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浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 1班 級(jí) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 09 機(jī)械類(lèi)（4）班 姓 名 趙天星 課題名稱(chēng) 汽車(chē)剎車(chē)片模具設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告（包括選題意義、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題、總體研究思路與可行性分析，預(yù) 期研究成果、研究工作計(jì)劃等內(nèi)容，非藝術(shù)類(lèi)不少于 3000 字） 目 錄 1 選題的背景與意義 1.1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.1.2 沖壓工藝的發(fā)展優(yōu)勢(shì) 1.1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1.1.4 技術(shù)的發(fā)展方向 2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題 2.1 基本內(nèi)容 2.2 擬解決的主要問(wèn)題 3 總體研究思路及預(yù)期研究成果 3.1 總體研究思路 3.2 可行性分析 3.3 預(yù)期研究成果 4 研究工作計(jì)劃 參考文獻(xiàn) （開(kāi)題報(bào)告全文附后） 成績(jī)： （從選題、任務(wù)工作量、質(zhì)量預(yù)期、可行性等 幾個(gè)方面）  系 主 任 審 答 意 辯 見(jiàn)  答辯組長(zhǎng)簽名： 核 意 見(jiàn)  簽名： 年 月 日 年 月 日 汽車(chē)剎車(chē)片模具設(shè)計(jì) 趙天星 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 09 機(jī)械類(lèi)（4）班 B09300426 1 選題的背景與意義 汽車(chē)剎車(chē)片是汽車(chē)制動(dòng)的一個(gè)重要零件，對(duì)汽車(chē)的安全性能和質(zhì)量都有重要 影響，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中鈑金件零部件的設(shè)計(jì)，可以掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī) 范和方法，培養(yǎng)綜合分析和解決專(zhuān)業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，對(duì)于 了解掌握沖壓成形技術(shù)和設(shè)計(jì)制造沖壓模具有很大的幫助。 目前隨著汽車(chē)模具行業(yè)的快速發(fā)展，沖壓成形技術(shù)不斷應(yīng)用于汽車(chē)覆蓋件、 汽車(chē)側(cè)圍等方面，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于能源、機(jī)械、信息、航空航天、國(guó)防工業(yè) [1] 要方法，與切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、產(chǎn)品性能好、生產(chǎn)效率 高和成本低等顯著特點(diǎn)。所以熟練掌握沖壓成形技術(shù)對(duì)于個(gè)人以后發(fā)展和從事機(jī) 械制造業(yè)至關(guān)重要，為以后順利的走向工作崗位做準(zhǔn)備。 1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.1.1 沖壓成形技術(shù)介紹 沖壓，是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生 分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具，是在冷沖 2和日常生活的生產(chǎn)之中。采用模具生產(chǎn)毛坯或產(chǎn)品零件，是材料成型的一種重 壓加工中，將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的一種特殊工藝裝備， 稱(chēng)為冷沖壓模具(俗稱(chēng)冷沖模)。一般冷沖壓的基本工序分為兩大類(lèi)分離工序：沖 壓工件與板料沿要求的輪廓線(xiàn)相互分離。如切斷、中裁、切舌、切邊、剖切、整 修、精中。成形工序毛坯在不被壞的條件下發(fā)生塑性變形，獲得防需形狀，尺寸 和精度的 30T 方法。如彎曲、卷邊、拉彎、扭彎、拉深、變薄拉深、翻邊、翻孔、 卷緣、脹形、起伏、擴(kuò)口、縮口、縮徑、旋壓、校平整形，冷擠壓、冷鐓、壓花。 沖壓所使用的模具稱(chēng)為沖壓模具，簡(jiǎn)稱(chēng)沖模。沖模是將材料(金屬或非金屬)批量 生產(chǎn)成所需沖件的專(zhuān)用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒(méi)有符合要求的沖模，批 量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行,沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工 藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能 得出沖壓件。 1.1.2 沖壓工藝的發(fā)展優(yōu)勢(shì) 沖壓工藝是一種成形加工方法，通常依靠外在壓力和模具對(duì)相關(guān)的板料施加 力，使其板料發(fā)生分離或塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)所需形狀和尺寸的沖壓件的有效獲 取。與其他的機(jī)械、塑性等加工方法比較而言，沖壓加工工藝在其技術(shù)上和經(jīng)濟(jì) 上具備了諸多的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1)沖壓加工工藝的操作便利，易于實(shí)現(xiàn)工藝的機(jī)械自動(dòng)化。