汽车模具设计-刘占军

汽车模具设计 主讲：刘占军,航空宇航工程学院,第一章 概 述,1.1 现代汽车模具设计 1.2 汽车模具制造特点,覆盖件实例,1.1 现代汽车模具设计,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。,覆盖件的表示方法,由于覆盖件多为复杂的空间曲面，不能用几个视图或剖面就把覆盖 件各点的位置和尺寸表达清楚。还必须辅以主模型或直接利用计算机几 何造型技术，用解析数学式和坐标数据信息来表示汽车覆盖件的完整形 状尺寸，从而进行模具设计和制造。 （一）覆盖件图 与主模型 1.汽车线 覆盖件及汽车车身（包括飞机、船体）的图形都是以三组 互相正交的直线为基准来绘制的，这三组基准线在汽车制造行业就称为 汽车线。 (1)水平线 常简写为 WL 。它是以底盘表面为零点。 （2）纵 线 简写 为 BL 。 它是以车身中心为零点 ，向两侧标注。 （3）横 线 简写 为 TL 。它是以前轴（轮）中心为零点。,以汽车线为基准绘图，尺寸线较简单 ，便于表明零件的坐标位置和安装位置， 并且由于车身零件在制造过程 中常以汽车线为基准，这样使设计、绘图与制造统一 。,覆盖件的表示方法,2. 覆盖件图 覆盖件图是以汽车线为基准，仅表示一些主要投影关系，标注覆盖 件 的外轮廊尺寸及某些 孔、凸包的特征尺寸的图样。它不能将覆盖件所有相 关 点的位置都表示出 来，否则将使图形繁乱、尺寸线过多而模糊不清，难以使用。 3. 覆盖件的主模型 覆盖件的主模型（简称主模型）是覆盖件图的补充，它能够 真正完整地表示覆盖件的立体模型。 主模型是按主图板上的投影图和面图做出单个覆盖件内表面形状的立体模型。 为了满足制造模具的需要，主模型都是按覆盖件内表面形状来制作的，如要按 覆盖件外表面形状来制作主模型，必须特别提出并加注说明。主模型既是制造 覆盖件冲模、焊装夹具和检验夹具的标准，又是覆盖件检查、焊装夹具和检验 夹具调整的不可缺少的标准样品。一般由容易加工、具有一定硬度和不易变形 材料来制造，常用的主模型材料有木材和塑料两类。 （二）计算机几何造型（数据模型） 随着计算机辅助技术的不断发展，利用几何造型技术来设计和表示汽车覆盖 件已成为主流发展趋势，它将逐步取代传统的设计方法和图样。常用的曲面可 用曲线生成方法得到，也可用一些拟合、倒圆、修剪、延伸等方法来间接生成 曲面。,覆盖件特点和要求,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、拉延、校形、 修边、切断、翻边、冲孔等。其中最关键的工序是 拉延工序。,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; 12-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,覆盖件的结构特征与成形特点,覆盖件的结构特征（如图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（消音器隔板）。,覆盖件的结构特征,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。 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1.1。,(a) (b) (c) (d) 图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,覆盖件的成形特点,结构尺寸大；形状复杂；相对 厚度小 。 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。,（ 翼子板的多处翻边）,图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) 下止点；g) 卸载,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、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。,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。,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1.2)。 防皱措施： 解决的办法是增加工艺补充材料或设置拉深筋。,开裂及防裂措施,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。,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。