卡车驾驶室后围上部外板成形工艺分析及复合拉伸模

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Wu Dusheng
(Dayun Motor Company Limited, Yuncheng,Shanxi 044031,CHN)
【Abstract】Analysis for the forming process of the upper outer plate of the rear enclosure of the
取压边圈和凸模在上,凹模在下的正向拉伸完成。
(3)为保证 OP20 拉伸Ⅱ工序拉伸中间后凸时,法
兰区域材料顺利流入保证后凸拉伸成形,将 C-C 截面
以上部分制件 30mm 高直臂做斜 3.5°,弯曲内圆由
R3mm 放大到 R6mm,如图 7Ⅰ处放大所示,在 OP40 翻
边整形工序再整到制件要求的尺寸和形状;下端两侧
A-A
拉伸Ⅰ工序的拉伸筋
A
B
图 6 OP50 修边冲孔工序简图
OP30 修边、OP40 翻边整形、OP50 修边冲孔为常
B
A
I 处放大
表 1 DC06 材质的物理性能
0.3
2
291.5
0.23
r0
r45
30
r90
3.5°
图7
1.89 1.93 2.06
Ⅱ处放大
8
R1
210
R6
151.3
R3
R6
厚向异性系数

Ⅲ处放大
R3
R1
7
30
(1)DC06 材质的物理性能如表 1 所示。
屈服
弹性 泊松
抗拉
应变
Barlat-Lian
强度
模量

强度
硬化
指数 M
σs / MPa E/GPa
μ
σb / MPa 指数 n
C-C
B-B
分析。
OP10 拉伸Ⅰ工序工艺分析

C
C
规工艺,这里主要就 OP10 拉伸Ⅰ和 OP20 拉伸Ⅱ进行
and lower reverse process drawing on the same set of die,which has reference value for the
forming process and die design of similar large automobile coverings component.
制件工艺方案分析
驾 驶 室 后 围 上 部 外 板 制 件 尺 寸 为 2,262 × 715 ×
195mm 上 部 和 左 、右 两 侧 翻 边 高 度 30mm,材 质 :
DC06,
料厚 0.8,制件净重 11.6kg,如图 1 所示。
此制件中间外凸,
下侧敞口,外凸轮廓 3 处外凸一
2262
A
I
《模具制造》2023 年第 10 期
·冲 模 技 术·
(4)OP20 拉伸Ⅱ工序实体筋仿真优化分析出的
成形失效在许可范围内。来自3 复合拉伸模结构和工作过程及材质热处理
3.1 复合拉伸模结构
(1)OP10 拉伸Ⅰ工序与 OP20 拉伸Ⅱ工序复合拉
伸模如图 15 所示。
1 2 3
4
5
6 7 8
1,800kN,毛坯料放置到位后,机床滑块带动上模下
关键词:台阶式压料面;反向拉伸;坯料流入量;减薄率;复合拉伸模
中图分类号:TG385.2
文献标识码:B
DOI:
10.12147/ki.1671-3508.2023.10.003
Analysis of Forming Process of Upper Outer Plate of
Rear Enclosure of Truck Cab and Compound Drawing Die
《模具制造》2023 年第 10 期
·冲 模 技 术·
伸Ⅱ工序的拉伸筋一致,同时满足拉伸Ⅰ工序和拉伸
Ⅱ工序的拉伸成形要求,各处拉伸实体筋的高度由
图 2 OP10 拉伸Ⅰ工序简图
图 3 OP20 拉伸Ⅱ工序简图
Autoform 软件虚拟筋仿真分析优化的拉伸筋阻力强
度系数换算得出,OP10 拉伸Ⅰ工序虚拟拉伸筋仿真
cab of a modified heavy truck,and introduction backward compound drawing forming die
structure with upper and lower reverse drawing,which realized the innovative design of the upper
15 14
13
12
11
10
台阶式压料面的整体凹模。机床继续下行,件 1 凹模
9
图 15 OP10 拉伸Ⅰ工序与 OP20 拉伸Ⅱ工序复合拉伸模结构简图
1.凹模
5.凸模
2.压料氮气缸
6.卸料螺钉
3.上模压料活动芯
7.活动压料芯导滑板
9.模头导滑板 10.气垫顶杆
13.下模平衡块
11.内导滑板
14.上模活动压料芯垫块
撑下保持上下不动状态如图 17 所示,上模继续下行件
4 压边圈保持上下不动状态,件 3 上模压料活动芯在
氮气缸作用下继续压料,氮气缸活塞回退,件 3 上模压
料活动芯维持上下不动状态,件 1 凹模继续下行直至
OP10 拉伸Ⅰ工序完成,如图 18 所示;件 8 压料平衡块
与件 1 凹模接触,
件 1 凹模和件 3 上模压料活动芯形成
11 拉伸材料厚度变化图所示。
料上侧最大流入量 61.49、下侧最大流入量 130.87mm、
料厚度变化的许可值范围内,具体材料厚度变化如图
(2)OP20 拉伸Ⅱ工序实体筋仿真优化分析出的坯
左侧最大流入量 51.63mm、右侧最大流入量 82.58mm,
具体坯料流入量如图 13 坯料流入量图所示。
图 11
图 13
OP20 坯料流入量图
(3)OP20 拉伸Ⅱ工序实体筋仿真优化分析出材
料最大厚度为 0.952mm、最小厚度为 0.624mm 均在拉
伸成形材料厚度变化的许可值范围内,具体材料厚度
变化如图 14 拉伸材料厚度变化图所示。
工序模口线,模口线以外部分为 OP20 拉伸Ⅱ工序的
拉伸压料面,如图 12 所示。显然 OP20 拉伸Ⅱ工序的
