冲压工艺与模具设计课件

2008年

覆蓋件的含義：

覆蓋件主要指覆蓋汽車發動機和底盤、構成駕駛室及構成車身的一些零件，如轎車的擋泥板、頂蓋、車門外板、發動機蓋、水箱蓋、行李箱蓋、骨架等。

覆蓋件組裝後構成了車身或駕駛室的全部外部和內部形狀，它既是外觀裝飾性零件，又是封閉薄殼的受力零件。覆蓋件的製造是汽車車身製造的關鍵環節。覆蓋件表面一般都具有裝飾性，除考慮好用、好修、好造外，要求美觀大方。

覆蓋件與一般衝壓件的區別：材料薄、形狀複雜（多為立體曲面），結構尺寸大，尺寸精度高，因此衝壓工藝編制、沖模設計、沖模製造工藝都有一些特殊的要求，衝壓設計中常把他作為一種特殊類型研究。2008年

覆蓋件應滿足的條件：

1.良好的表面品質；

2.符合要求的幾何尺寸和曲面形狀；

3.要有足夠的剛性；

4.良好的工藝性。覆蓋件主要衝壓工序：

覆蓋件的主要衝壓工序有:落料、拉深、校形、修邊、切斷、翻邊、沖孔等。其中最關鍵的工序是拉深工序。

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1-發動機罩前支撐板;2-固定框架;3-前群板;4-前框架;5-前翼子板;6-地板總成;7-門檻;8-前門;9-後門;10-車輪擋泥板;11-後翼子板;12-後圍板;13-行李艙蓋;14-後立柱;15-後圍上蓋板;16-後窗臺板;17-上邊梁;18-頂蓋;19-中立柱;20-前立柱;21-前圍側板;22-前圍板;23-前圍上蓋板;24-前擋泥板;25-發動機罩;26-門窗框2008年6.1.1覆蓋件的結構特徵（如圖6.1.1）分類：按功能和部位分類，可分為外部覆蓋件、內部覆蓋件和骨架件（結構件）三類。外部覆蓋件和骨架類覆蓋件的外觀品質有特殊要求，內部覆蓋件的形狀往往更複雜。按成形性質分：深拉深成形（油箱）、脹形拉深成形（翼子板）、淺拉深成形（外門板）、彎曲成形（支架、立柱）、彎曲成形（消音器隔板）。6.1覆蓋件的結構特徵與成形特點2008年6.1.1覆蓋件的結構特徵（如圖6.1.1）特徵：和一般衝壓件相比，覆蓋件具有材料薄、形狀複雜、多為空間曲面且曲面間有較高的連接要求、結構尺寸較大、表面品質要求高、剛性好等特點。6.1覆蓋件的結構特徵與成形特點

汽車覆蓋件的形狀看成是由若干個“基本形狀”(或其一部分)組成的。這些“基本形狀”有：直壁軸對稱形狀(包括變異的直壁橢圓形狀)、曲面軸對稱形狀、圓錐體形狀及盒形形狀等。而每種基本形狀都可分解成由法蘭形狀、輪廓形狀、側壁形狀、底部形狀組成，圖6.1.1。

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(a)(b)(c)(d)圖6.1.1覆蓋件的基本形狀(a)法蘭形狀；(b)輪廓形狀；(c)側壁形狀；(d)底部形狀2008年

6.1.2覆蓋件的成形特點

1）結構尺寸大；2）形狀複雜；3）相對厚度小。

（翼子板的多處翻邊）

1.成形工序多：拉深為關鍵工序；

2.拉深是複合成形：常採用一次拉深；

3.拉深時變形不均勻：工藝補充、拉深筋；

4.大而穩定的壓邊力：雙動壓床；

5.高強度、高質量、抗腐蝕的鋼板；

6.覆蓋件圖樣和主模型為依據。2008年圖6.1.2覆蓋件拉深過程示意圖a)坯料放入；b)壓邊；c)板料與凸模接觸；d)材料拉入；e)壓型；f)下止點；g)卸載覆蓋件拉深過程2008年成形特點：

