汽车覆盖件模具设计总结

汽车覆盖件形状复杂，表面质量要求高。用最少的模具成本、最少的设备台时加工出高质量的冲压件，需要编制合理精益的工艺方案，是对工艺人员的高要求。汽车覆盖件的特点和要求汽车覆盖件（以下简称覆盖件）是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。轿车的车前板和车身、载重车的车前板和驾驶室等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。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，它既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件。覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。一、覆盖件的分类按功能和部位分类，可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。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。按工艺特征分类如下：（1）对称于一个平面的覆盖件。诸如发动机罩、前围板、后围板、散热器罩和水箱罩等。这类覆盖件又可分为深度浅呈凹形弯曲形状的、深度均匀形状比较复杂的、深度相差大形状复杂的和深度深的几种。（2）不对称的覆盖件。诸如车门的内、外板，翼子板，侧围板等。这类覆盖件又可分为深度浅度比较平坦的、深度均匀形状较复杂的和深度深的几种。（3）可以成双冲压的覆盖件。所谓成双冲压既指左右件组成一个便于成型的封闭件，也指切开后变成两件的半封闭型的覆盖件。（4）具有凸缘平面的覆盖件。如车门内板，其凸缘面可直接选作压料面。（5）压弯成型的覆盖件。以上各类覆盖件的工艺方案各有不同，模具设计结构亦有很大差别。二、覆盖件的特点和要求同一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点。覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。因此，在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一各特殊的类别加以研究和分析。覆盖件的特点决定了它的特殊要求。1.表面质量覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。总之覆盖件不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。2.尺寸形状覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。3.刚性覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松驰和鼓动现象。4.工艺性覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添上工艺补充部分，构成一个拉延件。工艺补充是拉延件不可缺少的组成部分，它既是实现拉延的条件，又是增加变形程度获得刚性零件的必要补充。工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的的性能有关，形状复杂的深拉延件，要使用08ZF钢板。工艺补充的多余料需要在以后工序中去除。拉延工序以后的工艺性，仅仅是确定工序次数和安排工序顺序的问题。工艺性好可以减少工序次数，进行必要的工序合并。审查后续工序的工艺性要注意定位基准的一致性或定位基准的转换，前道工序为后续工序创造必要的条件，后道工序要注意和前道工序衔接好。覆盖件模具一、覆盖件冲模1.拉延模拉延模是保证制成合格覆盖件最主要的装备。