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基于AutoForm的助力器后壳体冲床成形工艺优化规划

文章出处:daxin989 人气:发表时间:2020-03-18 21:05

基于AutoForm的助力器后壳体冲床成形工艺优化规划
 
图1 汽车真空助力器后壳体
图1所示为某汽车真空助力器后壳体。真空助力器是汽车制动体系的重要组成部分,广泛应用于轿车和轻型汽车上作为制动的助力装置。作为真空助力器的主要掩盖件,前、后壳体尺度精度高,外形杂乱,对强度及疲劳使用寿命有严格要求,且作为外观零件,其外表质量也有较高要求,需经屡次冲床拉深渐近成形。经过工艺核算完结助力器后壳体冲床成形工艺的规划排布,使用AutoForm软件对零件冲床进程进行数值模仿剖析,并对冲床进程相关工艺参数进行定量剖析,终究完结提高零件成形质量的目的。
 
 
助力器后壳体工艺剖析及核算
 
 
 
1
 
后壳体工艺剖析
 
对助力器后壳体成形工艺进行剖析,零件为典型的回转体冲床拉深件,资料为厚1.2mm的低碳钢板ST14,需在屡次拉深成形后对零件进行切边、冲孔、整形、翻边,最终还需进行冲底孔及翻孔等工序才能完结零件的成形。后壳体零件ϕ45、ϕ58、ϕ62mm的尺度均有公役要求,且与密封圈合作,因而对其外表粗糙度等均有严格要求,台阶处为距坯料初始平面最高点,需进行反向翻边,资料加工硬化趋势及变薄趋势显着,成形后壳体台阶壁厚最小值≥0.8mm,增加了零件的成形难度。
2
 
冲床工艺方案规划
 
 
 
图2 助力器后壳体原冲床工艺
助力器后壳体原冲床加工工艺为:落料→6次拉深(6道工序)→预冲孔→预成形→成形→拉深→压筋整形→切边冲孔→翻边→冲4个孔→翻大孔→翻孔等17道工序,如图2所示。该工艺选用由内而外经屡次拉深成形的冲床工艺,零件经屡次带凸缘直筒拉深后,容易发作冷作硬化,导致成形的零件外表出现拉伤、直壁变薄及破损,对后工序成形影响较大。
 
 
图3 助力器后壳体优化冲床工艺道路
经过对原冲床工艺进行剖析,将原冲床工艺优化为:落料→1次拉深→2次拉深→3次拉深→压筋整形→切边冲孔→翻大孔→翻边整形冲4个孔→翻孔等9道工序,改进后的工艺每道工序选用表里同时拉深的复合加工工艺,由原来的带凸缘直筒形拉深改为带凸缘锥形拉深,更有利于资料流动和后工序成形,可减少加工工序,助力器后壳体优化冲床工艺道路如图3所示。
3
 
冲床拉深工艺核算
 
01
 
 
毛坯直径D的核算
 
板料在冲床成形进程中,阅历很大的塑性变形,但零件的体积和质量均不发作变化,助力器后壳体冲床为不变薄拉深,因而可用面积持平原则确定毛坯尺度。在实践生产中,还需对毛坯预留修边余量,最终根据具体状况予以批改。
一般状况下,根据久里金规律核算杂乱回转体拉深件的毛坯尺度。
旋转体面积:A=2πLX
毛坯面积:A0=πD2/4
式中:L——零件的母线长度,mm;X——该段母线至轴线的间隔,mm;D——毛坯直径,mm。
因为旋转体面积与毛坯面积持平,代入数值核算,得出助力器后壳体的毛坯直径D=350mm(含修边余量)。
02
 
 
冲裁力核算
 
冲裁力是指在冲裁进程中,资料对模具的最大剪切抗力。在冲裁进程中,冲裁力是资料随凸模进入深度而变化的,核算冲裁力是挑选压力机和规划模具的重要依据之一。
选用平刃口凸模的模具冲裁时,冲裁力:
F=ltτ
式中:F——冲裁力,N;l——冲裁件周长,mm;t——资料厚度,mm;τ——资料抗剪强度,MPa。
在实践生产中,因为模具零件空隙值的动摇和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度动摇等要素的影响,需给出批改系数K=1.3。则实践冲裁力为:
F 冲=1.3F=1.3ltτ≈ltσb
经过核算可得F 冲≈356kN。
03
 
 
压边力核算
 
拉深所需压边力的巨细与影响坯料起皱的要素有关,当压边力过大,会发作决裂危险;当压边力过小,则会发作起皱。
回转体各次拉深的压边力(用回转形毛坯):
 
