1、第 六 章 大型覆盖件成形工艺及模具设计 本章学习要求： 1. 掌握大型覆盖件冲压成形的工艺设计； 2. 熟悉大型覆盖件模具的典型结构； 3. 了解大型覆盖件冲压成形特点和主要成形障碍。 覆盖件主要指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室和车身的一些零件，如轿车的挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、行李箱盖等。由于覆盖件的结构尺寸较大，所以也称为大型覆盖件。除汽车外，拖拉机、摩托车、部分燃气灶面等也有覆盖件。和一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、多为空间曲面且曲面间有较高的连接要求、结构尺寸较大、表面质量要求高、刚性好等特点。所以覆盖件在冲压工艺制定、冲模设计和模具制造上难度都较大，并
2、具有其独自的特点 . 6. 1 覆盖件的成形特点和主要成形障碍 6.1.1 覆盖件的成形特点 图 6.1.1 覆盖件拉深过程示意图 ) 坯料放入 ) 压边 ) 板料与凸模接触 ) 材料拉入 ) 压型 ) 下死点 ) 卸载 覆盖件的一般拉深过程如图 6.1.1所示，包括：坯料放入，坯料因其自重作用有一定程度的向下弯曲；通过压边装置压边，同时压制拉深筋；凸模下降，板料与凸模接触，随着接触区域的扩大，板料逐步与凸模贴合；凸模继续下移，材料不断被拉入模具型腔，并成形侧壁；凸、凹模合模，材料被压成模具型腔形状；继续加压使工件定型，凸模到达下死点；卸载。 由于覆盖件有形状复杂、表面质量要求高等特点，与普通
3、冲压加工相比有如下成形特点： （1）成形工序多。覆盖件的冲压工序一般要46道工序，多的有近10道工序。要获得一个合格的覆盖件，通常要经过下料、拉深、修边（或有冲孔）、翻边（或有冲孔）、冲孔等工序才能完成。拉深、修边和翻边是最基本的三道工序，其中拉深工序是比较关键的一道工序。 （2）覆盖件拉深往往不是单纯的拉深，而是拉深、胀形、弯曲等的复合成形。不论形状如何复杂，常采用一次拉深成形。 (3）由于覆盖件多为非轴对称、非回转体的复杂曲面形状零件，拉深时变形不均匀，主要成形障碍是起皱和拉裂。为此，常采用加工艺补充面和拉深筋等控制变形的措施。 （4）对大型覆盖件拉深，需要较大和较稳定的压边力。所以，广泛
4、采用双动压力机。 （5）为易于拉深成形，材料多采用如08钢等冲压性能好的钢板，且要求钢板表面质量好、尺寸精度高。 （6）制定覆盖件的拉深工艺和设计模具时，要以覆盖件图样和主模型为依据。覆盖件图样是在主图板的基础上绘制的，在覆盖件图样上只能标注一些主要尺寸，以满足与相邻的覆盖件的装配尺寸要求和外形的协调一致，尺寸一般以覆盖件的内表面为基准来标注。主模型是根据定型后的主图板、主样板及覆盖件图样为依据制作的尺寸比例为1：1的汽车外形的模型。它是模具、焊装夹具和检验夹具制造的标准，常用木材和玻璃钢制作。主模型是覆盖件图必要的补充，只有主模型才能真正表示覆盖件的信息。以上是传统设计方法，由于CAD/CA
5、M技术的推广应用，主模型正在被计算机虚拟实体模型所代替。传统的由油泥模型到主模型的汽车设计过程，正在被概念设计、参数化设计等现代设计方法所取代，因而从根本上改变了设计制造过程，大大提高了设计与制造周期，提高了制造精度。 6.1.2 覆盖件的主要成形障碍 由于覆盖件形状复杂，多为非轴对称、非回转体的复杂曲面形状零件，因而决定了拉深时的变形不均匀，所以拉深时的起皱和开裂是主要成形障碍。 1. 覆盖件成形时的起皱及防皱措施 在图 6.1.1所示覆盖件的拉深过程中，当板料与凸模刚开始接触，板面内就会产生压应力，随着拉深的进行，当压应力超过允许值时，板料就会失稳起皱。 薄板失稳起皱其实质是由板面内的压应
