工艺技术-冲压工艺与模具概述(ppt 51页)

冲压工艺与模具 冲压技术发展 冲压技术的真正发展，始于汽车的工业化生产。 20世纪初，研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开，关 键问题是破裂、起皱与回弹。但对冲压技术的掌握基本上是经验型的。分 析工具是经典的成形力学理论，能求解的问题十分有限，远不能满足汽车 工业的需求。 60年代是冲压技术发展的重要时期，各种新的成形技术相继出现。尤其是 成形极限图的提出，推动了板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的 协调发展，成为冲压技术发展史上的一个里程碑。 80年代有限元方法及 CAD技术开始发展。 90年代汽车冲压技术真正进入了分析阶段（数值模拟仿真及计算机应用技 术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化） 冲 压 工 艺 冲压工艺设计是冲压与模具的核心技术，是衡量冲压技术的标志，是冲压成功的关 键。 冲压工艺根据通用的分类方法 ,可将冲压的基本工序分为材料的 分离 和 成形 两大类 ,每 一类中又包括许多不同的工序。 分离工序： 冲 压 工 艺 成形工序 冲 压 工 艺 冲压模具工序及略语： 冲压工艺设计主要任务： 一是完成拉延件的设计 二是完成 DL图（ die Layout）的设计 DL图 （模具工艺构件图） 内容： 设定冲压工序的性质、工序数目、工序顺序和工序内容 设定各工序的冲压方向和送料方向 设定工艺排样和材料利用率 设定冲压设备、生产方式及流程 设计 DL图、工艺卡和工艺指导书 冲压工艺设计方法： 在对冲压零件特征分析、工艺模拟分析、工艺计算的基 础上，遵循 “高质量、高效率、低成本 ”的总原则，精细 设计冲压工艺。 成双工艺、连续冲压工艺、拉延切角工艺、复合冲压工 艺、往复冲裁工艺、落料成形工艺、多次修边工艺、修 边整形工艺、分次拉延工艺、反拉延工艺、拉延槛、筋 的应用、回弹变形的预测控制、工艺台阶的应用、工艺 切口的应用等。 通常厚板料零件多采用：落料 成形 翻边 冲孔的工艺过程。 薄板料且形状复杂零件：拉延 修边 翻边 整形 冲孔的工艺 1.1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。由于覆盖件的结构尺寸较 大，所以也称为大型覆盖件。 覆盖件成形工序： 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。 覆盖件的结构特征 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。 覆盖件部分 1.2覆盖件的成形特点 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： 双动压机、多连杆机械压力机； 5.优质钢材： 高强度、高质量、抗腐蚀的钢板 ； 1.3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 。 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)。 防皱措施： 解决的 办 法 是增加工 艺补 充材料或 设 置拉深筋。 图 1 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 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 计多方面采取相应的措施。 (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 2）。 (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。 