1、沖壓工藝與模具,沖壓技術(shù)發(fā)展,沖壓技術(shù)的真正發(fā)展，始于汽車的工業(yè)化生產(chǎn)。 20世紀(jì)初，研究工作基本上在板料成形技術(shù)和成形性兩方面同時展開，關(guān)鍵問題是破裂、起皺與回彈。但對沖壓技術(shù)的掌握基本上是經(jīng)驗(yàn)型的。分析工具是經(jīng)典的成形力學(xué)理論，能求解的問題十分有限，遠(yuǎn)不能滿足汽車工業(yè)的需求。 60年代是沖壓技術(shù)發(fā)展的重要時期，各種新的成形技術(shù)相繼出現(xiàn)。尤其是成形極限圖的提出，推動了板材性能、成形理論、成形工藝和質(zhì)量控制的協(xié)調(diào)發(fā)展，成為沖壓技術(shù)發(fā)展史上的一個里程碑。 80年代有限元方法及CAD技術(shù)開始發(fā)展。 90年代汽車沖壓技術(shù)真正進(jìn)入了分析階段（數(shù)值模擬仿真及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在沖壓領(lǐng)域得以迅速發(fā)展并走向?qū)嵱?/p>

2、化）,沖 壓 工 藝,沖壓工藝設(shè)計(jì)是沖壓與模具的核心技術(shù)，是衡量沖壓技術(shù)的標(biāo)志，是沖壓成功的關(guān)鍵。 沖壓工藝根據(jù)通用的分類方法,可將沖壓的基本工序分為材料的分離和成形兩大類,每一類中又包括許多不同的工序。 分離工序：,沖 壓 工 藝,成形工序,沖 壓 工 藝,沖壓模具工序及略語：,沖壓工藝設(shè)計(jì)主要任務(wù)： 一是完成拉延件的設(shè)計(jì) 二是完成DL圖（die Layout）的設(shè)計(jì) DL圖（模具工藝構(gòu)件圖）內(nèi)容： 設(shè)定沖壓工序的性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序和工序內(nèi)容 設(shè)定各工序的沖壓方向和送料方向 設(shè)定工藝排樣和材料利用率 設(shè)定沖壓設(shè)備、生產(chǎn)方式及流程 設(shè)計(jì)DL圖、工藝卡和工藝指導(dǎo)書,沖壓工藝設(shè)計(jì)方法： 在對

3、沖壓零件特征分析、工藝模擬分析、工藝計(jì)算的基礎(chǔ)上，遵循“高質(zhì)量、高效率、低成本”的總原則，精細(xì)設(shè)計(jì)沖壓工藝。 成雙工藝、連續(xù)沖壓工藝、拉延切角工藝、復(fù)合沖壓工藝、往復(fù)沖裁工藝、落料成形工藝、多次修邊工藝、修邊整形工藝、分次拉延工藝、反拉延工藝、拉延檻、筋的應(yīng)用、回彈變形的預(yù)測控制、工藝臺階的應(yīng)用、工藝切口的應(yīng)用等。 通常厚板料零件多采用：落料 成形 翻邊 沖孔的工藝過程。 薄板料且形狀復(fù)雜零件：拉延 修邊 翻邊 整形 沖孔的工藝,1.1覆蓋件的含義： 覆蓋件主要指覆蓋汽車發(fā)動機(jī)和底盤、構(gòu)成駕駛室和車身的一些零件，如轎車的擋泥板、頂蓋、車門外板、發(fā)動機(jī)蓋、水箱蓋、行李箱蓋等。由于覆蓋件的結(jié)構(gòu)尺寸

4、較大，所以也稱為大型覆蓋件。 覆蓋件成形工序： 覆蓋件的主要沖壓工序有:落料、拉深、校形、修邊、切斷、翻邊、沖孔等。 覆蓋件的結(jié)構(gòu)特征 和一般沖壓件相比，覆蓋件具有材料薄、形狀復(fù)雜、多為空間曲面且曲面間有較高的連接要求、結(jié)構(gòu)尺寸較大、表面質(zhì)量要求高、剛性好等特點(diǎn)。,覆蓋件部分,1.2覆蓋件的成形特點(diǎn) 1.成形工序多：拉深為關(guān)鍵工序； 2.拉深是復(fù)合成形 ：常采用一次拉深； 3.拉深時變形不均勻：工藝補(bǔ)充、拉深筋； 4.大而穩(wěn)定的壓邊力：雙動壓機(jī)、多連桿機(jī)械壓力機(jī)； 5.優(yōu)質(zhì)鋼材：高強(qiáng)度、高質(zhì)量、抗腐蝕的鋼板；,1.3覆蓋件的成形分類 汽車覆蓋件的沖壓成形分類以零件上易破裂或起皺部位材料的主要變

