冲压工艺与冲压模具设计

冲压工艺与模具设计2008年冲压工艺与模具设计2008年概述6.1覆盖件的结构特征与成形特点6.2覆盖件冲压成形设计工艺6.3覆盖件成形模具的典型结构和主要零件的设计冲压工艺与模具设计2008年覆盖件的含义：覆盖件主要指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室及构成车身的一些零件，如轿车的挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、行李箱盖、骨架等。覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性零件，又是封闭薄壳的受力零件。覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。覆盖件表面一般都具有装饰性，除考虑好用、好修、好造外，要求美观大方。覆盖件与一般冲压件的区别：材料薄、形状复杂（多为立体曲面），结构尺寸大，尺寸精度高，因此冲压工艺编制、冲模设计、冲模制造工艺都有一些特殊的要求，冲压设计中常把他作为一种特殊类型研究。冲压工艺与模具设计2008年覆盖件应满足的条件：1.良好的表面质量；2.符合要求的几何尺寸和曲面形状；3.要有足够的刚性；4.良好的工艺性。覆盖件主要冲压工序：覆盖件的主要冲压工序有:落料、拉深、校形、修边、切断、翻边、冲孔等。其中最关键的工序是拉深工序。冲压工艺与模具设计2008年1-发动机罩前支撑板;2-固定框架;3-前群板;4-前框架;5-前翼子板;6-地板总成;7-门槛;8-前门;9-后门;10-车轮挡泥板;11-后翼子板;12-后围板;13-行李舱盖;14-后立柱;15-后围上盖板;16-后窗台板;17-上边梁;18-顶盖;19-中立柱;20-前立柱;21-前围侧板;22-前围板;23-前围上盖板;24-前挡泥板;25-发动机罩;26-门窗框冲压工艺与模具设计2008年6.1.1覆盖件的结构特征（如图6.1.1）分类：按功能和部位分类，可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架件（结构件）三类。外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观质量有特殊要求，内部覆盖件的形状往往更复杂。按成形性质分：深拉深成形（油箱）、胀形拉深成形（翼子板）、浅拉深成形（外门板）、弯曲成形（支架、立柱）、弯曲成形（消音器隔板）。6.1覆盖件的结构特征与成形特点冲压工艺与模具设计2008年6.1.1覆盖件的结构特征（如图6.1.1）特征：和一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、多为空间曲面且曲面间有较高的连接要求、结构尺寸较大、表面质量要求高、刚性好等特点。6.1覆盖件的结构特征与成形特点汽车覆盖件的形状看成是由若干个“基本形状”(或其一部分)组成的。这些“基本形状”有：直壁轴对称形状(包括变异的直壁椭圆形状)、曲面轴对称形状、圆锥体形状及盒形形状等。而每种基本形状都可分解成由法兰形状、轮廓形状、侧壁形状、底部形状组成，图6.1.1。冲压工艺与模具设计2008年(a)(b)(c)(d)图6.1.1覆盖件的基本形状(a)法兰形状；(b)轮廓形状；(c)侧壁形状；(d)底部形状冲压工艺与模具设计2008年6.1.2覆盖件的成形特点1）结构尺寸大；2）形状复杂；3）相对厚度小。（翼子板的多处翻边）1.成形工序多：拉深为关键工序；2.拉深是复合成形：常采用一次拉深；3.拉深时变形不均匀：工艺补充、拉深筋；4.大而稳定的压边力：双动压床；5.高强度、高质量、抗腐蚀的钢板；6.覆盖件图样和主模型为依据。冲压工艺与模具设计2008年图6.1.2覆盖件拉深过程示意图a)坯料放入；b)压边；c)板料与凸模接触；d)材料拉入；e)压型；f)下止点；g)卸载覆盖件拉深过程冲压工艺与模具设计2008年成形特点：1）汽车覆盖件冲压成形时，内部的毛坯不是同时贴模，而是随着冲压过程的进行而逐步贴模。2）成形工序多。