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1、汽车模具设计,航空宇航工程学院,第一章 概 述,1.1 现代汽车模具设计 1.2 汽车模具制造特点,覆盖件实例,1.1 现代汽车模具设计,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
2、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。,覆盖件的表示方法,由于覆盖件多为复杂的空间曲面，不能用几个视图或剖面就把覆盖 件各点的位置和尺寸表达清楚。还必须辅以主模型或直接利用计算机几 何造型技术，用解析数学式和坐标数据信息来表示汽车覆盖件的完整形 状尺寸，从而进行模具设计和制造。 （一）覆盖件图 与主模型 1.汽车线 覆盖件及汽车车身（包括飞机、船体）的图形都是以三组 互相正交的直线为基准来绘制的，这三组基准线在汽车制造行业就称为 汽车线。 (1)水平线 常简写为 WL 。它是以底盘表面为零点。 （2）纵 线 简写 为 BL 。 它是以车
3、身中心为零点 ，向两侧标注。 （3）横 线 简写 为 TL 。它是以前轴（轮）中心为零点。,以汽车线为基准绘图，尺寸线较简单 ，便于表明零件的坐标位置和安装位置， 并且由于车身零件在制造过程 中常以汽车线为基准，这样使设计、绘图与制造统一 。,覆盖件的表示方法,2. 覆盖件图 覆盖件图是以汽车线为基准，仅表示一些主要投影关系，标注覆盖 件 的外轮廊尺寸及某些 孔、凸包的特征尺寸的图样。它不能将覆盖件所有相 关 点的位置都表示出 来，否则将使图形繁乱、尺寸线过多而模糊不清，难以使用。 3. 覆盖件的主模型 覆盖件的主模型（简称主模型）是覆盖件图的补充，它能够 真正完整地表示覆盖件的立体模型。 主
4、模型是按主图板上的投影图和面图做出单个覆盖件内表面形状的立体模型。 为了满足制造模具的需要，主模型都是按覆盖件内表面形状来制作的，如要按 覆盖件外表面形状来制作主模型，必须特别提出并加注说明。主模型既是制造 覆盖件冲模、焊装夹具和检验夹具的标准，又是覆盖件检查、焊装夹具和检验 夹具调整的不可缺少的标准样品。一般由容易加工、具有一定硬度和不易变形 材料来制造，常用的主模型材料有木材和塑料两类。 （二）计算机几何造型（数据模型） 随着计算机辅助技术的不断发展，利用几何造型技术来设计和表示汽车覆盖 件已成为主流发展趋势，它将逐步取代传统的设计方法和图样。常用的曲面可 用曲线生成方法得到，也可用一些拟
5、合、倒圆、修剪、延伸等方法来间接生成 曲面。,覆盖件特点和要求,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、拉延、校形、 修边、切断、翻边、冲孔等。其中最关键的工序是 拉延工序。,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;
6、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,覆盖件的结构特征与成形特点,覆盖件的结构特征（如图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）。,覆盖件的结构特征,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
7、大、表面质量要求高、刚性好等特 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1.1。,(a) (b) (c) (d) 图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,覆盖件的成形特点,结构尺寸大；形状复杂；相对 厚度小 。 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、
8、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。,（ 翼子板的多处翻边）,图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,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46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）
9、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。,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。,覆盖件的主要成形障碍及其防止措
10、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。,开裂及防裂措施,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
11、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。,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。,工艺方
12、面主要措施,图1.3工艺孔和工艺切口,1.2 汽车模具制造特点,覆盖件模具种类 1. 覆盖件拉深模 拉深模的典型结构 覆盖件拉深设备有单动压力机和双动压力机， 形状复杂的覆盖件必须采用双动压力机拉深 。 根据设备不同，覆盖件拉深模也可分为单动压 力机上覆盖件拉深模和双动压力机上覆盖件拉深模。 (如图所示)分别为单动压力机上和双动压力机上覆 盖件拉深模的典型结构示意图。,单动压力机上覆盖件拉深模 双动压力机上覆盖件拉深模,2. 覆盖件修边模,覆盖件修边模就是特殊的冲裁模，与一般冲孔、 落料模的主要区别是：所要修边的冲压件形状复 杂，模具分离刃口所在的位置可能是任意的空间曲 面；冲压件通常存在不同
13、程度的弹性变形；分离过 程通常存在较大的侧向压力等。 修边模具的结构 修边模具的分类 覆盖件修边模可分为垂直修边模（图1.4）、水平 修边模和倾斜修边模（图1.5）。,图1.4垂直修边模 1-下模；2-凸模镶块；3-上模； 4-凹模镶块；5-卸件器,图1.5水平修边模和倾斜修边模 1、15-复位弹簧；2-下模；3-、16滑块；4、17-修边凹模；5、12-斜楔；6、13 凸模镶块；7-上模；8-卸件器； 10-螺钉；9-弹簧；11、14防磨板；18-背靠快,3.覆盖件翻边模,根据翻边模的结构特点和复杂程度，覆盖件的翻 边模可分为以下六种类型。 （1）垂直翻边模 （2）斜楔翻边模 （3）斜模两面
14、开花翻边模 （4）斜楔圆周开花翻边模 （5）斜楔两面向外翻边模 （6）内外全开花翻边模,图1.6 窗口插入式翻边凸模扩张结构 1、4-斜楔座；2、13-滑板；3、6-斜楔块；5-限位板；7、12-复位弹簧； 8、11-滑块；9-翻边凸模；10-翻边凹模,图1.7 翻边凸模收缩与翻边凹模扩张结构 1、15-限位块；2-压块；3、4-斜楔块；5-滑块；6、12-弹簧；7-顶杆；8-翻边 凸模；9-压板；10-斜楔；11-翻边凹模；13-活动底板；14-下模座,图1.8斜楔两面开花式结构 1、7、9-斜楔；2-滑板；3-滑块；4、5、16-弹簧；6-轴销；8-活动翻边凸模； 10-键；11-导套；1
15、2固定块；13-压件器；14-凸模座；15-定位块；,第 二 章 车身件的工艺设计,2.1 成形性的讨论 2.2 加工工艺和工序设计,2.1 成形性的讨论,众所周知，形状比较简单制件（圆或方形筒）可以通过计算拉深系数、翻边 系数等来判断成形的可能与否，覆盖件的某些局部也可借鉴这些资料。但由于 覆盖件往往形状不规则，仅用简单制件的资料判断是不确切的，也是不够的。 比较好的方法是参考积累下来的已生产过的类似零件数据来判断，这些数据中 最有价值的是根据划圆形网格试验得到的数据。 一种比较有效的方法是通过计算延伸率来判断覆盖件能 否成形（胀形还是拉 深，或者两者的某种组合，见图 。 具体做法是在制件最
16、深部位以间距50100mm 取若干断面，分别计算延伸率 （这 时不考虑压边圈下凸缘部分材料流入的影响），参照表所列胀形许可值 来判断可否用胀形方法成形。若 大于许可值，采用胀形方法可能使制件破 裂，而应采用拉深方法成形。但若相邻断面的 平均值超过30% 或 的最大 值超过 40% 时，即使采用拉深的方法，允许压边圈下凸缘部分材料流入凸、凹 模间，制件局部仍可能破裂。 =（l1-l)/l 100% 式中 l 成形前坯料断面长度 l1制件断面长度,覆盖件胀形判断值表,2.2 加工工艺和工序设计,一.覆盖件冲压成形工艺设计 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 (a)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。 (
