选题名称： 汽车车身覆盖件冲压成形工艺分析及模具设计

选题学生：

1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1研究背景

汽车覆盖件(以下简称覆盖件)是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。轿车的车前板和车身、载重车的车前板和驾驶室等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状,它既是外观装饰性的零件,又是封闭薄壳状的受力零件。覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。

覆盖件按功能和部位分类,可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观质量有特殊要求,内部覆盖件的形状往往更复杂。

1.2国内外研究现状分析

1.2.1国内外模具技术发展概况

随着与国际接轨的脚步不断加快,市场竞争的日益加剧,模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定企业的生存空间。一些国内模具企业已普及了二维CAD,并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件,个别厂家还引进了很多Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件,并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。我国已能生产部分轿车覆盖件模具。如东风汽车模具有限公司,已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。一汽模具中心生产了捷达王轿车外覆盖件模具。轿车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点。可代表覆盖件模具的水平。

在设计制造方法,手段上面已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面,与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动叠片多功能模具,已达到国际水平。如南京长江机器制造厂的电机铁芯自动叠铆硬质合金多工位级进模具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组,转子铁芯扭斜,安全保护等功能,凹模采用拼块式,零备件可互换。常州宝马集团公司的步进电机定转子带双回叠片硬质合金级进模。具有转子冲片落料、旋转72°再叠片,定子冲片落料、回转90°再叠片、(以消除料厚误差)等功能。这两项模具精度达2μm,步距精度2-3μm,双回转精度1′,寿命达到1亿次以上,制造周期5-6个月,而价格仅为同类进口模具的1/2-1/3,已达到国际先进水平,完全可以替代进口。其他如48、54、68条腿集成电路框架多工位级进模、电子枪硬质合金多工进级进模、别克轿车安全带座式工位级进模、空调器散热片多工位级进模,均达到国外同类产品水平。但总体上和国外多工位级进模相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。在一般冲模方面,浙江慈溪鸿达电面模具制造中心的铁芯片复合冲模,实现系列化、标准化、专业化生产,质量稳定,模具费用较一般低30%-50%,交货周期7-20天,并备有现货供应。在适应市场经济方面迈出了可喜的一步。此外,许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如,吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件,华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件,上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。

1.2.3现代模具发展现状

随着汽车工业的迅速发展,新车型更新换代的速度不但加快,传统的覆盖件模具设计制造方法已不能适应产品开发的要求。汽车覆盖件模具作为汽车车身生产的重要工艺装备,直接制约着汽车产品的质量和新车型的开发。覆盖件模具因其设计制造难度大、周期长而常常成为制约汽车生产的主要因素。通用的二维CAD系统无法满足模具设计的一些特殊要求。为了提高模具设计的技术水平、缩短模具设计周期,应用针对汽车覆盖件模具结构设计的CAD系统进行设计是十分必要的。

1.3研究目的

本课题以冲压模具理论为依据，模流分析软件Autoform为基础，根据不同的车身零部件完成一系列分析，利用已学习的基础，配合Autoform软件，制定出不同的冲压工艺方案，根据生产批量和现有生产条件，确定一个技术经济性最佳的工艺方案。同时，借助Autoform软件，分析汽车车身内衬板的几何结构特点，结合冲压成形工艺要求，完成冲压模具设计，包括压力机的选型，成形方案的确定，排样、型腔布置、卸料机构的布置等。最终对开合模镜像仿真。

随着汽车工业的迅速发展,新车型更新换代的速度不但加快,传统的覆盖件模具设计制造方法已不能适应产品开发的要求。汽车覆盖件模具作为汽车车身生产的重要工艺装备,直接制约着汽车产品的质量和新车型的开发。覆盖件模具因其设计制造难度大、周期长而常常成为制约汽车生产的主要因素。通用的二维CAD系统无法满足模具设计的一些特殊要求。为了提高模具设计的技术水平、缩短模具设计周期,应用针对汽车覆盖件模具结构设计的CAD系统进行设计是十分必要的。

