1、覆蓋件成形工藝與模具設(shè)計(jì),覆蓋件指覆蓋汽車、拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤及構(gòu)成駕駛室、車身的零件。這類零件具有表面質(zhì)量要求高，剛性好，輪廓尺寸大，形狀復(fù)雜等特點(diǎn)。一般要經(jīng)過落料、成形、整形、修邊、沖孔、翻邊等多道工序來完成。多數(shù)情況下，成形工序是關(guān)鍵。習(xí)慣上，人們將這類零件的成形稱之為大型覆蓋件的拉深。,2.1 覆蓋件成形工藝特點(diǎn)和分類,1）工藝特點(diǎn) （1）屬復(fù)合成形工序 除拉深工序外，還包括有脹形、彎曲和翻邊等其它工序。,某轎車后備艙外板,（2） 一次成形 由復(fù)雜空間曲面組成，變形復(fù)雜，各處應(yīng)力很不均勻，要求一次工序完成 。,某轎車中底板,（3）拉深筋（檻）布置 表面起伏大，深度不等，曲率小，壓料面

2、積相對(duì)較小。成形時(shí)，材料流動(dòng)速率不一致。工藝決策時(shí)，要合理布置拉深筋或拉深檻。,某轎車頂蓋板,（4）設(shè)置工藝補(bǔ)充面 無法從原零件圖找到完全封閉的壓料基準(zhǔn)面。所以，工藝補(bǔ)充面的構(gòu)造是進(jìn)行覆蓋件工藝設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。,某轎車前輪罩（右件）和后輪罩（左件）,工藝補(bǔ)充后拉深工序圖,后輪罩調(diào)試制件,前輪罩調(diào)試制件,（5）變形程度調(diào)整 各部分變形極不均勻，有的部位材料得不到充分的變形，有的部位剛性差，修邊工序后，會(huì)嚴(yán)重變形。工藝決策時(shí)，盡量采取措施，加大該部位變形程度，保證修邊后彈性畸變小，剛性好。,（6）對(duì)材料性能要求高 覆蓋件局部變形程度大，為保證成形時(shí)能經(jīng)受大的塑性變形，對(duì)板料成形性能、金相組織、

3、表面粗糙度和尺寸精度都有非常高的要求。,（7）多采用雙動(dòng)壓力機(jī) 覆蓋件所需成形力和壓邊力都較大。生產(chǎn)中一般安排在雙動(dòng)壓力機(jī)上。雙動(dòng)壓機(jī)提供的壓邊力在公稱壓力60%以上，壓邊力調(diào)整容易。(目前的一種趨勢(shì)是:用帶液壓墊的單動(dòng)壓力機(jī)來代替雙東壓力機(jī)。）,2）覆蓋件的分類 根據(jù)復(fù)雜程度和變形特點(diǎn)，覆蓋件可分為三類：淺成形件，一般成形件和復(fù)雜成形件。各類零件的變形特點(diǎn)列于表1。,表1 覆蓋件的分類,2.2 覆蓋件成形工藝性,成功的產(chǎn)品必須同時(shí)滿足市場與生產(chǎn)制造要求，而從生產(chǎn)和市場不同視角看，關(guān)注產(chǎn)品焦點(diǎn)有所不同。,產(chǎn)品市場與生產(chǎn)視角的關(guān)系,現(xiàn)代汽車車身藝術(shù)造型注重款式，趨于曲線急劇過渡，棱角清晰，線條分

4、明和流線型，以適應(yīng)高速行駛和個(gè)性化要求。,這樣往往會(huì)忽視對(duì)零件成形工藝性的要求，成形時(shí)容易起皺或破裂，給模具制造和維修帶來困難。故車身創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮零件成形工藝性。做到市場視角與生產(chǎn)視角完美結(jié)合。,1)覆蓋件的分塊 根據(jù)沖壓工藝性和組件裝配工藝性及外型美觀等要求，統(tǒng)籌考慮將定型車身進(jìn)行剖分。分塊時(shí)需考慮以下幾個(gè)方面。,(1)滿足成形工藝性要求 工藝性及成形難易程度是考慮如何分塊的首要因素，覆蓋件的分塊應(yīng)滿足材料的變形規(guī)律。,(2)分塊大小要適當(dāng) 分塊太小，會(huì)給組件的裝配帶來困難，也會(huì)影響整體車型的美觀；分塊太大，會(huì)增加成形的難度。,(3)分塊線應(yīng)合理 分塊線應(yīng)與外部造型線相適應(yīng)；應(yīng)避免在圓弧