·冲 模 技 术·
卡车驾驶室后围上部外板成形工艺分析及复合拉伸模
毋笃胜
(大运汽车股份有限公司,山西运城
044031)
【摘要】分析了大运重卡改型重卡车驾驶室后围上部外板的成形工艺,介绍了一种上下反
向复合拉伸成形模结构,该模具实现了上下反向两工序拉伸在同一副模具上完成的创新
设计,对于类似大型汽车覆盖件成形工艺及模具设计具有参考价值。
4.压边圈
8.压料平衡块
12.下模座
15.气垫顶杆垫块
和件 3 上模压料活动芯整体凹模在机床的带动下共同
下行,件 4 压边圈在机床气垫力的作用下压住台阶料,
在上模的强制下和上模一同下行,件 5 凸模保持不动,
直到 OP20 拉伸Ⅱ工序工序件后凸拉伸完成,如图 15
所示。
制件坯料线
(2)OP10 拉伸Ⅰ工序模具组成。
Key words:step pressing surface;backward drawing;billet inflow;thinning rate;compound
drawing die
大运重卡改型卡车驾驶室后围外凸的高度和轮
廓决定驾驶内部空间大小,只有好的工艺方案才能保
证外凸有足够高度、合理的轮廓形状。只有对工艺参
《模具制造》2023 年第 10 期
图 9 OP20 拉伸筋阻力强度系分布图
(4)经过多轮 Autoform 软件 CAE 虚拟筋仿真分
析优化和实体筋仿真分析优化,实体筋仿真分析结
果如下。
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·9·
·冲 模 技 术·
a.OP10 拉伸Ⅰ工序实体筋仿真分析优化出的基
OP10 拉伸Ⅰ工序以件 3 上模压料活动芯为压边圈
如图 16 中 A、G 处所示,件 2 压料氮气缸为压料压力源
如图 16 中 B 处所示,以件 1 凹模压料活动芯内轮廓以
内为拉伸凸模如图 16 C、
D、
E、
F 处所示,
件 4 压边圈为
凹模如图 16 H、I、M、N 处所示,机床气垫通过气垫顶
杆对件 4 提供支撑力,使其在 OP10 拉伸Ⅰ工序的正向
2.1
I
R3
R3
OP10 拉伸Ⅰ工序件详图
(2)从图 2 和图 3 的工序简图可以看出,OP10 拉
伸Ⅰ工序首先拉出 30mm 高法兰凹坑,考虑到提高材
料利用率,工序件确定为三侧封闭下侧敞开的单侧开
口三侧拉伸形式。由于制件尺寸大、料薄、重量较重
工序间翻转困难且在翻转过程中容易变形,本工序采
图 8 OP10 拉伸筋阻力强度系分布图
图 17 OP10 拉伸Ⅰ工序凸模触料状态模具简图
拉伸过程中保持不动,
气垫顶杆如图 16 中 J、
L 处所示。
A
N M
B
C D
L
图 16
E F
J
OP10 拉伸Ⅰ工序与 OP20 拉伸Ⅱ工序
I
图 18 OP10 拉伸Ⅰ工序完成时的模具状态简图
H
复合拉伸模开启结构简图
B-B
处内凹,外凸高度 195mm,外凸部方向和 30mm 高的
法兰竖边方向相反且为外观面,成形难度大,外观质
量要求高。结合制件对空间要求在对制件的最大限
·8·
A-A
I 处放大
R3
R6
30
6
引言
195
1
R3
图1
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15
卡车驾驶室后围上部外板
优化后的拉伸筋阻力强度系数分别为 0.208、0.312、
0.107,如图 8 所示;OP20 拉伸Ⅱ工序虚拟拉伸筋仿真
图 4 OP30 修边工序简图
图 5 OP40 翻边整形工序简图
优化后的拉伸筋阻力强度系数分别为 0.208、0.312、
0.107、0.516、0.1、0.261,
如图 9 所示。
OP10 拉伸材料厚度变化云图
d.OP10 拉伸Ⅰ工序实体筋仿真优化分析出的成
形失效在许可范围内。
2.2
OP20 拉伸Ⅱ工序工艺分析
从图 3 OP20 拉伸Ⅱ工序简图可以看出,OP20 拉
伸Ⅱ工序的工序内容是在 OP10 拉伸Ⅰ工序的基础上
反向拉出中部后凸,为保证后凸拉伸成形时,法兰面
平整无起皱,将后凸下部轮廓线确定为 OP20 拉伸Ⅱ
和实体筋仿真分析优化,
实体筋仿真分析结果如下:
(1)OP20 拉伸Ⅱ工序实体筋仿真分析优化出的
图 10 坯料流入量图
基本参数。
c.OP10 拉伸Ⅰ工序实体筋仿真优化分析出材料
拉伸成形力 5,000kN,压料力 1,800kN,坯料尺寸:
最大厚度为 0.817、最小厚度为 0.724 均在拉伸成形材
2,480×1,100×0.8mm。
数、模具结构反复优化才能实现材料利用率高、工序
少、加工成本低的目标。
验证,确定工艺方案如下:OP10 拉伸Ⅰ→OP20 拉伸
Ⅱ→OP30 修边→OP40 翻边整形→OP50 修边冲孔,工
序简图如图 2、图 3、图 4、图 5、图 6 所示。
A
B
B
715
2
度工艺优化后。经过多次工艺方案论证和 CAE 分析
行,首先件 3 上模压料活动芯与坯料接触,在件 2 压料
氮气缸的作用下开始压料,如图 16 所示,上模继续下
行 ,件 1 凹 模 接 触 坯 料 ,由 于 设 定 的 机 床 气 垫 力
1,800kN 大于拉伸Ⅰ工序的成形力 1,200kN 和压料氮
气缸压料力 80kN 的总和,件 4 压边圈在机床气垫力支
拉伸压料面的形状为上侧和左右侧带有 30mm 高的台
阶面,有别与通常汽车覆盖件拉伸的平面压料面和曲
面压料面,由于 OP20 拉伸深度 195mm 较深,并且形状
复杂,拉伸成形时模口线以外的材料是否能够顺利进
· 10 ·
图 14
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OP20 拉伸材料厚度变化云图
17.91mm、右侧最大流入量 19.96mm、上侧坯料没有滑
入,坯料流入量为 0,具体坯料流入量如图 10 坯料流
入量图所示。
B
C
A
拉伸Ⅱ工序的拉伸筋