其作用是将平板状毛料经过拉延工序使之成型为立体空间工件。拉延模有正装和倒装两种型式。正装拉延模和凸模和压料圈在上，凹模在下，它使用双动压力机，凸模安装在内滑块上，压料圈安装在外滑块上，成型时外滑块首先下行，压料圈将毛料紧紧压在凹模面上，然后内滑块下行，凸模将毛料引伸到凹模腔内，毛料在凸模、凹模和压料圈的作用下进行大塑性变形。倒装拉延模的凸模和压料圈在下，凹模在上，它使用单动压力机，凸模直接装在下工作台上，压料圈则使用压力机下面的顶出缸，通过顶杆获得所需的压料力。倒装型式拉延模只有在顶出压力能够满足压料需要的情况下方可采用。2.修边模修边模用于将拉延件的工艺补充部分和压料凸缘的多余料切除，为翻边和整形准备条件。在小批量生产时，可以用手工和其他简单装备代替。修边模修边往往兼冲孔。修边模在修边的同时，要将废料切成若干段，每段长在200～300mm之间，分割后的废料便于打包外运。3.翻边模翻边模是将半成品工件的一部分材料相对另一部分材料发生翻转，根据翻边的冲压方向不同，翻边模可分为垂直翻边模和水平翻边模两大类。水平翻边（含倾斜翻边）则需要斜楔结构完成翻边成型工作。番边模也是制成合格覆盖件的必要装备。二、覆盖件夹具1.焊装夹具是覆盖件总成焊装的重要装备，按照总成的内容和层次，可分为若干种类夹具，通常冠以各种总成的名称。2.检验夹具检验夹具是对覆盖件及其总成件进行综合性检测的主体量具，其检测内容主要是立体型面、轮廓形状和尺寸。检测数据和检查基准书内规定的公差要求进行对照，用来判断工件是否合格。模型1.实体模型传统的冲模加工方法是采用实体模型作为加工依据。实体模型具有直观、采集数据可靠、加工设备要求低等优点。因此，目前国内大多数厂家仍采用实体模型加工方法。工艺模型通常利用主模型按冲压工序的需要，高速冲压方向，并增加工艺补充部分改制而成。由于工艺模型的型面都取覆盖件的内表面，所以工艺模型可直接用来仿型或数控仿型加工拉延模的凸模和压料圈。至于拉延模的凹模加工，目前有两种方法：其一是按凸模的工艺模型反制一个凹的工艺模型，再按凹的工艺模型由计算机直接生成凹模的加工程序，这种方法正逐渐取代前一种方法。由此可见，实体模型只需制造一个具有凸模形状的正工艺模型，即要满足模具加工的需要，工艺样架等过渡模型已不再采用。2.数学模型应用电子计算机建立覆盖件的数学模型，为汽车模具的计算机辅助设计与制造创造了条件，数学模型可以在计算机的屏幕上进行模拟装配、调整冲压方向，这是实体模型无法实现的。因此，采用数学模型加工模具代表了模具工业的发展方向，它将彻底改变模具质量依靠工匠技艺的状态。四、覆盖件模具的成套性覆盖件具的成套性有两个含意，一个是指全车模具的成套性，另一个指某个覆盖件所需若干模具的成套性。汽车车身由数百个冲压件构成、全车所需冲模高达一千套以上（见下表）。全车模具的协调一致和成套性供应是保证全车质量的关键。如果把全车模个的成套性视为一个大的系统工程，则每个覆盖件的成套模具就是一个子系统，子系统的成套协调是保证全车质量的基础。采用计算机辅助设计和辅助制造方法，可有效地保证模具的成套性。几种汽车产品选用模具数量工艺设计内容工艺设计是在模具设计制造之前的技术准备工作，通常由用户方进行，其主要内容有以下诸项：（1）根据生产纲领确定工艺方案。（2）根据覆盖件结构形状，分析成型可能性和确定工序数及模具品种。（3）根据装配要求确定覆盖件的验收标准。（4）根据工厂条件决定模具使用的压床。（5）根据制造要求确定协调方法。（6）提出模具设计技术条件，其中包括结构要求、材料要求等。工艺设计内容是贯彻执行生产纲领的具体要求和体现，是生产纲领和模具设计制造之间的桥梁和纽带。工艺设计要求方案正确、内容可靠、符合实际和实施容易，不允许有任何大的漏洞，其责任份量很重，往往是成败的关键。成型可能性分析覆盖件成形的可能性分析是一项艰苦细致的工作。由于覆盖形状十分复杂，其成型可能性计算没有固定的方法。下面仅介绍几种最基本的分析方法。1.