第三章 模具设计制造流程
第三章 模具设计制造流程
3.1 获得产品数模
目前国内的汽车车身开发设计由主机厂完成，大型覆盖件（三盖两翼）由自己生产，部分小件采取外委生产的方式。秦皇岛威卡威金属制品有限公司就是汽车零部件供应链中的厂商之一，主要是生产车窗门框，车窗门框是使用模具进行生产的。公司取得产品生产资格后，主机厂将解冻的数模发给供应商，供应商对产品的生产工艺性进行分析，对数模中不完美之处向主机厂提出修改意见，经过反复修改，最后将数模确定下来。
数模确定之后，对数模进行工艺分析，确定最优的工艺方案，这项工作由模具设计部门承担。B柱外板数模如图3-1。
图 3-1 C301 B柱外板数模
3.2 弯曲展开方法
该类B柱产品的第一道工序是辊压，辊压数模是将B柱数模展开获得的。展开方法取决于要成型的断面，我总结了几种数模展开的方法： 方法一：定中性线长度展开
用这种方法，中性线计算长度在整个成型过程中保持恒定，内半径随弯曲的不断展开而不断变化，在计算过程中要考虑材料的应变，但是在展开过程中没有考虑长度补偿，所以回弹较大，适用于弯曲直线实体。如图3-2为定中性线长度展开原理图。
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燕山大学本科生毕业设计（论文）
图3 -2 定中性线长度展开
方法二：定半径展开
该展开方法使用一恒定的半径，在展开过程中考虑长度补偿，长度补偿取决于计算的中性线，还需考虑材料应变，长度补偿有内侧补偿和外侧补偿两种。如果弯曲的相邻实体也要弯曲时，不能应用这种方法。图3-3为两种定半径展开方法。
内侧补偿0℅，外侧补偿100℅ 内侧补偿100℅，外侧补偿0℅ 图3 -3 定半径展开 方法三：轨迹展开法
这种方法是定半径法的一个延伸，在整个成型过程中半径保持不变，与定半径法不同的是在展开过程中，长度补偿不定，而是通过在内边腿和外边退的恒定交叉点中计算出结果。这种方法只有弯曲角居于1°~90°之间时才可使用。如图 3- 4 所示。
图 3-4 轨迹展开法
由于定中性线长度法不需要计算长度补偿，易于操作，且准确性可以满足B柱类产品辊压件的要求，本次课题采用的就是这种方法。
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3.3 获得辊压件数模
应用定中性线长度展开法获得辊压件，首 先是要计算出中性线的长度。在板料弯曲时， 外层纤维受拉，内层纤维受压，在拉伸与压缩 之间存在着一个既不伸长、也不压缩的纤维层 ，即为应变中性层。应变中性层与横截面的交 线这里称之为中性线。用图3- 5的方法可以得 到辊压件的横截面，且认为中性层位置通过板
图 3 - 5
料横截面中心，该B柱外板的料厚为0.8mm，于是可以确定中性线的位置。这里中性线的位置与真实中性线位置略有差异，因为随着弯曲变形程度不断增加，应变中性层位置逐步向内移动，且变形量愈大，中性层的内移量也愈大，即应变中性层向内移动。由于应变中性层向内移动量很小，本次课题《C301 B柱冲压成型模具设计》在数模展开式将其忽略，这同样可以满足工艺要求。辊压横截面和中性线如图3-6 所示：
图 3-6 横截面中性线
获得中性线后，使用UG7.0长度测量工具可以很容易测量中性线长度。可将B柱外板的外侧线自然延伸所得的中性线长度，这样可以得到弯曲件展开后的一条截面线。如图3- 7 所示：
图 3-7 辊压件截面线
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C301 B柱外板使用传统的辊压线生产，该传统工艺有一个特点，在辊压件大面外边缘有一个5mm左右的工艺边。如图3-8标出部分即为工艺边。该工艺边的存在可以有效的控制大面的回弹、剪断后的应力退化等问题，可以提高产品的稳定性，降低辊压线调试难度。后续的冲压过程中，该工艺边将作为废料被切掉，造成极大的原材料的浪费。低碳和绿色生产已成为机械制造业的一大发展趋势，通过技术改进，该工艺边是完全可以去掉的，目前方华埃西姆机械有限公司已掌握该项技术，并已将多条新生产线交与客户，给客户和社会等待来了可观的经济效益。
工艺边
图 3-8 C301 B柱外板辊压件
用创建截面的方法可以找到可以找到数模的最大横截面，确定该横截面的辊压件截面线之后，在截面线外边缘加上5mm长的工艺边线，角度为45°，使用UG7.0 中沿脊线扫略命令，可得辊压件。见图2- 4。
3.4 确定切边线
工件的工艺分析详见2.2.3.2 C301 B柱外板工艺分析，这里不再过多的论述。工艺方案确定后，需要确定切断的刃口型线。在数模上取不同的截面，使用上述定中性线长度展开法，获得中性线长度后，将B柱外板的外侧线自然延伸所得的中性线长度，得到弯曲件展开后的多条截面线，最后将展开线相连，略作过度修理，可得切边线。如图3- 9 所示。
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图 3-9 切边线
外板的顶端拐角和顶部拐角处的弯曲不是简单的直线弯曲，如图3-10。
在展开时，需在这些区域多设置一些截面，多生成一些截面线段，可使这两个区域的切边线准确一些。顶端圆角处包边的工艺调件比较差，除数模中已考虑的降低包边高度外，还可以在局部区域降低包边高度。
图 3-10 3.5 确定模具最初设计及精度
根据产品要求和产品性能，确定模具设计时的要求、公差和要关注的问题等。可以根据类似产品的生产经验，在充分考虑模具零部件的加工工艺性的基础上，进行模具最初的设计。可以说，到目前阶段模具设计工程师脑海里已经有了初步构想，模具零部件长什么样子应该有了一个初步的轮廓了。
在进行模具设计之前，我参考了几套类似产品使用的模具，在此基础上提出了一些改进意见。后来考虑到实际生产的需要，觉得一些改进恐怕经受不住批量生产的考验，遂将其舍弃，只在一些定位方式和定位器结构等非关键零部件做了些改进，凸凹模、压料板等重要零部件结构，基本上是参考实际生产现场的模具，没有做根本性的改进。考虑到工件的精度要求，需在模具中加上导向机构，部分位置需设计定位键、定位销等定位零部件，在第四章模具另不件设计中会详细论述，这里不再过多讨论。
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