5、面上；分界面相鄰分塊應(yīng)有相近材料厚度和鋼號(hào)，以保證焊接質(zhì)量。,汽車車身設(shè)計(jì)流程,2）覆蓋件的形狀 覆蓋件由復(fù)雜曲面組成，用平面圖形表達(dá)不清楚。傳統(tǒng)除用坐標(biāo)網(wǎng)標(biāo)注外，還需用立體模型（主模型），通過兩者互為補(bǔ)充，互為說明才能使設(shè)計(jì)者的意圖全部表達(dá)出來。,近年來，商品化軟件如CATIA、 UG 、 Pro/E等具有強(qiáng)大曲面造型功能,為復(fù)雜形狀表述和三維主模型建立提供了方便。從工藝性觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)覆蓋件形狀分析應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。,（1）覆蓋件的深度 非零件深度，而是考慮了工藝補(bǔ)充部分以后，沖壓件在模具中沿成形方向的實(shí)際深度。深度愈深，變形程度愈大，愈接近成形極限。深度太淺如外門板得不到充分變形，易起皺

6、，回彈大且剛性不足。,（2）覆蓋件底部形狀 平和基本平的(圖a)；外凸的(圖b)；大臺(tái)階的(圖c)；內(nèi)凹的(圖d)四種。其中,平緩?fù)馔剐螌?duì)成形有利；深度淺的零件成形條件并不理想；大臺(tái)階成形條件更差些；內(nèi)凹形是成形條件最差的。,a）平的或基本平的底；b）外凸形底； c）大臺(tái)階形底；d）內(nèi)凹形底 覆蓋件底部形狀的類型,（3）翻邊形狀 作用:加強(qiáng)零件的剛性;沖孔連接其它零件;用于焊接裝配。 直線翻邊問題不大。內(nèi)凹翻邊與內(nèi)孔翻邊相似，材料受拉容易破裂（圖L2區(qū)段），外凸翻邊與拉深相似，材料受壓易起皺（圖L1區(qū)段）。降低翻邊高度或增大曲率半徑，可避免拉裂或起皺。,覆蓋件的翻邊形狀,（4）覆蓋件的局部形狀

7、 主要結(jié)構(gòu)面上布置了各種形狀筋、裝飾棱線、標(biāo)記和凸凹平臺(tái)，其成形屬脹形變形。凸凹方向?qū)Τ尚斡休^大影響。此類形狀往往要求圓角小，壓出印痕又深，有時(shí)由于局部變薄嚴(yán)重會(huì)產(chǎn)生橘皮狀粗糙表面，甚至?xí)_裂。根據(jù)局部成形的不同形狀，應(yīng)使其滿足表2所列條件。,表2 不同形狀的局部成形尺寸 t =0.91.5mm,3） 對(duì)原材料的要求 （1）材料的化學(xué)成分及其分布 含碳量應(yīng)介于0.060.09范圍。 （2）均勻而細(xì)小的晶粒組織 鋼板晶粒度67級(jí)，晶粒度均勻。,（3）珠光體的形狀以球狀為宜 材質(zhì)差產(chǎn)生的廢品，裂口多半為鋸齒狀或不規(guī)則形狀；工藝問題產(chǎn)生的廢品，裂口比較整齊 。（4）材料力學(xué)性能 s/b小, n值、值

8、大的材料對(duì)成形有利。 （5）表面質(zhì)量( 、組)和厚度偏差(A 、B級(jí)),4）覆蓋件成形工藝要素（1）成形方向 選定成形方向，就是確定工件在模具中三向坐標(biāo)(x,y,z)位置。合理方向應(yīng)滿足如下原則。,a.避免集中變形使材料均勻流動(dòng) 如圖a所示,兩側(cè)包容角盡可能做到一致；如圖b所示,凸模表面同時(shí)接觸毛坯點(diǎn)多且分散，分布均勻；如圖c所示,凸模與毛坯為點(diǎn)接觸時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大接觸面積，避免集中變形造成局部破裂。,凸模與毛坯接觸狀態(tài),b.保證凸模與成形部位完全貼合 需要成形部位在一次成形中完成， 沒有凸模接觸不到的死區(qū)。c.減小成形深度，使深度變化平緩,（2）分型面 如圖所示,分型面有兩種：平面結(jié)構(gòu)和曲面結(jié)

9、構(gòu)。前者深度懸殊大，坯料不易均勻進(jìn)入凹模；后者可降低成形深度，材料流動(dòng)速度較一致。生產(chǎn)中，曲面結(jié)構(gòu)較為普遍。,1平面結(jié)構(gòu)；2曲面結(jié)構(gòu)； 3零件本體，虛線以外為工藝補(bǔ)充面部分 分型面的形式,（3）壓邊面 有兩種情況：由制件本體部分構(gòu)成；由制件本體部分加上工藝補(bǔ)充部分構(gòu)成。區(qū)別在于：前者在修邊后保留下來，后者在修邊后被切除。確定壓邊面時(shí)應(yīng)遵循如下一些基本原則： a. 平面、單曲面或曲率很小雙曲面,a）單曲面；b）雙曲面 合理的壓邊面形狀,b.壓邊面與凸模保持一定幾何關(guān)系 為保證成形時(shí)毛坯處于張緊狀態(tài)，能平穩(wěn)緊貼凸模。如圖，壓邊面與成形凸模的形狀必須滿足關(guān)系LL1 ； 。L-凸模展開長度；L1-壓邊