 
式中:p ——单位面积压边力,MPa;d1、d2……dn——拉深件直径,mm;r 凹——凹模圆角半径,mm。
经过核算可得F 压≈195kN。
04
 
 
拉深力核算
 
拉深力的巨细作为挑选压力机压力的重要要素之一,必须首要求出拉深力。给定坯料的原料、直径D、板料厚度t、凸模直径d以及凹模的圆角半径r凹等,选用压边圈圆筒拉深时,最大拉深力为:
F max=3(σ b+σ s)(D-d -r 凹)t
式中:F max——拉深力,N;σ b——资料的抗拉强度,MPa;σ s——资料的屈从极限,MPa;d——拉深凹模直径,mm。
经过查表代入数值核算,可求得一次拉深的拉深力为F max≈330kN。因为规划的模具均在单动压力机上进行冲床,需求满意F>F拉+F压,为安全起见,挑选安全系数为1.3,则压力机压力需满意F>1.3(F 拉+F 压)=680kN,结合实践生产状况,选用JH21-200曲柄压力机能够满意落料、拉深及成形工序要求。
 
 
冲床成形进程数值模仿剖析
 
 
 
1
 
拉深工艺参数设置及数值模仿剖析
 
在AutoForm软件中设置后壳体拉深试验模仿参数,资料挑选1.2mm厚的ST14钢板,冲突因数为0.125。其中,低碳深拉伸钢板ST14的硬化曲线、屈从面、成形极限曲线如图4所示。
 
 
 
 
图4 钢板ST14曲线图
 
 
 
 
 
图5 后壳体1次拉深
 
后壳体冲床成形选用单动拉深模仿,凸、凹模空隙1.25mm,拉深力F=195kN。因为AutoForm软件具有强壮的网格自适应功能,能够自动区分网格,设置单元类型为壳单元,选用基于罚函数法的接触类型。完结工艺参数设置后进行拉深模仿剖析,剖析成果如图5~图7所示。
 
 
 
 
图6 后壳体2次拉深
 
 
 
 
 
图7 后壳体3次拉深
 
剖析后壳体拉深成形厚度云图,发现后壳体拉深成形厚度发作显著变化,在3次拉深成形后台阶处出现最小壁厚,厚度为0.816929mm,壁厚最大方位出现在2次拉深凸缘处,厚度为1.297861mm。剖析起皱趋势云图能够发现在2次拉深时台阶处有最大0.111666mm高度的起皱趋势。尽管3次拉深成形后满意规划要求,但成形后壳体台阶的最小壁厚处要求极限尺度为上限,且经过成形极限图可发现3次拉深成形存在决裂趋势,需求根据工艺参数对冲床成形的影响进行剖析,合理设置工艺补偿,以改进台阶处变薄开裂趋势。
2
 
成形工艺优化规划
 
剖析后壳体拉深成形台阶处变薄现象,主要原因是台阶处凸包成形所需资料由壳体四周向中心提供,即工艺补偿面设置在四周凸缘方位,其向中心资料补偿比较困难。尽管能够经过增大凸模圆角半径改进资料的流动性,但因为台阶高度限制,增大圆角半径资料堆积过多,在3次拉深成形阶段会形成后壳体台阶起皱。综上剖析,经过中心向后壳体台阶进行资料弥补是最适宜的工艺补偿方法,即在一次拉深时冲制工艺补偿孔,增强补偿孔周围资料的流动性,然后对台阶处进行资料补偿。二手冲床回收
 
 
 
 
图8 后壳体优化1次拉深
 
 
 
 
 
图9 后壳体优化2次拉深
 
优化工艺道路为第1次拉深为拉深冲孔,即经过模具结构规划,在1次拉深成形后在壳体中心冲制ϕ18mm工艺孔,在后工序拉深进程中,此孔会对台阶成形进行工艺补偿。使用AutoForm软件对优化拉深成形工艺进行数值模仿,如图8~图10所示。
 
 
 
 
图10 后壳体优化3次拉深
 
剖析后壳体优化拉深成形工艺数值模仿厚度云图可知,在3次拉深成形后,壁厚最薄处仍然在台阶处,但厚度最小值为0.955969mm,可见后壳体台阶壁厚显著增加。剖析起皱趋势云图可知,起皱趋势最显着处仍然是在2次拉深后台阶处,但起皱高度最大为0.087689mm,比较原工艺有显着下降。剖析成形极限图可知,3次拉深成形后壳体的决裂趋势显著下降,经过测量发现,工艺补偿孔扩大为ϕ28mm,在确保中心孔成形尺度为ϕ36mm的前提下,单边4mm的切边余量满意冲孔要求,阐明设置ϕ18mm工艺补偿孔较为合理。
 

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