汽车覆盖件成形技术第4章.ppt
第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,汽车覆盖件成形一般是由拉深、胀形、翻边、弯曲等成形工序和落料、切边、冲孔、切断等分离工序组成，因此，针对具体覆盖件来说，进行工艺设计必须具体分析覆盖件的形状、结构特点、材料规格和使用要求，结合生产批量和生产设备情况，最后确定，合理的工艺设计，应该是覆盖件冲压工艺技术上可行，经济上合理。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,一、工艺设计基础1、工艺设计准备（1）原始材料准备 A、相关资料如工艺手册、国家或行业技术标准 B、零件3D图或实物 C、类似覆盖件的成形情况及生产情况 D、所用板材的性能及表面质量要求和纤维方向 E、冲压厂设备情况即设备型号及参数 F、生产产量、交货期等（2）对覆盖件分析研究（初步确定覆盖件零件图）A、覆盖件作用、强度和表面质量要求与配偶件装配关系 B、覆盖件工艺性 可与设计部门协商，满足使用要求情况下，进行局部修改。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,C、覆盖件重点 内外覆盖件表面质量要求和尺寸精度要求 D、局部细节的精度如零件各处圆角半径是否符合工艺要求,E、毛刺大小及方向要求 F、板料厚度公差是否满足覆盖件的精度要求 G、能否成对成形，（左右件）2、工艺设计（1）工艺设计研究的主要内容 A、研究冲压成形性能、加工方法和加工性能 B、选择工序少且能满足成形要求的成形工艺（根据生产批量,确定模具类型）,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,C、初步确定模具结构及影响强度和寿命的尺寸 D、计算冲压力，确定各工序使用设备 E、降低成本，提高效率为目的（经济分析）二、成形性质分析 初步判断零件的成形性质（拉深成形、胀形、拉深与胀形复合成形）。,采用材料延伸率判断成形 性质。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,三、加工工艺和工序设计的基本原则 1、外覆盖件的同一表面尽可能一次成形。内覆盖件同相邻零件的配合形状尤为重要。2、覆盖件上的焊接面不允许存在皱折、回弹等成形质量问题。对不规则的形状只能考虑用拉深成形制出焊接面，当采用弯曲工序制作焊接面时，应该选择没有变薄的冲压方向为弯曲方向。3、覆盖件在主成形工序之后，一般为修边、翻边等工序，在进行主成形工序的坯料形状尺寸和成形工艺设计时，应充分考虑为后续工序提供良好的工艺条件，包括变形条件、模具结构、零件定位及送料和取件等。4、覆盖件上的孔一般应在零件成形之后冲出，以防先冲制的孔在成形过程中发生变形。如果孔位于不变形或变形极小的部位时，也可在零件成形前冲出。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,5、要尽量避免制件在工序之间的回转和反转。对制件刚性差或往下道工序传送有困难的工序应放到最后。6、工序数量直接关系到压力机数量、工装数量、传送装置数量以及占地面积、人员和维修工作量等，实践证明覆盖件工序数越少，技术经济效果越好。,四、拉深工艺设计 1、拉深工艺特点（与简单零件拉深相比较）（1）不能简单用拉深系数确定拉深次数和工序尺寸，一般一次性拉深即可完成成形。（2）压边面积小，经常需要设置拉深筋。（3）浅覆盖件成形不充分或起皱，经常经常需要设置拉深筋，增加胀形成分，提高成形件的刚度。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（4）为了保证覆盖件在拉深时能经受最大限度的塑性变形而不致产生破裂，对原材料的力学性能、金相组织、化学成分、表面状况和厚度精度等都有很高很严的要求。（5）需要较大和较稳定的压边力，广泛采用双动压力机，得到所需的压边力。2、拉深件设计（覆盖件模面模面设计）3、后续工序的定位 制定覆盖件拉深工艺时，必须为后续工序设计良好的定位形式，以确保已成形表面不被损坏并达到应有的要求。