汽车车身内衬板冲压成形工艺分析及模具设计开题报告
2020-02-20 10:31:12
1. 研究目的与意义（文献综述）
1. 设计的目的及意义
1.1. 研究背景
汽车覆盖件冲压成形质量的好坏直接关系到各部件的装配，从而影响到整车的质量。面对汽车市场越来越激烈的竞争，顾客对汽车质量性能要求也越来越高。汽车界提出3r战略，即缩短产品的市场化周期、降低产品开发费用和减轻汽车质量。随着有限元技术的发展，应用数值仿真方法对板料成形过程进行计算机模拟，以替代实际试模，为覆盖件工艺设计、模具设计提供可靠的判据和合理的工艺参数，已成为当前覆盖件工艺设计、模具设计中的一种重要手段。
2. 研究的基本内容与方案
1. 设计的基本内容
2.1.材料的选择及工艺参数
汽车覆盖件的轮廓尺寸、孔位尺寸、局部形状的各种尺寸必须有很好的尺寸精度，确保装焊的准确性、互换性，实现车身装焊的自动化。震动时为了避免大型车身覆盖件产生噪音影响体验，覆盖件应具有足够的刚性。覆盖件在成形过程中，材料应能进行足够的塑性变形，具有良好的工艺性。下图2.1是汽车覆盖件常用钢板。
图2.1. 汽车覆盖件常用钢板（见附件）
本次冲压件形状较为复杂，且冲压相对深度较大，同时内覆盖件要有一定强度才能满足需求，因此初步选择普通冷轧铝镇静钢板作为材料，对其进行复杂拉深。表2.1为普通冷轧铝镇静钢板08Al冲压工艺参数。
表2.1. 普通冷轧铝镇静钢板08Al冲压工艺参数
| 抗拉强度 σb | 255~335Mpa |
| 伸长率 δ | 42 % |
| 屈服强度 σs | 205 Mpa |
2.2.内衬板模型建立
采用Creo Parametric 进行模型建立，内衬板尺寸为595*301*69mm，厚度为1mm。图2.2.为Creo建立的三维模型。
图2.2. 汽车内衬板三维建模（见附件）
2.3.成形数值模拟
对于汽车车身内衬板成形数值模拟分析，可分为三个步骤。将建立好的模型导出为igs格式导入基于 AutoForm 的 Geometry generator模块如图2.3，对拉延和翻边过程工具体进行添加。拉延过程中需要确定成形过程中的冲压方向，对制件比较复杂的边界进行工艺补充，简化冲压成形难度。同时对成形过程中的压边圈形状进行设计，确保其整体形状接近制件自身形状，减小拉延深度。最后要对压边圈和制件边界进行填充，使其成为一个拉深整体作为拉深过程中的凹凸模模型，同时要对工艺补充的圆角以及边界进行综合优化。翻边过程主要确定翻边圆角和翻边 wall 工具并进行优化。
图2.3. 导入零件于AutoForm（见附件）
对汽车内衬板进行全工序数值模拟分析。在进行初步拉延成形模拟仿真计算后，通过对成形性云图结果分析发现，成形的制件局部有起皱和开裂的缺陷发生。为了避免缺陷的发生，在后续模拟计算过程中，通过对拉延模的过渡圆角进行整体和局部的优化，对拉延过程中的压边力进行反复调整，同时配合拉延筋的使用，保证整个成形过程中成形质量。在避免较大缺陷发生的同时优化整体成形质量。最后通过正交试验组合，采用灰度关联法确定最佳成形参数进而对翻边部位进行翻边模拟计算。
基于 AutoForm 软件分别对汽车内衬板制件在拉延和翻边工序结束后的回弹进行模拟计算。根据回弹后得到的模拟结果可以看出制件在拉延过程结束后的回弹量比较大，局部边界回弹效果不好，相对误差较大。因此针对回弹模拟结果，在AutoForm 中进行自由回弹补偿，通过对制件的原始数模形状的调整和切边线的优化，有效的控制回弹误差，消除制件因回弹量过大而产生的加工缺陷。同样在翻边结束后对回弹量进行计算与补偿，最终得到满意的模拟结果。
2.4.工艺方案分析
对于大型汽车覆盖件，不但要求具有特定使用功能，而且要求具有一定的观赏功能。零件材料应经过充分而均匀的塑性变形，使制件有良好的刚性、光滑挺拔的表面及均匀而清晰的棱线。
本制件的深度尺寸相对平面尺寸而言很小，形面大多为大曲率半径的三维曲面，形状复杂。拉深成形时的变形状态，包括压缩类变形的拉深和伸长类变形的胀形成形两种方式。拉伸和压缩两种应力状态并存，且分布无一定规律，随零件形状、尺寸的变化而不同。
本制件总变形程度较小，但局部有变形量较大的，一般采用一次拉深加整形工具。大型覆盖件冲压工艺流程图如下：
1) 大型覆盖件形面为复杂的三维曲面，需按产品零件图制作主模型，并根据工艺优化设计转化制作工艺模型，作为模具加工的依据。
2) 拉深工艺的优化设计，包括选择正确的冲压方向，例如：拉深、整形、切边、整形、冲孔等工序时的冲压方向；以及压料面、合理设置工艺补偿、选用合适的拉深板材等。
3) 设计确定的拉深用毛坯形状、尺寸，需经拉深、翻边等模具调试合格后制作。
4) 拉深模应在适当部位设置拉深筋，用来调节各周边材料的变形程度。
综上可初步制定工艺方案如下两种：
方案一：
工序1：下料。
工序2：切口。
工序3：拉深成形。
工序4：冲孔。
工序5：切边。
方案二：
工序1：下料。
工序2：切口。
工序3：冲孔。
工序4：拉深成形。
工序5：切边。
2.5.成形模具设计
由于汽车内衬板形状复杂，需要多方位冲裁，工序较多，因此需要连续冲压。连续冲压可以是冲孔、切口、落料等冲裁工序的组合，也可以是冲裁与弯曲或拉深、成形等工序组合，完成某一工件的冲压加工，如连续冲裁、连续弯曲、连续拉深等。模具选择复合模或者连续模，二者适用性比较见表2.4复合模和连续模的比较。
见表2.4复合模和连续模的比较
| 项 目 | 复 合 模 | 连 续 模 |
| 工件尺寸精度 | IT9~IT11 | IT11~IT13 |
| 工件形位公差 | 工件平整，同轴度、对称度和位置度误差小 | 不太平整，有时要校平，同轴度、对称度和位置度误差较大 |
| 生产率 | 低 | 高 |
| 适应高速冲压的可能 | 不宜高速 | 适宜，可达400次/min以上 |
| 对材料要求 | 条料宽度要求不太高 | 条料宽度要求严格 |
| 生产安全性 | 出件和清除废料较困难，工作安全性较差 | 比较安全 |
| 模具制造的难易程度 | 形状复杂的工件，用复合模比连续模制造难度低 | 形状简单的工件，用连续模比复合模制造难度低 |
因此初步采用复合模作为成形模具。
3. 研究计划与安排
3.进度安排
第1-2周：调研，查资料，借阅文献书籍，完成外文文献翻译。
第3-4周： 阅读不少于15篇中外文献，对汽车车身内衬板冲压成型设计步骤有初步概念，完成开题报告。
4. 参考文献（12篇以上）
4. 参考文献
[1]方慧敏,赵钢,李庆.汽车覆盖件冲压成形的数值模拟[j].仪表技术,2016(08):33-36.
[2]费姝霞,王宏霞.基于autoform的汽车构件成形工艺分析及模具设计[j].模具技术,2018(01):50-54.