5、形方式為依據(jù),并根據(jù)成形零件的外形特征、變形量大小、變形特點(diǎn)以及對材料性能的不同要求,可將汽車覆蓋件沖壓成形分為五類: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。,1.4覆蓋件的主要成形障礙及其防止措施 由于覆蓋件形狀復(fù)雜，多為非軸對稱、非回轉(zhuǎn)體的復(fù)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(dāng)板料與凸模剛開始接觸，板面內(nèi)就會產(chǎn)生壓應(yīng)力，隨著拉深的進(jìn)行，當(dāng)壓應(yīng)力超過允許值時，板料就會失穩(wěn)起皺(如圖1)。 防皺措施： 解決的辦法是增加工藝補(bǔ)充材料或設(shè)置拉深筋。,圖1 覆蓋件拉深過程示

6、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(diǎn)；g) 卸載,2.開裂及防裂措施 原因： 是由于局部拉應(yīng)力過大造成的，由于局部拉應(yīng)力過大導(dǎo)致局部大的脹形變形而開裂。 位置: 開裂主要發(fā)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(dǎo)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(yīng)從覆蓋件的結(jié)構(gòu)、成形工藝以及模具設(shè)計(jì)多方面采取相應(yīng)的措施。,(1) 覆蓋件的結(jié)構(gòu)上，可采取的措施有： 各圓角半徑最好大一些、曲面形狀在拉深方向的實(shí)際深度淺一些、各處深度均勻一些、形狀盡量簡單且變化盡量平緩一些等。 (

7、2)拉深工藝方面，可采取的主要措施有： 拉深方向盡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2）。 (3)模具設(shè)計(jì)上 可采取設(shè)計(jì)合理的拉深筋、采用較大的模具圓角、使凸模與凹模間隙合理等措施。,圖2 工藝孔和工藝切口,沖 壓 工 藝（實(shí)例）,拉延切角、工藝切口,沖 壓 工 藝（實(shí)例）,CAE分析,安全 破裂 起皺 回彈,汽車覆蓋件模具制造的發(fā)展： 二十世紀(jì)中期:手工設(shè)計(jì),手工制泥模,手工制模型樣架,手工制大量研配檢驗(yàn)樣板,大量人工修磨模具. 二十世紀(jì)后期:CAD設(shè)計(jì),手工制泥模,手工制模型樣架,大量使用大型仿形銑床及

8、大型加工設(shè)備,使用激光切割機(jī)加工研配檢驗(yàn)樣板,采用研配壓力機(jī)修磨模具. 二十一世紀(jì)初: 采用CAD/CAM 軟件 設(shè)計(jì)模具,開始推行“無紙模具設(shè)計(jì)和制造”這一研究和開發(fā)項(xiàng)目,計(jì)算機(jī)輸入產(chǎn)品模型，生成高質(zhì)量實(shí)體模型 . CAD/CAM技術(shù)的推廣已由“甩圖板”階段跨入到了深化應(yīng)用階段.,Delcam 方案是使用模具鑲塊向?qū)С绦颉癉ie Wizard“.該程序可自動尋找產(chǎn)品模型的分模線并自動將模塊分為合適尺寸的兩部分， 自動產(chǎn)生高質(zhì)量的分模面，自動分離型芯和型腔?！癉ie Wizard”技術(shù)的應(yīng)用，更大大提高企業(yè)工藝編制的效率和準(zhǔn)確性,可以對產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理, 提高模具設(shè)計(jì)速度和管理效率從

9、根本上降低模具制造企業(yè)的成本. 目前法國CATIA公司開發(fā)的大型CAD/CAE/CAM一體化軟件V5R17已廣泛應(yīng)用于航空汽車制造業(yè)設(shè)計(jì),不久將用于模具制造,因一體化特性,將使模具分析、設(shè)計(jì)、制造更方便快捷.,二十世紀(jì)中后期，制造模具的手段主要是依賴普通的機(jī)械加工設(shè)備，對于形狀復(fù)雜的模具則是依靠鉗工的技能來完成，優(yōu)秀的模具鉗工在模具企業(yè)內(nèi)起著決定性的作用，競爭的焦點(diǎn)在于誰有能力把模具生產(chǎn)出來. 到了二十一世紀(jì)，CAD/CAM技術(shù)，數(shù)控加工技術(shù)及EDM加工技術(shù)逐步被廣泛應(yīng)用，制造出模具已經(jīng)不是問題，CAD/CAM技術(shù)及數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用水平是衡量模具生產(chǎn)的主要內(nèi)容，是模具發(fā)展的一次大變革.目前汽車大