由于沖壓加工工藝 的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)沖壓模具、沖壓設(shè)備而完成的，而普通壓力機(jī)每分鐘的行程量可達(dá) 到幾十次，若是高速的壓力機(jī)每分鐘的行程量則可為上百至千次，并且壓力機(jī)的 每次行程都有可能獲取一個(gè)沖件，從而使其加工工藝的生產(chǎn)效率得到了大大的提 高。 2)沖壓工藝的質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行沖壓加工時(shí)，沖 壓模具使其沖壓件的形狀尺寸的精度得到了良好的保證，沖壓件的表面質(zhì)量通常 都會(huì)受到較好的保護(hù)，再加之所使用的沖壓模具的使用壽命較長(zhǎng)，從而使得同一 沖壓模具制成的沖壓件具有一模一樣的特點(diǎn)。 3)小到秒表大到汽車(chē)覆蓋，沖壓加工工藝可加工出形狀復(fù)雜、尺寸跨度大的零 件，再加上板料在沖壓加工工藝過(guò)程中的冷變形硬化效應(yīng)，使其所得沖壓件的剛 強(qiáng)度較高。 4)沖壓加工工藝是一種省料、節(jié)能的加工方法，在其沖壓加工過(guò)程中幾乎沒(méi)有 碎料的產(chǎn)生，使得材料的利用率較高，并且在此過(guò)程中無(wú)需外來(lái)其他的加熱設(shè)備， 3 因而所得沖壓件的成本也較低。 由于沖壓加工工藝中所用的模具具有一定的專(zhuān)業(yè)性，沖壓模具是一種制造精 度、技術(shù)要求都較高的技術(shù)密集型產(chǎn)品，而加工成形一個(gè)復(fù)雜零件時(shí)所需要的模 具也較多，因此， 沖壓工藝的優(yōu)越性只有在沖壓件大量生產(chǎn)的情況下也會(huì)得到 充分的體現(xiàn)，其所獲取的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)隨之體現(xiàn)的更為突出。 1.1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí) 到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基 礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo) 志。 模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影 響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計(jì)和制造需要較多的時(shí)間，這就延長(zhǎng)了 新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡(jiǎn)易模具(供小 批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級(jí)進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可 減少?zèng)_壓生產(chǎn)；隹備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓 技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。模具制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品 “交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。為滿(mǎn)足這一要求， 模具制造沖壓成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)展， 模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格 低”的要求服務(wù)。沖壓成型技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化。注重產(chǎn)品制造 全過(guò)程，最大程度的實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化，優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成型環(huán)節(jié)向 產(chǎn)品制造全過(guò)程及生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展，汽車(chē)模具行業(yè)的發(fā)展，沖壓成型工藝 在汽車(chē)覆蓋件、側(cè)圍等方面應(yīng)用越來(lái)越多。隨著模具 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展， 作為改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，模具 CAD/CAM 技術(shù)將會(huì)越來(lái)越多的應(yīng)用 于沖壓成型工藝。 1.1.4 技術(shù)的發(fā)展方向 沖壓模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù) 沖壓模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)是國(guó)際公認(rèn)的提高模具整體水平的有效手段。該 技術(shù)包括模具優(yōu)化設(shè)計(jì)與CAD／CAM／CAE一體化技術(shù)，尤其是三維技術(shù)和計(jì)算機(jī) 4 仿真模擬分析技術(shù)、模具模塊化、集成化、協(xié)同化設(shè)計(jì)技術(shù)；模具企業(yè)ERP、PDM、 PLM 、MES等信息化管理技術(shù)；快速成型與快速制模技術(shù)：虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及公共 服務(wù)平臺(tái)的建立等。 沖壓模具大型化和精密化制造技術(shù)沖壓模具大型化和精密化一直是模具的重 要發(fā)展趨勢(shì)。該技術(shù)包括汽車(chē)大型覆蓋件模具生產(chǎn)技術(shù)；汽車(chē)零部件大型多工位 級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)技術(shù)；高強(qiáng)度板及不等厚焊接板冷沖模生產(chǎn)技術(shù)；高強(qiáng)度板熱壓成形 及模具生產(chǎn)技術(shù)；厚板精沖模具生產(chǎn)技術(shù)等。 沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件制造技術(shù)模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具的重要組成部分，是模具基礎(chǔ)。模 具標(biāo)準(zhǔn)化程度和應(yīng)用水平是衡量模具工業(yè)水平的重要標(biāo)志。該技術(shù)包括：球鎖式 快換凸模及固定板、固體潤(rùn)滑導(dǎo)板和導(dǎo)套、斜楔機(jī)構(gòu)及其零部件，氨氣主彈簧等 技術(shù)含量高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、性能優(yōu)異、質(zhì)量上乘、更換便捷的具有個(gè)性化的產(chǎn)品。 2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題 2.1 基本內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中主要完成的內(nèi)容包括： 1）汽車(chē)剎車(chē)片成形方案設(shè)計(jì)； 分析汽車(chē)剎車(chē)片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度，利用 CAD 和 Pro/E 繪制二維圖、三 維圖，最終確定汽車(chē)剎車(chē)片的工藝成型方案。 2）模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 根據(jù)汽車(chē)剎車(chē)片的工藝方案，結(jié)合汽車(chē)剎車(chē)片的公差等級(jí)、制作模具的成本、 精度要求和生產(chǎn)效率等因素，確定模具總體結(jié)構(gòu)形式，完成模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3）零件設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算； 2.2 擬解決的主要問(wèn)題 1) 汽車(chē)剎車(chē)片尺寸結(jié)構(gòu)的解決分析 2)汽車(chē)剎車(chē)片模具的設(shè)計(jì) 3)該模具的制作剎車(chē)片工藝過(guò)程過(guò)程 2.3 解決方案 1）根據(jù)已知的剎車(chē)片背板的圖紙，仔細(xì)研究剎車(chē)片的工作原理，配合公差尺寸 等，設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的剎車(chē)片，確定相應(yīng)的尺寸和公差標(biāo)準(zhǔn)。 5 2）畫(huà)出摩擦片的三維圖并加以修正。 3）根據(jù)所確定的剎車(chē)片模具的尺寸。 4）確定模具所用的材料為常用的模具鋼，使用的模具為壓制模。 5）設(shè)計(jì)出剎車(chē)片模具的三維圖。 6）對(duì)所設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行強(qiáng)度和壽命校核與計(jì)算。 3 總體研究思路及預(yù)期研究成果 本畢業(yè)設(shè)計(jì)擬采用理論分析與三維建模與仿真實(shí)驗(yàn)的方法，在前人的基礎(chǔ) 上，通過(guò)三維 Pro/E 環(huán)境完成汽車(chē)剎車(chē)片的三維成型，并對(duì)其進(jìn)行初步的沖壓模 具設(shè)計(jì)。 3.1 總體研究思路 3.1.1 成形方法的選用 根基零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，選擇使用沖壓模，考慮到人工成本、生產(chǎn)效 率等因素，可以選用壓制模。 3.1.2 設(shè)計(jì)的思路及步驟 1)設(shè)計(jì)沖壓件。拉深毛坯展開(kāi)計(jì)算：為了減少鈑金件變形程度及方便定位， 應(yīng)根據(jù)汽車(chē)剎車(chē)片的形狀及尺寸，選用與汽車(chē)剎車(chē)片毛坯展開(kāi)后相同的尺寸，其 具體數(shù)據(jù)可通過(guò)軟件計(jì)算得到。 2)確定毛坯形狀及兩孔尺寸距離。毛坯形狀及尺寸對(duì)沖壓件的充填性能和模 具壽命影響很大。根據(jù)汽車(chē)剎車(chē)片的形狀特點(diǎn)，計(jì)算孔間距離和汽車(chē)剎車(chē)片的外 形尺寸。 3)驗(yàn)算許可變形程度。沖壓變形時(shí)，必須要進(jìn)行材料的許可變形程度，否則， 將得到破碎外形的制件。同時(shí)，根據(jù)汽車(chē)剎車(chē)片外形對(duì)板材的沖壓次數(shù)進(jìn)行預(yù)算。 4)計(jì)算沖壓變形力。沖壓的變形力是設(shè)計(jì)模具的基礎(chǔ)，選擇設(shè)備的依據(jù)，并 可借以衡量擠壓變形的難易程度，分別對(duì)所許拉深力和沖裁力以及相關(guān)的其它力 進(jìn)行計(jì)算。在考慮應(yīng)變力的情況下，同時(shí)要考慮半成品件的回彈變形，因此要對(duì) 沖壓變形力進(jìn)行綜合考慮。 5)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)汽車(chē)剎車(chē)片的形狀、尺寸及加工工藝的要求，設(shè)計(jì)出 完成其相關(guān)功能的模具結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上選用的成型方法，要設(shè)計(jì)級(jí)進(jìn)模具結(jié)構(gòu)來(lái) 完成其主要功能，這需要借助軟件對(duì)其模具進(jìn)行實(shí)體造型。 6 6)對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的模具的經(jīng)濟(jì)和使用性進(jìn)行分析探討，考慮其可否用于工業(yè)生 產(chǎn)。 3.2 可行性分析 汽車(chē)剎車(chē)片是 汽車(chē)制動(dòng)中的一個(gè)重要零件，對(duì)汽車(chē)安全性、質(zhì)量都有重要 影響，是使用沖壓模具加工生產(chǎn)出的一種零件。