汽車覆蓋件多工位級(jí)進(jìn)模排樣設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬

徐月+段磊+焦雷魁

摘 要：排樣設(shè)計(jì)是多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)。本文對(duì)汽車洗滌液壺安裝支架零件的成形工藝性進(jìn)行了分析，利用板料一步逆成形模擬方法得到了該零件的坯料展開圖，并制定了兩種級(jí)進(jìn)模排樣設(shè)計(jì)方案。采用多工位全工序數(shù)值模擬方法驗(yàn)證了兩種排樣工藝設(shè)計(jì)的可行性和合理性。兩種排樣工藝設(shè)計(jì)的對(duì)比分析為同類零件的級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)提供重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：安裝支架； 多工位級(jí)進(jìn)模； 排樣設(shè)計(jì)； 數(shù)值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.005

級(jí)進(jìn)模作為一種高效、精密、長(zhǎng)壽命的沖壓模具，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、電氣電子等零部件的生產(chǎn)制造。由于級(jí)進(jìn)模是由多個(gè)工位組成，在一套模具上同時(shí)完成多個(gè)不同的沖壓工序，制件成形質(zhì)量、精度均要求高，因而，級(jí)進(jìn)模模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造難度大。

隨著CAE有限元分析技術(shù)的飛速發(fā)展，利用板料沖壓成形數(shù)值模擬軟件可對(duì)制件的成形過程進(jìn)行仿真和優(yōu)化，從而提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短模具開發(fā)周期，降低模具開發(fā)成本。

本文以汽車洗滌液壺安裝支架為研究對(duì)象，首先在CAD設(shè)計(jì)軟件UG中設(shè)計(jì)該制件的級(jí)進(jìn)模排樣工藝，然后利用CAE分析軟件Autoform對(duì)設(shè)計(jì)好的排樣工藝進(jìn)行多工位全工序的成形數(shù)值模擬，以驗(yàn)證排樣工藝設(shè)計(jì)的可行性和合理性，為該制件的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)和制造提供重要參考。

1 零件工藝分析

汽車洗滌液壺安裝支架零件如圖1所示，材料牌號(hào)為B170P1，料厚為1.2mm，大批量生產(chǎn)。觀察零件結(jié)構(gòu)可知，該制件沿兩孔的中心線兩側(cè)對(duì)稱，成形需要通過落料、壓型、整形、沖孔等工序來完成，并且該制件對(duì)沖孔、落料的尺寸精度要求較高。考慮到節(jié)約生產(chǎn)設(shè)備和模具，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，故采用級(jí)進(jìn)模制造該零件。

2 排樣設(shè)計(jì)

排樣設(shè)計(jì)是級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)，排樣設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響級(jí)進(jìn)模沖壓過程的流暢性、穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率、制件質(zhì)量及模具壽命。在進(jìn)行支架零件排樣設(shè)計(jì)之前，首先要根據(jù)制件的成形特征確定坯料的展開構(gòu)形。該制件主要的成形工序?yàn)閮蓚?cè)的壓型，利用Autform軟件中的一步逆成形模擬方法將制件直接展開到料帶的基準(zhǔn)面上，得到坯料展開如圖2所示。依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)該制件設(shè)計(jì)了兩種排樣方案，均為9工序單列直排。

排樣方案一如圖3所示，采用雙側(cè)載體+中間載體搭邊，料帶寬度為170mm，步距為184mm，設(shè)計(jì)工序分別為：①?zèng)_3-?10定位孔②沖異形孔③沖異型孔④沖異型孔⑤上下兩側(cè)壓型⑥上下兩側(cè)整形⑦沖2-?7安裝孔⑧分離制件⑨載體切斷。

排樣方案二如圖4所示，采用雙側(cè)載體搭邊，料帶寬度為194mm，步距為138mm，設(shè)計(jì)工序分別為：①?zèng)_2-?10定位孔②沖異形孔③沖異型孔④沖異型孔⑤左右兩側(cè)壓型⑥左右兩側(cè)整形⑦沖2-?7安裝孔⑧分離制件⑨載體切斷。

