汽车车身覆盖件设计制造技术

1、毕业论文设计题目 汽车车身覆盖件设计制造技术 学生姓名 学 号 专业班级 2012级汽车运用技术 指导教师 院系名称 合肥工业大学 2 0 1 4 年 0 3 月 29日目 录第一章 引言. 5 1.1汽车冲压模具的现状和发展. 5 1.2数值模拟软件Dynaform及其特点. 61.3产品介绍. 9第二章 汽车覆盖件冲压工艺设计. 102.1冲压件工艺性分析. 102.2原材料的选定与备料. 11 2.3分析、比较、确定工艺方案.11 2.4冲压方向调整.132.5压料面设计及工艺补充面构建.162.5.1压料面设计.162.5.2 工艺补充面构建. 192.6拉延筋的设置. 21第三章 覆

2、盖件冲压质量控制. 233.1起皱. 233.2起皱的预测和消除. 243.3 开裂. 243.4 开裂的预测和消除. 25结论. 25致谢. 25参考文献. 26汽车车身覆盖件设计制造技术摘 要：汽车车身覆盖件冲压件的质量主要包括冲压件的尺寸符合率和外观质量，其中冲压件的外观质量直接决定汽车车身的外观质量和车身强度，并对整车装配有着重要的影响。因此冲压件外观质量缺陷的控制与预防对整车质量有着重要的意义。冲压件的外观品质主要受产品设计和过程开发两个阶段的影响，本文主要阐述了汽车车身覆盖件设计制造技术及前期准备工作，并从工艺制定阶段做出相应的预防与控制手段。关键词：工艺方案、车身品质、冲压件外观

3、质量Abstract : The quality of automobile covering panels is determined by panels'dimensionalaccuracy and surface quality., which stampings appearance quality directly determines the quality of the appearance of the car body and body strength,&

4、#160;its also an important influence of the vehicle assembly. So it is great significance to control and prevent the stampings appearance quality defective for the complete vehicle quality.The stampings appearance quality is mainly affected by the impact of the two stages of product design

5、 and process development, This article mainly discusses the design and manufacture technology of automobile covering panels.Some preparative measures are made to prevent defect when planning process. Keywords: technological process，quality of the body，the stampings appearanc

6、e quality defect第一章 引言1.1 汽车冲压模具的现状和发展随着汽车行业的迅速发展，汽车覆盖件的形状越发复杂，结构尺寸变化更大，且表面质量要求越来越高。仅凭借前人或自己总结的经验已经很难满足这些难度日益增加的零件的成形工艺要求，往往需对模具进行反复试模和修模，从而造成大量地人力、财力、物力的浪费。随着计算机技术的高速发展，冷冲模具CAE分析软件正在日益发展，尤其是冲压模拟软件的开发和应用 Dynaform。利用数值模拟的方法对板料成形过程进行计算机仿真，以替代实际试模，可以检查零件的几何模型并预测开裂、起皱和回弹，优化工艺参数，为覆盖件的工艺和模具设计提供可

7、靠和合理的指导。本文以汽车车门内板为例，详细说明了汽车覆盖件模具设计制造技术的过程。自改革开放以来，市场对模具的需求量不断增长，我国模具行业在世界模具工业高速发展的大环境下的发展也是突飞猛进。2003年我国模具产值达到450亿元人民币，约折合50多亿美元，按模具总量排名，中国紧随日本、美国之后，位居世界第三。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近些年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。但是总的来看，由于创新能力弱，行业关键技术难以突破，使得我国模具行业长期以来面临着“低端竞争、高端进口

8、”的尴尬局面。我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应国民经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具和塑料模具、轿车覆盖件模具、电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口，这表明我国冲压模具发展存在有巨大潜力，并且我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。在我国，冲压行业大而分散，其中，大规模的冲压生产企业又大多集中在汽车生产领域。所以汽车冲压在冲压行业中居于重要地位。另外，汽车覆盖件模具在冲压模具中具有很大的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高。汽车工业的发展为汽车模具业的发展提供了极大的市场机遇，在汽车工业的带动

