汽车覆盖件冲压成形工艺性

主讲人王庆德冲压工艺系列讲座前言：好的设计是使制造变得更加容易，不需要很高的成本和精度。好的工艺是让加工更加完美，使装配变得更加容易。冲压技术覆盖件工艺性2冲压技术覆盖件工艺性3一次拉延成形的条件一次拉延成形的相对拉延深度H/B≤0.5~0.65H≤0.5~0.65B其中H---------拉延件的深度B---------拉延件的短边宽度这是判断拉延件能否一次拉延成功的经验公式，实践证明非常的有效和准确，它不仅适用整体拉延，还适用于比较大的局部特征。覆盖件拉延时的金属流动情况冲压技术覆盖件工艺性4拉延件圆角R与料厚的关系拉延件的底部与壁间的R1≥t,为使拉延顺利进行,一般取R1≥(3~5)t比较规则的拉延件的凸缘与壁间的R2≥2t,为使拉延顺利进行,一般取R2≥(5~8)t,不规则的拉延件R2a≥3t,一般汽车覆盖件均为一次拉延成形因此尽可能R2a≥0.2H.此处的R3又称为凹模入口处的圆角半径.两壁间转角R3，与拉延深度有关，一般取R3≥(8~15)t，或R3≥0.2~0.3H冲压技术覆盖件工艺性5建模初期的冲压工艺问题正确选择冲压方向1、拉延方向：选择拉延方向是重中之重，尤其是凸模与毛坯的接触状态，在建模初期就要考虑好，状态不好极易拉裂。找大面、降深度、不宜陡、多而散、靠中间。同时要考虑便于修边并为翻边创造条件。注意三通类零件（大转向零件）如A柱B柱C柱上边梁的内板连接件等容易产生的死负角。2、修边方向：减少侧修边，注意切边废料的排出，开斜度15度以上。避免形成空间曲线的修边线。冲压技术覆盖件工艺性63、翻边方向：分清什么样的翻边（修边后得到）可以直接拉延出来，什么样的翻边必须开工艺缺口。4、冲孔方向：要尽量保证与拉延方向一致，减少侧冲，避免成形后非必要曲面孔，按孔的功能和精度进行分组，哪些是可以先冲孔后成形的次要孔，哪些是必须一次冲出来的精度孔。5、非必要负角问题：在车身零件中除造型需要和安装需要的靠整形出来的负角外，其余都是非必要负角，这类负角是确定冲压方向后才能发现的，还往往和安装点有关，后期发现较难修改，因此要求我们选择的冲压方向必须与模具厂基本一致，才能有效的避免在特征侧壁上避让部位上的非必要负角。冲压技术覆盖件工艺性76、空间曲线的修边线问题：空间曲线的修边线是指落在较小曲率的曲面上或斜跨倒圆过渡面上的修边线。这类修边线无论怎样安排切刀刃口都会造成切刀刃口过锐或过钝的问题，从而影响工件修边质量和模具寿命。7、非必要曲面孔问题：要分清哪些孔是可以在落料时冲出的，哪些孔是在成形以后才冲出的，要避免成形以后的非必要曲面孔，这类孔冲压精度极差，并且导致模具寿命降低。冲压技术覆盖件工艺性88、特征太密和突变问题：这是建模初期就应该注意的问题，特征之间安排的过密会影响材料的流动，尤其不能产生相邻的反向突变特征，此时的拉延深度相当于两个相邻特征深度的叠加。9、反拉延和胀形深度问题：一般来说反拉延特征的深度不易超过30mm，尤其是较小的特征，靠胀形成形的拉延件中间部位的较小局部特征的深度一般也不易超过25~30mm，圆角和转角不能太小。因为胀形是得不到外部材料补充的，只能靠它本身周围材料的变薄来补充其面积的增大。冲压技术覆盖件工艺性910、复杂曲面的圆角、转角和球面问题；该问题属冲压设计的细节问题，圆角、转角和球面问题给的是否合理，直接关系到拉延成败和质量。数值已有。11、翻孔的结构问题：正规孔和异型孔的翻孔结构的设计和冲压工艺有关，分为两序孔和三序孔，即拉延---冲孔和拉延---冲孔----翻孔的结构，拉延---冲孔的翻边结构即减少了一道翻孔工序又可增加孔的强度，同时可降低开模成本。如无功能要求应尽量采用拉延---冲孔的翻边结构。冲压技术覆盖件工艺性1012、在关键部位采用余料吸收结构问题：在容易起皱和拉裂的关键部位的附近预先加上一些反向特征，在拉延的后期就先行拉进部分余料，用于吸收该区域内的皱折，同时也可以通过传力区向行将要开裂的部位补料。如大侧围和车门内板的大深度转角部位和夹料区。13、关于获得最小外观转角的工艺结构：获得最小外观圆角和转角半径是外观品质的需求。除去板料的拉延性能以外有两种比较可行的工艺结构可以获得较小的外观转角半径：1）利用两级沉台的方法来保证第一级沉台的拉延深度很小从而得到较小的外观转角半径。