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1、6. 7大型覆盖件的成形工艺及模具设计覆盖件主要是指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室和车身的一些零件，如轿车的挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、行李箱盖等。由于覆盖件的姑构尺寸较大，所以称为大型覆盖件。除汽车外，拖拉机、摩托车、部分燃气灶面等也有覆盖件。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。所以覆盖件在冲压工艺的制定、冲模设计和模具制造上难度都较大，并具有其独自的特点。6. 7.1覆盖件的成形特点和主要成形障碍一、覆盖件的特点覆盖件的一般成形过程如图6-39所示，成形过程包括：（a）坯料放入，坯料
2、因其自重作用有一定程度的向下弯曲；（b）通过压边装置压边，同时压制拉深筋；（c）凸模下降，板料与凸模接触，随着接触区域的扩大，板料逐步与凸模贴合；（d）凸模继续下移，材料不断被拉入模具型腔，并使侧壁成型；（e）凸、凹模合模，材料被压成模具型腔形状；（千）继续加压使工件定型，凸模达到下死点；（g）卸载。由于覆盖件有形状复杂、表面质量要求高等特点，与普通冲压加工相比有如下成型特点:（1）成形工序多。（2）覆盖件成形是拉深、胀形、弯曲等的复合成形。不论形状如何复杂，常采用一次成形。（3）由于覆盖件多为非轴对称、非回转体的复杂曲面形状零件，不均匀，拉深时变形主要成型障碍是起皱和拉裂。为此，常采用加入工
3、艺补充面和拉伸筋等控制变形的措施。（4）对大型覆盖件的成形，需要较大和稳定的压边力，所以其拉深广泛采用双动力压力机。（5）为易于拉深成形，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。（6）制定覆盖件的成形工艺和设计模具时，要以覆盖件图样和主模型为依据。主模型是根据定型后的主图版、主样板及覆盖件图样为依据制作的尺寸比例为1:1的汽车外形的模型。常采用木材和玻璃钢制作。主模型是覆盖件图必要的补充，只有主模型才能真正的表示覆盖件的信息。由于CAD/CAM技术的推广应用，主模型正在被计算机虚拟实体模型所代替。传统的油泥模型到主模型的汽车设计过程，正在被概念设计、参数化设计等
4、现代设计方法所取代，大大缩短了设计与制造周期，提高了制造精度。二、覆盖件的主要成形障碍由于覆盖件形状复杂，多位多为非轴对称、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勿，所以成形时的起皱和开裂是其主要成型障碍。1. 覆盖件成形时的起皱及防皱措施在图6-39所示的覆盖件拉深过程中，当板料与凸模刚开始接触时，版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。3.拉深筋的设计如图6-55所示，设置在压料面上的多条筋状结构就是拉深筋。拉深筋也可以设置在凹模的压料面上，两者对拉深的作用效果是一样的。拉深筋有圆形、半圆形和方形三种结构。图6-56是半圆形拉深筋的结构
5、和尺寸。常用的拉深筋宽度b有12mm, 16mm两种。对于某些深度较浅、曲率较小的比较平坦的覆盖件，由于变形所需的径向拉应力的数值不大，工件在出模后回弹变形大，或者根本不能紧密的贴膜，这时要采用拉深槛才能保证拉深件的质量要求。拉深槛也可以说是拉深筋的一种，能增加比拉深筋更强的进料阻力。拉深槛的剖面呈梯形，类似门槛，设置在凹模入口，其结构如图图R56半圆形拉深筋图6-57拉深榄6-57所示。二、覆盖件的修边模覆盖件修边模是特殊的冲裁模。其与一般的冲孔、落料模的主要区别是：所要修边的冲压形状复杂，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程度的弹性变形；分离过程通常存在较大的侧
6、向压力等。因此，进行模具设计时，在工艺上和模具结构上应考虑冲压方向、制件定位、模具导正、废料的排除、工件的取出、侧向力的平衡等问题。1. 修边模具结构覆盖件修边模可分为垂直修边模、斜楔修边模和垂直斜楔修边模。图6-58是汽车后门柱外板的修边冲孔模：图6-59是水箱盖修边模7A图6 58 3汽车后门立柱外板的乖直修边冲孔模1 L模眼2叩料蝶也3仲黄：I一叩料虬，守阪f 凹楔浪块汕7导住U g9卜松座H顶出常11-顶出竹，12凸夜僧块沮| 13原料刀加，阳位器25679II10图6-59水箱盖斜楔修边模L一导柱；2 -导套；3 1.模座；4弹簧，3主动斜俟 6-从动倒作I 7凹织】8压耗板，。一抓
7、簧：2凸模& 11 一下卖座s】2反倒块2. 修边模主要零件设计(1) 凸模和凹模镶块的布置和固定 修边模刃口的结构形式有整体式和镶块式两种。如果是将刃口材料堆焊在凸模或凹模体上，则称为整体式。如果是以镶块结构形式安装在凸模或凹模体上，则称为镶块式。由于覆盖件的修边线多位不规则的空间曲线，且修边线很长,为便于制造、装配及修理，修边模的凸模和凹模常用镶块式结构。镶块的布置原则： 镶块大小要适合加工条件，直线.段要适当长，形状复杂或拐角处要尽量取短些，尽量取标准值。 为了消除接合面制造的垂直度误差，两镶块之间的接合面宽度应尽量小些。 镶块应便于加工，便于装配调整，便于误差补偿，最好应为矩形块。 曲