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外的研究與發(fā)展，沖壓 成形技術(shù)取得很大的進(jìn)展且日漸成熟，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、能源、機(jī)械、信息、 航空航天、國(guó)防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。在前人研究工作基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)論 文進(jìn)行汽車(chē)剎車(chē)片模具設(shè)計(jì)，在基本原理上是可行的。 指導(dǎo)老師曾教學(xué)我們沖壓成形工藝，并在沖壓成形技術(shù)相關(guān)研究方面具有很 多成功的經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)的研究方法思路經(jīng)過(guò)深思熟慮，切實(shí)可行，能夠確保畢業(yè) 設(shè)計(jì)的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。 3.3 預(yù)期研究成果 設(shè)計(jì)出汽車(chē)剎車(chē)片的沖壓模具，完成三維建模。通過(guò) pro/E 鈑金件設(shè)計(jì)分析， 保證設(shè)計(jì)能較好的滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 4 研究工作計(jì)劃 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2.國(guó)產(chǎn)轎車(chē)覆蓋件模具開(kāi)發(fā)能力 國(guó)內(nèi)主要的轎車(chē)模具制造商有：一汽模具制造有限公司、東風(fēng)汽車(chē)模具廠(chǎng)、天 津汽車(chē)模具有限公司、成飛集成科技股份有限公司、南京模具裝備有限公司、上海 千緣汽車(chē)車(chē)身模具有限公司等等。作為國(guó)內(nèi)最大轎車(chē)生產(chǎn)銷(xiāo)售商——上海大眾汽車(chē) 有限公司，也有自己的模具設(shè)計(jì)制造部門(mén)(TMM部)。目前，雖然國(guó)內(nèi)模具商在轎車(chē)內(nèi) 覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造方面已小有能力，并可承接整車(chē)廠(chǎng)的部分模具開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，但對(duì) 于有很高型面精度和表面質(zhì)量要求的外覆蓋件，特別是中高檔轎車(chē)的外覆蓋件，整 車(chē)廠(chǎng)很少會(huì)將這類(lèi)模具交由國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)。 上海大眾汽車(chē)有限公司為了降低整車(chē)生產(chǎn)成本，同時(shí)也為了提高公司的核心 技術(shù)能力，從2001年開(kāi)始，涉足轎車(chē)沖壓模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。2001年～2002年完成 2 了POL0轎車(chē)在手動(dòng)壓機(jī)線(xiàn)上生產(chǎn)的10只簡(jiǎn)單零件的模具，通過(guò)了公司質(zhì)保部門(mén)驗(yàn)收 并投產(chǎn)。2002年開(kāi)始向大型化、復(fù)雜化、自動(dòng)化發(fā)展，設(shè)計(jì)制造了6000kN自動(dòng)線(xiàn)上 生產(chǎn)的POLO轎車(chē)備胎座模具(該零件外形尺寸大、拉深深度深、形狀復(fù)雜)。2003年， 為進(jìn)一步提高模具設(shè)計(jì)制造的能力和水平， 他們涉足20000kN多工位壓力機(jī)和 10000kN自動(dòng)線(xiàn)生產(chǎn)使用的模具設(shè)計(jì)。過(guò)去上海大眾在20000kN多工位壓力機(jī)上使用 的模具，全部需進(jìn)口，國(guó)內(nèi)模具商還沒(méi)有能力設(shè)計(jì)制造這樣的模具。為此，他們選 擇了POLO轎車(chē)中柱內(nèi)板的模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。10000kN多工位壓力機(jī)是世界上最先進(jìn)的壓 力機(jī)之一，集成化自動(dòng)化程度非常高，當(dāng)然這對(duì)模具設(shè)計(jì)的要求也相應(yīng)地提高。零 件的送料高度、步距、機(jī)械手的位置有嚴(yán)格的要求，還要保證機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 與模具無(wú)干涉，這樣給予模具設(shè)計(jì)的空間就小了很多。在考慮諸多因素之后，他們 最終完成了整套模具的設(shè)計(jì)。另外，他們還完成了PoLo轎車(chē)在10000kN自動(dòng)線(xiàn)上生產(chǎn) 的后輪罩的模具設(shè)計(jì)，在去年的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步。這些工作的順利完成，標(biāo)志著上 海大眾模具設(shè)計(jì)能力已經(jīng)達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，從而為今后上海大眾汽車(chē)模具國(guó)產(chǎn) 化 打 下 了 堅(jiān) 實(shí) 的 基 礎(chǔ) 。 盡 管 如 此 ， 與 國(guó) 際 先 進(jìn) 水 平 比 較 ， 圖1 內(nèi)板模具裝配示意圖 仍有較大差距，比如在轎車(chē)外覆蓋件具設(shè)計(jì)方面還是空白。 POLO轎車(chē)中柱內(nèi)板模 具裝配示意圖(a)上模裝配示意圖(b)下模裝配示意圖在轎車(chē)沖模中，難度最大的是外 覆蓋件模具設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： （1)克服由回彈造成的零件型面偏差破裂、起皺、回彈是轎車(chē)沖壓件成形過(guò)程中的 3 主要缺陷。 