图 2 工 艺 孔和工 艺 切口 冲 压 工 艺（实例） 拉延切角、工艺切口 冲 压 工 艺（实例） CAE分析 安全 破裂 起皱 回弹 汽车覆盖件模具制造的发展 ： 二十世纪中期 :手工设计 ,手工制泥模 ,手工制模型样架 ,手 工制大量研配检验样板 ,大量人工修磨模具 . 二十世纪后期 :CAD设计 ,手工制泥模 ,手工制模型样架 ,大 量使用大型仿形铣床及大型加工设备 ,使用激光切割机加 工研配检验样板 ,采用研配压力机修磨模具 . 二十一世纪初 : 采用 CAD/CAM 软件 设计模具 ,开始推行 “ 无纸模具设计和制造 ”这一研究和开发项目 ,计算机输入 产品模型，生成高质量实体模型 . CAD/CAM技术的推广 已由 “甩图板 ”阶段跨入到了深化应用阶段 . Delcam 方案是使用模具镶块向导程序 “Die Wizard“. 该程 序可自动寻找产品模型的分模线并自动 将模块分为合适尺 寸的两部分， 自动产生高质量的分模面，自动分离型芯和 型腔。 “ Die Wizard” 技术的应用，更大大提高企业工艺 编制的效率和准确性 ,可以对产品开发数据进行有效的管理 , 提高模具设计速度和管理效率从根本上降低模具制造企 业的成本 . 目前法国 CATIA公司开发的大型 CAD/CAE/CAM一体化软件 V5R17已广泛应用于航空汽车制造业设计 ,不久将用于模具 制造 ,因一体化特性 ,将使模具分析、设计、制造更方便快 捷 . 二十世纪中后期，制造模具的手段主要是依赖普通的机械 加工设备，对于形状复杂的模具则是依靠钳工的技能来完 成，优秀的模具钳工在模具企业内起着决定性的作用，竞 争的焦点在于谁有能力把模具生产出来 . 到了二十一世纪， CAD/CAM技术，数控加工技术及 EDM 加工技术逐步被广泛应用，制造出模具已经不是问题， CAD/CAM技术及数控技术的应用水平是衡量模具生产的 主要内容，是模具发展的一次大变革 .目前汽车大型覆盖 件模具的生产基本都建立了一完全针对模具制造的 CAD/CAE 软件系统，该系统采用了综合实体造型和曲面 造型优势的混合建模方法 ,能快速有效地产生和分析来自 不同客户的复杂模具曲面。 大型覆盖件设计制造要求 1.冲压件的三维数模和产品图纸为模具设计的依据 . 2.所采用的一系列成型手段必须为冲压件服务 ,不允许互相 干涉和重复 . 3.模具所使用的材料及其加工必须符合冲压件生产纲领和 模具寿命要求 . 4.保证零件（拉延的凹模、凸模、压边圈、成型块、切刀 等）技术工艺可靠 ,定位准确 ,操作方便、安全并且无堆焊 修复缺陷 . 5. 必须参照压力机设备参数 (台面尺寸、闭合高度、公称 压力、气顶缸位置数量压力、定位装夹位置 )设计制造模 具 . 6.模具零部件应定位准确 ,考虑防松、防崩、防脱落、 防翻、防冲击等措施 . 7.在模具设计制造中必须考虑铸造工艺性、加工工艺 性和维修方便性 . 8.在模具从设计制造到验收的过程中，应以零件为单 位建立模具档案 (缺陷风险分析纪录 ,模具设计会签记 录，会议纪要，更改记录 ,试模记录，模具铸件质保书 ，冲压零件检测记录，模具刃口材料及硬度，模具检 查记录等 ) 除前述覆盖件模具设计制造要求外 ,还需下列特殊要求 : 1.要求同一自动生产线上的模具闭合高度尽量一致 . 同 一件号零件的模具闭合高度必须一致 . 2.同一零件的整套模具送料高度必需一致（保证机械化 生产自动取件顺畅） . 3.冲压自动线都采用移动工作台装夹模具 .所以设计模 具时必须在所有气垫顶棒都放置的情况下移动工作台 能正常工作 . 4.模具结构除了设置外导向（正常的导向外），自动线模 具还应在相应工序设置椎式导正结构，保证上下模导正 精度可靠合理 . 5.自动线模具定位均采用快速定位 ,模具快速定位孔（槽 ）应布置在具有良好目视条件的地方，以方便模具的安 装 . 6.自动线模具一般都采用自动夹紧装置，采用机床自动夹 紧时，应根据机床夹紧要求进行设计 . 7.必须重点考虑修边冲孔废料的排除方式 . 制造工艺复杂 .