CN103406449A - 一种汽车覆盖件拉延模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车覆盖件拉延模具，其包含凸模（7）、凹模（8）和压边圈（6）三个部分，其中，压边圈（6）设置在凹模（8）的外围，凸模（7）与凹模（8）相对设置；在拉延成形时，压边圈（6）首先用于将板料压紧，然后凸模或凹模运动实现对板料的冲压成形过程；凸模和凹模工作型面分为凸特征曲面和凹特征曲面，凸模和凹模与板料接触的工作型面均只保留凸特征曲面，根据所保留的凸特征曲面构建所述模具实体结构。这种模具充分考虑到冲压成形过程中板料在不起皱的情况下只与模具型面凸特征接触，可以有效的减少模具型面数控加工的区域20%以上，缩短模具加工、调试、研配时间，提高拉延模具制造效率，降低企业生产成本。

Description

一种汽车覆盖件拉延模具

技术领域

本发明涉及确定一种汽车覆盖件拉延模具。

背景技术

拉延工艺是大型复杂曲面成形的一种重要方法，特别是对于汽车车身覆盖件这样的具有大型复杂曲面的零件，绝大多数都需要经过拉延工艺获得所需形状。

拉延模具包含凸模、凹模和压边圈三个部分，拉延成形时，由压边圈先将板料压紧，然后凸模或凹模运动实现冲压成形过程。目前拉延模具设计时为了使零件成形后具有和设计模型一致的形状，上模和下模的曲面与零件曲面形状一致，这样冲压完毕合模后零件的形状即可依赖模具曲面的形状获得。由于拉延过程中板料会出现减薄或增厚，而且这种变化在各个不同的曲面部分都不相同，因此需要根据实际的拉延成形件的厚度变化情况反复修正模具曲面，直到上下曲面在合模时均能与成形完毕后的拉延件表面贴合，这种贴合程度在拉延成形过程中称为“研合率”或“研配率”，一般要求达到80%左右，这个过程需要钳工反复调试修正模具，周期较长。且由于其加工区域为全型面区域，加工精度要求高，加工面积大，以及为保证零件形状精度常进行表面淬火后再进行精加工，刀具磨损大，所以为保证研配率，凸凹拉延型面在加工调试过程中加工调试周期长、成本高。

发明内容

本发明充分考虑拉延成形时板料在压边力的作用下，在非起皱区域和非双面（凸模型面和凹模型面）接触情况下只会与凸、凹模型面上的凸特征曲面接触，提出一种汽车覆盖件拉延模具的凸成形方法。该方法将凸模和凹模工作型面划分为凸特征曲面和凹特征曲面，凸模和凹模工作型面为凸凹模所对应的型面，不包括压边圈及凹模与压边圈对应的型面。凸模和凹模与板料接触的工作型面均只保留凸特征曲面（以模具底面朝下为基准）。由此设计的模具可以有效的减少模具需要精细加工的工作型面面积20%以上，从而可以大大减少刀具磨损，减少凸、凹模工作型面研配区域，缩短模具加工、调试、研配时间，缩短拉延模具制造周期，提高拉延模具制造效率，降低企业生产成本。

为了解决目前拉延模具生产存在的问题，本发明提出的汽车覆盖件拉延模具的凸成形方法采用以下技术方案，该方案包含以下步骤：

步骤一：构建符合冲压工艺及冲压质量要求的拉延工艺曲面；

步骤二：构建凸模型面、凹模型面和压边圈型面；

步骤三：根据冲压仿真结果对板料进行分析，检测出非双面接触区域和非起皱区域；

步骤四：对板料非双面接触区域和非起皱区域进行凸凹特征曲面边界分析，提取出凸凹分界曲线，将凸模型面、凹模型面根据凸凹分界曲线进行分割；

步骤五：在凸模型面和凹模型面上均保留分割后的凸特征曲面，根据所保留的凸特征曲面构建模具实体结构；

其中，步骤一结合传统汽车覆盖件模具设计方法，结合CAE仿真软件，如Autoform、Dynaform、Pamstamp等冲压仿真软件对拉延过程进行仿真计算，获得拉延仿真结果，拉延仿真结果包括冲压件的成形极限云图、厚度分布云图等，构建拉延工艺曲面。该拉延工艺曲面进行的仿真分析结果需满足材料利用率、压力机吨位等冲压工艺要求以及材料减薄率、增厚率和成形极限的要求；

进一步的，在步骤二中，利用原始数模根据板料厚度在CAD软件如UG中偏置出相应的凸模型面、凹模型面和压边圈型面；

进一步的，在步骤三中，通过冲压仿真软件后处理程序如Dynaform后处理程序检测出非双面接触区域和非起皱区域，其中非双面接触区域需对每一个中间过程的接触情况进行检测，非起皱区域对最后的分析结果文件进行检测；