由于轎車(chē)外覆蓋件外形尺寸大、拉深深度淺、塑性變形程度低，一般不易拉裂， 因而回彈就成為該類(lèi)零件制造過(guò)程中的主要問(wèn)題，它將嚴(yán)重影響零件間的相互配合 關(guān)系。有限元模擬軟件在沖壓模具設(shè)計(jì)中得到普遍應(yīng)用，已經(jīng)能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè) 破裂和起皺，從而有助于設(shè)計(jì)合適的工藝補(bǔ)充面來(lái)改善拉深過(guò)程中材料的流動(dòng)狀況， 提高零件的成形性。然而，迄今為止，大多數(shù)有限元軟件還不能精確地預(yù)測(cè)沖壓件 從模具當(dāng)中取出后的回彈變形。因此，對(duì)外覆蓋件回彈問(wèn)題的處理，主要還是依靠 經(jīng)驗(yàn)來(lái)修改模具型面，使沖壓件過(guò)正成形，來(lái)抵消由于回彈導(dǎo)致的變形[2]。 (2)沖壓件的取件 由于外覆蓋件(如前蓋外板、車(chē)頂、翼子板)都需進(jìn)行復(fù)雜的翻邊整形或預(yù)卷邊 工藝，這就使得在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮沖壓件成形后的取件問(wèn)題，目前，大 都依靠復(fù)雜的多斜楔機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)模具工作部分對(duì)零件讓位，以實(shí)現(xiàn)方便取件， 由此造成整個(gè)模具的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜[3]。 3.覆蓋件模具設(shè)計(jì)及技術(shù) 目前，國(guó)外大汽車(chē)公司為了降低模具開(kāi)發(fā)、制造成本，縮短生產(chǎn)周期，將除 轎車(chē)外覆蓋件之外的大部分轎車(chē)沖壓件的模具都交由專(zhuān)業(yè)模具公司 (如Fontana Pietro、Kuka、Laepple、Schuler Cartec、Ogi—hala、Fuji Techniaca等等)設(shè)計(jì) 和制造，這些公司都有很強(qiáng)的開(kāi)發(fā)能力，并在某些零件的模具制造方面擁有獨(dú)到的 優(yōu)勢(shì)。但作為整車(chē)廠(chǎng)，考慮到新車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中的保密，對(duì)諸如翼子板、行李箱蓋、 車(chē)門(mén)、側(cè)圍、車(chē)頂、前蓋等敏感零部件的模具，則都由自己的模具制造部門(mén)來(lái)設(shè)計(jì) 和制造[4]。 3．1軟件環(huán)境 沖壓模具設(shè)計(jì)，除了必要的CAD軟件之外，還大量應(yīng)用了有限元模擬軟件，如 AutoForm、PamStamp、DynaForm、Indeed等，來(lái)輔助沖壓工藝設(shè)計(jì)。下面，以AutoForm 為例，說(shuō)明如何利用CAE軟件來(lái)設(shè)計(jì)拉深I(lǐng)序工藝補(bǔ)充面。AutoForm是一款由瑞士開(kāi) 發(fā)的專(zhuān)業(yè)薄板成形快速模擬軟件，可以用于薄板、拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等 過(guò)程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進(jìn)行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工 序工藝補(bǔ)充面(Addendum)的設(shè)計(jì)。轎車(chē)沖壓件中，約有2／3可以利用AutoForm的 Diedesigner Module模塊設(shè)計(jì)Addendum，該模塊根據(jù)由設(shè)計(jì)者指定的或由軟件自動(dòng) 4 產(chǎn)生的壓邊圈型面，以及工藝補(bǔ)充面的多條截面線(xiàn)(Profile)，能夠快速地生成工藝 補(bǔ)充面，用于拉深工序的模擬，如圖2所示。壓邊圈型面、Profile均可進(jìn)行參數(shù)化 式的調(diào)整。這種快速設(shè)計(jì)是建立在對(duì)Addendum曲面的粗略構(gòu)造上的，即曲面面片本 身以及曲面面片之間的連續(xù)并非十分光順，盡管這種曲面不能夠直接用于模具表面 的機(jī)械加工，但是對(duì)于模擬精度的影響卻不是很大。根據(jù)模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)者可以很 方便地對(duì)工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整，直到模擬結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。最后，將壓邊圈、 Addendum曲面和Profile以中性數(shù)據(jù)格式IGS或VDA輸出，在CAD軟件中進(jìn)行曲面重構(gòu)， 并結(jié)合產(chǎn)品數(shù)模，就能夠得到機(jī)加工可以使用的拉深工序模具數(shù)模[5]。 圖2 AutoForm設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面示意 沖壓工藝傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：首先，在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用CAD設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面；其次， 將CAD數(shù)模傳遞給AutoForm等CAE軟件進(jìn)行拉深過(guò)程模擬；根據(jù)模擬結(jié)果，在CAD中對(duì) 工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整，并將新的CAD數(shù)模傳遞給CAE，開(kāi)始新的模擬，直到滿(mǎn)足要求 為止。這是一個(gè)從CAD到CAE再回到CAD的不斷反復(fù)的過(guò)程。由于每次在CAD中構(gòu)造曲 5 面都遠(yuǎn)較在AutoForm中復(fù)雜，因此，整個(gè)過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間就多得多。