基于FASTAMP的汽車減震器鈑金件沖壓工藝及修邊沖孔模設計

朱紅萍，許 淼ZHU Hong-ping， XU Miao（沙洲職業工學院，張家港 215600）

機器人技術

基于FASTAMP的汽車減震器鈑金件沖壓工藝及修邊沖孔模設計

朱紅萍，許 淼
ZHU Hong-ping， XU Miao
（沙洲職業工學院，張家港 215600）

以某型號汽車減震器上的鈑金件拉延成形過程分析為例，對該鈑金件的沖壓成形過程進行模擬分析。 借助于FASTAMP分析軟件對汽車減震器上鈑金件的成形過程、成形極限圖和減薄率的進行預測，得出了坯料的形狀和拉延筋深度、形狀等工藝參數對成形質量的影響。在此基礎上對成形參數進行優化，解決了起皺和拉伸不足等缺陷。并利用UG軟件，設計了修邊沖孔模具中的上模、下模等其他結構。

沖壓工藝；修邊模；汽車減震器

0　引言

隨著經濟的飛速發展，人們生活水平不斷提高，對汽車的要求也不斷的提高。在汽車中，沖壓零件占比例很大。例如減震器鈑金件，合理的成形工藝設計能夠給零件帶來很大的質量提升。在汽車研發過程中，沖壓零件的工藝設計、模具設計及制造周期很長，以往零件的工藝分析、設計、制造等環節，周期長，勞動力大，成本高、效率低。隨著一些軟件的開發，能夠得到高質量、高效率，低成本的沖壓零件。本文以某款汽車減震器鈑金件的沖壓成形為例，借助于有限元軟件FASTAMP對拉延成形過程進行數值模擬研究，就其經常出現成形過程中的不充分或成形質量不好等問題進行分析，確定出合適的沖壓參數。同時，對其修邊模具結構進行了設計。

1　汽車減震器鈑金件的沖壓工藝分析

汽車減震器鈑金件要求沖壓成形后有較好的形狀、剛性和工藝性；零件不允許出現明顯的皺折、擦傷等缺陷；制件不出現拉裂及起皺，材料最大減薄率小于20%，且變形盡量均勻，圖1為該汽車減震器鈑金件圖。該零件材質為DC04冷軋鋼，厚度1mm。該材料的屈服強度≥130MPa，抗拉強度≥270MPa，斷后伸長率≥34%，外形尺寸近似為長度150mm，寬度130mm，高度50mm，質量約為0.182868kg。該鈑金件的幾何特征為：零件面A有三個小孔和一個大孔，有多處凹凸面，變化復雜，面A與面B是以半徑為8mm圓弧連接的，面B是傾斜的面。面C上有三個凹圓弧，半徑為6mm。綜合考慮，汽車減震器鈑金件的沖壓工序確定為落料→拉延→修邊沖孔→翻邊整形→修邊沖孔。

圖1　汽車減震器鈑金件零件模型

2　汽車減震器鈑金件的工藝優化設計

2.1沖壓方向與壓料面的確定

在進行工藝設計時，首先需要確定拉延工藝數模。而其中，沖壓方向的確定尤為重要。確定合理的沖壓方向直接決定著零件能否拉延成功。沖壓方向確定時主要考慮工件的可靠定位，拉延時不能有負角；各處拉延深度相差小；由于此處沒有斜孔需要沖制，因此無需斜楔機構。圖2箭頭所指為沖壓方向。

壓料面設計合理與否，會直接影響到壓料面毛坯向凹模流動的方向與速度，毛坯變形的分布與大小、破裂起皺等問題產生。壓料面設計不合理，還會在壓邊圈壓料時就形成皺折、余料等，有的在成形過程中不能消失而殘留在制件上。通過分析該鈑金件的形狀特點，其底面較為平整規則，因此，采用平面型壓料面。其最終的拉延工藝面設置如圖3箭頭所示的壓料面。

圖2　拉延工序沖壓方向

圖3 汽車減震器鈑金件的壓料面

2.2展開坯料線及必要的工藝補充設計

確定沖壓件的展開板料線的形狀及尺寸，是分析沖壓件變形程度設計工藝性及擬定工藝規程的前提。我們利用該軟件中的“展開板料線”功能即BEW，能夠快速展開復雜鈑金件的板料輪廓線，同時還可以預測鈑金件的成形結果，幫助設計人員發現潛在的設計缺陷，為后續工藝設計、模具設計提供有效參考。根據該鈑金件的結構特點及復雜程度，作必要的工藝補充，將其上表面的三個小孔補上。該鈑金件頂部的大孔無法一次成形，需后續翻邊整形后成形，繪制其工藝補充面及展開坯料線如圖4所示。