3 排樣數(shù)值模擬

針對(duì)上述兩種排樣方案，為了提前驗(yàn)證方案中各工序的成形質(zhì)量，以判斷各工序設(shè)計(jì)的合理性，本文利用Autoform軟件數(shù)值模擬分析兩種方案中沖孔、壓型等主要工序的成形性能，并通過模擬制件的成形過程判斷工藝方案是否需要進(jìn)一步改進(jìn)。

由于級(jí)進(jìn)模成形由多個(gè)成形工位組成，可以采用的數(shù)值模擬方法有單工位多工序模擬法和多工位單工序模擬法。為了詳細(xì)分析各工序的成形情況，本文采用多工位單工序模擬法建立了兩種方案的全工序有限元模型，如圖5、圖6所示。按照實(shí)際級(jí)進(jìn)模沖壓加工定義各個(gè)工序凸模、凹模和壓邊圈的位置及運(yùn)動(dòng)關(guān)系，定義板料沿送料方向按步距移動(dòng)。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)只需對(duì)壓型過程進(jìn)行模擬即可。圖7、圖8是兩種排樣方案壓型后的成形極限圖。從圖中可以看出，支架零件形狀通過壓型工序是可以完全成形出來的，且不存在質(zhì)量缺陷。因此，可以認(rèn)為兩種排樣方案設(shè)計(jì)的沖孔、壓型、整形等各工序是合理可行的。

4 排樣比較

計(jì)算上述兩種排樣方案的利用率，方案一的材料利用率為62.8%，方案二的材料利用率為73.3%，方案二的材料利用率較高。但從模具實(shí)際生產(chǎn)過程來看，方案二的板料沿送料方向移動(dòng)時(shí)需要托起的行程較大，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大。而方案一的板料沿送料方向移動(dòng)時(shí)不需要托起，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且送料速度要比方案二快，生產(chǎn)效率高，模具制造成本低。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以汽車洗滌液壺安裝支架零件為例，利用板料一步逆成形模擬方法得到了該零件的坯料展開圖，并制定了兩種級(jí)進(jìn)模排樣設(shè)計(jì)方案。采用多工位全工序數(shù)值模擬方法驗(yàn)證了兩種排樣工藝設(shè)計(jì)的可行性和合理性。通過對(duì)比分析兩種排樣方案，方案二的材料利用率較高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，生產(chǎn)效率低。如果僅從節(jié)省材料的角度上考慮則采用方案二較為合適。如果從簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低制造成本，提高生產(chǎn)效率的角度上考慮則采用方案一較為合適。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉莉，吳正策.基于CAE技術(shù)的法蘭多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)[J]. 連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，25（02）：16-19.

[2]耿佩，李軍超，陸俊江.空調(diào)閥門支架級(jí)進(jìn)沖壓工藝的數(shù)值模擬優(yōu)化分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2016，51（04）：85-88.

[3]高光輝，黃昭明，王利.轎車覆蓋件級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].九江學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017（02）：20-23.

[4]陳鎮(zhèn)惠，楊亙.過濾器端蓋的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與數(shù)值分析[J].順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，11（02）：8-10.

[5]龍玲，劉培勇，王青春，胡新如.多工位級(jí)進(jìn)模沖壓工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，32（02）：46-48.

基金項(xiàng)目：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（201510066028）；天津市教育委員會(huì)優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃項(xiàng)目（RC14-16）；天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)科研發(fā)展基金項(xiàng)目（KJ15-01）；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目（15JCQNJC05000）。

作者簡(jiǎn)介：徐月（1993-），女，湖北襄陽(yáng)人，機(jī)械制造工藝教育專業(yè)在校本科生。

為通訊作者endprint