大型覆盖零件的成形

1、大型覆盖零件的成 形 1.1.覆盖件的成形特点和主要成形障碍: : 2.2.覆盖件冲压成形工艺设计: : ）工艺设计原则： ）工艺参数的确定： 3.3.覆盖件成形模具的设计与调试: : 4.4.介绍FASTAMPFASTAMP板料冲压成形分析软件: : （1）拉深方向： （2）工艺补充面: （3）压边面: （4）拉深筋和拉深埂: （5）工艺切口: 1.从脑到手、初步定稿： 草图+说 明 2.1理念表达： 效果图 2.2内部设计： 内厢效果图 1/5油泥模型 3.1 1/5油泥模型 3.2 1:1油泥模型 4.测量阶段 三维坐标测量 使用三维坐标测量仪。将模型放在测量台上， 测出它表面上足够多点

2、的空间三维坐标，用这些数 据就可以在电脑中建立三维模型。把测量出的数据 输入电脑，就可以开始进行三维模型的制作，未来 这些数据将用于控制数控机床。 三坐标测量机 ： 为大中型测量以及 扩大测量范围 ； 利用误 差保证软件保证空间误差 ；适合于大型模具及汽车 部品测量。 JKD39系列闭式四点压力机: 结构特点： 高强度全钢结构机身，刚性好，精度高， 4台或6台连线， 可自动流水线设备以及机械手实现大型板材的连续加工，落废 料可通过设备下方的传送装置来处理，移动工作台，方便换 模。广泛适用于大型汽车覆盖件板材落料、冲孔、成型等加工。 5.冲压设备 南汽模具公司生产的部分模具 6.汽车覆盖件模具

3、工艺补充面 返回 7.汽车覆盖件 根据成形的需要，生成 网格与曲面。 冲压方向调 整功能 压料面生成 工艺补充 面生成 大型覆盖件主要是指汽车、拖拉机等车身部位 的大型零件。 汽车覆盖件按其作用和要求：分内覆盖件( 仪表板)、外覆盖件(车门外板)和骨架件(地板骨 架)三类。 （汽车设计、制造、成型设备、覆盖件）覆盖 件图只能表示一些主要的投影尺寸，因此仅标注 出覆盖件外轮廓和百线(即距离100mm的坐标线) 交点的尺寸，过渡部分的尺寸则依据主模型决定 。 1.成形特点和主要成形障碍: 1)成形特点: 汽车覆盖件大多是由复杂的空间曲面组成，变形方式兼有拉深、翻 边、胀形等，因此在成形工艺和模具设

4、计时，应注意协调好各部分材料的 变形均匀性;同时为解决成形时压边面积小、压边力不足和成形后刚度不够 等，一般多采用设置拉深筋、拉深埂等工艺方法，拉深筋和拉深埂的设置 要与周围材料的变形取得一致，还考虑对汽车的零件装配以及外型的影响。 对汽车覆盖件成形来说，通常很难准确地计算出冲件的极限变形程度 因而不易确定出所需的成形工序数和各工序间的工艺关系。一般参考类似件 的现有工艺、并对成形件的工艺性和成形性分析，制定出初步工艺方案。再 通过试冲来不断修改、完善，以形成最终合理的工艺方案。 汽车覆盖件中成形深度浅、外形曲率平坦、成形坯料变形 程度较小，将这类零件定为浅拉深成形类。 浅拉深成形零件的成形极

5、限仍为材料的拉伸破裂，但凸缘 材料起皱并不像深拉深那样成为变形的主要障碍，变形区材 料的应力应变分析、合理成形方案的制订等可参考深拉深成 形的分析方法。 2)成形分类: 以冲件上易破裂或起皱部位主要变形方式为依据,并根据成形 件外形特征、变形量大小、变形特点以及对材料性能的不同要求 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 翻边成形类。 3)覆盖件成形障碍及其防止措施: 覆盖件成形时，同一冲件上往往兼有弯曲、拉深、翻边、拉胀 成形。不同部位上起皱的原因及防止方法也各不相同；由于各部 分变形相互牵制，覆盖件成形时材料被拉裂的倾向也更为严重。 拉深变形起皱有：圆角凸缘上的