常用的定位形式有以下几种：,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（1）用工件的侧壁（外表面或内表面）定位。对于空间曲面变化较大的覆盖件，一般其外形已满足了定位要求。（2）用拉深槛定位。空间曲面变化小的浅拉深件采用定位方式时，即可考虑用拉深槛定位。其优点是方便、可靠、安全；缺点是由于要保证定位块结构尺寸，修边凹模镶块强度，定位稳定可靠以及坯料的拉深条件诸因素，导致因增加补充面而带来材料消耗增加。（3）用工艺凸台定位。当制件形状是平滑的曲面时，只有和形状贴紧时才能定位。对于此类覆盖件，可考虑在工艺补充面上拉出凸台来定位。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（4）用孔定位。当工件无法采用上述诸方法定位时，若本身结构上的孔可以利用，可以在拉深的同时考虑将孔冲出，供后续工序定位用，但其可靠性要有相当的依据才可采用。较多的情况是在工艺补充面上冲制或穿刺，专用于定位的工艺孔。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,刺孔不产生废料，有利于模具工作面内部整洁，而且定位接触面积大，所以用得较多，但应注意使其方向适合后续的工序需要。冲孔的优点是无方向性，缺点是有废料。冲、刺工艺孔的时间是拉深结束后，凸模上行，压边圈不动的一段时间。（5）以修边轮廓定位。制件修边后，轮廓较规矩，可考虑用修边轮廓定位。五、修边冲孔工艺设计修边的实质是剪切分离。修边形状的工艺性不仅直接关系到修边的质量和模具的设计而且影响到以后翻边的稳定性。对于汽车覆盖件，修边轮廓多数是空间不规则形状。为节省模具、提高生产效率，设计时尽量将两冲孔与修边工序合并，成为修边冲孔工序。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,1、修边方向确定覆盖件的修边方向必须考虑以下两点：（1）定位方便、可靠。（2）良好的刃口强度。尽可能在较小工艺补充面的情况下完成修边，但这时刃口的强度问题因零件而异，要具体分析。在无法完成修边的情况下，可考虑适当加大工艺补充面来满足刃口强度。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,2、修边分类：（根据修边模的运动方向）（1）垂直修边 修边凸（凹）模沿垂直方向做上下运动，模具结构简单、废料处理也比较方便，应优先采用。（2）水平修边 修边凸（凹）模沿水平方向运动。凸（凹）模的水平方向运动可以通过斜楔机构或通过在模具上加装水平方向的液压缸来实现。这种修边需采用斜楔机构，模具结构复杂，工作部分占用面积较大。（3）倾斜修边 修边凸（凹）模与垂直方向成一定角度运动。凸（凹）模的倾斜方向运动可以通过斜楔机构或通过在模具上加装倾斜方向的液压缸来实现。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,3、合理的板料冲裁条件修边时，刃口运动方向最好和修边表面垂直（与普通冲裁一样），这样得到的修边件变形小、断面毛刺少、质量好并有较好的模具刃口强度。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,若刃口运动方向与修边表面交成一个角度，则刃口的实际厚度增加，致使刃口受力过大而易损坏，同时出现的水平分力会引起刃口间隙改变，造成种种问题。当修边线在空间急剧变化时，要精心协调斜楔运动方向与刃口夹角的关系，必要时亦可分步修边。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,4、修边废料的处理修边废料处理得好坏对冲裁作业速度有很大影响，所以在工艺设计时应认真考虑。修边废料处理的分块和排除方式的设计要点：（1）不要使废料的形状成L形或U形，否则不易卸出；废料形状不要带锐角或毛刺。（2）废料刀不要平行排列，而应与废料流动方向成515度。（3）废料分块不宜过细，用手工排除废料时一般不超过4块，机械排除废料时，分块可小些，但长度以500mm为宜。以便于废料打包机打包。分块的位置最好在废料较窄的部位。