1）汽車覆蓋件衝壓成形時，內部的毛坯不是同時貼模，而是隨著衝壓過程的進行而逐步貼模。2）成形工序多。覆蓋件的衝壓工序一般要4～6道工序，多的有近10多道工序。拉深、修邊和翻邊是最基本的三道工序。3）覆蓋件拉深往往不是單純的拉深，而是拉深、脹形、彎曲等的複合成形。不論形狀如何複雜，常採用一次拉深成形。4）拉深時變形不均勻，主要成形障礙是起皺和拉裂。為此，常採用加工藝補充面和拉深筋等控制變形的措施。5）需要較大和較穩定的壓邊力。所以，廣泛採用雙動壓力機。6）材料多採用如08鋼等衝壓性能好的鋼板，且要求鋼板表面品質好、尺寸精度高。

7）制定覆蓋件的拉深工藝和設計模具時，要以覆蓋件圖樣和主模型為依據。

2008年6.1.3覆蓋件的成形分類

汽車覆蓋件的衝壓成形分類以零件上易破裂或起皺部位材料的主要變形方式為依據,並根據成形零件的外形特徵、變形量大小、變形特點以及對材料性能的不同要求,可將汽車覆蓋件衝壓成形分為五類:

深拉深成形類、脹形拉深成形類、淺拉深成形類、彎曲成形類和翻邊成形類。2008年

6.1.4覆蓋件的主要成形障礙及其防止措施

由於覆蓋件形狀複雜，多為非軸對稱、非回轉體的複雜曲面形狀零件，因而決定了拉深時的變形不均勻，所以拉深時的起皺和開裂是主要成形障礙。1.起皺及防皺措施

原因：覆蓋件的拉深過程中，當板料與凸模剛開始接觸，板面內就會產生壓應力，隨著拉深的進行，當壓應力超過允許值時，板料就會失穩起皺(如圖6.1.2)。

防皺措施：解決的辦法是增加工藝補充材料或設置拉深筋。

2008年

2.開裂及防裂措施原因：是由於局部拉應力過大造成的，由於局部拉應力過大導致局部大的脹形變形而開裂。位置:

開裂主要發生在圓角部位，開裂部位的厚度變薄很大如凸模與坯料的接觸面積過小、拉深阻力過大等都有可能導致材料局部脹形變形過大而開裂。防裂措施：為了防止開裂，應從覆蓋件的結構、成形工藝以及模具設計多方面採取相應的措施。

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覆蓋件的成形障礙的防止措施

(1)覆蓋件的結構上，可採取的措施有：各圓角半徑最好大一些、曲面形狀在拉深方向的實際深度應淺一些、各處深度均勻一些、形狀儘量簡單且變化儘量平緩一些等。

(2)拉深工藝方面，可採取的主要措施有：拉深方向儘量使凸模與坯料的接觸面積大、合理的壓料面形狀和壓邊力使壓料面各部位阻力均勻適度、降低拉延深度、開工藝孔和工藝切口等（如圖6.1.3）。

(3)模具設計上可採取設計合理的拉深筋、採用較大的模具圓角、使凸模與凹模間隙合理等措施。

2008年圖6.1.3工藝孔和工藝切口2008年6.2覆蓋件衝壓成形工藝設計

6.2.1確定衝壓方向

覆蓋件的衝壓工藝包括拉深、修邊、翻邊等多道工序，確定衝壓方向應從拉深工序開始，然後制定以後各工序的沖壓方向。應儘量將各工序的衝壓方向設計成一致。1.拉深方向的選擇

(1)拉深衝壓方向對拉深成形的影響凸模能否進入凹模、對破裂和起皺的影響等。

(2)拉深方向選擇的原則

①保證能將拉深件的所有空間形狀（包括棱線、肋條、和鼓包等）一次拉深出來，不應有凸模接觸不到的死角或死區。2008年

如圖a，若選擇衝壓方向A，則凸模不能全部進入凹模,造成零件右下部的a區成為“死區”,不能成形出所要求的形狀。選擇衝壓方向B後,則可以使凸模全部進人凹模,成形出零件的全部形狀。圖b)是按拉深件底部的反成形部分最有利幹成形面確定的拉深方向,若改變拉深方向則不能保證90°角。圖6.1.4拉深方向確定實例