10、型覆蓋件模具的生產(chǎn)基本都建立了一完全針對模具制造的 CAD/CAE 軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了綜合實(shí)體造型和曲面造型優(yōu)勢的混合建模方法,能快速有效地產(chǎn)生和分析來自不同客戶的復(fù)雜模具曲面。,大型覆蓋件設(shè)計(jì)制造要求 1.沖壓件的三維數(shù)模和產(chǎn)品圖紙為模具設(shè)計(jì)的依據(jù). 2.所采用的一系列成型手段必須為沖壓件服務(wù),不允許互相干涉和重復(fù). 3.模具所使用的材料及其加工必須符合沖壓件生產(chǎn)綱領(lǐng)和模具壽命要求. 4.保證零件（拉延的凹模、凸模、壓邊圈、成型塊、切刀等）技術(shù)工藝可靠,定位準(zhǔn)確,操作方便、安全并且無堆焊修復(fù)缺陷. 5. 必須參照壓力機(jī)設(shè)備參數(shù)(臺面尺寸、閉合高度、公稱壓力、氣頂缸位置數(shù)量壓力、定位裝夾位

11、置)設(shè)計(jì)制造模具.,6.模具零部件應(yīng)定位準(zhǔn)確,考慮防松、防崩、防脫落、防翻、防沖擊等措施. 7.在模具設(shè)計(jì)制造中必須考慮鑄造工藝性、加工工藝性和維修方便性. 8.在模具從設(shè)計(jì)制造到驗(yàn)收的過程中，應(yīng)以零件為單位建立模具檔案(缺陷風(fēng)險(xiǎn)分析紀(jì)錄,模具設(shè)計(jì)會簽記錄，會議紀(jì)要，更改記錄,試模記錄，模具鑄件質(zhì)保書，沖壓零件檢測記錄，模具刃口材料及硬度，模具檢查記錄等),除前述覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造要求外,還需下列特殊要求: 1.要求同一自動生產(chǎn)線上的模具閉合高度盡量一致. 同一件號零件的模具閉合高度必須一致 . 2.同一零件的整套模具送料高度必需一致（保證機(jī)械化生產(chǎn)自動取件順暢）. 3.沖壓自動線都采用移動工

12、作臺裝夾模具.所以設(shè)計(jì)模具時必須在所有氣墊頂棒都放置的情況下移動工作臺能正常工作.,4.模具結(jié)構(gòu)除了設(shè)置外導(dǎo)向（正常的導(dǎo)向外），自動線模具還應(yīng)在相應(yīng)工序設(shè)置椎式導(dǎo)正結(jié)構(gòu)，保證上下模導(dǎo)正精度可靠合理. 5.自動線模具定位均采用快速定位,模具快速定位孔（槽）應(yīng)布置在具有良好目視條件的地方，以方便模具的安裝 . 6.自動線模具一般都采用自動夾緊裝置，采用機(jī)床自動夾緊時，應(yīng)根據(jù)機(jī)床夾緊要求進(jìn)行設(shè)計(jì). 7.必須重點(diǎn)考慮修邊沖孔廢料的排除方式.,制造工藝復(fù)雜.(立體曲面,精度光潔度要求高) 模具調(diào)整較復(fù)雜.(形狀復(fù)雜,落料尺寸修邊尺寸需試驗(yàn)才能決定) 輪廓尺寸大,需要有大型加工設(shè)備. 生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作復(fù)雜

13、. 一個汽車覆蓋件零件,往往需通過數(shù)套沖模沖壓才能完成.而這套沖模,一方面其形狀都要符合于同一主模型另一方面各套沖模在制造工藝上有一定依賴關(guān)系. 一個汽車覆蓋件各套沖模的一般制造順序是:拉延模 切邊模翻邊模 修邊整型模.,拉延模是關(guān)鍵. 原因是:下道工序的模具必須用它的沖件作為立體樣板,進(jìn)行制造，能否沖壓出合格產(chǎn)品拉延是萬事開頭難的第一關(guān). 例如GC-1轎車側(cè)圍外板,除落料在開卷落料線完成外,還需4套沖模完成,其4套沖模的工序關(guān)系為拉延-切邊沖孔-整形沖孔翻邊-整形翻邊。 精度要求高的模具需要使用高精度的數(shù)控機(jī)床加工，而且模具材質(zhì)、成形工藝都有嚴(yán)格要求，還需使用CAD / CAE / CAM模

