汽车电池盒下壳体拉深工艺优化及其模具设计.pdf

中文摘要 汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的工具，在能源短缺和环保要求越来越高的社 会现状下，各大汽车制造企业都在积极研发新能源汽车，而纯电动汽车是最主要的一种新 能源汽车，新能源汽车电池及其保护盒就成为了新能源汽车的关键部件。 本文以某品牌电动汽车电池盒下壳体作为研究的对象，研究其拉深工艺及模具。该零 件的功能和成型特点与传统汽车冲压件有较大区别：零件的头部有一个通信前端，其侧壁 的结构比较复杂，容易产生起皱、开裂等失效；零件的拉深深度较大，约为115mm，侧壁 与底部的角度都为90°，需要压料面的其他材料补充拉深变形，且板料的侧壁区域在板料 拉深后，很容易产生开裂或者失效，因此比一般盒型拉深件更加难以成型。针对本课题， 本文主要开展了如下研究工作： 1. 结合汽车冲压件的成型结构特点、成型缺陷及冷冲压成型技术，分析了冲压成型 数值模拟技术发展状况；分析和对比了传统与现代两种模具开发模式，以此来指出现代模 具开发模式的优越性。 2. 对盒型件进行了力学分析，通过对比类似结构的盒型零件，得出盒型件具有受力 分布不均、变形分布不均、变形速度不匀的力学特点，为电动汽车电池盒下壳体模具开发 奠定理论基础；对板料冲压形成的数值模拟基本理论进行了系统分析，为电动汽车电池盒 下壳体数值模拟算法分析及数值模拟提供技术支持；介绍了AutoForm 软件及其对数值模 拟结果的分析方法，为电动汽车电池盒下壳体的数值模拟进行前期准备。 3. 对电池盒下壳体进行了工艺分析，确定其成型方案为：拉深，整形，修边，正冲 孔，侧冲孔，其中拉深工序是本文研究重点。对零件进行预处理后，把零件数模导入 Autoform 中进行工艺参数设置，确定初次模拟的主要工艺参数为：材料为DC06，板料尺 寸为矩形板料，长1800mm，宽1250mm，压边力为1000KN，摩擦系数为0.15。初次模拟 后得到模拟结果：零件通信前端和侧壁开裂，很多地方有减薄过度、拉深不足、压应力、 材料增厚等一系列的问题，因此需要进一步优化。 4. 用控制变量法，对板料形状、拉深筋阻力大小，压边力和摩擦系数这四种因素做 了电池盒下壳体拉深工艺模拟，分析了不同因素对电池盒下壳体成型质量的影响。基于初 次模拟的结果和不同因素对零件成型质量影响的因素分析，又进行了第二、三、四次模拟， 即三次优化。 第二次模拟前，先用正交实验法在多种因素变量下，得到最优的因素水平组合方案参 数：摩擦系数0.12，拉深筋系数1.5，压边力1500KN，然后用此参数进模拟，结论为：正 交试验所得到的最优参数对成型质量虽有所改善，但成型质量仍不理想，零件仍存在过度 减薄、拉深不足等问题，主要问题集中在通信前端区域。 在第二次拉深成型模拟结果的基础上，进行了第三次模拟，将板料向X 轴方向平移 20mm，这样减少通信前端处的材料从而减少此处的阻力，然后进行了第三模拟，得到结 论为：移动板料减少通信前端板料区域，起到了相当大的作用，但是依然有增厚率过大与 拉深不足等问题，还需要进一步优化。 11 在第三次拉深成型模拟的基础上，进行第四次模拟，把压边力降低到1000KN，得到 模拟结果：零件成型质量得到明显改善，通过对零件板料移动和降低压边力，减少了通信 前端板料余量、降低了压边力，进而减少了阻力，有效缓解了拉深开裂，并有效改善材料 流动的条件，最终获得合格的制件。最终的最优工艺参数为：摩擦系数为0.12，拉深筋系 数为1.5，压边力为1000KN。 5. 根据数值模拟提供的数据，设计了电池盒下壳体拉深模具，并完成了整形模具， 修边模具，冲孔模具，侧冲孔模具的结构设计与优化；与模具厂合作，将模具制造了出来， 利用模拟出来的最优工艺方案进行了模具工程实验验证，生产出的零件满足技术要求。 关键词：电池盒下壳体，数值模拟技术，拉深成型，AutoForm 软件； 22 Abstract Automobile has become an indispensable tool in peoples daily life. Under the social situation of energy shortage a