8、线与直线连接时，接合面应在直线部分，距切点应有一定的距离(一般取57mm)。必须在曲面上镶块时，接合面应尽量与修边线垂直，以增大刃口强度。 凸模的局部镶块用于转角、易磨损和易损坏的部位，凹模的局部镶块装在转角和修边线带有突出的凹槽的地方。各镶块再模座组装好后再进行仿形加工，以保证修边形状和刃口间隙的配做要求。镶块的固定：对于镶块结构的修边凸、凹模，作用于刃口镶块上的剪切力和水平推力，将使镶块沿受力方向产生位移和颠覆力矩，所以然镶块的固定必须稳固，以平衡侧向力。图6-60所示是两种常用的镶块固定形式的示意图，图(a)适用于覆盖件材料厚度小于1.2mm或冲裁高度差变化小的镶块。图(b)适用于覆盖件
9、材料厚度大于1.2mm或冲裁刃口高度差变化大的镶块，该姑构能承受较大的侧向力，装配方便，因此被广泛采用。(b)图6-60镶块固定形式(a)变化小的馒块I(b变化大的块(2) 废料刀的设计 覆盖件的废料外形尺寸大，修边线形状复杂，不可能采用一般卸料圈卸料，需要先将废料切断后卸料才方便和安全。而有些不能用制件本身形状定位的零件，则可用废料刀定位。所以废料刀也是修边模设计的内容之一。废料刀的姑构 废料刀也是修边镶块的组成部分。镶块式废料刀是利用修边凹模镶块的接合面作为一个废料刀刃口，相应的在修边凸模镶块外面装废料刀作为另一个废料刀刃口，如图6-61、图6-62所示,图6-62 丁字形废料刀1凸模：2
10、波料刀修边线图661弧形废料刀I一上咬PNfih 2却料析3 3下模凸模I4一1履废料刀：5凸模暖料刀废料刀的布置 为了使废料容易落料，废料刀的刃口开口角通常取10 ,且应顺向布置，如图6-63所示。为了使废料容易落下，废料刀的垂直壁应尽量避免相对配置。但不得不相对配置时，可以改变刃口角度，如图6-64所示。修边线上有突起部分时，为了防止废料卡住，要在突起部位配置切刀，如图6-63所示。图6-64废料刀的相对:布冒切角时刀座不要突出于修边线外，如图6-65 (a)所示。废料刀的刃口应靠近半径圆弧R与切线的交点处。如图6-65 (b)所示，以免影响废料的落下。当角部废料靠自重下落时，废料重心必须
11、在图6-65 (b)所示A线的外侧。切角时s废料用心不要在此线外夕修边线制作外周, 切力的刃I婆毒近戕的交点切角时废料刀的布置角辞废料厚自币下带时1一废料刀S 2修边凸模（d）2）压边压拉深舫怎）凸模隹人；GO俩壁成形；E）庆形；（D下小加（g）卸或图6-40给出了材料面内受力与起皱皱纹方向之间的关系。根据受力与皱纹方向之间的关系，可以定性判断覆盖件拉深起皱时板料面内的受力及其变形情况，并制定出减皱防皱的相应措施。生产实际中，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防皱措施。对于形状比较简单，变形比较容易的零件，或零件的相对厚度较大（因薄板的临界起皱压应力近似与板厚的平方成正比）的
12、零件，采用平面压边装置（或不用压边装置）即可防止起皱。对于形状复杂，变形比较困难的零件，则要通过设置合理的工艺补充面和拉深筋等方法才能防止起皱。2. 覆盖件成形时的开裂及防裂措施覆盖件成形时的开裂是由于局部拉应力过大导致局部有较大的胀形变形而开裂。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。也由于拉深阻力过大、凹模圆角间隙过小等原因造成的整园破裂。为了防止开裂，应从覆盖件的姑构、成形工艺以及模具设计等多方面采取相应的措施。从覆盖件的姑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
13、一些，各深处应均勾一些，形状尽量简单且变化尽量平缓一些等。在拉深工艺方面采取的主要措施有：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件阻力均匀适度，降低拉深深度，开工艺孔和工艺切口等。在模具设计上，可采取设计合理的拉深筋，采用较大的模具圆角，使凸模和凹模间隙合理等措施。6. 7.2覆盖件冲压成形的工艺设计一、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，这样可使覆盖件在流水线生产过程中不进行翻转，便于流水线作业，减轻操作人员的劳动强度，提高生产效率，也有
14、利于模具制造。有些左右对称且轮廓尺寸不大的覆盖件，采取左右件整体冲压的方法对成形更有利。1 .拉深方向的确定拉深方向的确定，不但决定了能否拉深出满意的覆盖件，而且影响到工艺补充部分的多少，以及后续工艺的方案。拉深方向的确定原则是覆盖件本身有对称面时，其拉深方向是以垂直于对称面的轴进行旋转来确定的；不对称的覆盖件是绕汽车位置垂直的两个坐标面进行旋转来确定拉深方向的。此外，确定拉深方向必须考虑以下几个方面的问题：（1）保证凸模与凹模工作面的所有部件能够接触 为保证能将制件一次拉成，不应有凸模接触不到的死角或死区，要保证凸模与凹模的工作面的所有部件都能接触。图6-41所示为覆盖件的凹形决定了拉深方向
15、的示意图，图（a）所示的拉深方向表明凸模不能进入凹模进行拉深，图（b）所示为同一覆盖件经旋转一定角度后所确定的拉深方向使凸模能够进入凹模拉深。图6-42所示为覆盖件的反拉深决定了拉深方向的示意图。图6 12凹形决定拉深方向的示意图3）凸根不能世接进人凹模；（b）片柜旋转后进入凹模出11平巾:威水T如图6-42反故深决定技深方向的示意图（2）凸模开始拉深时与拉深毛坯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。图6-43所示为凸模开始拉深时于拉深毛坯的接触状态示意图。图643(cl)(b)凸模开始拉深时侦拉深毛坯的接触状态示意图图6-43 (a)所示由于接触面积小，接触面与水平面的夹角