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圖6.1.4拉深方向確定實例

2008年

②有利於降低拉深件的深度。拉深深度太深,會增加拉深成形的難度,容易產生破裂、起皺等品質問題；拉深深度太淺,則會使材料在成形過程中得不到較大的塑性變形，覆蓋件剛度得不到加強。

③儘量使拉深深度差最小。以減小材料流動和變形分佈的不均勻性（如圖6.2.2)。

圖6.2.2拉深深度與拉深方向2008年a)

b)

c)

d)圖6.1.6凸模開始拉深時與拉深毛坯的接觸狀態示意圖④保證凸模開始拉深時與拉深毛坯有良好的接觸狀態。開始拉深時凸模與拉深毛坯的接觸面積要大，接觸面應儘量靠近沖模中心（如圖6.2.3）。2008年

2.修邊方向的確定及修邊形式

(1)修邊方向的確定所謂修邊就是將拉深件修邊線以外的部分切掉。理想的修邊方向:

是修邊刃口的運動方向和修邊表面垂直。

(2)修邊形式修邊形式可分為垂直修邊、水準修邊和傾斜修邊三種，

如圖6.2.4所示。2008年

圖6.2.6修邊形式示意圖

a)垂直修邊b)水準修邊c)傾斜修邊2008年

3.翻邊方向的確定及其翻邊形式

（1）翻邊方向的確定翻邊工序對於一般的覆蓋件來說是衝壓工序的最後成形工序，翻邊品質的好壞和翻邊位置的準確度，直接影響整個汽車車身的裝配和焊接的品質。合理的翻邊方向應滿足下列兩個條件：

①翻邊凹模的運動方向和翻邊凸緣、立邊相一致；

②翻邊凹模的運動方向和翻邊基面垂直。（2）翻邊形式按翻邊凹模的運動方向，翻邊形式可分為垂直翻邊、水準翻邊和傾斜翻邊三種(如圖6.2.6)。2008年圖6.2.6典型覆蓋件翻邊2008年

6.2.2拉深工序的工藝處理

1.工藝補充部分的設計為了實現覆蓋件的拉深，需要將覆蓋件的孔、開口、壓料面等結構根拉深工序的要求進行工藝處理，這樣的處理稱為工藝補充。如圖6.2.9中的工藝補充。工藝處理的內容包括：確定壓料面形狀、工藝補充、翻邊的展開、沖工藝孔和工藝切口等內容，是針對拉深工藝的要求對覆蓋件進行的工藝處理措施。工藝補充設計的原則：（1）內孔封閉補充原則（為防止開裂採用與沖孔或工藝切口除外）；（2）簡化拉深件結構形狀原則（如圖6.2.8）；（3）對後工序有利原則（如對修邊、翻邊定位可靠，模具結構簡單）。2008年

圖6.2.7工藝補充示意圖

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a)

b)

c)

a)簡化輪廓形狀；b)增加局部側壁高度；c)簡化壓料面形狀圖6.2.8簡化拉深件結構形狀2008年2.壓料面的設計

壓料面是工藝補充部分組成的一個重要部分，即凹模圓角半徑以外的部分。壓料面的形狀不但要保證壓料面上的材料不皺，而且應儘量造成凸模下的材料能下凹以降低拉深深度，更重要的是要保證拉入凹模裏的材料不皺不裂。因此，壓料面形狀應由平面、圓柱面、雙曲面等可展面組成，如圖6.2.10所示。確定壓料面形狀必須考慮以下幾點：（1）降低拉深深度