而新方法在 沖壓工藝設(shè)計(jì)初期，就用Diedesigner Module在AutoForm軟件中設(shè)計(jì)并調(diào)整拉深工 藝補(bǔ)充面，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，就能夠大大提高設(shè)計(jì)效率[6]。 由于AutoForm是一款快速模擬軟件，為了在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)復(fù)雜沖壓件的成 形過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用了膜單元來(lái)離散幾何模型，必然要降低模擬精度，因此，有 些汽車(chē)公司在模具設(shè)計(jì)開(kāi)始之前還要利用模擬精度高的CAE軟件，如德國(guó)大眾就采用 了Indeed軟件，對(duì)拉深工序進(jìn)行再次模擬(Indeed軟件的計(jì)算是基于帶厚度的殼單元 的，能夠得到更為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，但是其計(jì)算所花費(fèi)的時(shí)間通常是AutoForm的幾 到十幾倍，該軟件比較適用于最終驗(yàn)證 [7]，所有拉深工藝必須通過(guò)Indeed模擬并驗(yàn) 證為是可行的，才可用于模具設(shè)計(jì)。 模具設(shè)計(jì)完備，應(yīng)通過(guò)圖紙結(jié)合泡沫模型進(jìn)行驗(yàn)收(圖3)，各道工序用不同顏 色的線(xiàn)條標(biāo)記在泡沫模型上，這樣做直觀(guān)而清晰。還應(yīng)組織包括工藝設(shè)計(jì)者、項(xiàng)目 規(guī)劃員、模具調(diào)試人員、模具操作者等相關(guān)人員進(jìn)行討論驗(yàn)收。對(duì)于在沖壓工藝上 難以解決的成形問(wèn)題，還應(yīng)邀請(qǐng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員一同討論，尋求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更改設(shè)計(jì) 的n-I能性[8]。 圖 3 沖壓工藝泡沫模型 3．2 修正回彈的對(duì)策 由前已知，回彈是轎車(chē)外覆蓋件成形過(guò)程中的主要問(wèn)題，現(xiàn)以前蓋外板為例， 對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)分析。 通常外覆蓋件的回彈有以下兩類(lèi)： 6 ①大片平坦曲面由彈性回復(fù)造成的拱起或塌陷，如圖 4 中 C 部放大所示，虛線(xiàn) 表示零件從模具中取出并發(fā)生回彈后的位置。這類(lèi)問(wèn)題，工藝設(shè)計(jì)時(shí)通常不加以考 慮，工藝數(shù)模中產(chǎn)品型面部分的數(shù)據(jù)與來(lái)自于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部門(mén)的數(shù)據(jù)相一致，并用于 模具制造。待試模之后，將試件與檢具進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，根據(jù)偏差對(duì)拉深模型面進(jìn)行 修正。如果設(shè)計(jì)人員對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題的控制擁有非常豐富經(jīng)驗(yàn)的話(huà)，也可以事先估計(jì) 出曲面彈性回復(fù)的方向以及偏移量，并將其反向疊加到產(chǎn)品數(shù)模上去，求得考慮回 彈變形的拉深工藝曲面，這個(gè)計(jì)算過(guò)程需要由專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成，在德國(guó)大 眾，采用的是 ICEM。 ②翻邊整形部分由彎曲變形回彈造成的折邊轉(zhuǎn) 圖 4 平坦曲面由彈性示意圖 角變化，如圖 4 中 B 部放大所示。對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題，該處除拉深和剪邊外，還包括翻 邊和斜楔整形，整形工藝需過(guò)正成形 2°——3°，以抵消彎曲回彈。該工藝由工藝 設(shè)計(jì)完成，并體現(xiàn)在工藝方案的數(shù)模中[9]。 3.3 新斜楔機(jī)構(gòu)在外覆蓋件模具上的應(yīng)用 目前，新車(chē)型的很多外覆蓋件，如翼子板前蓋外板、車(chē)頂?shù)鹊姆呎喂ば? 中，采用了一種稱(chēng)之為“旋轉(zhuǎn)斜楔”的新工藝[16]。其工作原理為旋轉(zhuǎn)進(jìn)程。斜楔上 的凹槽部分是沖壓件需整形的區(qū)域，當(dāng)整形過(guò)程完成后，氣缸驅(qū)動(dòng)的托架推動(dòng)旋轉(zhuǎn) 斜楔繞滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)零件讓位的目的，方便整形后的零件從模具上取出。 7 旋轉(zhuǎn)斜楔的優(yōu)點(diǎn)是：因整形部分與沖壓件托料部分的拼接處非常光順，故零件上無(wú) 明顯壓痕；模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；維修保養(yǎng)簡(jiǎn)便且費(fèi)用低。 3.4 汽車(chē)覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù) 汽車(chē)覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)方法有很多，具體用那種方法要看汽車(chē)覆蓋 件沖壓模具的難易程度和制造精度。 3.4.1 快速成型技術(shù) 快速成型技術(shù)是基于離散、堆積成形思想的新型成形技術(shù)，即由三維 CAD 模 型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造復(fù)雜形狀三維物理實(shí)體的技術(shù)，這是繼數(shù)字驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)（CAD） 和數(shù)字驅(qū)動(dòng)制造（CAM）之后的又一項(xiàng)為制造業(yè)帶來(lái)巨大變革的數(shù)字化制造技術(shù)[10]。 