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1、第2章 汽车覆盖件冲压工艺设计第2章 汽车覆盖件冲压工艺设计2.1 工艺设计基础2.2 工艺设计2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计2.4 汽车覆盖件修边及冲孔工艺设计2.5 汽车覆盖件翻边工艺设计2.6 工艺设计实例2.1 工艺设计基础1.原始材料准备 工艺设计前除需准备常规设计的有关工艺手册(如冲模设计手册、机械制造工艺手册、技术标准等)外，还需要查阅的资料及实物主要有： 1)汽车覆盖件图、主模型或者实物。2)生产批量和交货期。3)生产线有关设备型号、参数和附属装置情况。4)所收集、整理的类似覆盖件的成形性能和生产情况。5)原材料的性能、规格及纤维方向等。2.汽车覆盖件图、模型或实物的分析研究
2、首先，应该了解该汽车覆盖件的作用、质量要求及其与相关零件的装配关系等。其次，应分析以下问题：2.1 工艺设计基础1)汽车覆盖件的工艺性，即汽车覆盖件有无成形困难的局部形状(急剧变化、负角面等)。2)汽车覆盖件的重点，即作为覆盖件表面，要求外表面连续，并与相邻表面均匀过渡，如果外表面存在不连续状，表面质量将恶化，经喷涂装饰后尤其明显。 3)局部细节(如孔、孔距、凸凹、凸缘、加强筋等)的精度，修边、压弯、成形的边缘圆角半径是否适当，压弯成形角部分是否多料。 4)料厚公差应在保证该汽车覆盖件精度的范围内。5)有无关于飞边高度及飞边方向的要求。6)是否需要考虑材料的纤维方向及板材利用率如何。7)可否成
3、对成形。2.2 工艺设计2.2.1 工艺设计需要研究的主要问题工艺设计需要研究的主要问题如下： 1)研究冲压成形性能及加工方法、加工性能。2)设计工序最少且又能满足汽车覆盖件性能要求的方案。3)初步确定模具结构影响强度、寿命的尺寸。4)根据汽车覆盖件的大小计算冲压力，决定各工序所使用的设备。5)以冲压为主重新讨论工艺设计。6)进行经济分析，以降低成本、提高效率为目的。2.2.2 加工工艺和工序设计的基本原则加工工艺和工序设计的基本原则是： 1)外覆盖件的同一表面尽可能一次成形。2.2 工艺设计2)汽车覆盖件上的焊接面不允许存在皱折、回弹等成形质量问题。3)汽车覆盖件在主成形工序(拉深)之后，一
4、般为修边、翻边等工序。4)汽车覆盖件上的孔一般应在零件成形之后冲出，以防先冲制的孔在成形过程中发生变形。 5)要尽量避免制件在工序之间的旋转和反转。2.2.3 工艺方案汽车覆盖件的冲压工艺方案编制依据是产品的生产纲领。工艺方案应保证产品的高质量、生产的高效率和低成本。 1.小批量生产的汽车覆盖件冲压工艺方案2.2 工艺设计小批量生产是指月产量小于1000件，此时的生产稳定性极差，形状改变可能性大，模具选择只要求拉深和成形工序使用冲模，模具寿 命在5万件以下。其他工序，如落料、修边可在通用设备上剪裁，翻边使用简易胎模，冲孔用通用冲孔模或钻床手工钻孔。如果过多地选用冲模，虽然对保证质量有益，但对提
5、高生产效益并无意义，且会使成本骤增。 2.中批量生产的汽车覆盖件冲压工艺方案2.2 工艺设计当月产量大于1000件，且小于10000件(货车)或30000件(轿车)时，被视为是中批量生产。其生产特点是比较稳定地长期生产，生产中形状改变时有发生。模具选择除要求拉深模采用冲模外，其他工序如 果影响质量和劳动量大也要相应选用冲模，模具寿命要求在5万件到30万件。模具选择系数为125，亦即一个覆盖件平均选择25套冲模。 3.大批量生产的汽车覆盖件冲压工艺方案2.2 工艺设计当月产量大于10000件(货车)或30000件(轿车)，且小于100000件时，属于大批量生产。其特点是生产处于长期稳定状态，工件
6、形状改变的可能性小；工艺难易程度为困难。工艺方案要为流水线生产提供保证，每道工序都要使用冲模，拉深、修边冲孔和翻边模同时安装 在一条冲压线上。至于工序间的流转，20世纪50年代基本是人工送料和取件，工业化国家实现机械化和自动化，60年代以后开始进入全自动化时期。多工位压力机的出现，更加提高了生产效率和工件质量。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计2.3.1 拉深工艺特点与简单零件相比，汽车覆盖件的拉深工艺特点有： 1)简单零件(形状对称、深度均匀)可用拉深系数研究拉深次数和工序尺寸；汽车覆盖件大多由复杂的空间曲面组成，成形时坯料各部分的变形状态差别很大，而且甚为复杂，各处应力也很不均匀。 2)通常，