9、下，汽车覆盖件模具市场需求量大大增加。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等四大模具厂已具备了大中型汽车覆盖件模200万左右工时的能力，新涌现的普什模具有限公司、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、上海千缘汽车车身有限公司等20多家汽车覆盖件模具企业的生产能力也不断提高，他们是当前行业的主力军，虽然这些企业发展很快，技术水平也有很大提高，但是在汽车覆盖件模的设计、生产和制造上依然不能满足需要。从设计技术来说，发展点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，特别是板材成形过程的计算机模

10、拟分析技术。板材CAE分析软件则应横向拓展，纵向深化和多维感知的扩展。在持续提高效率的同时，不能忽略“创新体系”，否则，我国的冲压模技术只能对世界亦步亦趋，没有自己的发展。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，许多研究机构和各大院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。1.2 数值模拟软件Dynaform及其特点Dynaform是由美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形模拟的专用软件包，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间、试模周期和费用，是

11、板料成形模具设计的理想CAE工具，它不但具有良好的易用性，而且包括大量的智能化自动工具，可方便地求解各类板料成形问题。Dynaform可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板成形工艺及模具设计提供帮助；Dynaform专门用于工艺及模具设计涉及的复杂板料成形问题；Dynaform包括板成形分析所需的与CAD软件的接口、前后处理、分析求解等所有功能，它集成了Dynaform本身功能强大的前处理功能和ETA-POST后处理软件以及LSTC公司开发的有限元动力显式求解器960和970。（一）Dynaform软件包主要由三部分组成（1）Dynaform前处理器

12、Dynaform具有功能丰富的前处理功能。首先，它具有强大的图形文件导入功能，能够方便而无数据丢失地读入IGES格式文件以及UG、Pro-E、Catia等主流CAD软件的图形文件，同时用户也可以在Dynaform中很方便地创建点、线、面等几何模型。做到从导入几何模型开始到计算结果的获得，无须用户再借助其他工具就可以方便地完成。其次，DYNORM具有强大的网格自动剖分功能。它不但可以得到高精度的工具网格，也可以产生出用户所需的四边形网格和三角形网格。用户只需要输入简单的控制参数就可以快捷地获得复杂几何曲面网格，并且得到的网格质量非常高，使用户无须花费更多的时间对网格进行再修复，节省了大量的时间。

13、再次，Dynaform中的最具有特色的DFE(Die Face Engineering)模块，方便模具设计人员对模具进行设计。用户只需要导入产品曲面，DFE模块可以完成网格剖分、网格边界自动光顺、对称的定义、法兰的展开、冲压方向的调整、内部孔洞的自动补充、各种复杂压料面的产生、压料面的裁减、各种工艺补充面的设计、拉伸筋的设计和网格划分、载荷曲线的定义、模具的定位等一系列功能。方便用户在得到分析结果后对产品零件进行反复修改的操作过程。最后，Dynaform中的BSE (Blank Size Engineering)模块，可以帮助用户快速地设计出坯料的形状，并且根据用户的要求提供各种实际应用中常用

14、到的排样结果报告，做到充分利用材料，提高材料利用率，节省成本。同时，最新增加的MSTEP模块，采用国际上最先进的有限元逆算法，作为Dynaform的快速求解器，可以在产品设计的初级阶段为用户提供初步的可行性分析。这样就弥补了LS-DYNA计算时间长的不足。（2）Dynaform后处理器ETA-POST是ETA公司开发的一款专门针对Dynaform的后处理软件。它可以方便用户直观地得到求解结果。用户可以用云图显示板料变形后的应力、应变信息，材料的厚度分布信息等。用户可以通过定义任意截面，得到截面上的各种结果信息。在ETA-POST中新增加的GRAPH模块，使用户可以利用曲线图表功能来显示拉伸过程

15、中各种参数随时间变化的曲线，如界面力的变化曲线、拉伸筋阻力的变化曲线、拉伸力变化的曲线等。（3）LS-DYNA有限元求解器 世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包，与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。由J.O.Hallquist主持开发完成的DYNA程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。1988年J.O.Hallquist创建LST