,工艺方面主要措施,图1.3工艺孔和工艺切口,1.2 汽车模具制造特点,覆盖件模具种类 1. 覆盖件拉深模 拉深模的典型结构 覆盖件拉深设备有单动压力机和双动压力机， 形状复杂的覆盖件必须采用双动压力机拉深 。 根据设备不同，覆盖件拉深模也可分为单动压 力机上覆盖件拉深模和双动压力机上覆盖件拉深模。 (如图所示)分别为单动压力机上和双动压力机上覆 盖件拉深模的典型结构示意图。,单动压力机上覆盖件拉深模 双动压力机上覆盖件拉深模,2. 覆盖件修边模,覆盖件修边模就是特殊的冲裁模，与一般冲孔、 落料模的主要区别是：所要修边的冲压件形状复 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向压力等。 修边模具的结构 修边模具的分类 覆盖件修边模可分为垂直修边模（图1.4）、水平 修边模和倾斜修边模（图1.5）。,图1.4垂直修边模 1-下模；2-凸模镶块；3-上模； 4-凹模镶块；5-卸件器,图1.5水平修边模和倾斜修边模 1、15-复位弹簧；2-下模；3-、16滑块；4、17-修边凹模；5、12-斜楔；6、13 凸模镶块；7-上模；8-卸件器； 10-螺钉；9-弹簧；11、14防磨板；18-背靠快,3.覆盖件翻边模,根据翻边模的结构特点和复杂程度，覆盖件的翻 边模可分为以下六种类型。 （1）垂直翻边模 （2）斜楔翻边模 （3）斜楔两面开花翻边模 （4）斜楔圆周开花翻边模 （5）斜楔两面向外翻边模 （6）内外全开花翻边模,图1.6 窗口插入式翻边凸模扩张结构 1、4-斜楔座；2、13-滑板；3、6-斜楔块；5-限位板；7、12-复位弹簧； 8、11-滑块；9-翻边凸模；10-翻边凹模,图1.7 翻边凸模收缩与翻边凹模扩张结构 1、15-限位块；2-压块；3、4-斜楔块；5-滑块；6、12-弹簧；7-顶杆；8-翻边 凸模；9-压板；10-斜楔；11-翻边凹模；13-活动底板；14-下模座,图1.8斜楔两面开花式结构 1、7、9-斜楔；2-滑板；3-滑块；4、5、16-弹簧；6-轴销；8-活动翻边凸模； 10-键；11-导套；12固定块；13-压件器；14-凸模座；15-定位块；,第 二 章 车身件的工艺设计,2.1 成形性的讨论 2.2 加工工艺和工序设计,2.1 成形性的讨论,众所周知，形状比较简单制件（圆或方形筒）可以通过计算拉深系数、翻边 系数等来判断成形的可能与否，覆盖件的某些局部也可借鉴这些资料。但由于 覆盖件往往形状不规则，仅用简单制件的资料判断是不确切的，也是不够的。 比较好的方法是参考积累下来的已生产过的类似零件数据来判断，这些数据中 最有价值的是根据划圆形网格试验得到的数据。 一种比较有效的方法是通过计算延伸率来判断覆盖件能 否成形（胀形还是拉 深，或者两者的某种组合，见图 。 具体做法是在制件最深部位以间距50100mm 取若干断面，分别计算延伸率 （这 时不考虑压边圈下凸缘部分材料流入的影响），参照表所列胀形许可值 来判断可否用胀形方法成形。若 大于许可值，采用胀形方法可能使制件破 裂，而应采用拉深方法成形。但若相邻断面的 平均值超过30% 或 的最大 值超过 40% 时，即使采用拉深的方法，允许压边圈下凸缘部分材料流入凸、凹 模间，制件局部仍可能破裂。 =（l1-l)/l 100% 式中 l 成形前坯料断面长度 l1制件断面长度,覆盖件胀形判断值表,2.2 加工工艺和工序设计,一.覆盖件冲压成形工艺设计 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 (a)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。 (b)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。,如图a，若选择冲压方向A，则凸模不能全部进入凹模,造成零件右下 部的a区成为“死区”,不能成形出所要求的形状。选择冲压方向B后,则可 以使凸模全部进人凹模,成形出零件的全部形状。 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, 若改变拉深方向则不能保证90角。 图1. 9 拉深方向确定实例,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1. 10)。 图1. 10拉深深度与拉深方向,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 图 1.11 凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态示意图,2.修边方向的确定及修边形式,(1)修边方向的确定 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1.12所示。