7、简单零件的压边面积比其余部分面积大，只要压边力调节合适，便能防止起皱。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计3)简单零件拉深时，因变形区(凸缘区)的变形拉力超出传力区的(侧壁与底部过渡区)危险断面强度而导致破裂是主要问题，而有些汽车覆盖件由于拉深深度浅(如车门外板)，拉深时材料得不到应有的伸长变形，容易起皱，且刚性不够，需采用拉深槛来加大压边圈下板料的流动阻力，从而使其主要以胀形的方式变形，增大塑性变形程度，保证零件在修边后弹性畸变小、刚性好，避免汽车在运动时零件发生颤抖和噪声。 4)为了保证汽车覆盖件在拉深时能经受最大限度的塑性变形而不致产生破裂，对原材料的力学性能、金相组织、化学成分、表面状况和厚
8、度精度等都有很高、很严的要求。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计5)拉深时需要较大和较稳定的压边力，广泛采用双动压力机，除可得到约为主滑块拉深力60%以上的压边力外，还可根据需要在压边圈四角对压边力进行调节。 2.3.2 拉深方向的设计拉深方向是确定拉深方案时首先遇到的问题。它不但决定能否拉深出满意的汽车覆盖件来，而且影响到工艺补充部分的多少，以及拉深后各个工序（如整形、修边、翻边）的方案。因此，必须慎重考虑拉深方向。 1.拉深方向对拉深成形的影响2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计汽车覆盖件拉深成形时，所选择的拉深方向是否合理，将直接影响：凸模是否能进入凹模、毛坯的最大变形程度、是否能最大限度地减小拉
9、深件各部分的深度差、是否能使各部分毛坯之间的流动方向和流动速度差比较小、变形是否均匀、是否能充分发挥材料的塑性变形能力、是否有利于防止破裂和起皱等质量问题的产生等。也就是说，只有选择了合理的拉深方向，才能使拉深成形过程顺利实现。 2.选择拉深方向的原则1)保证能将拉深件的全部空间形状(包括棱线、筋条和鼓包等)一次拉深出来，不应有凸模接触不到的“死区”，即要保证凸模能全部进入凹模。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-1 拉深方向确定的实例2)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。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-2 拉深深度与拉深方向2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-3
10、某汽车立柱拉 深方向的确定2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计)保证凸模与毛坯具有良好的初始接触状态，以减少毛坯与凸模的相对滑动，有利于毛坯的变形，并提高冲压件的表面质量。 凸模与毛坯的接触面积应尽量大，保证较大的面接触，避免因点接触或线接触造成局部材料胀形变形太大而发生破裂(图2-4a)。 凸模两侧的包容角尽可能保持一致(=)，即凸模的接触点处在冲模的中心附近，而不偏离一侧，这样有利于拉深过程中法兰上各 部位材料较均匀地向凹模内流入(图2-4b)。 凸模表面与毛坯的接触点要多而分散，且尽可能均匀分布，以防止局部变形过大，毛坯与凸模表面产生相对滑动(图2-4c)。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-
11、4 拉深时凸模与坯料的接触状态 在拉深方向没有选择余地，而凸模与毛坯的接触状态又不理想时，应通过改变压料面来改善凸模与毛坯的接触状态。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计如图2-4d所示，通过改变压料面，使凸模与毛坯的接触点增加，接触面积增大，能保证零件的成形质量。图2-5 某货车顶盖的拉深方向的确定4)有利于防止表面缺陷。2.3.3 压料面的设计1.压料面的作用与对拉深成形的影响2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计压料面是工艺补充的一个重要组成部分，对汽车覆盖件的拉深成形起着重要作用。根据冲压零件的不同设计出拉深件后，有的拉深件的压料面全部为工艺补充部分，有的拉深件的压料面则由零件的法兰部分和工艺补充部
12、分共同组成。 2.压料面的设计原则压料面有两种情况：一种是压料面的一部分就是拉深件的法兰面，这种拉深件的压料面形状是已定的，一般不改变其形状，即使是为了改善拉深成形条件而作局部修改，也要在后续工序中进行整形矫正。另一种情况是压料面全部属于工艺补充部分，这种情况下，主要以保证良好的拉深成形条件为主要目的进行压料面的设计，同时要考虑到这部分材料在拉深工序后将在修边工序被切除，就应尽量减少这种压料面的材料消耗。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计1)压料面形状尽量简单化，以水平压料面为最好。图2-6 几种常用的压料面形状2)水平压料面(图2-7a)应用最多，其阻力变化相对容易控制，有利于调模时调整到最有利