圖6.2.12所示是降低拉深深度的示意圖。

（2）凸模對毛坯一定要有拉伸作用

只有使毛坯各部分在拉深過程中處於拉伸狀態，並能均勻地緊貼凸模，才能避免起皺，如圖6.2.13。2008年圖6.2.10壓料面形狀1-平面；2-圓柱面；3-圓錐面；4-直曲面2008年圖6.2.11壓料面與衝壓方向的關係1-壓邊圈；2-凹模；3-凸模2008年2008年

3.工藝孔和工藝切口在製件上壓出深度較大的局部突起或鼓包，有時靠從外部流入材料已很困難，繼續拉深將產生破裂。這時，可考慮採用沖工藝孔或工藝切口，以從變形區內部得到材料補充。如圖6.1.3所示。

工藝孔或工藝切口必須設在拉應力最大的拐角處，因此沖工藝孔或工藝切口的位置、大小、形狀和時間應在調整拉深模時現場試驗確定。2008年4.覆蓋件拉深件圖的繪製（1）拉深件圖的要求

①按照拉深件的衝壓位置繪製,而不是像產品圖那樣按照零件在車身上的裝配位置來繪製。

②拉深件圖上不僅要標注拉深件的輪廓尺寸、不同位置的深度等。而且要標注拉深件在汽車坐標系中的定位尺寸，拉深方向與坐標系的關係，後面工序示意線及尺寸等。有時還標注後面工序的衝壓方向，但不標注拉深件外輪廓尺寸。

③當拉深件的法蘭面為複雜曲面形狀時，還可以在法蘭面上標注上凸、凹模和壓料圈型面按工藝模型仿製、配研的技術要求。2008年

(2)拉深件圖的畫法

①依據產品圖繪製對於不是很複雜的零件，可以依據產品圖確定衝壓方向，進行工藝補充，繪製出拉深件圖。

②依據實物繪製對於結構形狀很複雜零件，由於產品圖也不能將零件的每一個尺寸都表示出來，所以在繪製拉深件圖時，要依據零件實物或主模型確定衝壓方向及壓料面。然後進行實際測繪，並借助於主圖板測量斷面尺寸，畫出拉件圖。

③電腦繪圖在利用電腦進行產品計時，可利用零件產品數據直接進行拉深件圖的設計，但還需要用工藝模型和主圖板進行驗證，不符之處要進行修正。2008年

注：表示載重汽車覆蓋件在汽車上的位置時，上下位置是以車架上翼面為基準，上方為正,下方為負；前後位置以前輪軸線為基準，前方為正，後方為負。因此，圖中標出的1500線和800線分別表示該位置在前輪中心前1500㎜和車架上翼面的上方800㎜處。

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6.2.3拉深、修邊和翻邊工序間的關係覆蓋件成形各工序間不是相互獨立而是相互關聯的，在確定覆蓋件衝壓方向和加工藝補充部分時，還要考慮修邊、翻邊時工序件的定位和各工序件的其他相互關係等問題。拉深件在修邊工序中的定位有三種：（1）用拉深件的側壁形狀定位。（2）用拉深筋形狀定位。（3）用拉深時衝壓的工藝孔定位。修邊件在翻邊工序中的定位，一般用工序件的外形、側壁或覆蓋件本身的孔定位。2008年

6.3覆蓋件成形模具的典型結構和主要零件的設計

6.3.1覆蓋件拉深模1.拉深模的典型結構

覆蓋件拉深設備有單動壓力機和雙動壓力機，形狀複雜的覆蓋件必須採用雙動壓力機拉深根據設備不同，覆蓋件拉深模也可分為單動壓力機上覆蓋件拉深模和雙動壓力機上覆蓋件拉深模。(如圖所示)所示分別為單動壓力機上和雙動壓力機上覆蓋件拉深模的典型結構示意圖。