进一步的，在步骤四中，找出非双面接触区域的边界单元节点，通过这些节点拟合出非双面接触区域的边界曲线；找出非起皱区域边界单元节点，通过这些节点拟合出非起皱区域的边界曲线；将非双面接触区域的边界曲线和非起皱区域的边界曲线导入到CAD软件如UG中，只对这些边界所对应的型面进行凸凹特征曲面的分割，分割在CAD软件如UG中进行；

进一步的，在步骤四中，考虑到仿真结果的误差以及板料成形质量的保证，所提取拟合出的非双面接触区域的边界曲线和非起皱区域的边界曲线可以相应的内缩10%。

进一步的，在步骤五中，凸模型面和凹模型面上均只保留分割后的凸特征曲面，然后根据所保留的凸特征曲面构建模具实体结构,相对于传统方法设计的完整拉延模具实体，该方法所设计的拉延模具实体，掏空部分可以是在模具铸造时直接形成，也可以通过模具型面粗加工时形成；

本发明还涉及一种汽车覆盖件拉延模具，包含凸模、凹模和压边圈三个部分，其中，压边圈设置在凹模的外围，凸模与凹模相对设置；在拉延成形时，压边圈首先用于将板料压紧，然后凸模或凹模运动实现对板料的冲压成形过程；凸模和凹模工作型面分为凸特征曲面和凹特征曲面，凸模和凹模工作型面为凸凹模所对应的型面，不包括压边圈及凹模与压边圈对应的型面，凸模和凹模与板料接触的工作型面只保留凸特征曲面，根据所保留的凸特征曲面构建所述模具实体结构。

其中，凸特征曲面的选取方式为：应用冲压仿真分析技术，在CAD软件如UG中构建符合冲压工艺及冲压质量要求的拉延工艺曲面；构建凸模型面、凹模型面和压边圈型面；在冲压仿真软件如Dynaform中根据冲压仿真结果对板料进行分析，检测出非双面接触区域和非起皱区域；对非双面接触区域和非起皱区域进行凸凹特征曲面边界分析，提取出凸凹特征分界曲线，在CAD软件如UG中将凸模工作型面、凹模工作型面根据凸凹特征分界曲线进行分割；在凸模工作型面和凹模工作型面上保留分割后的凸特征曲面。优选地，对非双面接触区域的检测需要对整个冲压过程进行，非起皱区域只要在最后成形结果中检测。优选地，只对非双面接触区域和非起皱区域所对应的型面进行凸凹特征曲面分界曲线提取，提取之后对凸、凹模型面进行分割。

本发明既可以保证拉延零件的质量，又可以有效的减少模具需要精细加工的型面面积20%以上，从而可以大大减少刀具磨损，减少凸、凹模工作型面研配区域，缩短模具加工、调试、研配时间，缩短拉延模具制造周期，提高拉延模具制造效率，降低企业生产成本。

附图说明

图1为本发明实施的基本原理图。

图2为一个三维汽车覆盖件零件。

图3为按传统方法设计的符合冲压工艺要求的拉延工艺型面。

图4为图3拉延成形仿真分析获得的成形极限图。

图5为仿真分析后处理软件显示的非双面接触区域，并拟合形成出区域边界曲线。

图6为仿真分析后处理软件显示的起皱区域，并拟合形成出区域边界曲线。

图7为CAD软件中在与板料非双面接触区域和非起皱区域对应的凸、凹模工作型面内进行凸凹特征分割后的凸模型面和凹模型面。

图8为保留凸特征曲面后的模具设计模型。

图9为保留凸特征曲面模具拉延成形仿真分析获得的成形极限图。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式进行说明：

图1为本发明实施的基本原理图，本方法首先应用冲压仿真分析软件如Dynaform对零件成形过程进行模拟，其按传统方法设计的模具冲压合模后简单示意图如图1中小图A所示，检查板料1与凸、凹模型面未出现双面接触及板料1成形过程中未起皱的区域，将这些区域对应到模具凸模4的型面和凹模3的型面之上，然后将凸模4和凹模3型面均划分为凸、凹两类特征，获取凸凹特征的分界曲线，以分界曲线将凸模型面和凹模型面进行分割，保留板料拉延模具凸、凹模成形部分曲面的凸特征，并以此设计、加工实际的拉延模具的凸模8和凹模7的型面。依据本方法重新设计的模具冲压合模后简单示意图如图1中小图B所示，该方法充分考虑到冲压成形过程中板料在不起皱的情况下只与模具型面上凸特征接触，可以有效的减少模具型面数控加工的区域20%以上，从而可以大大减少刀具磨损，减少凸、凹模工作型面研配区域，缩短模具加工、调试、研配时间，缩短拉延模具制造周期，提高拉延模具制造效率，降低企业生产成本。

