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1、汽车覆盖件的模具设计冲孔修边复合模引言 我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。 (一)冲压模具水平状况 近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。 表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模
2、及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。这就对专业化产生了很多不利影响。现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而
3、模具的用户大都不在本地。 (二)、冲压模具的发展重点与展望 发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。可按产品重点、技术重点和其他重点分别叙述。 1、 冲压模具产品发展重点。冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。 汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。 多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。 精冲模中发展重点是
4、厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。 2、 冲压模具技术发展重点。模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。一.汽车覆盖件概述(一)汽车覆盖件的定义汽车覆盖件（简称覆盖件）是指覆盖发动机、底盘、构成驾驶室和车身的薄板异形体的表面零件和内部零件而言。载重汽车的车前板和驾驶室、轿车的车前板和车身等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。覆盖件和一般冲
5、压件相比较而言，具有材料薄、形状复杂、多为空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点。在覆盖件的冲压工艺设计、模具设计和模具制造工艺上，也具有独自的特点，因此对覆盖件冲模须作一些特殊的问题来研究。覆盖件按其作用和要求可分为外覆盖件、内覆盖件、和骨架件三类。内、外覆盖件是由厚度为0.7 、0.8 、0.9、1mm的08或09A1钢板冲压而成，多数骨架件是由厚度为1、1.2、1.5、2mm的08或09A1钢板冲压而成。(二)覆盖件应满足的条件1良好的表面质量覆盖件特别是外覆盖件的可见表面，不允许有波纹、皱纹、凹痕、擦伤、边缘拉痕及其他破坏表面完美的缺陷。覆盖件上的装饰棱线、装饰肋条，要求清晰、平整、光
6、滑、左右对称及过渡均匀。覆盖件上的装饰棱线在两个件的衔接处应吻合，不允许参差不齐。表面质量对小轿车的覆盖件尤为重要，表面上一些微小的缺陷都会在涂漆后引起的漫反射，而有损外观。2符合要求的几何尺寸和曲面形状覆盖件的形状复杂、立体曲面多，其几何尺寸和曲面形状必须符合图样和主模型（或数字模型）的要求。立体曲面是一种覆盖件本身的立体曲面，是考虑造型上及其美观的需要；另一种是由两个或两个以上相互装配衔接的覆盖件共同构成的。这些衔接和装焊处的立体表面必须一致。覆盖件图只能表示一些主要的投影尺寸，不可能将覆盖件所有相关点的空间位置都表示出来，即使表示了所有相关点的空间位置，也会由于图形乱、尺寸线过多而模糊，
7、难以使用。因此，覆盖件图仅标注出覆盖件的外轮廓和百线（即距离为100的坐标线）交点的尺寸，过渡部分的尺寸则依据主模型决定。3良好的工艺性覆盖件的工艺性，主要表现在覆盖件的冲压性能、焊接装配性能、操作的安全性、材料的利用率和对材料的要求等。覆盖件的冲压性关键在于拉延的可能性和可靠性，而拉延工艺性的好坏主要取决于覆盖件的形状。如果覆盖件能够进行拉延，则对于拉延以后的工序，仅是确定工序数和安排工序之间的先后顺序问题。覆盖件一般都是安排一道工序拉延的，为了实现一次拉延成形，必须将覆盖件上的翻边部分展开，窗口补满，再加上工艺补充部分，拉延成形后在后面的工序内再将工艺补充部分切掉，所以工艺补充部分是工艺上
8、必须的材料消耗。工艺补充部分的多少，首先决定于覆盖件的复杂程度。覆盖件的复杂程度对于材料的性能也有一定的要求，如深度深的、立体曲面复杂的覆盖件，就必须采用性能比较好的深拉延钢板08ZF。4有足够的刚性在拉延的过程中，可能会由于材料的塑性变形不够充分，而使覆盖件的一些部位刚性差，受振动后就回产生空洞声。覆盖件刚性的一般检查方法，是用手击其表面，听声音是否一致，声音低则表示该处刚性差。用手按覆盖件，如果发出“乒乓”声，这样的覆盖件是不合格的。如果用这样的覆盖件装配汽车，汽车在行驶的过程中则会发生振动，产生很大的噪声，并会使覆盖件早期损坏。另外，这种塑性变形不够、刚性差的拉延件，在修边以后会产生很大
9、的变形。如果修边以后还需要进行翻边，则可以依靠翻边来改善一些刚性。（三）.覆盖件模具现状及发展1. 覆盖件模具现状我国的模具工业现状，可用四句话概括：把模具工厂从依附于产品的从属地位中解救出来，开始可按行业规划进行管理和发展的时期；模具生产能力有了很大提高，但满足不了国民经济发展的需要；模具制造技术开始了CAD/CAM的新纪元，但技术水平有待提高，配套技术有待完善；模具技术队伍有很大的发展，但人员素质有待迅速提高。模具工业是一个技术含量很高，应用十分广泛的行业，汽车、家用电器、轻纺、机械和飞机等行业都需要大量的模具，模具是国民经济发展的基础行业，目前，许多工业发达国家，如日本、美国、德国和加拿
