油底壳拉延模冲压模具设计.docx

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油底壳拉延模冲压模具设计

摘要

本论文详细地介绍了汽车发动机油底壳的拉延模设计。

汽车发动机油底壳是汽车拉延件的一部分，与一般的冲压件相比，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高、硬度强度要求大等特点。

需要经过多道工序如拉延、修边等才能完成。

在整个生产过程中，拉延成型是最关键的，也是最难的一道工序，而决定拉延成败和工件质量的是拉延成型的模具。

对于这种复杂的拉延件，单凭经验是很难预先估计的，使得模具的准确定难以保证，要等到试模时才能发现问题，从而使生产周期加长，效率降低。

利用成形过程模拟技术，可以及早的发现问题，改进模具设计。

Autoform是利用有限元法对金属冲压全过程进行模拟分析，在整个产品开发设计及模具开发过程中起到主导作用。

从而大大缩短了模具调试周期，降低制模成本。

本文中利用Pro/E三维造型进行三维零件结构设计，用该软件对汽车发动机油底壳的拉延成型进行有限元分析，确定合理的拉延成型工艺，最后利用UG制造功能对模具进行模拟加工。

关键字：

汽车发动机油底壳；拉延模；三维造型；有限元分析；CAM

ABSTRACT

Inthispaper,adetaileddescriptionofAutomobileEngineOilSumpDrawingDieDesign.OilSumpisapartofautomobileengine.Comparedwithgeneralstampings,withathinmaterial,theshapeofcomplex,largesize,highsurfacequalityrequirements,highproductioncosts,requirementshardness.Needtogothroughmultichannelprocessessuchasdrawing,punching,suchastrimmingtocomplete.InthisentireproductionofDrawingisakeyprocess,Drawingthesuccessoffailureofthedecisionandthequalityofsheetmetal,theexperiencealoneisdifficulttoanticipate,makingitdifficultmolddesigntoensuretheaccuracy,weoftenhavetowaittodiewhenthetestrevealedtheissueofmold.Weusesheetmetalformingsimulationtechnology,youcandiscoverproblemsearly,andtoimprovethemolddesign.Finiteelementanalysissoftwaretoolhassignificantlyshortenedthedebuggingcycleandlowertoolingcosts.Inthispaper,weusethelatterhoardingsAutoformDrawingtothefiniteelementanalysistodetermineareasonabledrawingformingprocess.AndtheuseofPro/efunctionalthree—dimensionalmodelingandassemblyofthethree–dimensionalpanelstructuredesignDrawingDie.

Keywords:

OilSump;DrawingDie;Three-dimensionalmodeling;Elementanalysis

第一章前言

国内汽车制造业近年来得到迅速发展，汽车产量已名列世界汽车前列。

模具工业是汽车产品开发和大批量生产地重要组成部分。

一辆汽车有80%的零部件是用模具加工制造的。

而拉延件模具又以其大型、复杂、精密等特点而成为模具中举足轻重的部分。

目前，我国汽车模具工业还不能快速适应整车开发和换型要求，其中一个原因是汽车模具设计与制造水平较低，制造装备比较落后。

而且设计部与制造部严重脱节，造成我们模具粗糙，工艺水平和国际大厂（日本丰田、德国大众等）有明显的差别。

由于受模具材料及模具特殊结构的限制，目前国内汽车车身模具的冲压工艺水平与国外同行业仍有一定的差距。

这主要表现在工艺设计人员的经验和经历方面，国内工艺设计人员所接触的车型种类和国外工艺设计人员相比相差太多，导致工艺设计思想受到一些约束。

国外冲压工艺设计是一个专业性很强的岗位，分工明确，需要通过团队合作来完成这个复杂的设计过程，一般包括产品前期工艺性分析、工艺方案预测、模型构建、工艺的可行性分析、模型的反复优化等设计过程。

随着计算机辅助设计和计算机辅助制造的发展，国内汽车公司应用三维的数字化工艺规划与仿真软件分析使产品设计和精度都有很大的提高。

中国汽车白车身制造业的装备目前无论在数量上还是先进性上都已接近世界领先水平。

但由于我们起步较晚、积累不足，制造技术水平与国际先进水平仍有较大差距。

要使我国由模具大国，变成模具强国，行业需要做出坚韧不拔的努力。

本次某小汽车后围板设计重新定义了产品设计到生产的全过程。

针对这次产品设计（CAD技术）、CAE分析、CAM数控加工全过程经反复优化，进一步减少了各环节的误差。

这样对整个设计的产品开发节省了大量的人力、物力和财力。

由于本论文内容广泛，我的学识水平和实际经验有限，错误与不当之处在所难免，敬请各位老师和学生批评指正。

第二章发动机油底壳特点及相关要求

2.1油底壳结构特点

汽车发动机油底壳材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高、强度硬度要求的大等特点。

产品主要尺寸见图2.1。

图2.1油底壳结构图

结构上该拉延件两端的拉延深度相差大，最底下有漏油凸包，四周都有凸缘，任何微小的缺陷都会使拉延件表面留下波纹、皱着、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他表面缺陷。