覆盖件的冲压工序一般要4～6道工序，多的有近10多道工序。拉深、修边和翻边是最基本的三道工序。3）覆盖件拉深往往不是单纯的拉深，而是拉深、胀形、弯曲等的复合成形。不论形状如何复杂，常采用一次拉深成形。4）拉深时变形不均匀，主要成形障碍是起皱和拉裂。为此，常采用加工艺补充面和拉深筋等控制变形的措施。5）需要较大和较稳定的压边力。所以，广泛采用双动压力机。6）材料多采用如08钢等冲压性能好的钢板，且要求钢板表面质量好、尺寸精度高。7）制定覆盖件的拉深工艺和设计模具时，要以覆盖件图样和主模型为依据。冲压工艺与模具设计2008年6.1.3覆盖件的成形分类汽车覆盖件的冲压成形分类以零件上易破裂或起皱部位材料的主要变形方式为依据,并根据成形零件的外形特征、变形量大小、变形特点以及对材料性能的不同要求,可将汽车覆盖件冲压成形分为五类:深拉深成形类、胀形拉深成形类、浅拉深成形类、弯曲成形类和翻边成形类。冲压工艺与模具设计2008年6.1.4覆盖件的主要成形障碍及其防止措施由于覆盖件形状复杂，多为非轴对称、非回转体的复杂曲面形状零件，因而决定了拉深时的变形不均匀，所以拉深时的起皱和开裂是主要成形障碍。1.起皱及防皱措施原因：覆盖件的拉深过程中，当板料与凸模刚开始接触，板面内就会产生压应力，随着拉深的进行，当压应力超过允许值时，板料就会失稳起皱(如图6.1.2)。防皱措施：解决的办法是增加工艺补充材料或设置拉深筋。冲压工艺与模具设计2008年2.开裂及防裂措施原因：是由于局部拉应力过大造成的，由于局部拉应力过大导致局部大的胀形变形而开裂。位置:开裂主要发生在圆角部位，开裂部位的厚度变薄很大如凸模与坯料的接触面积过小、拉深阻力过大等都有可能导致材料局部胀形变形过大而开裂。防裂措施：为了防止开裂，应从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设计多方面采取相应的措施。冲压工艺与模具设计2008年覆盖件的成形障碍的防止措施(1)覆盖件的结构上，可采取的措施有：各圆角半径最好大一些、曲面形状在拉深方向的实际深度应浅一些、各处深度均匀一些、形状尽量简单且变化尽量平缓一些等。(2)拉深工艺方面，可采取的主要措施有：拉深方向尽量使凸模与坯料的接触面积大、合理的压料面形状和压边力使压料面各部位阻力均匀适度、降低拉延深度、开工艺孔和工艺切口等（如图6.1.3）。(3)模具设计上可采取设计合理的拉深筋、采用较大的模具圆角、使凸模与凹模间隙合理等措施。冲压工艺与模具设计2008年图6.1.3工艺孔和工艺切口冲压工艺与模具设计2008年6.2覆盖件冲压成形工艺设计6.2.1确定冲压方向覆盖件的冲压工艺包括拉深、修边、翻边等多道工序，确定冲压方向应从拉深工序开始，然后制定以后各工序的冲压方向。应尽量将各工序的冲压方向设计成一致。1.拉深方向的选择(1)拉深冲压方向对拉深成形的影响凸模能否进入凹模、对破裂和起皱的影响等。(2)拉深方向选择的原则①保证能将拉深件的所有空间形状（包括棱线、肋条、和鼓包等）一次拉深出来，不应有凸模接触不到的死角或死区。冲压工艺与模具设计2008年如图a，若选择冲压方向A，则凸模不能全部进入凹模,造成零件右下部的a区成为“死区”,不能成形出所要求的形状。选择冲压方向B后,则可以使凸模全部进人凹模,成形出零件的全部形状。图b)是按拉深件底部的反成形部分最有利干成形面确定的拉深方向,若改变拉深方向则不能保证90°角。图6.1.4拉深方向确定实例冲压工艺与模具设计2008年图6.1.4拉深方向确定实例冲压工艺与模具设计2008年②有利于降低拉深件的深度。拉深深度太深,会增加拉深成形的难度,容易产生破裂、起皱等质量问题；拉深深度太浅,则会使材料在成形过程中得不到较大的塑性变形，覆盖件刚度得不到加强。③尽量使拉深深度差最小。以减小材料流动和变形分布的不均匀性（如图6.2.2)。图6.2.2拉深深度与拉深方向冲压工艺与模具设计2008年a)b)c)d)图6.1.6凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态示意图④保证凸模开始拉深时与拉深毛坯有良好的接触状态。开始拉深时凸模与拉深毛坯的接触面积要大，接触面应尽量靠近冲模中心（如图6.2.3）。