10、面展開長度,壓邊面與拉深凸模的幾何關(guān)系,c.合理選擇壓邊面與成形方向相對(duì)位置 如圖a,最有利位置是水平位置；如圖b ，相對(duì)于水平面由上向下傾斜的壓邊面，不太大，也是允許的；圖c的傾角是不恰當(dāng)?shù)摹?a）水平位置壓邊面 b)4050的傾斜壓邊面 c）由下向上傾斜的壓邊面。 1壓邊圈；2凹模；3凸模 壓邊面與拉深方向的相對(duì)位置,d.壓邊面形狀使毛坯定位穩(wěn)定、可靠和送料取件方便 e.應(yīng)盡量減小工藝補(bǔ)充面，降低材料消耗,（4）工藝補(bǔ)充面 因工藝需要補(bǔ)充的部分稱為工藝補(bǔ)充面。工藝補(bǔ)充面應(yīng)考慮以下幾方面的要求：a.利用零件原有封閉側(cè)壁面 使原有的封閉側(cè)壁面成為補(bǔ)充完整后成形零件的側(cè)壁面或補(bǔ)充的基準(zhǔn)部分。,b

11、. 與零件原有型面過渡圓潤、自然，不能有尖角。c. 要盡量減少，力求簡潔 一方面為了節(jié)料；再則避免給模具制造造成困難或造成局部變形程度過大，成形時(shí)產(chǎn)生“橘皮”現(xiàn)象或破裂。,d.便于后續(xù)工序定位 覆蓋件高度較低，曲面過渡圓滑、平坦，后續(xù)工序定位是較難解決的問題，一般在工藝補(bǔ)充部分增加臺(tái)階，或設(shè)置定位孔。,e.盡量使零件各部分變形均勻 為使各部位變形充分、均勻，在靠變形程度小的部位工藝補(bǔ)充型面上，增加成形臺(tái)階、平臺(tái)，這樣也可增加零件成形后的剛度。,f.將修邊線安排在垂直于沖壓方向的型面上 避免修邊線與沖壓方向平行。否則，修邊模要采用斜楔，增加模具費(fèi)用。,常用的工藝補(bǔ)充面構(gòu)造方式,（5）拉深筋(檻)

12、a.拉深筋（檻）作用 增加進(jìn)料阻力；調(diào)節(jié)材料流動(dòng)；擴(kuò)大壓邊力調(diào)節(jié)范圍 ；降低壓邊面加工精度要求 ；糾正材料不平整缺陷；控制各成形工序所占比例。,b.拉深筋種類及應(yīng)用 拉深筋剖面呈半圓弧形狀,一般裝在壓邊圈上，凹模開出相應(yīng)的槽。結(jié)構(gòu)如圖()； 拉深檻的剖面呈梯形，安裝在凹模入口。流動(dòng)阻力比拉深筋大，用于成形深度淺而外形平滑零件，可減少壓邊圈下法蘭寬度及毛坯尺寸。結(jié)構(gòu)如圖()。,）拉深筋 ）拉深檻,拉深筋（檻）結(jié)構(gòu)型式,c.拉深筋的布置 拉深筋數(shù)目及位置視零件外形、起伏特點(diǎn)及成形深度而定。布置原則見表3。按凹模口幾何形狀的不同，布置方法見圖以及表4。筋條位置要保證與毛坯流動(dòng)方向垂直。,表3 拉深筋

13、的布置原則,凹模口的形狀及拉深筋的布置方法,表4 按凹?？谛螤畈贾美罱畹姆椒?（6）工藝切口 a.工藝切口的作用 零件中間沖深度較大局部突起或鼓包時(shí)，不能從外部得到材料補(bǔ)充而導(dǎo)致零件局部破裂。這時(shí)，可在局部突起變形區(qū)適當(dāng)部位沖出工藝切口，使易破裂區(qū)域從內(nèi)部得到材料補(bǔ)充。,b.工藝切口的條件 在易破裂區(qū)域附近設(shè)置，而這個(gè)切口又必須處于成形件修邊線以外，以便切除后不影響零件形體，如圖所示。,a）上后圍成形部位工藝切口布置 b）內(nèi)門板成形部位工藝切口布置 工藝切口布置圖,外門板,（7）定位形式 制定成形工藝時(shí)，要為后續(xù)工序設(shè)計(jì)定位形式，確保表面不被損傷，獲得應(yīng)有精度。a.外形定位 用工件外表面定位