(立体曲面 ,精度光洁度要求高 ) 模具调整较复杂 .(形状复杂 ,落料尺寸修边尺寸需试验才能 决定 ) 轮廓尺寸大 ,需要有大型加工设备 . 生产技术准备工作复杂 . 一个汽车覆盖件零件 ,往往需通过数套冲模冲压才能 完成 .而这套冲模 ,一方面其形状都要符合于同一主模型另 一方面各套冲模在制造工艺上有一定依赖关系 . 一个汽车覆盖件各套冲模的一般制造顺序是 :拉延模 切边模 翻边模 修边整型模 . 拉延模是关键 . 原因是 :下道工序的模具必须用它的冲 件作为立体样板 ,进行制造，能否冲压出合格产品拉延 是万事开头难的第一关 . 例如 GC-1轿车侧围外板 ,除落料在开卷落料线完成外 , 还需 4套冲模完成 ,其 4套冲模的工序关系为拉延 -切边 冲孔 -整形冲孔翻边 -整形翻边。 精度要求高的模具需要使用高精度的数控机床加工， 而且模具材质、成形工艺都有严格要求，还需使用 CAD / CAE / CAM模具技术去设计、分析 .制造厂家应 具备数控加工中心、电火花、线切割机床及数控仿型 铣设备，高精度磨床，高精度三座标测量仪，计算机 设计及相关软件等 . 一般大型汽 车身覆盖件模具要考虑机床是否有压边机构，甚至 边润滑剂、多工位级进等 .除冲压吨位外还要考虑冲 次、送料装置、机床及模具保护装置等 . 因汽车行业的迅速发展 ,汽车生产自动化程度越来越 高 ,液压压力机 ,双动压床已远远跟不上批量冲压件生 产需要 .目前汽车厂冲压件生产均采用大台面单动多 连杆机械压力机 .而大部分汽车冲压件由于成型时有 特殊要求 ,因而诞生了许多汽车模具新工艺 :斜锲切边 ,斜锲冲孔 ,斜锲翻边 ,汽缸旋转翻边以及气辅成型， 氮气缸等先进的工艺 . 发动机盖拉延工序 工艺补充 工艺补充是拉延件不可缺少的组成部分，是指为了顺 利拉延成型出合格的制件，而在冲压件的基础上所添加的 那部分材料，用以满足拉延、压料面和修边等工序的要求 。这部分材料仅仅是冲压成型需要而不是零件所需要的， 故在拉延成型后的修边工序中需将工艺补充切除掉。 大多数汽车车身覆盖件都需要添加工艺补充后才能设 计成能拉延成型的冲压件，这是覆盖件冲压工艺设计的重 要内容，也是与普通简单拉延件拉延工艺设计的主要不同 点。 工艺补充部分有两大类：外部工艺补充、内部工艺补 充。 工艺分析 外部工艺补充 压料面 压料面是指板料在凹模圆角以外的法兰部分，工件本体部分或 工艺补充部分组成，其应是平面或曲率较小的曲面，不允许有大的 起伏或拐点在拉延成型过程中，压料面的材料被逐渐拉入凹模型腔 内，转化为覆盖件形状。压料面与凸模形状保持一定几何关系，保 证在拉延过程中板料处于张紧状态，并能平稳地包拢凸模，防止起 皱破裂。 覆盖件拉延成型时，在压料面上敷设拉延筋或拉延槛，对改 变进料阻力，调整进料速度使之均匀和防止起皱具有明显的效果 。 敷设拉延筋的主要作用： （ 1）增加局部区域的进料阻力，使整个拉延件进料速度达到 平衡状态。 （ 2）加大拉延成型的内应力，提高覆盖件的刚性。 （ 3）加大径向拉应力，减少切向压应力，延缓或防止起皱。 拉延筋的断面形状为半圆形，拉延槛的阻力更大，它多用在深度 浅的拉延件上。 拉延筋 发动机盖拉延工序 凹模 压边圈 凸模 导 向 装 置 导 向 装 置 车身侧围结构分析 冲孔工艺过程： 冲孔模结构分析 方孔凸模 方孔凹模 异性孔凸模 模具的工作过程： 凸模滑块 斜楔 行李箱盖切边工艺分析 切边工艺分析： 结构分析 结构分析 结构分析 切边模的类型 按切边面形状：平面切边模、曲面切边模 按切边方向分：垂直切边模 是指切边凸（凹）模沿垂直方向作上下运动的切 边加工。垂直切边所用模具结构简单、废料处理也比较方便。 水平切边模 是指切边凸（凹）模沿水平方向运动的切边加 工。凸（凹） 模的水平方向运动可以通过斜楔机构或通过模具上加装水平方向 运动的液压缸来实现。 倾斜切边模 是指切边凸（凹）模沿与垂直方向成一定角度的 方向运动的切边加工。凸（凹）模的倾斜方向运动可以通过斜楔 机构或通过模具上加装倾斜方向运动的液压