B
拉伸Ⅱ工序模口线
C
A-A
拉伸Ⅱ工序的拉伸筋
D D
拉伸Ⅱ工序的拉伸筋
B-B
图 12

C-C

OP20 拉伸Ⅱ拉伸压料面图
经过多轮 Autoform 软件 CAE 虚拟筋仿真分析优化
非制件 C-C 截面区域做成两大圆角相切形式,如图 7
Ⅱ处放大所示,OP30 修边工序切掉。拉伸筋口部圆
角全部为 R3mm,如图 7Ⅰ、Ⅱ处放大所示。图 7Ⅲ处
放大所示两条筋 OP10 拉伸Ⅰ工序拉伸成形时成出,
为 OP20 拉伸Ⅱ工序拉伸时的拉伸筋,口部圆角全部
为 R3mm。拉伸Ⅰ工序的拉伸筋形状布置和尺寸和拉
本参数。
拉伸成形力:1,200kN,压料芯压料力:80kN,坯料
入后凸区域,成了工艺设计和工艺可行性预判的关键
点。显然必须借助 CAE 仿真分析完成。
A
尺寸:2,480×1,100×0.8mm。
b.OP10 拉伸Ⅰ工序实体筋仿真优化分析出的坯
料 下 侧 最 大 流 入 量 29.39mm、左 侧 最 大 流 入 量
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