覆盖件成形模具的设计

第二节覆盖件成形模具的设计,概述覆盖件的含义：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。覆盖件的主要冲压工序有:落料、拉深、校形、修边、切断、翻边、冲孔等。其中最关键的工序是拉深工序。,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,一.覆盖件成形模具的特点和成形工艺,(一)覆盖件成形的特点和方法和一般冲压件相比，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。1.覆盖件的基本形状,(a)(b)(c)(d)(a)法兰形状；(b)轮廓形状；(c)侧壁形状；(d)底部形状,2.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。,3.覆盖件的成形特点1.成形工序多：拉深为关键工序；落料、拉深、校形、修边、切断、翻边、冲孔等2.拉深是复合成形：常采用一次拉深；覆盖件的拉深深度不一致，因此其变形往往不仅是单纯的拉深，而是拉深和胀形，甚至是拉深和胀形、弯曲等几种变形的组合。3.拉深时变形不均匀：工艺补充面、拉深筋；为了使毛坯沿周边产生较为均匀的径向拉应力，使毛坯中间部位各个方向都产比较均匀的胀形，在拉深时要增加工艺补充面或在凹模面上加拉深肋等来控制材料的流向及流速，这样可以防止拉深件的起皱与拉裂。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。,4.覆盖件的拉深方法l)不能用拉深系数来判断它的拉深次数和拉深的难易程度，一般希望一次拉深成功，甚至采用双动或三动压力机。2)对原材料的力学性能、金相组织、化学成分、表面粗糙度和厚度公差都提出了更高的要求。要求其力学性能的屈强比要小，硬化指数要大，板料的板厚方向性系数要大。3)常采用拉深筋加大进料阻力，利用拉深筋的合理布置使毛坯在压边圈下的流动趋于均匀，以有效防止起皱。,拉深筋在零件周边上的布置，应该根据零件的几何形状和变形的特点决定，在拉深变形程度大，因而径向拉应力也较大的圆弧曲线部位上，可以不设或少设拉深筋；在拉深变形小，因而径向拉应力也小的直线部位上或曲率较小的曲线部位上要合理布置拉深筋，使压料面的进料阻力均匀。在布置拉深筋时，还要注意到不对称零件的平衡问题。当拉深件沿周边其拉深深度相差较大时，在深的部位可不设拉深筋，而在浅的部位要设拉深筋，这样可以防止由于不均匀单向进料而被拉偏的现象。,5.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。防皱措施：解决的办法是增加工艺补充材料或设置拉深筋。,（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。,工艺孔和工艺切口,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。,(二)覆盖件冲压成形工艺设计覆盖件的冲压工艺包括拉深、修边、翻边等多道工序。工艺处理的内容包括：确定冲压方向、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进行的工艺处理措施。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.确定拉深方向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，则凸模不能全部进人凹模,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。,拉深方向确定实例,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。,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。,拉深深度与拉深方向,a)b)c)d)凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态示意图,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。,2.压料面的设计压料面是工艺补充部分组重要部分，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，如图所示。,压料面形状1-平面；2-圆柱面；3-圆锥面；4-直曲面,压料面与冲压方向的关系1-压边圈；2-凹模；3-凸模,确定压料面形状必须考虑以下几点：（1）降低拉深深度,（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。,.工艺补充面的确定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。,工艺补充面示意图,简化拉深件结构形状,工艺补充面设计的原则：（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（如简化轮廓形状）；（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）。,.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。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。,.拉深后修边和翻边工序的定位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。理想的修边方向是修边刃口的运动方向和修边表面垂直。(1)修边工序中的工序件定位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。(2)翻边工序中的工序件定位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。,二覆盖件成形模具的结构设计,（一）覆盖件拉深模具的设计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。,1用于单动压力机的拉深模结构,1凹模2、11通气孔3限位块4导板5压边圈6凸模7顶杆8起重棒9定位块10定位键12导板13到位标准器14限位螺钉,图为单动拉深模，是根据单动压力机设计的，模具主要由凸模6、凹模l、压边圈5三大件及一些辅助零件组成。限位螺钉14用于调整压边圈上下位置，使其与凹模之间间隙合理。限位块3用于限制模具冲压到位时的位置，同时也可用来调整凹模与压边圈之间的间隙。到位标志器13用来检验拉深件是否压到位。导板12用于凸模与压边圈导向，导板4用于凹模与压边圈的导向。定位块9用于毛坯定位，定位键lO用于模具在压力机工作台T形槽中的定位，顶杆7用于顶件和压料。,汽车左右车门外蒙皮单动拉深模,2用于双动压力机的拉深模结构,1凸模2导板3压边圈4起重棒5凹模6顶件装置7、9通气孔8定位键10到位标准器12限位块,汽车后围板双动拉深模,模具主要由凸模1、凹模5、压边圈3三大件及一些辅助零件组成。凸模1安装在双动压力机的内滑块上，压边圈3安装在双动压力机的外滑块上，凹模5安装在压力机工作台上。凸模与压边圈之间，用导板2导向，凹模与压边圈之间由背靠块（防磨板）11导向。,3模具主要零件的设计（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7090mm。（如图单动拉深模、双动拉深模）,凸模外轮廓,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。,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-限位板采用闭口式凹模结构的微型汽车后围拉深模,在凹模的型腔上直接加工出成形的凸、凹槽部分。,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-顶出器采用通口式凹模结构的汽车门里板拉深模,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。,（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。(1)拉深筋(拉深槛)的作用1)增加进料的阻力由于有拉深肋(或拉深槛)，压边圈下面的毛坯经过反复弯曲变形。增加了毛坯向凹模内流动的阻力，加大了径向拉应力，使毛坯的塑性变形量增大，从而提高拉深件的刚度。2)使各处进料阻力均匀由于直线部分的进料阻力小，而圆角部分进料阻力大，若在直线部分放置拉深筋，则可使直线和圆角部分进料阻力均匀。防止起皱或开裂。,3)降低了对压边面接触的要求有了拉深筋，使压边面的接触状态对拉深的影响可以减小，降低了对压边面的要求。如不用拉深筋不仅对压边面要求高，而且压边面容易磨损。影响拉深件品质。4)调整压边力在单动压力机上调整气垫压力，在双动压力机上调整外滑块四角的高低，只能粗略地调整压边力，并不能完全控制各处进料量符合拉深件变形要求，故用拉深筋辅助调节各处压边力。,如图所示，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，如图。,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。,拉深槛的剖面呈梯形，它的阻力作用比拉深筋大。所以多在深度浅的大型曲面的拉深件中采用。,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。,导板导向布置图,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。,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0.3mm。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。,导板结构尺寸,凸台在凹模上；b)凸台在压边圈上凹模和压边圈之间的导向,排气孔的设置,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。,（二）覆盖件切边模具的设计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。1.修边模具的结构（1）修边模具的分类,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。,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,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-背靠块,图,（2）典型的修边模具,1-上模座；2-卸料螺钉；3-弹簧；4-卸料板；5-导板；6-凹模镶块组；7-导柱；8-导套；9-下模座；10-顶出器；11-顶出气缸；12-凸模镶块组；13-废料刀组；14-限位器,汽车后门柱外板垂直修边冲孔模,2.修边凸模与凹模镶件修边凸模和凹模刃口结构形式有两种：一是采用堆焊形式，即在主模体或模板上堆焊修出刃口，二是采用凸模、凹模镶件拼合而成。按修边制件图绘制凸模和凹模镶件图时,不标注整体