冲压工艺与模具设计2008年2.修边方向的确定及修边形式(1)修边方向的确定所谓修边就是将拉深件修边线以外的部分切掉。理想的修边方向:是修边刃口的运动方向和修边表面垂直。(2)修边形式修边形式可分为垂直修边、水平修边和倾斜修边三种，如图6.2.4所示。冲压工艺与模具设计2008年图6.2.6修边形式示意图a)垂直修边b)水平修边c)倾斜修边冲压工艺与模具设计2008年3.翻边方向的确定及其翻边形式（1）翻边方向的确定翻边工序对于一般的覆盖件来说是冲压工序的最后成形工序，翻边质量的好坏和翻边位置的准确度，直接影响整个汽车车身的装配和焊接的质量。合理的翻边方向应满足下列两个条件：①翻边凹模的运动方向和翻边凸缘、立边相一致；②翻边凹模的运动方向和翻边基面垂直。（2）翻边形式按翻边凹模的运动方向，翻边形式可分为垂直翻边、水平翻边和倾斜翻边三种(如图6.2.6)。冲压工艺与模具设计2008年图6.2.6典型覆盖件翻边冲压工艺与模具设计2008年6.2.2拉深工序的工艺处理1.工艺补充部分的设计为了实现覆盖件的拉深，需要将覆盖件的孔、开口、压料面等结构根拉深工序的要求进行工艺处理，这样的处理称为工艺补充。如图6.2.9中的工艺补充。工艺处理的内容包括：确定压料面形状、工艺补充、翻边的展开、冲工艺孔和工艺切口等内容，是针对拉深工艺的要求对覆盖件进行的工艺处理措施。工艺补充设计的原则：（1）内孔封闭补充原则（为防止开裂采用与冲孔或工艺切口除外）；（2）简化拉深件结构形状原则（如图6.2.8）；（3）对后工序有利原则（如对修边、翻边定位可靠，模具结构简单）。冲压工艺与模具设计2008年图6.2.7工艺补充示意图冲压工艺与模具设计2008年a)b)c)a)简化轮廓形状；b)增加局部侧壁高度；c)简化压料面形状图6.2.8简化拉深件结构形状冲压工艺与模具设计2008年2.压料面的设计压料面是工艺补充部分组成的一个重要部分，即凹模圆角半径以外的部分。压料面的形状不但要保证压料面上的材料不皱，而且应尽量造成凸模下的材料能下凹以降低拉深深度，更重要的是要保证拉入凹模里的材料不皱不裂。因此，压料面形状应由平面、圆柱面、双曲面等可展面组成，如图6.2.10所示。确定压料面形状必须考虑以下几点：（1）降低拉深深度图6.2.12所示是降低拉深深度的示意图。（2）凸模对毛坯一定要有拉伸作用只有使毛坯各部分在拉深过程中处于拉伸状态，并能均匀地紧贴凸模，才能避免起皱，如图6.2.13。冲压工艺与模具设计2008年图6.2.10压料面形状1-平面；2-圆柱面；3-圆锥面；4-直曲面冲压工艺与模具设计2008年图6.2.11压料面与冲压方向的关系1-压边圈；2-凹模；3-凸模冲压工艺与模具设计2008年冲压工艺与模具设计2008年3.工艺孔和工艺切口在制件上压出深度较大的局部突起或鼓包，有时靠从外部流入材料已很困难，继续拉深将产生破裂。这时，可考虑采用冲工艺孔或工艺切口，以从变形区内部得到材料补充。如图6.1.3所示。工艺孔或工艺切口必须设在拉应力最大的拐角处，因此冲工艺孔或工艺切口的位置、大小、形状和时间应在调整拉深模时现场试验确定。冲压工艺与模具设计2008年4.覆盖件拉深件图的绘制（1）拉深件图的要求①按照拉深件的冲压位置绘制,而不是像产品图那样按照零件在车身上的装配位置来绘制。②拉深件图上不仅要标注拉深件的轮廓尺寸、不同位置的深度等。而且要标注拉深件在汽车坐标系中的定位尺寸，拉深方向与坐标系的关系，后面工序示意线及尺寸等。有时还标注后面工序的冲压方向，但不标注拉深件外轮廓尺寸。③当拉深件的法兰面为复杂曲面形状时，还可以在法兰面上标注上凸、凹模和压料圈型面按工艺模型仿制、配研的技术要求。冲压工艺与模具设计2008年(2)拉深件图的画法①依据产品图绘制对于不是很复杂的零件，可以依据产品图确定冲压方向，进行工艺补充，绘制出拉深件图。②依据实物绘制对于结构形状很复杂零件，由于产品图也不能将零件的每一个尺寸都表示出来，所以在绘制拉深件图时，要依据零件实物或主模型确定冲压方向及压料面。然后进行实际测绘，并借助于主图板测量断面尺寸，画出拉件图。③计算机绘图在利用计算机进行产品计时，可利用零件产品数据直接进行拉深件