14、具技術(shù)去設(shè)計(jì)、分析.制造廠家應(yīng)具備數(shù)控加工中心、電火花、線切割機(jī)床及數(shù)控仿型銑設(shè)備，高精度磨床，高精度三座標(biāo)測量儀，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)及相關(guān)軟件等. 一般大型汽,車身覆蓋件模具要考慮機(jī)床是否有壓邊機(jī)構(gòu)，甚至邊潤滑劑、多工位級進(jìn)等.除沖壓噸位外還要考慮沖次、送料裝置、機(jī)床及模具保護(hù)裝置等. 因汽車行業(yè)的迅速發(fā)展,汽車生產(chǎn)自動化程度越來越高,液壓壓力機(jī),雙動壓床已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上批量沖壓件生產(chǎn)需要.目前汽車廠沖壓件生產(chǎn)均采用大臺面單動多連桿機(jī)械壓力機(jī).而大部分汽車沖壓件由于成型時有特殊要求,因而誕生了許多汽車模具新工藝:斜鍥切邊,斜鍥沖孔,斜鍥翻邊,汽缸旋轉(zhuǎn)翻邊以及氣輔成型，氮?dú)飧椎认冗M(jìn)的工藝.,發(fā)動機(jī)蓋拉延工

15、序,工藝補(bǔ)充,工藝補(bǔ)充是拉延件不可缺少的組成部分，是指為了順利拉延成型出合格的制件，而在沖壓件的基礎(chǔ)上所添加的那部分材料，用以滿足拉延、壓料面和修邊等工序的要求。這部分材料僅僅是沖壓成型需要而不是零件所需要的，故在拉延成型后的修邊工序中需將工藝補(bǔ)充切除掉。 大多數(shù)汽車車身覆蓋件都需要添加工藝補(bǔ)充后才能設(shè)計(jì)成能拉延成型的沖壓件，這是覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，也是與普通簡單拉延件拉延工藝設(shè)計(jì)的主要不同點(diǎn)。 工藝補(bǔ)充部分有兩大類：外部工藝補(bǔ)充、內(nèi)部工藝補(bǔ)充。,工藝分析,外部工藝補(bǔ)充壓料面,壓料面是指板料在凹模圓角以外的法蘭部分，工件本體部分或工藝補(bǔ)充部分組成，其應(yīng)是平面或曲率較小的曲面，不允許有

16、大的起伏或拐點(diǎn)在拉延成型過程中，壓料面的材料被逐漸拉入凹模型腔內(nèi)，轉(zhuǎn)化為覆蓋件形狀。壓料面與凸模形狀保持一定幾何關(guān)系，保證在拉延過程中板料處于張緊狀態(tài)，并能平穩(wěn)地包攏凸模，防止起皺破裂。,覆蓋件拉延成型時，在壓料面上敷設(shè)拉延筋或拉延檻，對改變進(jìn)料阻力，調(diào)整進(jìn)料速度使之均勻和防止起皺具有明顯的效果。 敷設(shè)拉延筋的主要作用： （1）增加局部區(qū)域的進(jìn)料阻力，使整個拉延件進(jìn)料速度達(dá)到平衡狀態(tài)。 （2）加大拉延成型的內(nèi)應(yīng)力，提高覆蓋件的剛性。 （3）加大徑向拉應(yīng)力，減少切向壓應(yīng)力，延緩或防止起皺。拉延筋的斷面形狀為半圓形，拉延檻的阻力更大，它多用在深度淺的拉延件上。,拉延筋,發(fā)動機(jī)蓋拉延工序,凹模,壓邊

17、圈,凸模,導(dǎo)向裝 置,導(dǎo)向裝 置,車身側(cè)圍結(jié)構(gòu)分析,沖孔工藝過程：,沖孔模結(jié)構(gòu)分析,方孔凸模,方孔凹模,異性孔凸模,模具的工作過程：,凸模滑塊,斜楔,行李箱蓋切邊工藝分析,切邊工藝分析：,結(jié)構(gòu)分析,結(jié)構(gòu)分析,結(jié)構(gòu)分析,切邊模的類型,按切邊面形狀：平面切邊模、曲面切邊模 按切邊方向分：垂直切邊模是指切邊凸（凹）模沿垂直方向作上下運(yùn)動的切 邊加工。垂直切邊所用模具結(jié)構(gòu)簡單、廢料處理也比較方便。 水平切邊模是指切邊凸（凹）模沿水平方向運(yùn)動的切邊加 工。凸（凹） 模的水平方向運(yùn)動可以通過斜楔機(jī)構(gòu)或通過模具上加裝水平方向 運(yùn)動的液壓缸來實(shí)現(xiàn)。 傾斜切邊模是指切邊凸（凹）模沿與垂直方向成一定角度的 方向運(yùn)動的切邊加工。凸（凹）模的傾斜方向運(yùn)動可以通過斜楔 機(jī)構(gòu)或通過模具上加裝傾斜方向運(yùn)動的液壓缸來實(shí)現(xiàn)。