快速成型技術(shù)中，三維形體在離散過(guò)程中被沿著一至三個(gè)方向分解，生成形體的各 個(gè)離散面、離散線(xiàn)和離散點(diǎn)，將這些離散體（面、線(xiàn)和點(diǎn)）轉(zhuǎn)換成實(shí)體，并將它們 依照原先的順序堆積還原成三維形體的實(shí)體形狀[15]。通過(guò)離散獲得材料堆積的路徑、 順序和方式，生成一系列二維層面數(shù)據(jù)，再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，加入加工參 數(shù)，生成數(shù)控代碼，在數(shù)控系統(tǒng)控制下將材料逐層“迭加”起來(lái)形成三維實(shí)體，實(shí) 現(xiàn)數(shù)字化成形，構(gòu)成三維物理實(shí)體?？焖俪尚渭夹g(shù)的特點(diǎn)有： （1）高度柔性。不需要傳統(tǒng)的專(zhuān)用工具和生產(chǎn)裝備，而利用信息技術(shù)把生產(chǎn)加 工的重組集成到制造系統(tǒng)中； （2）各種先進(jìn)技術(shù)的高度集成； （3）快速性。傳統(tǒng)加工方式開(kāi)發(fā)一個(gè)復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，從設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃到加 工完成，可能需要幾天、幾個(gè)月甚至上年的時(shí)間，而采用快速成形技術(shù)，從實(shí)體建 模到原型或零件加工完成，可以在幾十小時(shí)或幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成； （4）自由成形性。因此能夠制造特別復(fù)雜的實(shí)體； （5）材料的廣泛性。不同的工藝可制造樹(shù)脂、塑料、紙、石蠟、復(fù)合材料、金 屬材料、陶瓷等原型。采用分層實(shí)體制造工藝。分層實(shí)體制造將激光用于箔材（主 要是涂敷紙）的切割，逐層粘切完成后，清除被切割的廢料，就獲得了所需要的原 型。該技術(shù)可保證原型件精度；能制造出大型甚至超大型的設(shè)備，得到最大尺寸， 運(yùn)行費(fèi)用設(shè)備中為最低。 3.4.2.電磁成型技術(shù) 電磁成型技術(shù)最先起源于美國(guó)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和制造業(yè)的發(fā)展，電磁 8 成型技術(shù)逐漸發(fā)展成為制造業(yè)中一種新型的金屬塑性加工方法。它是利用瞬間的高 壓脈沖磁場(chǎng)迫使金屬產(chǎn)生塑性變形達(dá)到成型金屬零件的目的。電磁成型加工是一種 高速能的工藝，目前，電磁成型技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、汽車(chē)、儀器 儀表、電子以及玩具等領(lǐng)域[11]，主要是金屬板材的沖孔、壓印或壓花以及管材的脹 形、縮頸、沖孔、翻邊等。電磁成型的理論基礎(chǔ)是物理學(xué)中的電磁感應(yīng)定律，在電 場(chǎng)周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)在其周?chē)臻g激發(fā)渦旋電場(chǎng)，所以 當(dāng)有導(dǎo)體處于此電場(chǎng)中時(shí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)。在電磁成形過(guò)程中，磁場(chǎng)力是 工件成型的動(dòng)力。電磁成型是利用脈沖磁場(chǎng)力來(lái)使金屬坯料變形的，脈沖磁場(chǎng)力是 由電容器通過(guò)工作線(xiàn)圈瞬間放電所產(chǎn)生的。脈沖磁場(chǎng)里是磁場(chǎng)間相互排斥或相互吸 引的作用。 電磁成型加工的工藝特點(diǎn)：非機(jī)械接觸性加工，電磁力是工件變形的動(dòng)力，它 不同于一般的機(jī)械力，工件變形時(shí)施力設(shè)備無(wú)需與工件進(jìn)行直接接觸，因此工件表 面無(wú)機(jī)械擦痕，也無(wú)需添加潤(rùn)滑劑，工件表面質(zhì)量較好；工件變形源于工件內(nèi)部帶 電粒子受磁場(chǎng)力的作用[14]。因此，工件變形受力均勻，殘余應(yīng)力小，疲勞強(qiáng)度高， 使用壽命長(zhǎng)，加工后不影響零件的力學(xué)、物理、化學(xué)性能，也不需要熱處理；施力 元件(線(xiàn)圈)相對(duì)壓力機(jī)尺寸小，易在真空和氣保下進(jìn)行，將感應(yīng)加壓一次完成；由 電磁力的控制精度其誤差可在 0.5%以?xún)?nèi)，因此加工精度高；加工效率高、時(shí)間短、 成本低，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化；電磁成型設(shè)備可實(shí)現(xiàn)工件的多步、多點(diǎn)、多工位 成型，有助于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化；污染較輕，有利于環(huán)境的保護(hù)。電磁成型加工作 為一種新型的金屬塑性加工技術(shù)，不同于傳統(tǒng)的冷鍛、溫鍛和熱鍛等加工方法，它 以其獨(dú)特的加工特點(diǎn)展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿12]。 3.4.3.無(wú)模多點(diǎn)成形 無(wú)模多點(diǎn)成形就是將多點(diǎn)成形技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合為一體的先進(jìn)制造技 術(shù)。該技術(shù)利用一系列規(guī)則排列的、高度可調(diào)的基本體，通過(guò)對(duì)各基本體運(yùn)動(dòng)的實(shí) 時(shí)控制，自由地構(gòu)造出成形面，實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。