6、拉深起皱、直边凸缘上 的诱导皱纹、斜壁上的内皱等。解决的办法是增加工艺补充材 料或设置拉深筋。 破裂形式主要有：在角部凸模回角处的拉裂，压窝和窗框四 角凸模圆角处的拉胀成形破裂。解决的办法是合理地调整毛坯尺 寸、压边力、润滑情况及拉深筋的设置。在压制深度较大的窗框 时，可在易发生破裂的区域附近设置工艺切口，如下图所示。 利用冲压分析软件: 返回 1)覆盖件成形工艺设计原则： (1)尽可能用一道工序成形出覆盖件形状。因为二次成形会发 生成形不完整的情况，造成覆盖件表面质量恶化。 (2)覆盖件的成形深度应尽可能平缓均匀，使各处的变形程度 趋于一致。 (3)成形表面较为平坦的覆盖件时，其主变形方式应

7、为胀形成 形。适当地设置拉深筋、拉深埂和设计合适的压边面以调整各 个部位材料的变形流动状况，可以达到良好效果。 (4)覆盖件主要结构面上往往有急剧的凸凹折曲和较深的鼓包等 局部形状,在制定工艺时，可以通过加大过渡区域和过渡圆角、 预冲制工艺切口等，改善材料的流动和补充条件。 2.覆盖件冲压成形工艺设计： (5)覆盖件上的焊接面不允许存在皱折、回弹等成形质量问题， 对不规则的形状应考虑用拉深成形制出焊接面。用弯曲工序 制做焊接面时，应该选择没有变薄的冲压方向为弯曲方向。 (6)覆盖件上的孔一般应在零件成形之后冲出，以防预先冲制的 孔在成形过程中发生变形。 (7)覆盖件成形的压边圈形状设计，应以使

8、材料不发生皱折、翘 曲等质量问题为原则，保证压边面材料变形流动顺利。并保 证坯料定位的稳定、可靠和送料、取件的方便、安全。 (8)覆盖件在主成形工序之后，一般为翻边、修边等工序，在成 形工艺设计时，应充分考虑为后续翻边、修边等工序提供良 好的工艺条件。 (9)坯料的送进和成形件的取出装置应安全、方便，利于覆盖件 的自动化、流水线生产。 (10)覆盖件坯料和半成品件的定位装置要简便易行。 2 2）工艺参数的确定： （1 1）拉深方向： 汽车覆盖件的成形一般以拉深和胀形的组合，多数情况下拉深成形为主要的变 形方式。确定拉深方向，就是确定零件在模具中的三个坐标(x、y、z)位置；拉 深方向选择的好坏

9、，直接影响到成形件的质量和模具的结构复杂性，这是工艺设 计中一项重要工作。 合理的拉深方向应符合下述几项原则： 保证凸模能够进入凹模： （a）为凸 模不能进 入凹模 凹模旋转一个角度，使 压边面呈倾斜状、凸模能 进入凹模。 保证成形时凸模与坯料接触状态良好： (a)说明了凸模两侧倾角的影响： 能使由两侧流入凹模内的变形材料 保持均匀。 (b)表明凸模与坯料在拉深升始时的接触点 多面分散，保持零件有较好的成形质量。 (c)为当凸模与坯料为点接触时，应适当 增大它们的相互接触面积。 (d)凸模在开始拉深成形零件时，与坯料的 接触位置应靠近凸模中心线，以使变形材 料被均匀地拉人凹模腔内。 尽量减小拉