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2.拉深模主要零件的設計（1）拉深模結構尺寸教材表6.3.1是拉深模壁厚尺寸。由於覆蓋件拉深模形狀複雜，結構尺寸一般都較大，所以凸模、凹模、壓邊圈和固定座等主要零件都採用帶加強肋的空心鑄件結構，材料一般合金鑄鐵、球墨鑄鐵和高強度的灰鑄鐵（HT250、HT300）。（2）凸模設計除工藝補充、翻邊面的展開等特殊工藝要求部分外，凸模的外輪廓就是拉深件的內輪廓，其輪廓尺寸和深度即為產品圖尺寸。凸模工作表面和輪廓部位處的模壁厚比其他部位的壁厚要大一些，一般為70～90（如圖6.3.1、6.3.2）。為了保證凸模的外輪廓尺寸，在凸模上沿壓料面有一段40～80的直壁必須加工（如圖6.3.3）。為了減少輪廓面的加工量，直壁向上用45°斜面過渡，縮小距離為15～40。2008年2008年圖6.3.3凸模外輪廓2008年

（3）凹模設計拉深毛坯是通過凹模圓角逐步進入凹模型腔，直至拉深成凸模的形狀。凹模結構可分為閉口式凹模結構和通口式凹模結構。閉口式凹模結構的凹模底部是封閉的，在拉深模中，絕大多數是閉口式凹模結構。如圖6.3.4所示為微型汽車後圍拉深模，該模具採用的是閉口式凹模結構，在凹模的型腔上直接加工出成形的凸、凹槽部分。

圖6.3.5是汽車門裏板拉深模。模具的凹模底部是通的，通孔下麵加模座，反成形凸模緊固在模座上。這種凹模底部是通的凹模結構稱為通口式凹模結構。

2008年1、7-起重棒；2-定位塊；3、11-通氣孔；4-凸模；5-導板；6-壓邊圈；8-凹模；9-頂件裝置；10-定位鍵；12-到位標記；13-耐磨板；14-限位板圖6.3.4採用閉口式凹模結構的微型汽車後圍拉深模2008年1、7-耐磨板；2-凹模；3-壓邊圈；4-固定板；5-凸模；6-通氣孔；8-下底板；9-拉深筋；10-反成形凸模鑲塊；11-反成形凹模鑲塊；12-頂出器圖6.3.5採用通口式凹模結構的汽車門裏板拉深模2008年

（4）拉深筋設計拉深筋的作用是增大全部或局部材料的變形阻力，以控制材料的流動，提高製件的剛性。同時利用拉深筋控制變形區毛坯的變形的大小和變形的分佈，控制破裂、起皺、曲面畸變等品質問題。

如圖6.3.6所示，設置在壓料面上的筋狀結構就是拉深筋。拉深筋有圓形、半圓形和方形三種結構，如圖6.3.7。

2008年圖6.3.62008年圖6.3.72008年

（5）覆蓋件拉深模具的導向

①導柱、導套導向導柱導套導向不能承受較大的側向力,常用於中小型模具的導向。

②導向塊導向導塊導向與導板導向的使用方式相同。導塊設置在模具對稱中心線上時,導塊應為三面導向;如設置在模具的轉角部位時,導塊應為兩面導向。導塊模適用於平面尺寸大深度小的拉深件及中大批量生產（圖6.3.8、圖6.3.9）。

③導板導向導板導向常用於覆蓋件拉深、彎曲、翻邊等成形模具。其結構相對簡單、造價低，常安裝在凸模、凹模、壓邊圈上，應用比較廣泛。（圖6.3.10、圖6.3.11）。2008年2008年圖6.3.10導板導向佈置圖

a)凸模導板結構；b)壓邊圈導板結構

6.3.11凸模和壓邊圈之間的導向2008年

凹模和壓邊圈之間的導向（圖6.3.12）。這種導向方式稱為外導向，它的結構特點是凸臺與凹槽的配合。其作用與一般沖模導柱與導套相似，但間隙較大，一般為0.3mm。導板材料為T8A或T10A，其淬火硬度為52～56HRC，為使導板能容易的進入導向面，其一端製成30°，導板可根據標準選用（圖6.3.13）。（6）拉深模具的排氣上模排氣設置時要加出氣管或加蓋板以防止雜質落入，如圖6.3.14。