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（4）废料溜槽倾角应大于30度，且应使废料能落到工作台外，废料自动落下有困难时，要考虑安装顶出器或弹性卸料装置。在半自动生产线上决定废料流动方向时，要注意不能妨碍工人操作。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,5、冲孔工艺设计应注意的问题覆盖件上的孔不多，外覆盖件上的孔就更少，其中多数孔能够合并在修边或其他工序中加工，这样不但可以减少工序数，而且孔位准确。冲孔能否与其他工序合并以及一个工序中能否同时冲所有的孔主要决定于孔位，实际上就是凸模运动方向和冲孔表面的关系。冲孔工艺设计应注意的问题：（1）大孔和小孔接近时，应先冲大孔，反之小孔会变形。（2）孔边缘的最小尺寸应保证制件不翘曲、不变形。（3）位于弯曲线附近的孔宜在弯曲工序之后冲出。（4）冲压方向与板面垂直为好，不得已时亦可倾斜，但只用于不要求精度的孔。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（5）弯曲凸缘部分的孔宜在弯曲之后冲出，尤其对于必须采用变薄弯曲的制件。只有当孔的精度不高，孔的位置离凸缘边缘或凸缘孔曲线部分有足够的距离时，方可在弯曲之前 冲孔。（6）相关的孔宜在同一工序中冲出，若相关联的孔太多由于模具强度及冲压方向的原因不能在同一工序中冲出时，要充分注意制件的加工基准，采取必要的措施保证公差。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（7）冲孔废料的处理。冲小孔时应尽量使废料往下落；冲大孔时，首先要同其他工序结合起来考虑模具结构是否可靠，有无剖分的必要。大孔的废料卸到模具外侧必须充分注意下模的强度。因而，大孔废料的卸出方向要选择模具排屑槽少的方向。如果大的废料可用来制作小零件，就应该在模具刚性容许的范围内进行整体冲压，以提高材料的利用率。六、翻边工艺设计1、翻边的作用（1）焊接和装配的需要（2）增加覆盖件的刚性和强度，（3）使其边缘光滑、整齐和美观。一般来说，翻边是对轮廓形状和配合部分尺寸的最后加工工序。翻边质量和位置的准确程度直接影响整个汽车车身的装配质量。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,2、翻边形状分类（1）平面翻边 翻边基面是平面的翻边称为平面翻边。根据翻边线的类别又可分为：A、平面直线翻边 其变形过程可视为弯曲变形。变形区是翻边圆角，翻边直面不变形也不产生变形切向应力。B、平面凹曲线翻边指翻边线为凹曲线的平面翻边。翻边立面产生像内孔翻边那样的切向拉应力，一般称为伸长类翻边。C、平面凸曲线翻边。翻边线为凸曲线的平面翻边，翻边立面产生切向压应力，一般称为压缩类翻边。（2）曲面翻边 翻边基面为曲面的翻边称为曲面翻边。根据曲面的形态可分为：,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,A、凸曲面翻边翻边基面为凸曲面。根据翻边线在基面上的法向投影形状，也可分为：A1 凸曲面直线翻边是指翻边线形状为直线的凸曲面翻边。翻边立面产生切向压应 力，属压缩类翻边。A2、凸曲面凹曲线翻边是指翻边线形状为凹曲线的凸曲面翻边。当曲面的曲率大于凹曲线的曲率时为压缩类翻边；反之为伸长类翻边。A3、凸曲面凸曲线翻边是指翻边线形状为凸曲线的凸曲面翻边，是纯粹的压缩类翻边。B、凹曲面翻边 翻边基面为凹曲面。根据翻边线在基面上法向投影形状可分为：B1、凹曲面直线翻边。它是伸长类翻边。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,翻边件类型,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,B2、凹曲面凹曲线翻边。当凹曲线的曲率大于凹曲线的曲率时，为伸长类翻边；反之，为压缩类翻边。B3、凹曲面凸曲线翻边。它是纯粹的伸长类翻边。（3）复合翻边 任何两种情况的组合。一般情况下，覆盖件外轮廓翻边是复合翻边，根据不同翻边性质，采取不同工艺措施，防止翻边缺陷的产生如压缩类翻边防皱，伸长类防裂。