10、大等国，把模具工业都作为一个独立的工业体系进行规划和发展，在税收和贷款上采取了倾斜的优惠政策，模具工业的发展速度高于其他行业，他们的模具工业产值已经超过机床行业，模具工业发展促进了各行各业的发展。我国的模具工业起步较低，绝大多数模具厂依附在产品厂内，全国目前6000家模具厂，从业人数约30万人，年销售仅40亿元左右，专业化模具厂仅又00家，商品模具仅占20%，“七五”规划时，我国把模具行业继锻造、铸造、热处理和表面处理之后，提到专业化管理行列，并注入了大量的资金，改造了一批专业化模具厂，还把一批有实力的依附在产品厂内的模具分厂和模具车间推向市场，使我国的模具有了长足的发展。我国模具工业现有水平
11、和需要量的差距，“九五”期间一批改造项目投入后生产总能力也不超过1000万小时，和需求还有较大的缺口，因此模具每年都有很多进口。我国的模具工业技术水平和国外比较，仍存在较大的差距，特别是在大型、精密、复杂和长寿模具方面差距更大。“七五”规划改造的一批厂，起点都较高，数控技术被广泛地应用，但随之而来的是人员显得老化，人员素质急需迅速提高，现有人员的在职培训任务很重，要实现模具技术人员和计算机技术人员的交融，彻底改变专业分割的状态。二.汽车覆盖件的模具设计零件简图：生产批量：大批量材料：08钢材料厚度：1.0mm (一)冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性是指工件对加工工艺的适合性，它是从冲压加工角度对产
12、品设计提出的工艺要求。良好的工艺性体现在材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单等方面。1 冲裁件的结构工艺性用普通冲裁模制的零件，其断面与零件表面并不垂直，并有明显区域性特征。采用合理使用间隙冲裁模冲制的零件，光亮区域约占断面厚度的30%；凹模侧有明显的塌角，凸模侧有高度不小于0.05mm的毛刺；外形有一定程度的拱曲。冲裁件的这种特点是普通冲裁加工条件决定的，选用冲裁工艺时必须考虑零件的这些特征，注意以下问题。（1） 冲裁件的形状应力求简单、规则，使排样时废料最少。（2） 零件内、外形转角处避免尖角，如无特殊要求，应用R0.25t的圆角过渡。（3） 零件外形需避免
13、有过长或过窄的悬臂和凹槽。软钢、黄铜等材料，应使其宽度，高碳钢或合金钢等硬质材料应取，如下图所示。（4） 冲裁件上孔与孔之间，孔与零件边缘之间的距离不能过小，以免影响凹模强度和冲裁质量，其距离主要与孔的形状和料厚有关，通常取，如下图所示；弯曲件或拉深件上确定孔的位置时，应使孔壁位于两交接面圆角区之外的部位，以防止冲孔时凸模因受不对称的侧压力作用而啃伤刃口或使小凸模折断；通常取孔壁至零件直壁间的距离，如下图所示。（5） 零件上冲孔的尺寸不宜过小，否则极易损坏冲孔凸模，冲孔的最小尺寸与孔的形状、材料种类和厚度、冲孔凸模工作时是否有导向装置有关。 图. 冲裁件的结构工艺性 图. 弯曲件的冲孔位置该零
14、件的形状简单，是由圆弧和直线组成的。由表可查出，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12IT13，孔中心与边缘距离尺寸公差为。将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。对于所冲的小，按表查得一般冲孔模具对该种材料可以的最小孔径为，因而孔符合工艺要求。孔其他尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲孔修边复合冲裁模进行加工，且一次冲压成形。复合模具结构的优点（1）制件精度高。由于是在冲床的一次行程内，完成数道冲压工序。因而不存在累积定位误差。使冲出的制件内外形相对位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。适宜冲制薄料和脆性或软
15、质材料。（2）生产效率高。（3）模具结构紧凑，面积较小。复合模具结构的缺点（1）凸凹模璧厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度。（2）凸凹模刃磨有时不方便。尤其是在凸凹模即冲裁，又成形的情况时。如图2中的凸凹模5（如生产批量大，条件许可时，可将凸凹模刃口部分和盛开部分分开设计）。复合模具结构的选用原则综上所述可知，只有当制件精度要求高，生产批量大，表面要求平整时，才选用复合模具结构。（二）模具的压力中心冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲压时，模具的压力中心一定要与压力机滑块的中心线重合；否则滑块就会承受偏心载荷，使模具歪斜，间隙不均，导致压力机滑块与导轨和模具的不正常磨损，降低压力机和模具的寿命。所以在设计模具的时候，必须要确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具的压力中心与压力机滑块的中心重合。通常利用求平行力系合力作用的方法（合力对某轴之力矩等于个分力对同轴力矩之和），常用解析法确定模具的压力中心。1对称形状的冲裁件，其压力中心位于轮廓图形的几何中心O点，如下图1（a）、（b）所示。等半径圆弧线段的压力中心，位于任意角2*的角平分线上，且距离圆心为的点上，如下图（c）所示。，角以弧度计算。