,图1.12 修边形式示意图 a) 垂直修边 b) 水平修边 c) 倾斜修边,3.翻边方向的确定及其翻边形式,（1）翻边方向的确定 翻边工序对于一般的覆盖件来说是冲压工序的最后成形工序，翻边质量的好坏和翻边位置的准确度，直接影响整个汽车车身的装配和焊接的质量。 合理的翻边方向应满足下列两个条件： 翻边凹模的运动方向和翻边凸缘、立边相一致； 翻边凹模的运动方向和翻边基面垂直。 （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1.13)。,图1.13 典型覆盖件翻边,二.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，需要将覆盖件的孔、开口、压料面等结构根据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1.14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。 工艺补充设计的原则： （1）内孔封闭补充原则（为防止开裂采用与冲孔或工艺切口除外）； （2）简化拉深件结构形状原则（如图1.15）； （3）对后工序有利原则（如对修边、翻边定位可靠，模具结构简单）。,图1.14工艺补充示意图,a) b) c) a)简化轮廓形状；b)增加局部侧壁高度；c)简化压料面形状 图1.15简化拉深件结构形状,2.压料面的设计,压料面是工艺补充部分组成的一个重要部分，即凹模圆角半径以外的部分。压料面的形状不但要保证压料面上的材料不皱，而且应尽量造成凸模下的材料能下凹以降低拉深深度，更重要的是要保证拉入凹模里的材料不皱不裂。因此，压料面形状应由平面、圆柱面、双曲面等可展面组成，如图1.16所示。 确定压料面形状必须考虑以下几点： （1）降低拉深深度 图1.17和 1.18所示是降低拉深深度的示意图。 （2）凸模对毛坯一定要有拉伸作用 只有使毛坯各部分在拉深过程中处于拉伸状态，并能均匀地紧贴凸模，才能避免起皱，如图1.19。,图1.16 压料面形状 1-平面；2-圆柱面；3-圆锥面；4-直曲面,图1.17 压料面与冲压方向的关系 1-压边圈；2-凹模；3-凸模,图1.18所示是降低拉深深度的示意图。,图1.19凸模对毛坯一定要有拉伸作用,3.工艺孔和工艺切口,在制件上压出深度较大的局部突起或鼓包，有时靠从外部流入材料已很困难，继续拉深将产生破裂。这时，可考虑采用冲工艺孔或工艺切口，以从变形区内部得到材料补充。如图所示。 工艺孔或工艺切口必须设在拉应力最大的拐角处，因此冲工艺孔或工艺切口的位置、大小、形状和时间应在调整拉深模时现场试验确定。,三.拉深、修边和翻边工序间的关系,覆盖件成形各工序间不是相互独立而是相互关联的，在确定覆盖件冲压方向和加工艺补充部分时，还要考虑修边、翻边时工序件的定位和各工序件的其它相互关系等问题。 拉深件在修边工序中的定位有三种： （1）用拉深件的侧壁形状定位。 （2）用拉深筋形状定位。 （3）用拉深时冲压的工艺孔定位。 修边件在翻边工序中的定位，一般用工序件的外形、侧壁或覆盖件本身的孔定位。,四、工艺设计基础,（ 一）工艺设计的准备 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）外，还需要查阅的资料及实物主要 有：覆盖件图、主模型或者实物。生产批量和交货期。生产线有关设备型号、 参数和附属装置情况。所收集、整理的类似覆盖件的成形性能和生产情况。原 材料的性能、规格及纤维方向等。 覆盖件图、模型或实物的分析研究 : 首先，应该了解该覆盖件的作用、强 度、表面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： （1）覆盖件的工艺性。覆盖件有无成形困难的局部形状（急剧变化、负角面 等）。在许可的情况下，尽量满足原设计要求，但当成形有困难或不能保证稳 定批量生产时，应该与设计部门协商进行修改 （从材料的许用变形程度、设 备、模具制造及操作等方面考虑）。 （2） 覆盖件的重点。作为外覆盖件，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。 作为内覆盖件，一般对表面状况要求不高，但对尺寸精度要求较高，在焊接面 上不应有皱折、回弹等。,（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覆盖件精度范围内。 （5）有无关于毛刺高度及毛刺方向的要求？ （6）是否需要考虑材料的纤维方向？板材利用率如何？ （7）可否成对成形？ 通过以上分析研究，初步确定覆盖件图及其公差。但在后来的模具设计、模 具制造和调试阶段仍有可能改变覆盖件的形状。 （ 二 ）工 艺 设 计 工艺设计需要研究的主要问题： 研究冲压成形性能及加工方法、加工性能。 设计工序最少且又能满足覆盖件性能要求的方案。大批量生产时，应尽量把多工序合并成一道工序，小批量则用单工序模。 初步确定模具结构及影响强度、寿命的尺寸。 根据覆盖件的大小计算冲压力，决定各工序所使用的设备。 以冲压为主重新讨论工艺设计。因为即使是最好的设计师，也不可能精通各部门的工作，通过讨论则可收集到大量的第一手资料，从而提高设计水平。分析讨论时要邀请质量控制、模具制造、调试和使用等部门人员参加，并做好记录。 经济分析，以降低成本、提高效率为目的。 上述各项在实际进行时是互相关联的，不能分开单独研究。,第 三 章 车身件模具设计,3.1 拉深线图 3.2 确定模具结构,3.1 拉深线图,（1）拉深件图的要求 按照拉深件的冲压位置绘制,而不是像产品图那样按照零件在车身上的装配位置来绘制。 拉深件图上不仅要标注拉深件的轮廓尺寸、不同位置的深度等。而且要标注拉深件在汽车坐标系中的定位尺寸，拉深方向与坐标系的关系，后面工序示意线及尺寸等。有时还标注后面工序的冲压方向，但不标注拉深件外轮廓尺寸 当拉深件的法兰面为复杂曲面形状时，还可以在法兰面上标注上凸、凹模和压料圈型面按工艺模型仿制、配研的技术要求。,拉深件图的画法,(2) 拉深件图的画法 依据产品图绘制 对于不是很复杂的零件，可以依据 产品图确定冲压方向，进行工艺补充，绘制出拉深件图。 依据实物绘制 对于结构形状很复杂零件，由于产品 图也不能将零件的每一个尺寸都表示出来，所以在绘制拉深 件图时，要依据零件实物或主模型确定冲压方向及压料面。 然后进行实际测绘，并借助于主图板测量断面尺寸，画出拉 件图。 计算机绘图 在利用计算机进行产品计时，可利用零 件产品数据直接进行拉深件图的设计，但还需要用工艺模型 和主图板进行验证，不符之处要进行修正。,注：表示载重汽车覆盖件在汽车上的位置时，上下位置是以车架上翼面为基准，上方为正,下方为负；前后位置以前轮轴线为基准，前方为正，后方为负。因此，图中标出的1500线和800线分别表示该位置在前轮中心前1500和车架上翼面的上方800处。,工艺实例 1,覆盖件的成形一般由落料（或剪切）、拉 深、修边、翻边、整形、冲孔、弯曲、胀形、 切口等基本工序按需要排列组合而 成，典型 结构的覆盖件一般需 要 46 道 工 序 。 图为五十铃某车型的前排前地板制件图， 它由 4 道冲压成形工序完成：第一道为拉深 工序；第二道为切边、冲孔工序；第三道为 冲孔、翻边工序；第四道为冲孔工序。 各道工序的工作内容如图1-20 至图1-22 所示。,图1-20 拉深（双动拉深）工序 图1-21切边、冲孔工序,冲孔、翻边工序图1-22,3.2 确定模具结构,3.2.1拉延模概述 3.2.2拉延模设计,3.2.1拉延模概述,一、拉深模的设计要点 （一）小批量生产模具的设计要点（参见左图） 尽量减小模具闭合高度，在 设备上使用时，高度不足可采用标 准垫板。上、下模的导向，侧压力 小时设置导柱、导套，导向部件若 采用导块结构，可设置单个可换耐 板。制件的取出不采用自动装置。 制件一般用弹簧顶起，若顶出力不 足也可采用直接顶起的气缸。坯料 采用简单的定位销或挡块定位。 （二）中批量生产模具的设计要点（参见右图） 上、下模的导向采用导板结构， 使用单个耐磨板。坯料用手工放入。,拉延模的设计要点,制件用手工取出，对于形状复 杂的大件则用机械手取出。对于简 单制件也可用气缸顶出。 制件采用气缸顶起。采用多气 缸时用直接顶起。坯件的定位， 后面用可升降的定位板，侧面用定 位销或定位板，必要时可安装前定 位板。 （三）大批量生产模具的设计要点 （参见图） 上、下模的导向和凸模、压边 圈的导向采用双面耐磨板。坯件的 放入使用薄板送料器。坯件的定位 采 用后定位板、侧定位板、板式 导正器和前定位板。制件的取出使 用机械手。制件的顶起使用气缸， 采用连杆或顶起（杠杆式）结构。,3.2.2 拉延模设计,1.拉深模的典型结构 覆盖件拉深设备有单动压力机和双动压力机，形状复杂的覆盖件必须采用双动压力机拉深 。 根据设备不同，覆盖件拉深模也可分为单动压力机上覆盖件拉深模和双动压力机上覆盖件拉深模。(如图所示)分别为单动压力机上和双动压力机上覆盖件拉深模的典型结构示意图。,单动压力机上覆盖件拉深模 双动压力机上覆盖件拉深模,2.拉深模主要零件的设计,（1）拉深模结构尺寸 由于覆盖件拉深模形状复杂，结构尺寸一般都较大， 所以凸模、凹模、压边圈和固定座等主要零件都采用带 加强肋的空心铸件结构，材料一般合金铸铁、球墨铸铁 和高强度的灰铸铁（HT250、HT300）。 （2）凸模设计 除工艺补充、翻边面的展开等特殊工艺要求部分 外，凸模的外轮廓就是拉深件的内轮廓，其轮廓尺寸和 深度即为产品图尺寸。凸模工作表面和轮廓部位处的模 壁厚比其它部位的壁厚要大一些，一般为7090（如上 图）。