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、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)和型面補償策略。
　　通過在模具制造企業(yè)實

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。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、行計算。
　　②針對模具開發(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函數(shù)的拉延工藝優(yōu)化和穩(wěn)健性設(shè)計來提高數(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)合實驗設(shè)計來優(yōu)化成形工藝參數(shù)，試驗中的優(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)值模擬中考慮實際情況的不穩(wěn)定因素和噪音因素，考慮實際因素波動對數(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，為實際試模提供依據(jù)。通過前隔板零件的生產(chǎn)試驗，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。
　　③針對沖壓模具開發(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償方法。以某汽車高強度鋼拼焊板零件為研究對象，闡述該方法的具體實施流程，以及進(jìn)行了相應(yīng)

5、的實驗來驗證該方法。首先對高強度鋼的母材和拼焊板進(jìn)行拉伸試驗、組織分析和斷口分析，然后建立高強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)行多次迭代回彈補償。當(dāng)多次迭代回彈補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個點中有24處滿足零件的尺寸偏差要求，不合格的檢測點的最大偏差值為1.16 mm。實驗結(jié)果表明該

6、方法相對于傳統(tǒng)經(jīng)驗法和簡單的回彈補償方法的準(zhǔn)確度更高。
　　④由于不恰當(dāng)?shù)哪＞咴O(shè)計或者不準(zhǔn)確的 CAE分析，實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償技術(shù)。以某汽車門檻梁加強件為例，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)計模型進(jìn)行對比，得出零件的回彈實際偏差值，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償方法對模具進(jìn)行回彈補償，并進(jìn)行模具修改和試模。對補償后得到零件進(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針對實際模具調(diào)試中型面研合率低和提高研合率非常耗時的問題，提出了考慮模具變形和零件厚度變化的型面補

8、償方法對模具型面進(jìn)行補償。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)考慮液壓機工作臺變形時凸模的最大位移為1.106 mm，未考慮液壓機工作臺變形時凸模的最大位移為0.278 mm，表明考慮液壓機工作臺的變形時結(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償凹模型面，再疊加零件厚度變化量獲得最終補償后的凹模型