13、于拉深成形所需要的最佳压料面阻力状态。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-7 压料面与冲压方向的关系 1压边圈 2凹模 3凸模3)压料面任一断面的曲线长度要小于拉深件内部相应断面的曲线长度。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-8 压料面内断面长度与2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-9 压料面仰角与凸模仰角的关系2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-10 防止余料的对策4)压料面应使成形深度小且各部分深度接近一致。5)压料面应使毛坯在拉深成形和修边工序中部有可靠的定位，并考虑送料和取件的方便。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计6)当覆盖件的底部有反成形形状时，压料面必须高于反成形形状的最高点(图2-
14、11)。7)不在某一方向产生很大的侧向力。图2-11 底部有反成形形状时的压料面2.3.4 工艺补充部分的设计2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计工艺补充是指为了顺利拉深成形出合格的制件，在冲压件的基础上添加的那部分材料。由于这部分材料是成形需要而不是零件需要，故在拉深成形后的修边工序中要将工艺补充部分切除掉。工艺补充是拉深件设计的主要内容，不仅对拉深成形起着重要影响，而且对后面的修边、整形、翻边等工序的方案设计也有影响。 1.工艺补充的作用与对拉深成形的影响图2-12 工艺补充示意图2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计2.工艺补充的设计原则(1)内孔封闭补充的原则 对零件内部的孔首先进行封闭补充，使零件
15、成为无内孔的制件；但对内部的局部成形部分，要进行变形分析。图2-13 工艺补充上预冲孔或工艺切口示意图(2)简化拉深件结构形状的原则 拉深件的结构形状越复杂，2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计拉深成形过程中的材料流动和塑性变形就越难控制。图2-14 工艺补充简化拉深件结构形状的实例2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-15 简化压料面形状的工艺补充(3)保证良好的塑性变形条件原则 对某些深度较小、曲率较小的汽车覆盖件来说，必须保证毛坯在成形过程中有足够的塑性变形量，才能保证其能有较好的形状精度和刚度。2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-16 工艺补充对变形的影响示意图 1凸模 2凹模2.3 汽车覆盖
16、件拉深工艺设计(4)外工艺补充部分尽量小的原则 由于外工艺补充不是零件本体，以后将被切掉变成废料，因此在保证拉深件具有良好的拉深条件的前提下，应尽量减小这部分工艺补充，以减少材料浪费，提高材料利用率。 (5)对后续工序有利的原则 设计工艺补充时要考虑对后续工序的影响，要有利于后续工序的定位稳定性，尽量能够垂直修边等。图2-17 某汽车前窗内侧板拉深时冲工艺孔的例子2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计(6)双件拉深工艺补充原则 有的零件进行拉深工艺补充时，会出现需要增加很多的材料或冲压方向不好选择或变形条件不容易控制等问题。图2-18 双件拉深工艺补充 a)产品件示意图 b)拉深件示意图3.常见的工艺补充类型2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图219所示是常用的几种工艺补充类型。图中有关尺寸主要考虑：在进行模具压料面或拉深筋槽的修理时不能影响到修边线。保证修边模的凸模和凹模能有足够的强度。凸模圆角rp和凹模圆角rd的大小要有利于毛坯的变形和塑性流动等。图2-19 工艺补充部分的几种类型2.3 汽车覆盖件拉深工艺设计图2-20 最大的工艺 补充部分示意图2.3