14、，即用凹形定位。b.內(nèi)型定位 用工件內(nèi)表面定位，即用凸形定位。c.孔定位 如圖所示。,常用的孔定位形式,選定正確的成形方向；確定合理分型面； 確定合理壓邊面；增補(bǔ)符合變形規(guī)律的工藝補(bǔ)充面；設(shè)置合適的拉深筋(檻)形狀、位置和數(shù)量；開設(shè)必要的工藝切口；為后續(xù)工序設(shè)計(jì)可靠的定位形式。,2.3 汽車覆蓋件模具,1）拉深模具的典型結(jié)構(gòu) （1）單動(dòng)模典型結(jié)構(gòu) 下圖為單動(dòng)拉深模，主要由凸模6、凹模1、壓邊圈5三大件及輔助零件組成。限位螺釘14調(diào)整壓邊圈位置。導(dǎo)板12用于凸模與壓邊圈導(dǎo)向，導(dǎo)板4用于凹模與壓邊圈導(dǎo)向。,1凹模；5壓邊圈； 6凸模 汽車左右車門 覆蓋件單動(dòng)拉深模,（2）雙動(dòng)模典型結(jié)構(gòu) 下圖雙動(dòng)壓

15、機(jī)拉深模主要由凸模1、凹模5、壓邊圈3及一些輔助零件組成。凸模與壓邊圈之間用導(dǎo)板2導(dǎo)向，凹模由背靠塊11導(dǎo)向。,1-凸模；2-導(dǎo)板；3-壓邊圈；5-凹模；11-防磨板；12-限位塊 汽車后圍板雙動(dòng)拉深模,2） 翻邊模的典型結(jié)構(gòu) （1）覆蓋件翻邊模的主要類型 a. 垂直翻邊模 凸模或凹模作垂直運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單。制件翻邊后包在凸模上，退料時(shí)必須各處同時(shí)推動(dòng)翻起的豎邊，否則會(huì)造成退料后制件的變形。制件厚度較小時(shí)，需要在凸模上加頂出裝置。,1-凸模；2-彈簧；3-打料器 裝在凸模內(nèi)的退料裝置,b. 凹模單面向內(nèi)作水平或傾斜方向運(yùn)動(dòng)的斜楔翻邊模 翻邊后制件能夠取出，因此凸模是整體的。,c. 凹模對(duì)稱兩面向

16、外作水平或傾斜方向運(yùn)動(dòng)的斜楔翻邊模 ，翻邊后制件可以取出。,d. 凹模對(duì)稱兩面向內(nèi)水平或傾斜運(yùn)動(dòng)的斜楔翻邊模 翻邊后制件包在凸模上，無法取出，必須將凸模做成活動(dòng)可分的，翻邊時(shí)將凸模擴(kuò)張成翻邊形狀。沖模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。,e. 凹模三面或封閉向內(nèi)水平或傾斜運(yùn)動(dòng)的斜楔翻邊模 翻邊后制件包在凸模上，無法取出，必須將凸模做成活動(dòng)可分的，翻邊時(shí)將凸模擴(kuò)張成翻邊形狀。沖模的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。,f. 窗口封閉向外翻邊的斜楔翻邊模 翻邊后包在凸模上，必須將凸模做成活動(dòng)可分的，翻邊時(shí)縮小成翻邊形狀，翻邊凹模是擴(kuò)張向外的。結(jié)構(gòu)最復(fù)雜。,（2）翻邊凸模的擴(kuò)張結(jié)構(gòu) 內(nèi)翻邊沿著覆蓋件輪廓，翻邊后制件包在凸模上，無法取出，必須將凸模做成活動(dòng)可分的。利用斜楔的作用將縮著的翻邊凸模擴(kuò)張成翻邊形狀，在滑塊繼續(xù)向下時(shí)凹模進(jìn)行翻邊。凹模在彈簧作用下回程，然后凸模依靠彈簧的作用返回,取出制件。這種結(jié)構(gòu)俗稱翻邊凸模開花。,1-斜楔座；2，6-斜楔；3，8-滑塊；4-楔形塊；5-翻邊鑲件；7，9-防磨板； 10-翻邊凹模鑲件；11-凸模鑲件；12，13-彈簧；14-限位塊 某汽車覆蓋件翻邊壓圓角模翻邊凸模鑲件的擴(kuò)張結(jié)構(gòu),3）凸模、凹模及壓邊圈的結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)零件圖和主模型設(shè)計(jì)成形模，其結(jié)構(gòu)