16、C公司，推出LS-DYNA程序系列，并于1997年将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA。LS-DYNA是目前业界公认的板料成形模拟结果准确性最好的软件之一。 Dynaform的求解器便是采用这种业界非常著名的非线性动力显式有限元软件。它是利用显隐结合的算法进行板料成形模拟的最具有代表性的软件。它采用动力显式求解器模拟冲压成形过程，计算稳定，效率高；同时LS-DYNA近几年来加强了隐式算法的开发，并且实现了显、隐式无缝集成的功能，在完成冲压分析后，自动切换到隐式求解器进行回弹分析。在回弹分析过程中，可以采用大

17、的时间步长，提高回弹的计算效率。LS-DYNA包括丰富的材料模型和单元模型，用户根据实际冲压的材料选择合适的材料模型和单元类型。此外，LS-DYNA的接触分析功能强大，现在具有40多种接触类型可以求解下列接触:变形体对变形体的接触、变形体对刚体的接触、刚体对刚体的接触、板壳结构的单面接触、与刚性墙接触、表面与表面的接触等。因此，借助LS-DYNA强大的求解能力，Dynaform可以解决冲压成形分析中的任何难题，如复杂多步成形分析、显式加载隐式卸载等。LS-DYNA程序960版是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种）和接触非线性（50多种）程序。它以Lagran

18、ge算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和板料冲压成型后的回弹计算），是军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。其主要功能有:全面的接触界面处理功能；丰富的供用户选择的材料库,并可由用户自己定义；丰富的单元形式供用户选择；成形过程网格自适应重划功能；精确描述成形边界条件；对模具运动可以用速度、加速度、力、压力等多种方式进行精确定义；显式算法向隐式算法的自动转换；分析板料回弹问题；多工步成形过程模拟。（二）Dynaform的应用现状Dynaf

19、orm可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助，帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。Dynaform可以运行于各种操作系统上，如Windows，Linux和其他各种版本的PC机。作为一款专用的板料成形软件，它的应用领域主要有以下几个方面：（1）包括压边、拉伸、弯曲、回弹、多工步成形在内的板料成形过程；（2）液压成形；（3）辊轧成形；（4）汽车、航天领域的碰撞等大变形结构分析等。Dynaform是现在流行的板料成形分析软件中较为成功的一种, 它把LS-DYNA、LS-NIKE3D 强大的分析能力与ETA/ FE

20、MB 的流程化前后处理功能结合起来,其核心技术主要包括以下几个方面： 动力显式积分算法； 板壳有限元理论的研究； 本构理论和屈服准则； 接触判断算法和网格细化自适应技术； 多工步成形模拟技术； CAD/CAM/CAE三类软件之间的数据转换技术； 建立有限元模型的若干技巧； 板料冲压成形仿真模拟的一般过程。目前，Dynaform己在世界各大汽车、航空、钢铁公司，以及众多的大学和科研单位得到广泛的应用，Dynaform在我国长安汽车、南京汽车、上海宝钢、中国一汽、上海大众汽车公司、洛阳一拖等知名企业也已得到成功应用。1.3 产品介绍本论文所研究的是汽车覆盖件中具有典型结构的汽车车门内板，该零件具有

21、材料薄、形状复杂的空间曲面、零件深度落差较大、局部成形较多、表面质量要求高等基本特点，并且此零件为非对称结构零件，相对于大部分覆盖件本零件尺寸较大，零件表面冲孔较多，板料的变形不是单纯地拉延成形，而是存在一定程度的胀形变形。该零件的厚度是1.2mm，材料是Q195普通碳素钢，其具体结构如下图1.1所示。图1.1 零件结构模型第二章 汽车覆盖件冲压工艺设计2.1 冲压件工艺性分析汽车覆盖件是指覆盖汽车发动机、底盘，构成驾驶室和车身的薄钢板冲压成形的表面零件(称外覆盖件)和内部覆盖件(称内覆盖件)。与一般的冲压件相比较，覆盖件具有材料薄、形状复杂(多为空间曲面形状)、结构尺寸大、表面质量高等特点。