2.2油底壳相关要求

2.2.1表面质量

拉延件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，拉延件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。

总之拉延件不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。

2.2.2尺寸形状

汽车发动机油底壳的形状为空间立体曲面，其形状很难在拉延件上完整准确的表达出来，因此拉延件的尺寸形状常常借助主模型来描述。

主模型是拉延件的主要制造依据，拉延件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、形状过渡尺寸等，都应和主模型保持一致，图元上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是拉延件图必要的补充。

2.2.3刚性

汽车发动机油底壳拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。

刚性差的拉延件受到震动后会产生空洞声，用这样的零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成拉延件早起破坏，因此拉延件的刚性要求不容忽视。

检查覆盖件刚醒的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的一同，另一是用手按看是否发生松弛和鼓动现象。

2.2.4工艺性

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在于拉延工艺。

而良好的拉延工艺主要在于覆盖件的工艺补充部分，它既是实现拉延的条件，又是增加变形程度获得良好刚性的必要补充。

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，可以使用B180H1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。

第三章发动机油底壳成型工艺分析

3.1工艺分析

3.1.1产品材料分析

该拉延件用的材料是08A，厚度1.5mm。

A代表优质钢（P（%）≤0.035S（%）≤0.035）。

根据《机械设计手册（新编软件版）2008》软件中常用金属工程材料数据知：

08A材料化学成分如下：

化学成分质量分数%|C:

0.05～0.11

化学成分质量分数%|Si:

0.17～0.37

化学成分质量分数%|Mn:

0.35～0.65

化学成分质量分数%|Cr≤:

0.10

化学成分质量分数%|Ni≤:

0.30

化学成分质量分数%|Cu≤:

0.25

力学性能如下：

力学性能|强度极限σb/MPa≥:

325

力学性能|屈服极限σs/MPa≥:

195

力学性能|伸长率δ5（%）≥:

33

力学性能|断面收缩率ψ（%）≥:

60

钢材交货状态硬度HBS10/3000，≤|未热处理钢:

131

主要特征:

极软低碳钢，强度、硬度很低，塑性、韧性极好，冷加工性好，淬透性、淬硬性极差，时效敏感性比08F稍弱，不宜切削加工，退火后，导磁性能好；

应用举例:

宜轧制成薄板、薄带、冷变形材、冷拉、冷冲压、焊接件，表面硬化件。

3.1.2成型可能性分析

拉延件的成型可能性分析是一项艰苦细致的工作。

由于拉延件形状十分复杂，其成型可能性计算没有固定的方法。

一般用的方法是用基本冲压工序的计算方法进行类比分析、变形特点分析、成型度α值判断法。

在这里我用成型度α值来判断该拉延件的成型性能,对不规则形状拉延件的成型,成型度α值见式3.1,

（3-1）

式中——成型前毛坯的长度

——成型后工件长度

在拉延件最深或认为危险的部位，取间隔50~100mm的纵向端面，计算各断面的成型度值（见图3.1），利用表3.1的数据进行成型分析和判断。

图3.1成形性研究

表3.1不规则形状、大小尺寸拉延件的成型难以判断值

成型度α值判断

判断内容

2%

α全部平均值不超过2%，要活的良好的固定形状是困难的

5%

α全部平均值超过5%，只用胀形是困难的，必须允许用拉延法

5%

在50~100mm间隔上相邻纵向断面的α值之差超过5%时，易产生皱折

10%

α的最大值超过10%时，只用胀形是困难的，必须允许用拉延法

30%

如已破裂为限度的α平均值超过30%时，成型时属于危险的

40%

如已破裂为限度的α最大值超过40%时，成型时属于危险的

根据该拉延件的形状，计算深的一侧的α1值见式3.2，

（3.2）

计算浅的一侧的α2值见式3.3

（3.3）

则平均值见式3.4

（3.4）

对照上表可以知道，则必须用拉延法，胀形是困难的。

又知道，则可以顺利成型。

3.1.3确定工序数

该汽车发动机油底壳从板料到产品成型初步分为两道工序：

①拉延、②修边。

拉延次数的确定：

汽车发动机油底壳是冲压工艺加工的大尺寸，复杂程度中等的零件；底部结构有凸台结构，压料面要求有较高平面度。

根据《冲压工艺及冲模设计》图5.31可知，该拉延件可以用盒形件的计算方法来计算。

相对高度的盒形件，一般需要多次拉深

式中H——盒形件高度

B——盒形件宽度

则该拉延件的深的一侧计算见式3.5和3.6

（3.5）

（3.6）

因为拉延件深的一侧只有三面拉深到170mm，有一面拉深了113mm。

经过加权得式3.7

（3.7）

则，该拉延件在深的一侧符合一次拉深的条件

拉延件浅的一侧计算见式3.8