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,3、确定翻边方向原则 覆盖件上的翻边，对于外轮廓一般都是非封闭的。其翻边方向对翻边质量有直接影响。合理的翻边方向应满足下列两个条件：（1）翻边凹模的运动方向和翻边基面、立边相一致。（2）翻边凹模的运动方向和翻边基面垂直，或与翻边基面的夹角相等。这样工件受力状态好，受侧压力小，不易窜动。当无法保证垂直时，采用斜楔机构。（3）覆盖件翻边展开时必须考虑到修边方向和修边以后的翻边工序，即尽可能采用垂直修边，并使翻边易于进行。（4）修边件放在翻边模中的位置必须稳定，一般都是水平放置，然后根据覆盖件的翻边确定翻边方向。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,七、冲压设备选择冲压设备的选择是工艺设计的一项重要内容，它直接关系到覆盖件质量、模具寿命、设备的合理使用与安全、生产效率和成本等一系列重要问题。1、选用原则 选用压力机，首先应根据所要完成的工艺性质、批量大小、工件的几何尺寸和精度等选定其类型。然后，进一步根据变形力的大小、制件尺寸和模具尺寸来确定设备的规格。对于复杂的大型汽车覆盖件，多选用闭式双动机械压力机，它有内、外两套滑块。外滑块通常有4 个力点，可调整压边圈的压力，特别适用拉深成形。为了降低单件工序数，提高生产效率，可使用气垫或液压垫在单动压力机上进行拉深,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,修边（冲孔）、翻边等辅助性工序一般选用单动压力机。2、注意的事项（1）根据制件的尺寸形状和压力机的能力、行程、闭合高度及其调节量等参数，考虑冲压时需要的冲压力、制件的拉深深度和行程。注意取出制件时，不能与上模发生干涉。（2）必要的工序数和压力机台数与布置的关系。（3）根据生产量，考虑每一台压力机的负荷时间。（4）根据生产量和制件形状，考虑究竟应该采用通用压力机 还是多工位自动压力机。在选定多工位自动压力机时，由于机械的各部分或进给装置不同，在工序设计上要受到某些限制。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,将两零件连起来冲压成形，在最后工序将其切分成两件。这不仅提高了生产率，而且两件连接起来形成一个整体拉深件，比单件生产时局部拉深、部分轮廓为弯曲的变形更均匀,八、汽车覆盖件冲压工艺设计实例 1、“中立柱外板”冲压工艺设计“中立柱外板”零件简图 材料DC04 厚度1.0mm。（1）工序组成 该零件属于外覆盖件，外形尺寸不大，表面质量要求较高。为了易成形，提高工件质量，使模具受力趋向均匀，,零件数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,制件端部与中间过桥部直角相交处是一个成形较困难的区域，因此采用了增加圆角和台阶的措施，使截面急剧变化的情况缓解，减少了拉深出现废品的比例。其冲压工序包括下料、拉深、切边、翻边、整形、斜楔冲孔和剖切工序。（2）拉深工艺设计 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。1）确定拉深方向 主要考虑不要有负角部分存在，且在拉深开始时拉深凸模和材料接触应该均衡，以防止发生局部拉深。2）设置拉深筋 后侧设置了一条直长拉深筋，在前侧的小圆弧浅拉深处设置两段内凹的圆弧形拉深筋，以便将两相邻侧面挤出的多余材料延展开，保证压料面的毛坯处于良好状态。同时为了调整左右两斜边进料阻力和进料，在两斜边各设置一条直线拉深筋。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,3）工艺补充面设计 针对变形程度的差异，应该采取相应措施。例如，前、后两压料面的面积过大，容易引起零件的局部破裂，所以在前后两边分别切开了两个半圆及一个长形的切口这样既可防止起皱，又减少了压料面面积。同时改变了成形时的应力状态，有效地防止了拉裂现象的发生，保证了拉深和后续工序的顺利进行。