22、在覆盖件的冲压工上艺编制、冲模制造和冲模制造工艺上也有其特点，因此，把汽车覆盖件作为一类特殊的冲压件来研究。覆盖件通常由0.7-1.2mm的冷轧薄钢板冲压而成。由于覆盖件形状的复杂程度引起拉伸塑性变形各异和拉伸深度不等等诸因素的影响，正确地选用钢板的拉伸性能等级，对减少废品和降低成本是一个重要的问题。冲压件工艺性是指冲压件在生产加工中的难易程度。而冲压加工工序很多，每一种工序中的工艺性又各不相同，即使是同一个零件，因生产单位的生产条件工艺装备及生产传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。因此，要求冲压件在满足使用要求的前提下，形状尽量简单、规则、对称，以便节省原材料，减少中间工序，提高模具

23、寿命，降低零件成本。在冲压加工的基本工序中，按冲压时材料的变形性质，冲压基本工序大致可分为分离工序和成形工序两大类。一类是以平面形状为主，一类是以立体形状为主，其结构工艺性要求不一样。但是所有的冲压件都有一个共同性的结构工艺要求，尽量避免有应力集中的结构。对冲裁件，一般不应有平面尖角存在(冲裁件的外廓可以单边剪切的方法得到者例外)，应有适度的圆角，一般圆角半径R应取板料厚度t的一半以上，即R0.5t。对于成型件，不应有急剧的突变形状，因急剧变形常使过渡部分产生皱折和裂缝，所以突变部分应有过渡圆角来使变化改缓，以提高零件质量，减少其废品率。2.2 原材料的选料与备料原材料的选定不仅要能满足冲压件

24、的强度与刚度要求，还要有良好的冲压性能。冲压性能好的材料，容易得到质量合格的零件，可减少成形工序次数，有利于提高生产效率和延长模具寿命。每一种材料都有自己的机械性能和化学成分以及与冲压性能密切相关的特征性能，因此一个冲压件能否顺利高质量地完成，直接取决于板料的冲压性能，所以有必要根据冲压变形的特点与要求，正确选择原材料。为使制件经济合理，在材料能满足其冲压性能的情况下尽量用廉价材料代替贵重材料。在备料时，应尽量做到无废料排样或少废料排样来减少工艺废料，以提高材料利用率。另外还应考虑一种工件的废料能为另一种零件所利用，即套裁。2.3 分析、比较、确定工艺方案汽车覆盖件的形状复杂、尺寸大，因此一般

25、不可能在一道冲压工序中直接获得，有的需要十几道工序才能获得，最少的也要三道工序。覆盖件冲压的基本工序有：落料、拉延、修边、翻边和冲孔，根据需要和可能性可以将一些工序合并，如修边冲孔、修边翻边等。落料工序是为了获得拉延工序所需的毛坯外形。拉延工序是覆盖件冲压的关键工序，覆盖件的形状大部分是由拉延工序成形的。修边工序是为了切除拉延件的工艺补充部分。这些工艺补充部分只是拉延工序的需要，因此拉延后切掉。翻边工序位于修边工序之后，它使覆盖件边缘的竖边成形。冲孔工序是加工覆盖件上的孔洞。冲孔工序一般在拉延工序之后，以免孔洞破坏拉延时的均匀应力状态，避免孔洞在拉延时变形。本模具设计为汽车车门内板，由于该件的

26、尺寸较大，弯曲度较高，因此在设计的过程中本人仅采用一模一件的设计方式。据此初步拟定了以下的冲压工艺：拉延冲孔修边翻边侧冲孔整形拉延后零件如下图2.1所示。图2.1 拉延结构模型冲孔及修边后零件如下图2.2所示。图2.2 冲孔修边示意图翻边后侧冲孔，然后整形，得到如下图2.3所示结构。其中尤其要注意先翻边后冲孔，否则若是先冲孔后翻边，会导致翻边后的孔位置偏移和尺寸变形。图2.3 整形示意图2.4 冲压方向调整覆盖件拉伸成形时，所选择的冲压方向是否合理，将直接影响毛坯的最大变形程度、凸模是否能进入凹模、是否能最大限度地减少拉伸件各部分的深度差、是否能充分发挥材料的塑性变形能力、是否有利于防止开裂和