用基本冲压工序的计算方法进行类比分析覆盖件的形状不论多么复杂，都可以将它分割成若干部分，然后将每个部分的成型单独和冲压的基本工序进行类比，然后找出成型最困难的部分，进行类似的工艺计算，看其是否能一次成型。基本的冲压工序有圆筒件拉伸、凸缘圆筒件拉伸、盒形件拉伸、局部成型、弯曲成型、翻边成型、胀型等。它们都可以作为分析覆盖件相似部位的基础，用各种不同方法进行近似估算。由于覆盖件上的各部位是连在一起的，相互牵联和制约，故不要把变形性质不同的部分孤立地看待，要考虑不同部位的相互影响，才不会造成失误。2.变形特点分析覆盖件的成型工序，大都可以认为是一种平面应力状态下进行的，垂直板料方向的应力一般为零，或者数值很小，可以忽略不计。因此板料的变形方式，基本上可以分为以下两大类。（1）以拉伸为主的变形方式。在以拉伸为主的变形方式下，板料的成型主要依靠板料纤维的伸长和厚度的变薄来实现的。拉应力成分越多，数值越大，板料纤维的和厚度变薄越严重。因此，在这种变形方式下，板料过度变薄甚至拉断，主成为变形的主要障碍。（2）以压缩为主的变形方式。在以压为主的变形方式下，板料的成型主要依靠板料纤维的缩短和厚度的增加来实现的。压应力成分越多，数值越大，板料纤维的压缩和厚度增加越严重。因此，在这种变形方式下，板料的失稳和起皱应成为变形的主要障碍。任何覆盖件的成型，都不外是拉伸和压缩两种变形方式的组合，或以拉伸为主，或以压缩为主。由于板料在拉伸或压缩的过程中，具有失稳起皱和变薄拉破的危险，因此工艺上必须明确，板料在一定变形方式下极限变形能力究竟有多大，该工件能否一次成型。如果从变形区应力应变状态的特点来看，概括起来，变形的主应力状态有如下四种类型，如图1所示。图1平面应力状态下的主应力状态图（1）拉－拉。变形区内两个主应力均为拉应力。（2）拉－压。变形区内两个主应力，一个为拉应力，另一个为压应力，但绝对值，拉应力大于压应力。（3）压－拉。变形区内两个主应力，一个为压应力，另一个为拉应力，但绝对值，压应力大于拉应力。（4）压－压。变形区内两个主应力均为压应力。同应力状态相对应，应变状态有如下四种类型，如图2所示。图2应变状态图（1）拉－拉。板面内两个主应变均为拉应变，厚度方向变薄严重。（2）拉－压。板内两个主应变，一个为拉应变，另一个为压应变，但绝对值拉应变大于压应变，厚度方向变薄。（3）压－拉。板内两个主应变，一个为压应变，另一个为拉应变，但绝对值压应变大于拉应变，厚度方向变厚。（4）压－压。板内两个主应变均为压应变，厚度方向变厚严重。一般情况下，板料成型时变形区应力状态图与应变状态图的对应关系如图3所示。图中的拉－拉与压－压主应力状态图都可能对应两种主应变状态图，其余则一一对应。图3应力与应变状态的对应关系由此，我们可以概括地认识到板料的一般变形规律与成型性能。总的说来，板料能否顺利成型，首先取决于传力区的承载能力，即传力区是否有足够的抗拉强度。其次根据变形方式，分析变形区变形的主要障碍。在以拉伸为主的变形方式下，变形区均匀变形的程度将决定其变形程度的大小。如果变形不均匀，或只集中某一局部变形，就会因集中应变而出现缩颈，变形不能继续进行。对此，工艺上往往采取增加凹模圆角半径或改善润滑的方法使其变形均匀化。在以压缩为主的变形方式下，变形区的抗失稳起皱能力将决定其变形程度的大小。对此，工艺上采取适当增加压料力的办法，以提高压料面的质量。降低凹模和压料圈的压料面表面粗糙度，增加摩擦等措施，可以改善变形条件。根据上述方法，对覆盖件局部形状予以判断分析，可以粗略地掌握覆盖件的变形特点。但不可不否认，由于形状的边界条件不同，这种判断往往是不够确切的。因此，判断工件是否能够成型，最好的办法还是参考以前加工过的工件，用类似的方法进行判断，如果应用坐标网格应变分析法，将试验数据和工件尺寸形状对照分析，可以得出更有价值的结果。3.成型度α值判断法对不规则形状拉延件的成型，还可以用成型度α值进行估算和判断。成型度：α＝（l/l0-1）×100%式中l0——成型前毛坯长度；l——成型后工件长度。在拉延件最深或认