一种汽车覆盖件拉延模具，包含凸模7、凹模8和压边圈6三个部分，其中，压边圈6设置在凹模8的外围，凸模7与凹模8相对设置；在拉延成形时，压边圈6首先用于将板料压紧，然后凸模或凹模运动实现对板料的冲压成形过程；凸模和凹模工作型面分为凸特征曲面和凹特征曲面，凸模和凹模与板料接触的工作型面只保留凸特征曲面，凸模和凹模工作型面为凸凹模所对应的型面，不包括压边圈及凹模与压边圈对应的型面，根据所保留的凸特征曲面构建所述模具实体结构。

图2为一个三维汽车覆盖件零件压件，需要采用拉延工艺成形。

图3为在CAD软件如UG中按传统的拉延模具设计方法设计获得的拉延工艺曲面。

图4为图3在冲压仿真分析软件如Dynaform中进行拉延工艺曲面拉延仿真分析的成形极限图，从该图可以看出没有拉裂出现，对应于压边圈的压料面存在起皱，同时在零件型面局部也出现了轻微的起皱，这些起皱在实际生产中可以通过凸模和凹模型面对材料的强压来消除。

图5为仿真分析后处理软件如Dynaform中显示的非双面接触区域，通过单元节点拟合出了非双面接触区域的边界曲线。考虑到仿真结果的误差以及板料成形质量的保证，所提取拟合出的非双面接触区域的边界曲线可以相应的内缩10%。

图6为仿真分析后处理软件如Dynaform中显示的起皱区域，并通过单元节点拟合形成出起皱区域边界曲线。考虑到仿真结果的误差以及板料成形质量的保证，所提取拟合出的起皱区域的边界曲线可以相应的外放10%。

如图7所示，将图5图6所获得的区域边界曲线导入到CAD软件如UG中，对这些区域边界曲线所对应的凸、凹模工作型面进行凸凹特征曲面分割。

图8为保留凸特征曲面后的模具设计模型，从图上可以看出需要精细加工的型面面积有效的减少了，因此刀具磨损量大大减少了。而且由于板料单面接触的区域大大增加，因此需要研配的区域也大大减少了，缩短了模具加工、调试、研配时间，缩短拉延模具制造周期，提高拉延模具制造效率，降低企业生产成本。

且相对于传统方法设计的完整拉延模具实体，该方法所设计的拉延模具实体，掏空部分可以是在模具铸造时直接形成，也可以通过模具型面粗加工时形成。

图9为保留凸特征曲面模具拉延成形仿真分析获得的成形极限图，和图4比较

可以看出二者分析结果基本一致，都符合生产要求。

本发明既可以保证拉延零件的质量，又可以有效的减少模具需要精细加工的型面面积20%以上，从而可以大大减少刀具磨损，减少凸、凹模工作型面研配区域，缩短模具加工、调试、研配时间，缩短拉延模具制造周期，提高拉延模具制造效率，降低企业生产成本。

以上所举实例仅为本发明的优选实例，大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。

Claims (6)

1.一种汽车覆盖件拉延模具，包含凸模、凹模和压边圈三个部分，其中，压边圈设置在凹模的外围，凸模与凹模相对设置；在拉延成形时，压边圈首先用于将板料压紧，然后凸模或凹模运动实现对板料的冲压成形过程；

凸模和凹模型面均分为凸特征曲面和凹特征曲面，凸模和凹模与板料接触的工作型面均只保留凸特征曲面，根据所保留的凸特征曲面构建所述模具实体结构。

2.如权利要求1所述的汽车覆盖件拉延模具，凸特征曲面的选取方式为：应用冲压仿真分析技术，构建符合冲压工艺及冲压质量要求的拉延工艺曲面；构建凸模型面、凹模型面和压边圈型面；根据冲压仿真结果对板料进行分析，检测出非双面接触区域和非起皱区域；对非双面接触区域和非起皱区域进行凸凹特征曲面边界分析，提取出凸凹特征分界曲线，将凸模工作型面、凹模工作型面根据凸凹特征分界曲线进行分割；在凸模工作型面和凹模工作型面上保留分割后的凸特征曲面。

3.如权利要求2所述的汽车覆盖件拉延模具，对非双面接触区域的检测需要对整个冲压过程进行，非起皱区域只要在最后成形结果中检测。

4.如权利要求3所述的汽车覆盖件拉延模具，只对非双面接触区域和非起皱区域所对应的曲面进行凸凹特征曲面分界曲线提取，提取之后对凸、凹模工作型面进行分割。

5.如权利要求4所述的汽车覆盖件拉延模具，所提取拟合出的非双面接触区域的边界曲线和非起皱区域的边界曲线内缩10%。

6.如权利要求1-5之一所述的汽车覆盖件拉延模具，凸模和凹模型面的掏空部分是在模具铸造时直接形成，或通过模具型面粗加工时形成。

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