为了保证凸模的外轮廓尺寸，在凸模上沿压料面 有一段4080的直壁必须加工（如右图）。为了减少轮 廓面的加工量，直壁向上用45斜面过渡，缩小距离为 1540。,（3）凹模设计,拉深毛坯是通过凹模圆角逐步进入凹模型腔，直至拉深成凸模的形状。 凹模结构可分为闭口式凹模结构和通口式凹模结构。 闭口式凹模结构的凹模底部是封闭的，在拉深模中，绝大多数是闭口式凹模结构。如下图所示为微型汽车后围拉深模，该模具采用的是闭口式凹模结构，在凹模的型腔上直接加工出成形的凸、凹槽部分。 下图是汽车门里板拉深模。模具的凹模底部是通的，通孔下面加模座，反成形凸模紧固在模座上。这种凹模底部是通的凹模结构称为通口式凹模结构。,采用闭口式凹模结构的微型汽车后围拉深模图,1、7-起重棒；2-定位块；3、11-通气孔；4-凸模；5-导板；6-压边圈； 8-凹模；9-顶件装置；10-定位键；12-到位标记；13-耐磨板；14-限位板,采用通口式凹模结构的汽车门里板拉深模图,1、7-耐磨板；2-凹模；3-压边圈；4-固定板；5-凸模；6-通气孔；8-下底板； 9-拉深筋；10-反成形凸模镶块；11-反成形凹模镶块；12-顶出器,闭口式 这种凹 模内腔底部 不开通，常用于拉深形状不太 复杂的覆盖件。冲模上没有顶 出器，或虽有顶出器但轮廓简 单，能够直接在凹模上划线加 工，方便活动顶出器或固定凹 模装入凹模里，同步进行靠模 （仿形）。 （1）没有顶出 器的一般结构（见图） 用于拉深的覆盖件形状圆 滑，深度较浅，没有直壁或直 壁很短，制件的顶起采用顶件 板或手工撬开的拉深模。 （2）带活动顶出器的结构用于 拉深的覆盖件表面较大、直壁 较长、深度较深，需要顶出器 或压边圈将制件顶起的拉深模。,无顶出器的闭口式凹模的一般结构,带活动顶出器的闭口式凹模结构 1-凹模2-压边圈 3- 顶出器 4- 凸模,2.通口式 这种凹模内腔是贯通的，其优越性表现在便于制造。这种结构用于拉深覆盖件形状比较复杂，凹陷、突起较多，棱线要求清晰的拉深模。顶出器或成形凹模芯的轮廓与凸模口大体相同，由于轮廓复杂，又无法直接 在凹模形状表面上划线加工，而必须在底面上按图样或投影样板划线加工，以便将活动顶出器及凹模芯等装入凹模里同步进行靠模（仿形）铣削加工。 (1) 带有凹模芯的通口式凹模（见图）。用于拉深深度浅、没有直壁或直壁很低，不需要顶出器而采用顶件板或手工撬开将拉深件顶起的拉深模。 (2) 带有活动顶出器的通口式凹模（见图 ）。用于拉深深度较深、直壁较高，需要顶出器或压料板将拉深件顶起的拉深模。,带有凹模芯的通口式凹模结构,带有活动顶出器的通口式凹模,（4）拉深筋设计,拉深筋的作用是增大全部 或局部材料的变形阻力，以 控制材料的流动，提高制件 的刚性。同时利用拉深筋控 制变形区毛坯的变形的大小 和变形的分布，控制破裂、 起皱、曲面畸变等质量问 题。 如右图所示，设置在压料 面上的筋状结构就是拉深 筋。拉深筋有圆形、半圆形 和方形三种结构，如下图。,拉深筋圆形、半圆形和方形三种结构,（5）覆盖件拉深模具的导向,导柱、导套导向 导柱导套导向不能承受较大的侧向力,常用于中小型模具的导向。 导向块导向 导块导向与导板导向的使用方式相同。导块设置在模具对称中心线上时,导块应为三面导向;如设置在模具的转角部位时,导块应为两面导向。导块模适用于平面尺寸大深度小的拉深件及中大批量生产（右图）。,导板导向,导板导向常用于覆盖件拉深、弯曲、翻边等成形模具。其结构相 对简单、造价低，常安装在凸模、凹模、压边圈上，应用比较广泛。,导板导向布置图,a) 凸模导板结构；b)压边圈导板结构 凸模和压边圈之间的导向,凹模和压边圈之间的导向（右图）。这种导向方式称为外导向，它的结构特点是凸台与凹槽的配合。其作用与一般冲模导柱与导套相似，但间隙较大，一般为0.3 mm。导板材料为T8A或T10A，其淬火硬度为5256HRC，为使导板能容易的进入导向面，其一端制成30，导板可根据标准选用（下图）。,凹模和压边圈之间的导向图 a) 凸台在凹模上； b)凸台在压边圈上,单动拉深模 压边圈的导向和上、下模的导向,1-起落架轮叉孔 2-行程末端销 3- 定位销 4-销子窝5-上模本体6-背靠块耐磨板 7-安全衬垫的安装面 8-下模本体 9、11-通气孔 10-销 12-顶料垫板保持器,1-起落架轮叉孔2-背靠块耐磨板 3- 箱式背靠块4、11-压边圈5-耐磨板 6-安全衬垫的安装面7-固定模具槽 8-定位键槽9-钩10-保险板12-缓冲销孔 13、14-通气孔,双动拉深模压边圈和凹模的导向,压边 圈 和凹 模 的导 向 。 导向作用与一般中 小冲模的导柱导套 相似，但间 隙较 大，这是为了满足 调节压料面的进料 阻力而使压边圈支 撑面成倾斜的需 要 。