汽车顶窗盖上体成形分析及模具设计

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汽车顶窗盖上体成形分析及模具设计摘 要：通过对顶窗盖上体成形工艺分析，阐述了工件成形及模具设计的难点，提出了预成形小凸包的拉深压形模结构，并介绍了模具结构特点及模具工作过程。
关键词：成形工艺分析；预成形；模具结构
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顶窗盖上体是汽车驾驶室中的小零件，结构对称。图1为其1/4图形。该零件的材料为08 A1厚度1mm。它的成形难点在于料薄，外凸的四个小包处胀形成形，易产生破裂。本文采用预成形的方法，解决小包成形时的易破裂问题。
5 M( M) ]7 h/ z$ v( p/ V( j1 成形分析

( e, g; c' m! \  O" }5 ^4 d! `1.1成形工艺分析

8 ~6 O: m& P' [+ n# E5 ?7 l; N该冲压件的结构特点：平面法兰、斜面侧壁、矩形轮廓、底部有局部形状，即外轮廓是一个大盒形件，其内轮廓有四个向外凸起的小盒形件形状。故该冲压件可分为大盒形件与小盒形件两个变形分析单元来分析其变形情况。
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" A# ~- Y2 m4 [* D该冲压件的贴模过程是：毛坯置于压边圈上凹模下行与毛坯接触压住毛坯后法兰上的毛坯开始产生塑性变形，大盒开始拉深成形，此时成形小盒部分的毛坯受压，而大盒底部处于悬空状态，当凹模下行到H-入深度时，小盒开始成形。之后，大盒底面与小盒同时作用成形，直至凹模下行至最低位置，成形过程结束。

9 G( R/ I" f! q9 _  _# U8 `大盒属于拉深变形。其变形区是压料面上的毛坯，属于基本形状零件中盒形件拉深成形特点，可根据盒形件拉深成形规律矩形盒转角部位R/矩形盒宽度B(矩形盒宽度B＜矩形盒长度A)、矩形盒高度H/ R等参数来判断变形分布和成形难度。对大盒内的小盒部分，由于它是在大盒成形到一定深度才开始成形，故不可能依靠外部流入材料，而主要靠该部位材料的变薄实现成形，即产生胀形。而凸包转角：区域的胀形变形量最大，可视为1/4的圆筒件胀形。由于小盒是在大盒基本成形后成形的，故对大盒的成形基本没有什影响。小盒成形属胀形变形，大盒成形对它的影响也很小。
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综合分析该冲压件可能出现法兰转角部位的起皱、Rp处强度破裂及小盒胀形时塑性破裂等问题。
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/ a% L4 V) w. R7 p2 v- u1.2 成形受力分析
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1 |' o& P: _+ X' [8 H由于小盒成形属胀形成形，在成形过程中，变形区的材料在平面方向扩张、厚度方向减薄。是坯料在双向拉应力作用下的一种成形工艺。其应力应变状态如图2示。由图2分析可知Rp处为危险区。
- @' }0 m3 n; u0 k6 O, N6 N2 模具设计及模具工作过程

( O7 \1 C+ T; c0 \: X$ B2.1 压形拉深模设计
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压形拉深模结构如图3示，基于上述变形分析及受力分析，由于该零件H较小，而成形圆角R较大即H/ R值较小故法兰转角部位不会出现起皱问题。为避免小盒胀形时产生塑性破裂及Rp处的强度破裂，该套模具增加了预成形工序。目的是为了减小外部金属向内变形的阻力，形成以胀形为主体的成形又兼有拉深因素的介入缓解了胀形部位的拉薄程度。该套模具采用弹簧弹压顶出器使四个外凸小包处预成形一定形状以期从外部获得少量金属。

1上、下模座　2限制器　3压边圏　4凹模　5垫块　6弹性挡料销　7弹簧　8螺钉　9盖板　10弹簧　11顶出器　12凸模镶块　13凹模镶块　14卸料螺钉　15压形凸模

预成形的原理是：按预成形力设计顶出器弹簧刚度使顶出器在接触到板料后依靠顶出弹簧的力成形出四个小包，但体积比最终成形的尺寸大，最终小包成形由镶块成形。待凹模下行至最低点，压至成形。由于四个小包采用了预成形，减小了最终小包成形时的变形时工件不易破裂。另外，为防止薄板拉深成形中因气室作用而产生局部变形(鼓起、凹进、小皱纹)故在凸凹模中安排了出气孔。该套模具采用弹性挡料销定位的定位方式。
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- _4 K4 i5 k3 r5 Z& q9 N2.2 模具工作过程
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3 D& }  B6 N' I8 g0 K: k; h, [初始状态在气垫作用下压边圈与凸模顶面平齐便于摆放工件和压形，当凹模随机床滑块下行，与压边圈接触时压住材料，同时，凸模顶面毛坯由于顶出器压力作用产生一定的变形当滑块继续下行时，压边圈在凹模的压力下向下移动，凹模与凸模产生相对运动，形成拉深，拉深到H-入高度时，随着凹模继续下行，外凸小包及拉深件底面成形，凹模下行到最低位置，拉深成形。

/ W* f( c, h" ]3 V$ i3 模具主要零件的特点
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3.1 凸模及凹模结构

+ d# j' k+ M, U) S. @! E+ t除预成形设计之外，对于凸模及凹模的设计，针对易破裂处的圆角半径的取值，根据下式计算：
; L+ _3 x( p0 L- F这样就从圆角半径方面避免了塑性破裂问题。另外，考虑工艺性，若作成整体式，成形小包处加工困难故该套模具采用镶块式结构对成形小包处作成镶块镶入整体式结构压配入凸、凹模内并用螺钉紧固后，并修型，保证整个型面光滑过度。
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3.2 卸料装置
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卸料装置采用弹性卸料。主要零件有顶出器、压边圈，兼作压、卸料作用。顶出器在弹簧压力作用下压住毛坯，开始成形时，毛坯底面悬空，产生一定的预成形状。从而减轻了凸包处的塑性变形，保证了顺利成形。待成形结束后，顶出器在弹簧回复力作用下卸料。压边圈在托杆作用下顶料，实现卸料。

4 结束语
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1 p3 N: Z1 o3 F通过对顶窗盖上体成形工艺及受力分析，提出了此套拉深模的结构，采用了预成形的方法，解决了小包的成形问题解决了小包成形时的破裂问题。实践证明该套模具结构合理。