圖4　汽車減震器鈑金件的展開坯料線

2.3汽車減震器鈑金件拉延成形CAE分析

成形分析主要是利用CAE等相關軟件對產品進行性能與安全可靠性分析，對其成形過程進行模擬，是沖壓工藝中常用的一種分析方法。

本處主要借助于FASTAMP軟件集成在NX 8.5的CAE分析功能，對該鈑金件進行可成形性與加工工藝分析，將模擬運算后的結果進行比較，以選擇出最佳的成形方案。本次模擬采用單動成形，設置成形力和壓邊力分別為250、7.5T，沖壓速度為250mm/s，壓邊圈閉合速度250mm/s，接觸條件均采用相關經驗值，提交求解器求解。經過多次優化處理，得到零件的FLD圖、成形性、減薄率，如圖5所示。

從圖5（a）中可以看出，該鈑金件未有明顯的開裂區域，無需改變圓角半徑改善沖壓成形性能，其余絕大多數區域均處于安全范圍內。從圖5（b）中可以看出，鈑金件在豎直翻邊處易開裂，其余位置成形效果較好，且大部分比較均勻，因此可通過添加拉延筋來降低零件的減薄率。從圖5（c）得到，設置拉延筋后，減薄率最高處約為11.9%，大大地提高了拉延的可成形性。

2.4提取分模線和設計修邊線

在拉延模結構中，分模線為凸模與壓邊圈的分界線，通常是封閉曲線。提取分模線之前，一定要做出完整的拉延件，才能提取凹模圓角中間線，組合成分模線。該鈑金件的分模線如圖6箭頭所示封閉曲線。

圖5　零件CAE模擬分析結果

圖6　分模線

修邊線是為了得到零件的內外輪廓形狀而確定下來的用于沖裁掉預保留部分以外多余的形狀（工藝補充部分如壓料面等）的界線。有時為了得到一個不規則的多邊形沖壓件，可能由于其直接一次成形有難度，需要進行工藝上的補充，增加一些其他的形狀做成一個比較容易沖壓成形得到的形狀。成形后，下一工序采用修邊形式把原來補充上去的部分再切掉，即可得到需要的形狀了。該該鈑金件的分模線如圖7箭頭所示封閉曲線。

圖7　修邊線

2.5創建實體筋

實體筋在拉延模中用以控制材料流動，增大進料阻力，調節進料阻力的分布，使四周變形均勻。本處利用軟件自帶的創建實體筋功能，建立如圖8（a）所示的等效筋，圖中等效筋的位置決定了實體筋的位置。等效筋為實體筋的中心線，等效筋的位置就決定了實體筋的位置。等效筋是根據分模線沿著壓料面外形偏置一定距離得到，應保證等效筋大于修邊線5mm～10mm以上。該鈑金件實體筋的形狀如圖8（b）所示。

圖8　創建實體筋

圖9　汽車減震器鈑金件修邊模結構

3　汽車減震器鈑金件的修邊工序模具結構設計

修邊模設計是在成形分析以后進行的。本文利用UG軟件，參考CAE分析結果，設計了該鈑金件修邊模具。圖9（a）為修邊模上壓料芯零件圖，上壓料芯材料選用Cr12MoV。在壓料芯上安裝有壓料芯向導，便于與下料芯配合。同時，上壓料芯上預留幾個孔，便于安裝非標沖頭。圖9（b）為修邊模的下模。其在卸料板和壓料芯創建導向結構，便于配合。卸料板與下模座設置兩個M10×40的銷釘和4個M10×45的安全螺釘。四個螺釘以正方形四個拐角的形式擺放。銷釘只需兩個，對頂角位置擺放。卸料板與下模座之間布置彈簧壓力源，卸料板壓力源安裝在卸料板和下模座之間，負責卸料板的上下行運動，達到卸料的目的。

該模具經現場調試，成功壓制出了制件，驗證了所設計修邊模具結構的合理性。

4　結束語

本文對汽車減震器鈑金件進行了工藝分析，選擇了合理的工藝方案。借助于FASTAMP軟件對零件數模進行了成形性分析及工藝設計，繪制工藝補充面、定義沖壓方向、設計修邊線等。同時，在設計的過程中，對板料流入量、FLD圖、材料減薄率、料厚分布和起皺分析等進行分析歸納，總結出汽車減震器鈑金件的可成型性和成形過程中的不足。并對設計方案進行了多次的調整與優化，設計出合格的修邊模具。經過模具調試批量生產證明，模具結構合理，能生產出符合精度要求、質量穩定的產品。

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stamping process and trimming punching die
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朱紅萍（1978 -），女，江蘇人，講師，碩士，研究方向為機械設計與制造、模具設計。