,拉深工序数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,坯料是由送进方向左侧和后面的定位块控制位置，坯料放置是稳定的，一次拉深整体成形，并切出了前后的三边切口。（3）切边冲孔工艺设计 第二道工序是切边、冲孔工序，本工序的冲孔是冲出两个16的孔及左右两件中间的切分预冲孔。,拉深筋示意图,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,切分预冲孔是为了满足后续切分工序的需要而预先冲出，到第四道工序时就全切分开。切边则是依据零件外形和后续工序翻边展开的形状来设计的，本工序的切边为外周切边，是垂直切边，其切除的料是整个一周。所以为了落下和清除方便，同时又不要分得过细，将废料用废料切刀切分为4 块。这里虽然同时包含着外圆修边及冲孔，但由于冲孔尺寸较小，同时距修边不很近，所以冲切刃口强度是足够的。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（4）翻边、整形工艺设计该零件的翻边对焊接和装配有很重要的意义。这里翻边的回弹则表面位置不准；凸缘宽度不平齐，则会使装配困难或出现装配后精度不良，所以必须通过翻边工序得到良好的翻边面来保证焊接和装配质量。,切边冲孔工序数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,同时翻边还增加了零件的刚度和强度，能使零件边缘光滑、整齐和美观。翻边线就是主模型轮廓线，覆盖件一般只有在翻边后才能得到零件精确的外形轮廓，所以翻边工序是覆盖件的关键工序之一。此工序翻边为垂直翻边（各处翻边成形性质不同）。另外，由于拉深件经第二道修边、冲孔工序之后，制件会产生部分变形，而这些变形可以通过翻边工序的模具纠正过来，以达到预期的形状尺寸，提高精度，所以本工序称为翻边、整形工序。一般拉深件修边后的变形都应在翻边工序中整回。该工序中零件两边角部的压阶是因零件工艺的需要而设置的，压出的台阶能使定位更准确。,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（5）斜楔冲孔、剖切工艺设计 本工序是通过斜楔机构冲出制件上的4个12孔和两个方孔。在前面工序中切分处已冲孔的基础上，利用斜楔进行剖切，其加工方向与水平方向成15度角，两方孔是关联孔，在同一工序中用水平斜楔冲出，保证了位置精度。,翻边整形工序数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,斜楔冲孔、剖切工序数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,2、前门内板冲压工艺设计（1）工序组成“前门内板”属于汽车内覆盖件，它与“前门外板”通过点焊装配成前门，同时要求与前门框有良好的配合。其上有许多局部凸包、通孔、窗孔和边孔。其基本工序有拉深、切边和冲孔（含斜楔冲孔）。,零件数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,“前门内板”属于不对称的覆盖件，其拉深深度浅而均匀，但是形状比较复杂，具有与“前门外板”相配合的凸缘面，尺寸较大，在其上分布着许许多多大大小小的孔，这些孔的尺寸精度及孔之间的位置精度要得到保证，必须尽量增加刚性，为此要利用反拉深制出凸包，使孔分布在凸包上。拉深工序的精度直接影响到后续工序的精度，因此该零件的重点在拉深工序上。（2）拉深工艺设计1）确定拉深方向2）确定工艺补充面（压料面及拉深筋）3）确定拉深工序数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,拉深工序数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（2）切边冲孔工艺设计,切边、冲孔工序数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（3）切边冲孔工艺设计,切边、冲孔工序数模,第四章 汽车覆盖件冲压工艺设计,（4）冲孔工艺设计,冲孔工序数模,
