车上的一个重要结构零件,拉深深度大,成形难度大.本文采用CATlA软件与独立研制的板材冲压成形CAE软件系统KMAS,对一汽 集团"小红旗"轿车发动机油底壳的深拉延成形实施CAD/CAE/CAM一体化技术,通过对拉延模具结构与成形性的分析,并通过有限元数值模拟,将原来的二次 拉深改为一次拉深获得成功,为企业解决了关键性的技术难题. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dyjs2005z1031.aspx 授权使用：北京航空航天大学北海学院(bhbhxy)，授权号：50ff2874-f5dd-46c6-9daf-9e4d016659dd 下载时间：2010年12月15日