10、深深度，井使成形深度尽可能均匀： 拉深凹模内的鼓包必须低于坯料的压边面 （2）工艺补充面: 为弥补覆盖件在冲压成形过程中的工艺缺陷，在覆盖件本 体部分以外另行增添必要的材料。 目的是：改善覆盖件成形时的工艺条件，促使材料各处的变形 均匀、一致，方便覆盖件成形中的定位及后续的修边、翻边等 工序。覆盖件成形后将被修掉。因此,在保证覆盖件能顺利、合 格地得以成形的前提下，应尽量减小工艺补充部分 鼓 包 返2 工艺补充面的作用不同可分三种类型： 为折边、翻边和凸缘展开后的过渡而增加的 工艺补 充面； 为改善覆盖件的拉深变形条件而增加的工艺 补充面； 为增强覆盖件刚度而增加的工艺补充面。 图中修 边线以

11、 外为工 艺补充 部分。 压边面是凹模 园角半径rd以 外的那一部分 返2 （3 3）压边面: : 压边面是汽车覆盖件工艺补充而的一个组成部分，即位于凹模园角半径 以外的那一部分坯料。 压边面与成形零件的关系存在两种情况： 压边面就是覆盖件本身的凸缘面，这种压边面的形状是确定的，为 便于成形过程的进行，虽然也可以做局部的变动，但必须在以后的适当 工序中加以整形，以达到覆盖件的整体形状要求。 压边面是由工艺补充面所组成，在主成形工序后压边面将被切除。 确定压边面的形状时，应着重考虑以下几点： (1)压边面应为平面、圆柱面、圆锥面或曲率很小的双曲面等可展开面见下图: 返2 (2)压边面与拉深凸模的

12、几何形状间应满足如下关系: 凸模 面 压边 面 凸模展开长度L压边面展开长度 L 1凸模仰角压边面仰角 （4）拉深筋和拉深埂: 1) 拉深筋或拉深埂设置目的： 增大材料流动阻力，促使坯料承受足够的拉胀成形，提高刚度； 调节坯料上各处材料流动状况，使其变形均匀一致防皱，阻裂； 降低对坯料与压边面接触状态的要求，增加成形稳定性。 2)拉深筋与拉深埂的结构形状: 拉深筋 拉深埂 返2 3)拉深筋和拉深埂的选用原则: 拉深筋剖面呈半圆弧状，一般制做在压边圈上，镶嵌于凹模上开出的 相应槽中。 拉深埂剖面形状呈梯形，类似于门槛形状，一般安置在凹模的 洞口部位。拉深埂对材料变形时的塑性流动阻力比拉深筋的大，

13、主要用于 深度浅、外形平坦的覆盖件成形中，以增大材料承受的拉胀变形作用，提 高成形后覆盖件的刚度。设置拉探埂的覆盖件成形时，其成形坯料尺寸及 压边圈下的凸缘材料宽度都可以取的小一些。拉深埂的设置原则可参考设 置拉深筋的情况，有时为了减少所设拉深筋的数目，可改为设置拉深埂。 返回 （5 5）工艺切口: : 工艺切口是汽车覆盖件成形中经常采用的增大坯料局部变 形程度的工艺措施。 例如，当需要在覆盖件的局部压制深度较大的凸起或鼓包时，此处材 料由于难以得到其它部位材料的补充而容易破裂。解决这一向题的有效 办法就是在坯料的适当部位冲切工艺切口或工艺孔,使易于破裂的区域能 够从相邻的其它部位得到材料补充

14、。 预冲工艺孔是冲制工艺切口的特例。 对于局部成形深度较浅的零件，工艺切口可在落料时冲出。 对于局部成形深度较大的零件，工艺切口通常在坯料成形过 程中切出，这样能够充分发挥材料的变形潜力。在坯料成形 过程中切制工艺切口时，不应将切割的材料与零件完全分离， 否则切口废料的消除比较困难消除不净的废料还会划伤零 件表面。 返2 3.3.覆盖件成形模具的设计与调试: : ( (一) )覆盖件拉深模具: : 1) 1)拉深模具的结构特点： 覆盖件拉深模具分为单动压力机拉深模和双动压力机拉深模。 凹模1固定在压 力机的滑块上， 压边圈2由气顶柱 4和调整垫3所支 承，凸模6与下模 座为一体固定在 工作台上