27、起皱等质量问题的产生。也就是说，只有选择了合理的冲压方向，才能使拉伸成形过程顺利实现。确定拉伸方向不但决定能否拉出满意的零件，而且影响到工艺补充部分的多少，以及以后各工序的方案。确定合理的冲压方向应符合以下原则：保证能将拉伸件的全部空间形状(包括棱线、筋条和鼓包等)一次拉伸出来，不应有凸模接触不到的“死区”，即要保证凸模能全部进入凹模。这类问题主要出现在覆盖件某一部位或局部成凹形或有反方向成形的情况下，为了使凸模能够进入凹模，只有使拉伸方向满足凹形或反方向成形的要求。因此，从这一角度来说，覆盖件本身的凹形和反成形的要求决定了冲压方向。如图2.4所示，若选择冲压方向A，则凸模不能全部进入凹模，造

28、成零件右下部成为“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入凹模，成形零件的全部形状。如图2.5所示为按拉伸件底部的反成形部分最有利于成形而确定的冲压方向，若改变冲压方向则不能保证90°角。 图2.4 覆盖件凹模决定冲压方向 图2.5 覆盖件的局部反成形决定冲压方向尽量使拉伸深度差最小，以减少材料流动和变形分布的不均匀性，有利于成形。拉伸深度均匀是保证压料面各部位进料阻力均匀的重要条件。若进料阻力不一样，在拉伸过程中毛坯有可能经凹模顶部窜动，严重时产生皱纹和开裂。其中特别应注意的是，拉伸凹模内的鼓包必须低于坯料的压料面，如图2.6所示。如果凹模内的鼓包高于

29、压料面则在拉延成形开始时，凹模内的鼓包形状将先于凸模而和坯料面相接触，这样，鼓包上的坯料处于自由状态，易于产生弯曲变形，从而使覆盖件零件内部形成大皱纹，甚至会使坯料产生折叠。图2.6 凹模形状与压料面的关系保证凸模与毛坯具有良好的初始接触状态，以减少毛坯与凸模的相对滑动，有利于毛坯的变形，并提高冲压件的表面质量。有利于防止表面缺陷。对一些表面件，为了保证其表面质量，在选择拉伸方向时，对重要的部分要保证不产生拉伸时出现的偏移线、颤动线等表面缺陷。在保证拉伸件质量的前提下，应使工艺补充余料消耗最少。冲压方向经调整后检查，如下图2.7所示，零件无冲压负角。所以，可以确定冲压方向如图2.8所示。图2.

30、7 负角检查图2.8 冲压方向2.5 压料面设计及工艺补充面构建2.5.1 压料面设计 压料面是汽车覆盖件工艺补充部分的一个重要组成部分，对覆盖件的拉伸成形起着重要作用。压料面是指位于凹模圆角半径以外的那一部分坯料。在拉伸成形开始之前，压料圈将要成形的覆盖件坯料压紧在凹模面上，拉伸开始后，凸模的成形力与压料面上的阻力共同形成毛坯的变形力，使毛坯产生塑性变形，实现拉延成形过程。其在开始时被压住的坯料部分即为压料面，压料面的形状有多种，常用的压料面形状主要有平面、圆柱面、圆锥面和直曲面四种。通过压料面的变化，可以使拉伸件的深度均匀，毛坯流动阻力的分布满足拉延成形的需要。拉伸成形过程中，压料面材料被

31、逐步拉入凹模腔内，转化为覆盖件形状。因此，压料面的形状不仅要保证其本身材料的不皱不折，同时应尽可能促使位于凸模底部的坯料下凹，以减少零件的拉伸成形深度。更重要的是，应保证被拉入凹模腔内的材料不皱不裂。压料面设计得是否合理，直接影响到压料面毛坯向凹模内流动的方向与速度，毛坯变形的分布与大小、开裂起皱等问题的产生。压料面与拉伸零件的关系存在两种情况：（1）压料面就是覆盖件本身的凸缘面，即为覆盖件本体的一部分。这种压料面的形状是确定的、为便于拉伸成形过程的进行，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。（2）压料面是由工艺补充部分所组成，在拉伸工序之后的修

