冲压工艺与模具设计2.

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1、冲压工艺与模具设计 冲压工艺与模具设计 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 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

2、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 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 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; 1

3、2-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 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

4、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 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 (a) (b) (c) (d

5、) 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 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 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

6、点；g) 卸载 覆盖件拉深过程 冲压工艺与模具设计 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）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

7、、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 6.1.3覆盖件的成形分类 汽车车覆盖件的冲压压成形分类类以零件上易破裂或起皱皱部位材料的 主要变变形方式为为依据,并根据成形零件的外形特征、变变形量大小、 变变形特点以及对对材料性能的不同要求,可将汽车车覆盖件冲压压成形分 为为五类类: 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 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

8、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： 解决的办办法是增加工艺补艺补 充材料或设设置拉深筋。 冲压工艺与模具设计 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

9、面采取相应的措施。 冲压工艺与模具设计 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 图6.1.3工艺孔和工艺切口 冲压工艺与模具设计 6. 2覆盖件冲

10、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 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 如图图a，若选择选择 冲压压方向A，则则凸模不能全部进进入凹模,造成零件右下 部的a区成为为“死区”,不能成形出所要求的形状。选择选择 冲压压方向B后,则

11、则 可以使凸模全部进进人凹模,成形出零件的全部形状。 图图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, 若改变变拉深方向则则不能保证证90角。 图6.1.4 拉深方向确定实例 冲压工艺与模具设计 图6.1.4 拉深方向确定实例 冲压工艺与模具设计 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。 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 a) b) c) d)

12、图 6.1.6 凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态示意图 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 2.修边方向的确定及修边形式 (1)修边边方向的确定 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 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 3.翻边方向的确定及其翻

13、边形式 （1）翻边边方向的确定 翻边边工序对对于一般的覆盖件来说说是冲压压工序的最后成形 工序，翻边质边质 量的好坏和翻边边位置的准确度，直接影响整个 汽车车车车 身的装配和焊焊接的质质量。 合理的翻边边方向应满应满 足下列两个条件： 翻边边凹模的运动动方向和翻边边凸缘缘、立边边相一致； 翻边边凹模的运动动方向和翻边边基面垂直。 （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 图6.2.6 典型覆盖件翻 边 冲压工艺与模具设计 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

14、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。 工艺补艺补 充设计设计 的原则则： （1）内孔封闭补闭补 充原则则（为为防止开裂采用与冲孔或工艺艺切口除外 ）； （2）简简化拉深件结结构形状原则则（如图图6.2.8）； （3）对对后工序有利原则则（如对对修边边、翻边边定位可靠，模具结结构简简 单单）。 冲压工艺与模具设计 图6.2.7工艺补充示意图 冲压工艺与模具设计 a) b) c) a)简简化轮轮廓形状；b)增加局部侧侧壁高度；c)简简化压压料面形状 图图6.2.8简简化拉深件结结构形状 冲压工艺与模具设计 2.压料面的设计 压压料面是工艺补艺补 充部分组组成的一个重要部分，即凹 模圆圆角半径以外的部分。压压料面的形状不但要保证压证压 料 面上的材料不皱皱，而且应应尽量造成凸模下的材料能下凹 以降低拉深深度，更重要的是要保证证拉入凹模里的材料 不皱皱不裂。因此，压压料面形状应应由平面、圆圆柱面、双曲 面等可展面组组成，如图图6.2.10所示。