它是對(duì)三維曲面扳類(lèi)件 傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)無(wú)模成形：取代傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省模具設(shè)計(jì)、 制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財(cái)力，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成 本，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費(fèi)用， 而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時(shí)間，與手工成形方法相比，成形的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量 9 好，并且顯著提高生產(chǎn)效率。優(yōu)化變形路徑：通過(guò)基本體調(diào)整，實(shí)時(shí)控制變形曲面， 隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形極限，實(shí)現(xiàn)難加工材料的塑性 變形，擴(kuò)大加工范圍。實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形：可采用反復(fù)成形新技術(shù)，消除材料內(nèi)部的 殘余應(yīng)力，并實(shí)現(xiàn)少無(wú)回彈成形、保證工件的成形精度。小設(shè)備成形大型件：采用 分段成形新技術(shù)，連續(xù)逐次成形超過(guò)設(shè)備工作臺(tái)尺寸數(shù)倍的大型工件。易于實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化：曲面造型、工藝計(jì)算。壓力機(jī)控制、工件測(cè)試等整個(gè)過(guò)程全部采用計(jì)算機(jī)技 術(shù)，實(shí)現(xiàn) cad ／ cam ／ cat 一體化生產(chǎn)，工作效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，極大地改善 勞動(dòng)者作業(yè)環(huán)境[13]。 3.4.4.其它技術(shù) 采用低熔點(diǎn)合金澆鑄，快速制造汽車(chē)蓋件試制模具。合金的熔點(diǎn)低至，且凝 固時(shí)幾乎沒(méi)收縮，是其兩個(gè)明顯的特點(diǎn)。提出工藝路線(xiàn)為：根據(jù)模型制造原型，再 將翻制為具有足夠尺寸精度的陶瓷型，對(duì)陶瓷型進(jìn)特殊處理后，在接近的溫度下， 澆鑄出低熔點(diǎn)合金汽車(chē)覆蓋件拉延模具。此拉延模具以制造件汽車(chē)覆蓋件零件，完 全滿(mǎn)足試制模具的需要。主要應(yīng)注意：低熔點(diǎn)合金的設(shè)計(jì)；低熔點(diǎn)合金的澆鑄工藝； 低熔點(diǎn)合金模具的試模與調(diào)試。采用等離子噴涂技術(shù)，也可快速制造汽車(chē)車(chē)身試制 模具。在電弧噴涂研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的主要研究與開(kāi)發(fā)技術(shù)為采用原型制造汽車(chē) 噴涂模具的工裝[8]；紙?jiān)团c工藝轉(zhuǎn)化原型的設(shè)計(jì)與制造；噴涂工藝參數(shù)的選擇； 噴涂型殼與紙?jiān)偷姆蛛x；噴涂模具背襯材料的選擇與制備；噴涂模具背襯的制造 及后處理；噴涂模具的試模與調(diào)試。 4.總結(jié) 近年來(lái)，通過(guò)不懈的努力，國(guó)內(nèi)轎車(chē)沖壓模具的設(shè)計(jì)制造能力取得了顯著的進(jìn) 步。但是，在轎車(chē)特別是中高檔轎車(chē)外覆蓋件模具的開(kāi)發(fā)上，我們與國(guó)際水平仍有 較大差距。不過(guò)，這種差距并非不能縮小，只要我們多加強(qiáng)國(guó)際交流，多吸取國(guó)外 同行的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，一定能夠加快轎車(chē)覆蓋件模具的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。 10 5.參考文獻(xiàn) [1]陳炎嗣.郭景儀.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù).北京：北京出版社，1991—04 [2]郭春生.湯寶駿.孫繼明.汽車(chē)大型覆蓋件模具.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1993—10 [3]楊玉英.大型薄板成型技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1996—02 [4]鄧仕珍.汽車(chē)車(chē)身制造工藝學(xué).北京：北京理工大學(xué)出版社，1997-09． [5]Gang Liu，Zhongqin Liu，Youxia gao．Optimization desing of drawbead in drawing tools of autobody cover paneljournal of Engineering mateials and Technology． [6]劉罡.基手回彈控翩的提高轎車(chē)沖壓成形精度方法研究．上海交通大學(xué)博士論文．2001． [7]程迎潮,劉罡,范國(guó)輝.國(guó)內(nèi)外轎車(chē)覆蓋件沖壓模具設(shè)計(jì)概況，(上海大眾汽車(chē)有限公司，上海 201805) [8]樊小年，試談汽車(chē)覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)，岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南岳陽(yáng) 414000 [9]崔令江.汽車(chē)覆蓋件沖壓成形技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 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