施于慶

(浙江科技學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，杭州 310023)

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用近似的拉深系數(shù)計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)車門框拉深缺陷

施于慶

(浙江科技學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，杭州 310023)

摘要:車門框是要求一次拉深成形的復(fù)雜汽車覆蓋件。由于該模具制造周期長(zhǎng)、成本高，因此需要判斷其能否一次成形的可能性。而依賴于經(jīng)驗(yàn)分析或參照相類似的沖壓件拉深情況又不完全可靠，并且也比較困難。為此，提出一種近似計(jì)算拉深系數(shù)的方法來(lái)預(yù)測(cè)車門框拉深缺陷，從而得到了車門框發(fā)生拉裂比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。最后，經(jīng)與拉深試壓、對(duì)比，證明這一計(jì)算方法是比較可靠和實(shí)用的。

關(guān)鍵詞:車門框；缺陷預(yù)測(cè)；拉深系數(shù)；近似計(jì)算

汽車覆蓋件如車門框是一種大尺寸、大變形的復(fù)雜沖壓件，由于不能像盒形件那樣可以用公式并結(jié)合圖形算出拉深次數(shù)、得出拉深形狀，所以，一般都要求采用一次拉深來(lái)進(jìn)行沖壓生產(chǎn)[1]。然而該模具設(shè)計(jì)和制造的周期長(zhǎng)、成本高，故要判斷其能否一次成形的可能性就顯得非常必要?？墒且蕾囉诮?jīng)驗(yàn)分析方法，并參照相類似的沖壓件拉深，又不完全可靠。另外，計(jì)算機(jī)模擬是在給出預(yù)先假設(shè)參數(shù)的條件下進(jìn)行模擬，如果實(shí)際生產(chǎn)情況稍有改變，就要重新調(diào)整參數(shù)進(jìn)行模擬。如模擬沖模拉深速度、網(wǎng)格大小細(xì)密程度、單元數(shù)量等[2-3]都會(huì)影響模擬的準(zhǔn)確度。若采用變壓邊力控制，由于設(shè)備成本高昂,則難以得到推廣使用[4]。為此，提出根據(jù)標(biāo)注的尺寸,按沖壓方向求解擬合曲線方程，以擬合曲線中最小曲率半徑，參照杯形件來(lái)近似計(jì)算拉深系數(shù)的方法，在生產(chǎn)試壓中準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)拉裂的發(fā)生。

1車門框工藝分析

圖1所示是某車型門框零件，材料為08Al,料厚1.1 mm。該沖壓件尺寸大，形狀復(fù)雜，表面質(zhì)量要求高，成形難度高。該零件的沖壓工藝流程是：拉深→沖裁中間部分→修邊。要生產(chǎn)出合格的車門框零件，拉深工序的成功與否是最重要的，如果在拉深過(guò)程中發(fā)生了破裂，沖壓生產(chǎn)就不可能進(jìn)行下去。因此，就要對(duì)拉深可能性進(jìn)行初步的分析、判斷。按經(jīng)驗(yàn)的方法估計(jì)及參照類似的沖壓件拉深成形,從圖1(a)xoz坐標(biāo)面可看出，右下角一段密集標(biāo)注尺寸的非規(guī)則弧線處成形難度最高，是容易拉裂處,而一旦該處發(fā)生破裂,則整個(gè)零件就不可能拉深出合格的產(chǎn)品；另外，右上角存在破裂的可能性也很大。

(a)xoz平面投影

(b)zoy平面投影

(c)截面

2拉深系數(shù)近似計(jì)算

車門框一類沖壓件外形輪廓由直線、圓弧及不規(guī)則曲線組成，而這些圖元均有標(biāo)注的尺寸給出。直線和圓處的拉深情況比較好計(jì)算或分析，難的是不規(guī)則曲線處。由于非規(guī)則曲線在設(shè)計(jì)沖壓件時(shí)會(huì)給出比較多的尺寸來(lái)表達(dá)曲線形狀，因此可設(shè)想，利用給出標(biāo)注的尺寸點(diǎn)，求解出擬合曲線方程，設(shè)為y(x)，根據(jù)文獻(xiàn)[5]：

(1)

(2)

