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汽车覆盖件冲压工艺设计,是在考虑冲压操作方便、安全、模具结构合理、工件及废料排出顺畅等要求的基础上,根据产品结构形状和技术要求确定拉延、修边、冲孔、翻边等工序的先后顺序及各工序的具体内容。国外汽车车身覆盖件冲压工艺CAD和冲压件成形过程的计算机模拟技术应用较早,如美国三大公司,德国大众和宝马以及法国雷诺等公司。
汽车覆盖件冲压工艺问题主要集中在以下三方面:
1、冲压方向的选择
不同类型的模具冲压方向的选择具有不同的准则。对于拉延模具而言,冲压方向的选择要求模具型面无闭角,开始拉延时凸模与毛坯的接触面积尽可能大,位置尽可能居中,且接触部位要多而分散。这些经验的判定准则,主要从几何方面进行考虑,比较容易进行数学描述和分析计算,一般可借助几何CAD系统进行冲压方向优选,如Pro/DIEFACE直接借助其CAD系统的几何处理功能,对人工确定的一系列冲压方向进行几何计算,将结果以拉深等高线的方式反馈给用户,最后由设计人员确定适当的冲压方向。随着建模技术和优化设计的发展,国内不少研究机构建立了基于优化模型的冲压方向优化计算法,如根据确定汽车覆盖件冲压方向的原则,建立冲压方向的优化模型和评价函数,通过截面线将复杂的三维空间问题转化为二维问题,求出可行域,再将二维问题的分析结果综合起来得到三维问题的结果,然后进行优化并最终求得最佳冲压方向。
2、覆盖件拉延工艺补充面和压料面的设计
覆盖件大多形状不规则,很难满足拉延成形工艺的要求,其形状多半也是复杂的空间曲面,不仅需要确定型面补充走向、型面补充范围等,还需要描述其空间几何形状,是一个涉及边界条件以确保成形顺利实现的创造性过程。目前这一问题通过对零件几何的定性分析来确定,借助于曲面造型功能软件来完成。如借助于UG NX2提供的丰富曲面构造功能,根据典型截面线的形状,灵活运用各种曲面构造方法,完成各个曲面片,再对曲面之间的过渡进行处理,完成工艺补充面和压料面的设计。UG NX2的Die Engineering模块在确定压料面和修整零件边界后,根据工艺补充典型截面线和相应规则,采用参变量的方法来控制与设计工艺补充面,最后形成压料面与工艺补充面的整体型面。国内在借助图形软件的基础上也对此有不少研究,如利用工艺补充典型截面线,采用二维截面特征,利用多种曲面造型混合的方法实现参数化工艺补充面的交互设计和基于变量化技术的工艺补充面和压料面设计法。
3、覆盖件拉延筋的设计
拉延筋是冲压成形过程中拉延张力的主要提供者。传统设计中,拉延筋与凹模圆角的尺寸都是固定数值,根据经验来设计,然后在模具调整过程中通过打磨调整拉延筋几何参数以使零件顺利成形。随着计算机技术、模拟技术和成形理论的发展与应用,建立拉延筋阻力模型,通过有限元分析、模拟来优化拉延筋设计的方法得到了广泛研究和应用。
目前,拉延筋的设计主要通过改进拉延筋模型和引入优化算法来完成。在拉延筋阻力模型的建立上,出现了考虑拉延筋约束阻力、厚向应变和约束保持力的等截面三维等效拉延筋模型,其应用是将拉延筋模型抽取出来,根据其几何参数、受力情况和金属流动建立数据模型,再嵌入冲压成形型面模型中,用有限元法模拟拉延筋在拉延成形中的过程和作用,分析拉延筋主要几何参数对压边力和拉延筋约束阻力 的影响。
可以说,汽车覆盖件工艺设计是产品设计与产品制造之间传递和管理信息的桥梁和纽带,汽车冲压件工艺设计与工艺管理的一体化是适应资源快速配置,优化产品制造过程,实现产品开发过程的关联性、全球化和网络化要求的。目前计算机辅助覆盖件工艺设计是以交互式为主流,以智能化为研究热点。采用混合决策方式和基于知识的设计方法将是当前研究的趋势。但工艺设计是一个有序而又需要多次检验和往复修改的设计过程,工艺设计与工艺管理的一体化的实现仍有不少地方需要研究,目前还只是实现了初步信息的传递、关联性设计和一些简单管理。