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1基本内容及目标

1. 汽车车身冲压模具工艺分析。

1工艺过程研究；

2计算毛坯尺寸；

3冲压工艺方案设计；

4压力机选择。

2. 冲压模具结构设计确定。

1确定总体尺寸；

2辅助装置（卸料机构，定出料机构，导料与定距机构，安全机构）；

3）工艺方案的技术，经济综合分析比较。

4）Autoform数值模拟仿真。

5）车身模具设计。

1确定模具类型；

2确定模具类型的主要结构；

3确定分型面；

4确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小；

5冲压力的计算；

6选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出）；

7决定冷却、加热方式；

8确定主要成型零件，结构件的结构形式；

9考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸；

6）模具试模及成形工艺优化。

1冲压设备的参数设定选择；

2CAE试模与实际情况比较。

2.2拟采用的技术方案及措施

1）覆盖件工艺性能分析

1材料选择

汽车覆盖件模具一般都是冲压成型。由于汽车覆盖件的形状复杂，本身材料薄，对于表面质量要求也更高，结构尺寸大、空间曲面等特点，就决定了汽车覆盖件模具的加工难度也更大，而对于材料的刚性要求也更好。而汽车覆盖件模具的好坏也直接影响到产品的质量、加工材料利用率、批量生产效率和制品制造成本

鉴于本次车身覆盖件比较复杂，且厚度为2mm，拉伸级别为F（冲制拉伸复杂的零件），同时需要一定强度才能进行。故选择表面镀层铝镇静钢板作为基础材料。

2车身覆盖件模型建立采用三维软件进行车门连接件模型设计，表1.1为保险杆参数表，图1.2为3D模型图。

表1.1 车身覆盖件尺寸参数

1. 汽车覆盖件冲压工艺流程

覆盖件特点：材料薄，形状复杂，结构尺寸大，外板表面质量高。0.6-1.2mm的09系列冷轧薄钢板，冲压流程：

1. 落料

2. 拉伸

3. 修边

4. 内孔翻边

5. 冲孔

3）工艺方案分析

冲压零件不论复杂或简单我们可以概括为它都是通过两类模具来获得的：成形类模具（包括拉延模，成形模，整形模，翻边模，侧翻和侧整模），修边类模具（包括修边模，落料模，冲孔模，侧修和侧冲孔模具），成形类模具是通过不同的成形来完成我们的产品形状，修边类模具则是切除零件在成形后的废料以达到产品的尺寸精度。

覆盖件分为外覆盖件：指人们直接看到的车身外部的裸露件，如车门外板，顶盖，发动机罩等。以及内覆盖件：指车身壳体内的覆盖件，如仪表盘，车门内板，发动机盖板等。

本次拉深件的设计，冲压工艺的设计和冲压模具的设计都是基于车身覆盖件形状复杂的三维曲面。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。

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。

覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法,为了创造一个良好的拉延条件,通常将翻边展开,窗口补满,再加添上工艺补充部分,构成一个拉延件。

工艺补充是拉延件不可缺少的组成部分,它既是实现拉延的条件,又是增加变形程度获得刚性零件的必要补充。工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸,也和材料的的性能有关,形状复杂的深拉延件,要使用08ZF钢板。工艺补充的多余料需要在以后工序中去除。

拉延工序以后的工艺性,仅仅是确定工序次数和安排工序顺序的问题。工艺性好可以减少工序次数,进行必要的工序合并。审查后续工序的工艺性要注意定位基准的一致性或定位基准的转换,前道工序为后续工序创造必要的条件,后道工序要注意和前道工序衔接好。

3）模具设计

1凸模

一般的粗短凸模可以按标准选用或按常规设计。而在多工位精密级进模模具中有许多冲小孔的细小凸模，冲窄长槽凸模，分解冲裁凸模和受侧向力的弯曲凸模等。这些凸模的设计应根据具体的冲压要求，如冲压材料的厚度、冲压速度、冲裁间隙和凸模的加工方法等因素来考虑凸模的结构及凸模的固定方法。