6、力引起的。但是，产生失稳起皱的原因的直观表现形式是多种多样的，如不均匀拉伸起皱、剪应力起皱、板内弯曲起皱等，所以覆盖件拉深时起皱的皱纹多少、形态和部位有多种多样。图 6.1.2所示是部分汽车覆盖件的面形状不良的实例，其中多是因为失稳起皱造成的。根据发生的原因，可将覆盖件的面形状不良按表6.1.1进行分类。当然各种分类之间是紧密相关的，有时一种现象有可能是由多种因素引起的。 除材料的性能因素外，各种拉深条件对失稳起皱有如下影响：（ 1）拉深时板料的曲率半径越小越容易引起压应力，越容易起皱；（2）凸模与板料的初始接触位置越靠近板料的中央部位，引起的压应力越小，产生起皱的危险性就越小；（3）从凸模与
7、板料开始接触到板料全面贴合凸模，贴模量越大，越容易发生起皱，且起皱越不容易消除；（4）拉深的深度越深，越容易起皱；（5）板料与凸模的接触面越大，压应力越靠近模具刃口或凸模与板料的接触区域，由于接触对材料流动的约束，所以随着拉深成形的进行而使接触面增大，对起皱的产生和发展的抑制作用将增加。 图 6.1.2 部分汽车覆盖件的面形状不良实例 a) 挡泥板 b) 车门外板 c) 行李箱盖 d) 车后门 e) 中柱 图6.1.3给出了材料面内受力与起皱皱纹方向之间的关系，根据受力与皱纹方向之间的关系，可以定性判断覆盖件拉深起皱时板料面内的受力及其变形情况，并制定出减皱防皱的相应措施。 c) d) 图 6
8、.1.3 板内受力与起皱皱纹方向之间的关系 a) 压应力起皱 b)不均匀拉应力起皱 c) 剪应力起皱 d) 板内弯曲起皱 生产实际中，可结合覆盖件的几何形状、精度要求和成形特点等情况，根据失稳起皱的力学机理以及拉深条件对失稳起皱的影响等因素，从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设计多方面采取相应的防皱措施。对于形状比较简单变形比较容易的零件，或零件的相对厚度较大（因薄板的临界起皱压应力近似与板厚的平方成正比）的零件，采用平面压边装置（或不用压边装置）即可防止起皱。对形状复杂变形比较困难的零件，则要通过设置合理的工艺补充面和拉深筋等方法才能防止起皱。例如，图 6.1.2a中的皱纹1C、1E、1F是由
9、于不均匀拉伸应力引起的，根据受力与皱纹方向之间的关系可以定性判断，皱纹长度方向受到较大的不均匀拉伸应力，皱纹宽度方向的拉伸应力不够，主要原因还是由于零件结构决定了皱纹宽度方向的材料比皱纹长度方向更容易拉入。可以通过设计合理的压料面形状和拉深筋，使沿毛坯全部周边都产生接近均匀而数量又足以引起毛坯的中间部分在各个方向上都产生比较均的、足够大的胀形所需要的径向拉应力，即减小或消除引起起皱的压应力，以达到减皱防皱的目的。 2. 覆盖件成形时的开裂及防裂措施 覆盖件成形时的开裂是由于局部拉应力过大造成的，由于局部拉应力过大导致局部大的胀形变形而开裂。开裂主要发生在圆角部位，开裂部位的厚度变薄很大。如凸模
10、与坯料的接触面积过小、拉深阻力过大等都有可能导致材料局部胀形变形过大而开裂。也有由于拉深阻力过大、凹模圆角过小或凸模与凹模间隙过小等原因造成的整圈破裂. 为了防止开裂，应从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设计多方面采取相应的措施。覆盖件的结构上，可采取的措施有：各圆角半径最好大一些、曲面形状在拉深方向的实际深度应浅一些、各处深度均匀一些、形状尽量简单且变化尽量平缓一些等。拉深工艺方面，可采取的主要措施有：拉深方向尽量使凸模与坯料的接触面积大、合理的压料面形状和压边力使压料面各部位阻力均匀适度、降低拉延深度、开工艺孔和工艺切口等。模具设计上，可采取设计合理的拉深筋、采用较大的模具圆角、使凸模与凹模间隙合理等措施。 对防皱和防裂措施所涉及的一些内容，将在后面的工艺和模具设计内容中介绍。 返回章目录