,1-凹模（ 下模本体 ）2、5-通气孔3-底座记号4-拉深筋 6-凸模7-压边圈8-凸模升降器9-安全套10-侧定位11-背靠块耐磨板12-提升衬垫13-铸造孔（排 油用）14-缓冲销（推杆销）,压边圈和凸模的导向,压边圈和凸模的导向一般采 用设置在凸模外轮廓的直线处 或形状最平滑部位的耐磨板。 1-推杆销2-凹模（ 下模本体） 3-提升衬垫 4-铸造空刀槽5-拉 深筋6-前挡料装置7、18-气孔 8-销9-内接合器板10-凸模升降 器11-螺栓12-压边圈升降器 13-压边圈14-凸模15-耐磨板 16-定位板17-隐式定位器 19-排油 用铸造孔20-钩,（6）拉深模具的排气,上模排气设置时要加出气管或加盖板以防止杂质落入，如图。,拉深模的结构尺寸,1.模具各部分的壁厚。 2.压边圈内轮廓与凸模外轮廓之间的空隙（参见图）。 从压边的作用来看，压边圈内轮廓和凸模外轮廓之间的空隙与凹模圆 角半径（ 见图），一 般 取512mm。,压 边圈 的压 料作用示意图 1-凹模 2- 压边圈 3- 凸模,凸模与压边圈之空隙 凸模外轮廓 压边圈内轮廓,双动拉深模的凸模与压边圈连接垫板之间的间隙应在25mm以 上。有 时在 双动 压力 机上 使用 单动拉 深模 ，应保 持凸模 与内 滑块边 缘 相 距20mm 以 上 （见 图）。 冲 模的闭合高度应适 应双动压力 机规格 。内滑块备有垫板 ，垫板与内滑块紧固 ，凸模接座 （固定座安 装在垫板上） 。在人工安装 时，要求接座上平面高于压边圈上平面20mm 以 上 ，以便安装工卧装。,凸模与压边圈 连接板及内滑块 边缘间隙,在双动压力机上安装冲模时所用的垫板,汽 车 覆 盖 件 冲 压 成 形 应 用 实 例1,一、 前 门 框 冲 压 工 艺 “前门 框”零件简 图见右 图。前门 框的成形较复杂，所以需要6道工序来 完成，即落料工序、拉深工序、切 边冲 孔工序、冲孔切断工序、斜楔翻边工 序、切断工序。 （一）落料工序工艺分析 落料工序中所采用的坯料是 1575*1700的1.0厚的钢板。落料工步图 如图所示。落料工序完成后，落下的料 将分别作为制作前排后地板支撑角板、 踏脚板、踏板和踏脚支承板的坯料。考 虑到后续的拉深工序，还设置了工艺辅 料和工艺切口（将在拉深工序工艺分析 中详述）。落料后整个材料的利用率较 高。,（二）拉深工序工艺分析,覆盖件冲压工艺的关键工序就 是拉深工序，它关系到零件能否 顺利制造出来，同时又直接影响 到产品质量、材料利用率、生产 效率和制造成本，所以研究覆盖 件的工艺，主要就是研究拉深工 艺。 拉 深 筋 的设置图 右图为前 门框拉深工步图，根据有关原则 从该图中可以看出，在外围设置 了4 条拉深筋，在内圈设置了两 条长的拉深筋，在拉深件弧度较 大的地方各设置了一条短筋，目 的是为了增加进料阻力， 且拉深 筋的中心线与切边线之间的距离 保 持在17mm，使切边线平整。,拉深工序工艺分析,工艺辅料分析 为了实现拉深或形成良好的拉深条件，除了要认真 确定拉深方向外，还应考虑工艺辅料的设计，以满足 拉深、压料面和修边工序等方面的要求。前门框的落 料件如图所示，其工艺辅料就是为了满足拉深而设置 的，它不仅增加了拉深阻力，还有利于该部分拉深的 充分成形，成形终了时该处正好断开。 前门框拉深件 的展开 为了便于拉深以后的修边、翻边等工序，首先将翻 边展开，再加上必须的工艺辅料来构成拉深件。根据 第一部分所述，翻边展开时必须考虑修边方向，并尽 可能采用垂直修边，例如前门框零件在横向线和纵向 线交界附近的切边就是翻边后采用垂直修边的情况， 并在后续的斜楔翻边工序时达到零件的尺寸要求。,落料件简图,（三）切边、冲孔工序及冲孔、切断工序的工艺分析 两 工序的加工要领 参见下图 。切边、冲孔工序所冲孔有 3-5 、8- 12 和2个 8*8 方孔，这都是垂直冲出的水 平孔。切边将外围分成9块，其中两段 不切断，内圈切分成11 块，有5 段切留。冲孔、切断工序为斜楔冲孔。,（ 四 ）翻 边 工 序 分析,零件的翻边对焊接及 装配有特别重要的意 义，前门框上要装前门外板、前门内板等零 件，其装配面是翻边后的翻边凸缘，装配面存 在皱折一般就装配不好，有回弹则表面位置不 准、装配困难或出现装配后精度不良的情况， 所以不规则的形状翻边后，有良好的翻边面才 能解决焊接和装配问题，而且还可以增加刚性 强度，使零件边缘光滑、整齐和美观。而翻边 线就是主模型轮廓线，只有翻边后才能得到零 件精确的外形轮廓。根据需要，前门框外围翻 边有三处，两处为垂直翻边，一处为曲线的斜 楔翻边，内围翻边有一处为垂直翻边，同时外 围有一处小边需折叠。参见图。,（五）切断工艺分析,该工序的工作内容参见图。 至此工序，产品基本成形，考虑 该类型双排座车驾驶室门框和后 立柱上外板两个外覆盖件的使 用，沿汽车线 切 断，一部分作 为门框，另部分作后立柱上外 板，剩下一段为废料。左右门框 同在该工序的一套模具中完成切 断，但它们有不同的定位。