2凹模

多工位级进模凹模的设计与制造较凸模更为复杂和困难。凹模的结构常用的类型有整体式、嵌块式、镶拼式和综合拼合式。整体式凹模由于受到模具制造精度和制造方法的限制，在多工位级进模中使用较少。

3带料的导正定位

在多工位精密级进模设计时，常将导正销与侧刃配合使用，侧刃作定距和初定位，导正销作精定位。此时侧刃长度应比步距大0.05～0.1mm，以便导正销导入导正孔时使条料略向后退。当采用自动送料机构送料时，可不用侧刃，条料的准确定位由导正销来实现。

4带料的导向和托料装置

多工位级进模依靠送料装置的机械动作，把带料按规定的尺寸间歇送进来实现自动冲压。由于带料经过冲裁、弯曲和拉深等变形后，在条料厚度方向上会有不同高度的弯曲和突起，为了顺利送进带料，必须将带料托起，使突起和弯曲的部位离开凹模工作表面。这种使带料托起的特殊结构称为浮动托料装置。该装置往往和带料的导向零件共同使用。

5卸料装置的设计

卸料装置是多工位级进模结构中的重要部件。它的作用除冲压开始前压紧带料，防止各凸模冲压时由于先后次序的不同或受力不均而引起带料窜动，还可保证冲压结束后及时平稳地卸料。更重要的是在多工位级进模中卸料板还将对各工位上的凸模，特别是细小凸模，在受到侧向作用力时，起到精确导向和有效的保护作用。卸料装置主要由卸料板，弹性元件，卸料螺钉和辅助导向零件所组成。

6限位装置

多工位级进模结构复杂，凸模较多，在存放、搬运、试模和冲压生产过程中，若凸模过多地进入凹模，会对模具造成较大的磨损，为此在设计多工位级进模时应考虑安装限位装置，控制凸模进入凹模的深度。

7加工方向的转换机构

在级进弯曲或其他成形工序冲压时，往往需要从不同方向进行加工。因此需将压力机滑块的垂直向下运动，转化成凸模（或凹模）向上或水平等不同方向的运动，实现不同方向的成形。完成这种加工方向转换的装置通常采用斜楔滑块机构或杠杠机构。

8成形凸模工作高度的微量调节机构

模具在成形时，需要对成形高度进行调整，特别是在校正和整形时，微量地调节成形凸模的位置是十分重要的。调节量太小则达不到成形件的质量要求，调节量太大成形时易使凸模折断。

9级进模模架

级进模模架要求刚性好，精度高，因此通常将上模座加厚5～10mm，下模座加厚10～15mm。同时，为了满足刚性和导向精度的要求，级进模常采用四导柱模架。

10绘制模具装配草图及部分结构零件图

手工维制模具装配图及重要零件结构图。

11制作3D动画演示

运用3ds MAX软件进行三维动画展示模具机械结构，并且演示合模、注射充模、保压、冷却、开模、制品取出整个注塑流程。

3．进度安排

3.进度安排

第1-2周：查阅相关资料，明确研究内容，完成外文翻译工作；

第3-4周：下载中外文文献，完成13篇中文文献摘要，3篇英文文献摘要，并对车门连接件进行初步的分析，完成开题报告；

第5-8周：根据零件的结构特点，比较冲压成形工艺方案，并且确定最优方案；

第9-10周：选择合理结构参数，确定各部分结构，完成模具总体结构设计；

第11-12周：完成该零件的模具装配图和典型零件图的绘制；

第13-14周：交设计说明书及相关资料；

第15-16周：制作PPT、仿真动画并毕业答辩。

4．阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）

4．阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）

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指导教师审核意见： 该生撰写的开题报告，围绕毕业设计题目进行了相关文献的查阅，国内外研究现状的分析，设计内容明确，技术方案可行，设计进度安排合理，同意开题，并进入下一阶段的具体设计工作。