15、。压力 机滑块向下冲程 时，凹模将拉深 毛坯压紧在压边 圈2上.从开始拉 深直到下止点， 将拉深毛坯拉深 成凸模6的形状。 压边圈1与双 动压力机外滑 块相连接。凸 模3固定在与 内滑块相连接 的固定座4上 ，凹模2与工 作台相连接。 返回 返回p28 通口式凹模 单动拉深模:主要拉深形状简单、深度较浅的拉深件。 双动拉深模:拉深形状复杂、深度较大的覆盖件。 采用双动压力机的优点： (1)单动压力机的压紧力不够，一般有气垫的单动压力机，其压 紧力等于压力机压力的20一25，而双动压力机的外滑块压紧 力为内滑块压力的65一70。 (2)单动压力机的压紧力只能整个调节而双动压力机的外滑块 压力可用

16、调节螺母调节外滑块四角的高低使外滑块成倾斜状， 调节拉深模压料面上各部位的压料力，以控制压料面上材料的流 动。 (3)单动压力机的拉深深度比双动压力机的拉深深度浅。 (4)单动拉深模的卸料板不是刚性的，如果压斜面是立体曲面形 状，在开始拉深预弯成压料面形状时，由于压料面形状的不对称， 可造成卸料板偏斜，严重时失掉压料作用。 向下 下图为微型载重汽车后围板双动拉深模。它是按(D4-600-400) 闭式四点双动压力机设计的。 返P28 闭式凹模 拉深模的凸模、凹模、压料圈一般都采用铸件(采用聚苯乙烯泡沫塑料作 模型的消模铸造)要求既要尽量减轻重量，又要有足够的强度，因此铸件 上非重要部位应挖空，

17、影响到强度的部位应加添立筋。铸件材料常用镍铬 铸铁、铬钼钒铸铁、铜钼钒铸铁和钼钒铸铁四种其中镍铬铸铁应用最多。 2)2)覆盖件拉深模工作部分尺寸的结构设计: : (1)凸模设计： 对于覆盖件来说，凸模是拉深模的主要成形零件。除工艺上的特殊要 求外(如翻边的展开或工艺补充)，其轮廓尺寸和深度即为产品图尺寸。 工作部分肋的厚度应为70-90mm，为了减少加工余量，保证凸模轮廓 尺寸，缩短整修工时，在凸模上沿压料面有一段40-80mm的直壁必须加工， 直壁向上用450斜面过渡，缩小距离b为15-40mm是不加工面，材料一般为 HT250. (2)凹模设计： 凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉深圆角。

18、拉深毛坯是 通过凹模圆角逐步进入凹模内腔，直至拉深成凸模的形状。由于 拉深件上有装饰棱线，装饰肋条，装配用凸包、凹坑等，若要一 次成形，凹模结构除压料面和拉深圆角外，在凹模里装成形用的 凸模或凹模，也属于凹模结构的一部分。 凹模的结构根据其底部是封闭结构还是通口式模座结构分为 闭式凹模和通口式凹模。微型载重汽车后围板双动拉深模图为闭 式结构，在拉深模中，绝大多效都采用这种结构。通口式凹模， 用于形状比较复杂，坑包较多、接线清晰的拉深模。该结构可将 型腔内孔加工转换为镶件的外表面加工。 (3) (3)凸、凹模圆角半径的确定: : 凸、凹模圆角半径的大小对于能否获得理想的拉伸件起 着很大的作用。覆