32、边工序中，这种压料面将被切除。所以应尽量减少这种压料面的材料消耗。设计压料面应遵循的基本原则有以下几方面：（1）压料面形状尽量简单化，以水平压面料为最好。在保证良好的拉伸条件的前提下，为减少材料消耗，也可设计斜面、平滑曲面或平面曲面组合等形状。但尽量不要设计成平面大角度交叉，高度变化剧烈的形状，这些形状的压面料会造成材料的流动和塑性变形的极不均匀分布，在拉延成形时产生起皱、堆积、开裂等现象。（2）水平压料面应用最多，其阻力变化相对容易控制，有利于调模时调整到最有利于拉伸成形所需要的最佳压料面阻力状态。（3）压料面任一断面的曲线长度要小于拉伸件内部相应断面的曲线长度。一般认为，覆盖件冲压成形时断

33、面上的伸长变形量达到3%5%时，才有较好的形状冻结性，最小伸长量不应小于2%。因此，合理的压料面要保证拉伸件各断面上的伸长变形量达到3%以上。为此，必须使凸模工作表面的展开长度(L2)大于压料面的展开长度(L1)，同时凸模工作表面的夹角要大于压料面夹角，即L2>Ll，<如图2.9(a)、图2.9(b)所示。图2.9 压料面与凸模关系（4）合理选择压料面与拉伸方向的相对位置最有利的压料面位置是水平位置，如图2.10(a)所示；相对于水平面由上向下的压料面，只要倾角不太大，亦是允许的，如图2.10(b)所示；压料面相对水平面由下向上倾斜时，倾角必须采用很小的角度，如图2.10(c)的倾

34、角太大，是不恰当的，这是因为在这种条件下拉伸过程中金属的流动条件比较差。图2.10 压料面与拉伸方向的相对位置(a)水平位置的压料面 (b)40°50°的倾斜压料面(c)由下向上倾斜的压料面 1-压料面；2-凹模；3-凸模（5）压料面应使成形深度小且各部分深度接近一致。这种压料面可使材料流动和塑性变形趋于均匀，减小成形难度。同时，用压边圈压住毛坯后，毛坯不产生皱折、扭曲等现象。（6）压料面应使毛坯在拉延成形和修边工序中都有可靠的定位，并考虑送料和取件的方便。（7）当覆盖件的底部有反成形形状时，压料面必须高于反成形形状最高点。否则，在拉伸时，毛坯首先与反成形形状接触，定位不稳

35、定，压料面不容易起到压料的作用，容易在成形过程中产生开裂、起皱等现象，不能保证得到合格零件。（8）不在某一方向产生很大的侧向力。2.5.2 工艺补充面构建 工艺补充是指为了顺利拉延成形出合格的制件，在冲压件的基础上添加的那部分材料。由于这部分材料是成形需要而不是零件需要，故在拉延成形后的修边工序要将工艺补充部分切除掉。工艺补充是拉伸模型面设计的主要内容，不仅对拉延成形有着重要影响，而且对后面的修边、翻边、冲孔、整形等工序的方案也有影响。工艺补充部分有两大类：一类是零件内部的工艺补充(简称内工艺补充)，即填补内部孔洞，创造适合于拉延成形的良好条件，这部分工艺补充不增加材料消耗，而且在冲内孔后，这

36、部分材料仍可适当利用；另一类工艺补充是在零件沿轮廓边缘展开(包括翻边的展开部分)的基础上添加上去的，它包括拉伸部分的补充和压料面两部分，由于这种工艺补充是在零件的外部增加上去的，称为外工艺补充，它是为了选择合理的冲压方向、创造良好的拉延成形条件而增加的，它增加了零件的材料消耗。工艺补充面一般包括工艺延深面和压料面两部分，如图2.11所示，图中修边线左边部分即为工艺补充面。图2.11 工艺补充面工艺补充部分制定的合理与否，是冲压工艺设计先进与否的重要标志，它直接影响到拉延成形的工艺参数、毛坯的变形条件、变形量大小、变形分布、表面质量等。工艺补充设计的基本原则有以下几方面：（l）内孔封闭补充原则。