同类 型单排座车驾驶室门框则不需切 断，省略此道工序。,二、“前门框”各工序的冲压模具,（一）“前门框”落料模 该模具的结构参见图 本套模具主要是由下 模座 、安全侧销 、压料板 、下切刃、上模座 、 上 切 刃 和卸料板及承接落料的箱子和滚子输送器 等组成，模具属于结构比较简单的冲裁模。 模具的 上、下切刃采用镶块，拼接镶在上、下 模座上 ，这样便于切刃的加工、修理 以及安装 ， 卸料 板下面装有弹簧，上、下模 座和压料板的结 构都是骨架式的大型铸件，这种结构可减轻模具的 重量，便于安装。当坯料放在凹模上时 ，由定位块 定好位之后，开动压力机，上模下行，在弹 簧 作 用下 ， 压 料 板 上 装 有 的 六角螺栓先行将卸板 压下（卸料板下装有弹簧），然后将板料压住，上 模继续下行，压料板上的弹簧压缩，使压板料的力 增大，当上切刃与板料接触时开始落料。落料完成 后，上模上行，由安全螺钉带动压料板上行，压料 板与板料脱离接触，同时卸料板在弹簧作用下上行 将坯料顶起，离开凹模后，并从卸料板的带孔小滚 轮上取走，切下的料则落入凹模下相应的废料箱 内。模具导向装置由导柱导套和含油导板共同完成。,1-下模座2-安全侧销3-压料板 4-下切刃 5-上模座6-上切刃 7-卸料板,（ 二 ）前 门 框 拉 深 模,模具结构参见下图 该模具装在双动压力机上工作，为了便于凸模与压力机内滑块 的安装（不必螺接），缓解内滑块接触模具顶面的冲击、平缓拉深力，并使回程时凸模升 起平稳，采用了 4个氮气缸弹性元件代替一般的弹簧使用，取得了良好的效果。压边圈通 过辅助垫板固定在外滑块上，凹模则安装在双动压力机的下工作台面上。拉深坯料在模具 中的定位是靠四周的定位块来实现的。凸、凹模之间的导向靠模具四角的含油导板导向， 凸模与压边圈之间也依靠自润滑含油导板来导向。凹模由镶块组成，这样既便于加工和安 装，又可节省贵重材料。如该模具的弧度大，拉深变形部分的凹模镶块需采用一种特殊的 铜合金来制造，这就保证了该区域有良好的润滑条件，拉深变形能顺利完成。凸模为整体 式，其工作部分外形由产品外形决定，按工艺模型来制造，上模装有压延标记，可根据它 来调节压力机的闭合高度和外滑块的压边力，保证拉深到位，生产出合格的产品。,1-升降器2-凹模 3-凸模4-压边圈 5- 压边圈辅助垫板 6-凸模座 7-凸模固定板,（ 三 ） 前 门 框 切 边、冲 孔 模,本套模具属于垂直修边模，其下模修边刃口是由镶块和凹模组合而成，冲孔合并在修 边中，由于孔的数目不多，且直径较小，故直接将冲孔凹模作在下模上。在修外边时，下 模设置了废料刀，将外卸废料分成块；在修内边时，直接将模具的修边刃口设计成可切断 形式，正好利用了本产品中间无料的特征，上模的修边刃口设计成镶块和上模的组合形 式，因本道工序不是一次性全部修边，故修切刃也根据需要设计成部分不切断结构，切断 以后的废料一部分落在模座下的废料箱内，一部分落在工作台上。模具的工作过程是开动 压力机后，滑块下行，压料板在上模带动下首先与板料接触，当滑块继续下行，上模与压 料板间的弹簧压缩使压料板逐渐压紧工件，滑块再下行实现修边、冲孔，到达下死点后滑 块上行，上模也随之上行，但压边圈继续压住工件，直至上行一定距离后，压边圈才上 行，下面的升降器将工件顶出，人工取走工件，至此该道工序完成。,1-上模 2-压料板 3-下模 4- 升降顶件器,（ 四 ） 前 门 框 冲 孔、切 断 模,本道工序所冲的孔较多，又分为垂直冲孔和斜楔冲孔。冲孔凹模也是采取镶入固定座 的形式，这样便于冲头的加工和安装。修边后的废料部分落入废料箱中，部分落在工作台 上，冲孔废料则落入废料箱中。上模和下模的导向依靠导柱、导套以及含油导板，这样可 以保证较高的导向精度，本套模具设置了顶出器，由气缸控制其动作，用于将加工完的工 件顶出。本套模具较大的一个特点是有5个斜楔机构，使模具的结构变得复杂，斜楔冲 孔 ，斜楔修工件拐角处的边 。模具的工作过程 ：当压力机开动，滑块带动上模下行，压 料板 随之下行 ，先行接触工件，上模继续下行，在弹簧力作用下，压料板将工件压紧， 滑块再下行，由于修边刃口和冲孔凸模高度不一，先后实现冲孔、切边，而斜楔机构的传 动块与滑块导板接触后从动楔也实现冲孔、切边动作，当滑块通过下死点以后开始回程。,1-顶件器 2-下模座 3-斜楔装置 4-压料板 5-上模座 6-冲孔凸模 7-冲孔凹模,（五 ）前 门 框 斜 楔 翻 边 模,前门框的翻边模中，有三处为垂直翻边，一处为形状较复杂的斜楔翻边。垂直翻边处 模具结构简单，完成翻边后包在凸模上，出料时模具上有括板，在各个方向同时将制件推 出，可防止退料后制件变形；斜楔翻边处结构较复杂，翻边以后制件包在翻边凸模上 ，无 法取出，设计时就将翻边凸模做成活动的，扩张成翻边形状，翻边完成后随着机器回程， 翻边的内凸模在斜楔的作用下回缩，使制件能取出。