19、盖件拉伸常见的缺陷是拉裂和起皱，当凸 模圆角半径过小时，拉伸毛坯的直壁部分与底部的过渡区的 弯曲变形加大，使危险断面的强度受到削弱，而当凹模圆角 半径较小时，毛坯侧壁传力区的拉应力相应增大，这两种情 况都会使拉伸系数增大，板料的变形阻力增加，从而引起总 的拉伸力的增加和模具寿命的降低。若凸模和凹模的圆角半 径过大，板料的变形阻力小，金属的流动性好，但也会减小 压边的有效面积，使制件容易起皱。因此确定凸、凹模半径 时必须与工件的变形特点、拉延筋及凸、凹模具圆角半径的 大小等因素综合考虑。 ( (二) )覆盖件的修边模： 覆盖件修边模是将经过拉深、成形、弯曲之后工件的边缘及中部实现 分离所用的冲裁

20、模。 修边模与平面制件的落料、冲孔模的主要区别是；经过加工变形后的 冲压件形状复杂；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力等。 修边工序在覆盖件的冲压工序安排中多数情况是必须有的。在修边模 具的设计中，对制件在模具中的摆放，即冲压方向的确定，制件定位， 模具导正凸、凹模刀口的设计，侧向力的平衡以及废料的处理，模具 的使用、维修和制造方便，安全性及经济性等，均应全面地加以考虑。 根据修边模刃口模块的形式可分为如下几类： (1)垂直修边模:修边方向与压力机上滑块运动方向一致修边模。它是覆盖件 修边模的最常用形式，也是在修边工序中尽量

21、采用的。 (2)带斜楔机构的修边模:修边方向与压力机上滑块运动方向成一定夹角(直角 或锐角)的修边模。它要求模具应有一套将压力机垂直方向运动，转变成刀口镶 块沿修边方向运动的斜楔机构。 (3)组合修边模:在同一模具上需要垂直修边和斜楔修边的修边模。 （三）覆盖件拉伸模的调试： 汽车覆盖件拉伸模的模具调试对零件的质量也起着至关重要的作用， 由于拉裂和起皱是拉伸模的最主要缺陷，因此试模的关键就是要控制拉 伸过程中材料的流动问题。因为材料流动过易容易则引起起皱，而材料 流动困难则会造成制件拉裂，因此必须在二者之间找到一个平衡点。模 具间隙的大小、压边力的大小、拉延筋的数量和位置等因素也都制约着 拉裂

22、和起皱的产生。 （）凸、凹模间隙的调整： 在拉伸模的调试过程中，应保证模具凸凹模周边间隙均匀。 （）压边力的调整： 压边力的调节主要是指应用双动压力机进行拉伸的情况，较大的压 边力可以防止起皱，提高拉伸件的刚性，而压边力较小则会使工件起皱。 （）压料面间隙的调整： 在调模具压料面间隙时应采用里松外紧的方法，消除材料厚度增加对 材料变形的不利影响。 （）拉伸坯料的剪切： 在模具调试过程中，对于一些结构不对称的覆盖件，由于其拉伸时各 处的变形不均匀，因而工件在凹模周围各处进料阻力不同，除采用拉延 筋进行控制，还须根据各处变形的特点，在拉伸前对板料进行适当的剪 切或落料。 返回 成 虹主编p217

23、电子科技大学出版 社 自动消除各种孔 返回 用等效拉延筋代替实际的拉延筋 返回 利用冲压分析软件:在成形极限图上动 态显示各单元的成形情况，如起皱，拉 裂等 返回 压窝和凸模圆角处的拉胀成 形破裂。 返回 FASTAMP是由华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国 家重点实验室自行设计开发，是专门的板料冲压成形分析软件 （最新版本V3.0 企业版）。 可应用于连续模（级进模）、翻边成形、三维翻边成形、修 边线、拉延成形、冲压工艺优化。 四大模具厂（一汽模具制造有限公司、东风汽车模 具有限公司、天津汽车模具有限公司、四川成 飞集成科技股份有限公司 ) 除此4家外，近年新涌现年产模具1亿元的企业。例如。此外 具有年产5000万元左右福臻实业公司、普什模 具有限公司、北京比亚迪模具有限公司、哈尔 滨哈飞汽车模具制造有限公司，跃进汽车集团 南京模具装备有限公司、上海千缘汽车车身模 具有限公司、河北兴林车身制造集团有限公