2008年圖6.3.12凹模和壓邊圈之間的導向a)凸臺在凹模上；b)凸臺在壓邊圈上

2008年

圖6.3.13導板結構尺寸2008年圖6.3.14排氣孔的設置2008年

6.3.2覆蓋件修邊模

覆蓋件修邊模就是特殊的沖裁模，與一般沖孔、落料模的主要區別是：所要修邊的衝壓件形狀複雜，模具分離刃口所在的位置可能是任意的空間曲面；衝壓件通常存在不同程度的彈性變形；分離過程通常存在較大的側向壓力等。1.修邊模具的結構（1）修邊模具的分類覆蓋件修邊模可分為垂直修邊模（圖6.3.15）、水準修邊模和傾斜修邊模（圖6.3.16）。

（2）典型的修邊模具

圖

6.3.17是汽車後門柱外板垂直修邊沖孔模。2008年圖6.3.15垂直修邊模

1-下模；2-凸模鑲塊；3-上模；

4-凹模鑲塊；5-卸件器

2008年6.3.16水準修邊模和傾斜修邊模1、15-複位彈簧；2-下模；3-、16滑塊；4、17-修邊凹模；5、12-斜楔；6、13凸模鑲塊；7-上模；8-卸件器；10-螺釘；9-彈簧；11、14防磨板；18-背靠快2008年圖6.3.17汽車後門柱外板垂直修邊沖孔模1-上模座；2-卸料螺釘；3-彈簧；4-卸料板；5-導板；6-凹模鑲塊組；7-導柱；

8-導套；

9-下模座；10-頂出器；11-頂出氣缸；12-凸模鑲塊組；

13-廢料刀組；14-限位器2008年

2.修邊凸模與凹模鑲件

修邊凸模和凹模刃口結構形式有兩種：一是採用堆焊形式，即在主模體或範本上堆焊修出刃口，二是採用凸模、凹模鑲件拼合而成。按修邊製件圖繪製凸模和凹模鑲件圖時,不標注整體尺寸。在凸模鑲件圖上注明“按修邊樣板加工”；在凹模鑲件圖上,則注明“按凸模鑲件配製,考慮沖裁間隙”。（1）鑲件分塊的原則

①小圓弧部分單獨作為一塊,接合面距切點5～10mm。大圓弧、長直線可以分成幾塊，接合面與刃口垂直,並且不宜過長，一般取12～15mm.；

②凸模上和凹模上的接合面應錯開5～10mm,以免產生毛剌；

2008年③易磨損比較薄弱的局部刃口，應單獨做成一塊，以便於更換；

④凸模的局部鑲塊用於轉角、易磨損和易損壞的部位，凹模的局部鑲塊裝在轉角和修邊線帶有突出和凹槽的地方。各鑲塊在模座組裝好後，再進行仿形加工，以保證修邊形狀和刃口間隙的配做要求。（2）鑲件固定與定位

圖6.3.18所示為修邊鑲件的一般結構。

圖6.3.19所示是兩種常用的鑲件固定形式的示意圖。2008年圖6.3.18修邊鑲件結構及刃口拼合面

圖6.3.19鑲件的固定形式

2008年

3.廢料刀的設計覆蓋件的廢料外形尺寸大，修邊線形狀複雜，不可能採用一般卸料圈卸料，需要先將廢料切斷後卸料才方便和安全。有些零件在修邊時不能用製件本身形狀定位的零件，則可用廢料刀定位。

（1）廢料刀的結構：廢料刀也是修邊鑲塊的組成部分，鑲塊式廢料刀是利用修邊凹模鑲塊的接合面作為一個廢料刀刃口，相應地在修邊凸模鑲塊外面裝廢料刀作為另一個廢料刀刃口組成鑲塊式廢料刀(如圖6.3.20、圖6.3.21所示)。2008年2008年2008年

（2）廢料刀的佈置

①為了使廢料容易落料下，廢料刀的刃口開口角通常取10°，且應順向佈置，如圖6.3.22所示。