式(2)中：m為拉深系數(shù)；d為拉深后工件或半成品杯形直徑；D為拉深前圓坯或半成品杯形直徑。

對(duì)比材料的極限拉深系數(shù)mmin，若m>mmin，就可以一次拉深；若m

圖2　沖壓方向Fig.2　Stamping direction

圖3　假想的等高線Fig.3　Imaginary equal altitude line

圖4　車門框上段的上下對(duì)稱圖Fig.4　Symmetrical figure of truck door frame for upside

根據(jù)擬合曲線形狀得到ρmin，但在實(shí)際計(jì)算時(shí)，按ρmin處的高度計(jì)算假想的杯形件，從而計(jì)算杯形件拉深系數(shù)，將拉深系數(shù)與材料的極限拉深系數(shù)作對(duì)比，就能分析得到是否發(fā)生破裂。經(jīng)如此分析、計(jì)算得出：右上角，憑經(jīng)驗(yàn)有可能發(fā)生拉裂，而計(jì)算結(jié)果是不會(huì)發(fā)生拉裂；右下角成形過(guò)程中會(huì)發(fā)生拉裂現(xiàn)象。

3試壓驗(yàn)證

由于車門框設(shè)計(jì)要求左右對(duì)稱各一件。為了減少不必要的損失，拉深工序采用分段拉深，零件共分4個(gè)部分拉深，最后采取拼接的方法。上面采取上下軸對(duì)稱2件同時(shí)拉深，如圖4所示。

左右2個(gè)邊立柱各采用單獨(dú)的模具，下面的形狀采取上下和左右4件一起拉深。先制造2副模具，即上段2件軸對(duì)稱模具和下段4件上下左右對(duì)稱模具。模具為45號(hào)鋼，鑲塊結(jié)構(gòu)。經(jīng)試壓，上段2件軸對(duì)稱模具壓制后，沒(méi)有發(fā)生拉裂,而下段4件上下左右對(duì)稱件經(jīng)模具拉深后發(fā)生嚴(yán)重的破裂。因此，生產(chǎn)該沖壓件就要考慮更換屈強(qiáng)比更低的材料或修改沖壓件結(jié)構(gòu)。

4結(jié)語(yǔ)

車門框一次拉深要分析其可行性與可靠性，確定是否可能發(fā)生拉裂,只要有一處發(fā)生了拉裂,則整個(gè)零件便不能進(jìn)行生產(chǎn)壓制。采用沖壓方向所得擬合曲線，求得最小半徑ρmin，以ρmin假想成一個(gè)杯形件，并參考杯形件的拉深系數(shù)算法來(lái)計(jì)算此處的拉深系數(shù)m,對(duì)比材料的極限拉深系數(shù)mmin，這是比較可行的方法。

參考文獻(xiàn):

[1]施于慶.沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2012:45.

[2]施于慶，李凌豐.板料拉深有限元模擬沖模速度研究[J].兵器材料科學(xué)與工程,2010,33(3):75.

[3]胡玉梅,張健，鄧兆祥，等.板料成形仿真中沖模速度的確定方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007,43(12):88.

[4]施于慶，李凌豐.帶工藝孔的板坯拉深新工藝有限元模擬[J].兵工學(xué)報(bào),2009,30(7):967.

[5]施于慶，管愛(ài)枝. 用橢圓角凹模消除水管接頭蓋成形缺陷的研究[J]. 浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，26(3)：186.

啟事

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Predicting drawing-defect of truck door frame by approximate calculating of drawing coefficient

SHI Yuqing

(School of Mechanical and Automotive Enginering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou 310023,China)

Abstract:Truck door frame is a complex truck covering part，which is required by a deep drawing. Due to manufacturing period of this press tool is long, and manufacturing cost of this press tool is high, the forming possibility of workpiece is prejudged, which can or not be a deep drawn. To reply on experience analysis or refer to deep-drawing case of other work piece, is not only unreliable but also difficulty. Therefore, method of approximate calculating drawing coefficient is used to predict drawing-defect of truck door frame. And accuracy result of predicting on truck door frame with fracture in deep-drawing is obtained. Contrasting with deep-drawing test, the method is proved reliable and practical.

Keywords:truck door frame; predicting drawing-defect; drawing coefficient; approximate calculating

中圖分類號(hào):TG386.32

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1671-8798(2016)01-0032-04

作者簡(jiǎn)介:施于慶(1959—)，男，浙江省杭州人，教授，碩士，主要從事板料成形及計(jì)算機(jī)仿真研究。

收稿日期:2015-05-24

doi:10.3969/j.issn.1671-8798.2016.01.006

浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào),第28卷第1期,2016年2月

Journal of Zhejiang University of Science and Technology

Vol.28 No.1, Feb. 2016