37、对零件内部的孔首先进行封闭补充，使零件成为无内孔的制件。但对内部的局部成形部分，要进行变形分析，一般这部分成形属于胀形变形，若胀形变形超过材料的极限变形，需要在工艺补充部分预冲孔或切口，以减少胀形变形量。（2）简化拉伸件结构形状原则。拉伸件的结构形状越复杂，拉伸成形过程中的材料流动和塑性变形就越难控制。所以，零件外部的工艺补充要有利于使拉伸件的结构、形状简单化。（3）保证良好的塑性变形条件。对某些深度较浅、曲率较小的覆盖件来说，必须保证毛坯在成形过程中有足够的塑性变形量，才能保证其能有较好的形状精度和刚度。（4）外工艺补充部分尽量小。在保证拉伸件具有良好的拉伸条件的前提下，应尽量减少外工艺补充

38、，以减少材料浪费，提高材料利用率。（5）对后工序有利原则。设计工艺补充时要考虑对后工序的影响，要有利于后工序的定位稳定性，尽量能够垂直修边等。图2.12 工艺补充面构造工艺补充面各部分的作用和尺寸见下表2.1表2.1 工艺补充部分各部分的作用及尺寸代号名称性质作用尺寸/mmA底面从工件的修边线到凸模圆角1.调整时，不致因为R凸修模变大则影响工件尺寸2.保证修边刃口的强度要求3.满足定位结构的要求用拉伸槛定 位 时：A8用侧壁定位时：A5B凸模圆角面凸模圆角R凸处的表面降低变形阻力一般拉伸件 R凸=(4-8)t复杂拉延件R凸tC侧壁面使拉伸件沿凹模周遍形成一定的深度1.控制工作表面有足够的拉应力

39、，保证毛坯全部延展，减少皱纹的形成2.调节深度，得出较理想的压料面3.满足定位和取件要求4.满足修边刃口强度要求C=10-20=6°-10°2.6 拉延筋的设置在覆盖件拉延成形中，广泛采用拉伸筋。拉伸筋在汽车覆盖件的冲压成形中占有非常重要的地位。这是由于在拉伸成形过程中，毛坯的成形需要一定大小、且沿固定周边适当分布的拉力。这种拉力来自冲压设备的作用力、法兰部分毛坯变形阻力和压料面上的流动阻力。而压料面上的流动阻力只靠在压边力作用下模具和材料之间的摩擦力往往是不够的，需要在压料面上设置能产生很大阻力的拉伸筋以满足毛坯塑性变形和塑性流动的要求。同时，利用拉伸筋可在较大范围内控制

40、变形区毛坯的变形大小和变形分布，抑制开裂、起皱、面畸变等多种冲压质量问题的产生。可以说，在很多情况下拉伸筋设置是否合理甚至影响冲压成形的成败。因此，拉伸筋设计是汽车覆盖件冲压成形模具设计的重要内容之一，而且在冲压工艺设计时必须考虑是否需要布置拉伸筋、怎样布置、采用哪种形式的拉伸筋等问题。拉延筋是调节和控制压料面作用力的一种最有效和实用的方法，在拉伸过程中起着重要作用。拉延筋的作用力在压料面作用力中占有较大的比例，且可以通过改变拉延筋的参数而很容易地改变这种作用力的大小。因此，在覆盖件拉延成形中，拉延筋起着举足轻重的作用。确定冲压方向、工艺补充部分和压料面形状是决定能否拉伸出满意的拉伸件的先决条

41、件、但是拉延能够控制压料面上整个拉伸毛坯的流动、根据需要增大或减小压料面上各部位的进料阻力。因此拉延筋的位置、数量和形状处理不当，也不可能拉伸出满意的拉伸件。根据实际应用中的分布情况，可以将拉延筋分为单筋和重筋两大类。根据拉伸筋本身的形式又可分为：圆筋（包括半圆筋、劣半圆和优半圆筋）、方形筋、三角筋、锁死筋、拉延槛等。单筋中，一般情况下，圆筋的阻力最小，拉伸筋产生的阻力较大，常用于允许有较大进料量的冲压成形工艺或冲压件成形部位。而方形筋、三角筋产生的阻力更大，一般用于不允许进料或只允许少量进料的胀形工艺或冲压件成形部位。重筋包括双筋和三重筋，本身形式多为圆筋，在相同几何参数前提下，重筋产生的阻