斜楔由4部分构成 。该模具工作过程 是随压力机开动，滑块下行，压料板将料压住，滑块继续下行，进行垂直翻边和斜楔翻边 （斜楔动作过程前面已述）。翻边完成后，滑块上行，带动上模上行，压料板在强力弹簧 作用下，继续将工件压住，滑块再上行时带动压料板上行，顶件板和升降器动作将工件顶 出下模，人工将工件取走，本道工序完成。,1-下模 2-斜楔机构 3-上模 4-压 料板 5- 升降顶件器,（ 六 ）前 门 框 斜 楔 切 断 模,本套模具适用于左、右前门框的切断，是双作用的，故结构上基本对称，下面以切断 左门框为主，叙述模具结构。切断工件TL190 线位置用的是斜楔机构 ，切断凸模镶在从 动楔上，回程由强力弹簧控制，切断工件TL120 线位置为垂直切断，切断凹模皆以镶块式 固定在凹模座上。本模具工作过程：开动压力机，滑块向下运行，上模下行，控制台先与 工件接触，滑块继续下行，控制台压紧工件，接着TL190 线位置的从动楔在斜楔的作用 下，带着切断凸模运动实行切断作业，同时TL120 线位置的切断凸模直接切断工件，滑块 到达下死点，然后回程 ， TL120 线位置的切断凸模随同上升， TL190 线的斜滑块因不受 压力在弹簧作用下实现回程，将切断凸模带起，限位块继续压住工件，同时起卸料作用， 滑块继续上升，切断处的废料落入废料箱，人工取出工件。,1-底板 2-耐磨导板 3-斜楔 4-从动楔 5-限位块 6-凸模座 7-凹模座 8-下模向板,3.2.3 修边模设计,1. 修边模概述 2. 修边模设计,修边模概述,覆盖件修边模就是特殊的冲裁模，与一般冲孔、落料模的主要区别是：所要 修边的冲压件形状复杂，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向压力等。 覆盖件修边模可分为垂直修边模、水平修边模和倾斜修边模。 （一）小批生产修边模具设计要 点 尽量减小模具闭合高度，模板尽可能采用钢板焊接结构。上、下模的导向使 用导柱，在承受较大侧压力的场合，导柱、导块可同时采用。模板为低碳钢板 时 ，使用铸铁导向凸台。坯件的放人和制件的取出用手工，在可利用压力机滑 块驱动的顶件器或凸轮杠杆等取出的场合，尽量利用这些装置。 刃口是在低碳钢或铸钢上焊接合金钢刀片，产量很小时可以使用经火焰淬火 的合金铸铁。模具结构上不考虑废料处理，而只用手工清除。不采用斜楔机构。 （ 二 ） 中批量生产模具设计要点 上、下模板采用铸铁结构。上、下模的导向采用导块（单面耐磨板）、导柱 与导套并用。要考虑废料处理，而不用手工清除。坯件的放入用手工，制件的 取出用机械手或气动翻料器、顶件器、推料器等。需要顶起制件的场合，采取 气缸直接顶起方式。刃口以低碳钢或铸钢为基体焊接合金钢刀片为主，在修边 条件恶劣（受力大）的局部使用工具钢。,（三）大量生产模具设计要点,见图, 上、下模板选用铸铁，根据形状也可选用铸钢。导向采用导块 （双耐磨板）与导柱、导套并用。坯件的放入用手工或送料器，制件的取出 用机械手。制件的顶起采用连杆结构，不采用多气缸直接顶起的方式。刃口 材料使用特殊工具钢或模具钢。仔细考虑废料处理及余料回收，以免影响生 产效率。完善制件的导向和定位装置（采用可升降的定位板等）。压料板使 用耐磨导板导向，导板装在加工深度范围内的下侧，并尽可能长些（见图) 压料板限位器采用销式。各滑动部分通过自动加油或集中加油以得到充分润 滑。,修边模设计,一、修边模刃口结构 （ 一 ）分 块 要 点 覆盖件的修边轮廓多数是立体不规则的。有时中间 有孔，其尺寸差往往比较大，还需考虑到某些形状和尺 寸在调试阶段的变化，所以修边模刃口一般不采用整体 式，而应根据生产的稳定性、模具制造的工艺性、强度 和尺寸大小等因素分块。镶块的分块很重要也较复杂， 一般应把握以下要点： 刃口形状为直线部分的镶块，长度可适当大些，复 杂部分或易损部分应单独分块，尺寸尽量小些。 刃口镶块应便于间隙调节，侧面固定的镶块便于调 节间隙，在可能的条件下应优先采用。 镶 块 的 分 块 线 尽量 沿刃口 形 状 的 法线方向， 镶块上的接 合面应 尽量平行或垂直，以便加工。 圆弧和直线连接处，分块线应在距切点的直线上。 角部应分块。 上、下模的分块 线不应重合，最小错 开35mm，避免过快磨损出现毛刺。,修边刃口的常用形 式,（二）刃口镶块结构,修边冲孔刃口。 1.整体式。当修边刃口与冲孔凹模口较靠近时采用整体式（见图），但其工艺性 能较差。 2.分离式。当修边刃口与冲孔凹模口较远时，采用分离式（见图）当冲孔直径 （或方孔对角线）小于25mm时，使用筒状凹模压入修边刃口镶块基体中，再用 定 位销防止转动 （见图）。,分离式修边冲孔刃口 a分块取在槽中间的修边凸 模镶 块 b中间开孔的修边凸模镶块,整体式修边冲孔刃口,a冲 小孔 凹模 的定 位 b压入铸铁 c 压入钢材,（ 三 ）废