42、力要大于单筋，三重筋阻力大于双筋，但是通过减小拉伸筋高度和增大圆角半径，可降低拉伸阻力。因此，重筋既用于需要拉伸筋阻力较大的拉伸，或冲压成形中要求进料阻力大，甚至不允许进料的部位，也常用于需要调节阻力深度和法兰平面精度要求高的深拉伸。拉延筋深度布置方法具体见表2.2表2.2 布置拉伸筋的方法部位轮廓形状要求布置方法1大外凸圆弧补偿变形阻力不足设置深长筋2大内凹圆弧1. 补偿变形阻力不足2. 控制拉伸时相邻的外凸圆弧部分的材料向此部分流动的量，避免起皱。设置1条长筋和2条短筋3小外凸圆弧塑性流动阻力大，应让材料有可能向直线区进行一定的分流。1. 不设拉伸筋2. 相邻的位置就与凸模圆弧保持8

43、76;12°的夹角关系4小内凹圆弧将两相邻的侧面挤过来的多余材料延展开，保证压料面下的毛坯处于良好状态。1. 沿凹模口不设拉伸筋2. 在离凹模口较远的位置设置两段短筋5直线补偿变形阻力不足根据直线长短设置13条拉伸筋（长者多设，并呈塔形，短者少设。）第三章 覆盖件冲压质量控制3.1 起皱板料成形是一个具有几何非线性、材料非线性、边界条件非线性等多重非线性的非常复杂的力学过程。由于影响成形过程的因素很多，因此人们不能精确控制材料的流动。成形过程中会产生各种各样的缺陷，影响零件的几何精度、表面质量和力学性能。总的来说，覆盖件成形的主要缺陷有起皱、开裂和回弹。在本设计中，我们主要讨论起皱和

44、开裂以及预测和消除。起皱是压缩失稳在薄板成形中的主要表现形式。薄板冲压成形时，为使金属产生塑性变形，模具对板料施加外力，在板内产生复杂的应力状态。由于板厚尺寸与其他两个方向尺寸相比很小，因此厚度方向是不稳定的。当材料的内压应力使板厚方向达到失稳极限时，材料不能维持稳定变形而产生失稳，此种失稳形式称为压缩失稳。起皱发生时，皱纹的走向与压应力垂直，但不能简单认为任何起皱都是压应力引起的。在板料冲压成形时产生的起皱是各种各样的，大致可以分为压缩力、剪切力、不均匀拉伸力以及板平面内弯曲力等四类。毛坯成形中一旦产生皱纹，并残留在制件上，不仅使制件的尺寸精度、表面质量等降低，而且也给加工带来很多问题。因此

45、在板料冲压成形过程中，如何防止和消除起皱，对获得高质量的产品至关重要。解决起皱的问题可以从产品形状、工序设计、模具设计与制造、冲压技术及材料等方面着手。产品形状方面，在不损坏产品的性能和外观的前提下，通过改变产品形状，达到解决起皱的目的。大致可以从以下几个方面考虑:减小制件的拉伸深度；避免制件形状的急剧变化；减少平坦的部位；增设吸收皱纹的形状；台阶部分的合理化。工序设计及模具设计与制造方面，可采取的措施有工序的改变、合理的压料面形状及合适的拉延筋位置等。具体方法有:选择最佳毛料形状和尺寸；合理安排工序；适当增加工序数目；确定合适的压料面形式及拉伸方向；有效地利用阶梯拉伸；凹模横断面形状、凹模圆角半径R、凸模纵断面形状的合理化；设置合适的工艺涂料；对起皱部位进行预压；在行程终点充分加压；减小压边圈预凹模的间隙；合理地选取拉延筋位置、形状；提高模具刚性和耐磨性；进行预弯曲。在冲压条件方面有以下措施:提高压边力；均衡压边力；控制润滑；压力机及模具的平行度要好；选择合适的冲压速度。材料方面使用低屈服点的材料，使用伸长率大的材料。3.2 起皱的预测和消除 起皱是薄板冲压成形分析中常见的失效形式之一。板料成形数值模拟可以很好地预测出给定条件下工件可能产生的起皱，并通过修改模具或工艺参数予以消除。当数值模拟结果显示有起皱现象时，就必须对原有的工艺方案甚至模具作一定的