2）将转角半径周围的曲面渐变来使转角半径处的拉延深度很小而得到较小的外观转角半径。冲压技术覆盖件工艺性1114、关于设计基准问题：拉延件的设计基准主要是要考虑比较大的面的法向作为拉延方向，以该面作为设计基准来保证基本拉延边都具有5~15度的拔模角。冲压技术覆盖件工艺性12此件属深拉延件，这里的高度发生突变，多面交汇点一定要做大的球面处理以防拉裂。落在曲面上的孔的工艺性很差,要做一个平底的特征,将孔放在平底上。（左/右）冲压方向问题曲面孔问题冲压技术覆盖件工艺性13凸模的接触状态问题此四个特征都是胀形成形的，凸模的接触状态极差，很容易破裂。因此要求将圆角加大到最大限度。冲压技术覆盖件工艺性14修边方向问题这一段的斜契修边的工艺性非常不好。位置和空间也不好。是否可以修改成垂直修边，即在现有基础上做出一个小的直角翻边。并填该段上的平现有的大缺口，在转向处开工艺切口。冲压技术覆盖件工艺性15修边线的空间曲线问题此件是承重件，应该是拉延后进行修边。因此这一段修边线应按红线方向延长后，再给出圆弧形的接刀线。这样就避免了形成空间切边曲线，提高了工艺可行性。冲压技术覆盖件工艺性16修边排废料问题后门外板-把手处上端两个切口需要加长，且需加大废料边部的斜度以利于废料排出。冲压技术覆盖件工艺性17该部位是应力集中的危险区域，必须进行细化的球面处理。球面处理问题冲压技术覆盖件工艺性18异形孔的翻边设计A这四个异形工艺孔的翻边做成“A”孔的形式以简化异形孔的翻边工艺。该孔可以在直边上再加一个小的翻边，以减少一次翻孔工序。冲压技术覆盖件工艺性19曲面孔问题该孔冲孔比较困难，改善一下加个特征落在平面上。这里的四个异型孔孔不能落在圆角过渡面上，可做一个平底的特征，将孔放在与之平行的平底上。即可避免此类非必要曲面孔工艺性不好的问题。冲压技术覆盖件工艺性20实例：零件间隙检查修改圆角，由R6.5改成R10冲压技术覆盖件工艺性21实例：局部工艺性不好，影响零件质量和外观修改产品局部形状冲压技术覆盖件工艺性22后门内板局部起皱改善明显，起皱基本消除冲压技术覆盖件工艺性23主断面成形分析AA回弹区域sectionA-A增加加强筋冲压技术覆盖件工艺性24R角过小案例冲压技术覆盖件工艺性25侧围外板的翻边——尾灯安装座的配合面需做出一个宽10mm的缓冲台阶，以隔开焊接面与外板。冲压技术覆盖件工艺性26球面处理问题该区域宽度收窄，高度突变，拉延时易拉断。建议立面加大斜度或加大圆角和球面处理。冲压技术覆盖件工艺性27开工艺切口问题该区域（两侧）的工艺切口实在是没有任何意义（虽然样车也有），工艺上也没起到任何作用。反而会起到减弱窗口强度和增加整体回弹的负面作用。还会增加切边难度。说明工艺切口不能无根据的乱开！冲压技术覆盖件工艺性28曲面渐变问题此处属突变区，且是大曲面的高点，R3的转角和两条R2的外观倒圆交汇点上应力集中。建议：做球面处理或以渐变方式降低直边高度。冲压技术覆盖件工艺性29冲压工艺性各阶段分析内容1、概念模型设计阶段模型外表面质量分析；分型线的分析；主断面成形性分析；主要零件的预工艺分析；冲压加工方向选择；零件结构优化及通用性分析；冲压技术覆盖件工艺性302、工程设计阶段筛选质量要求高和成形困难的零件；零件冲压方向分析；对称零件的共模分析；确定工序数及工序内容；通过拉延CAE模拟分析，对开裂、起皱、滑移线、工序间冲击线及危险应力部位提出解决方案；提出材料选择方案的优化、确定坯料/落料尺寸；确定加工压力（成形力、冲切力、压边力。。。。。。），供压机方案选择；零件刚性、强度分析（用于量产后的物流）；回弹分析及措施；零件包边工艺分析。冲压技术覆盖件工艺性313、工装招标阶段模具工序制定；废料排除、模具操作安全分析；所有冲压件初步DL图；所有零件材料利用率的计算；模具成本分析；与供应商的技术交流；供应商技术能力评价；冲压技术覆盖件工艺性324、样车阶段验证零件的冲压可行性、分析零件尺寸精度的影响因素；及时发现、解决新出现的冲压问题；分析冲压件对焊接、装配、涂装的影响，提出解决方案；分析冲压件的刚度、强度对物流的影响；验证前期SE提出的问题，以便经验反馈；冲压技术覆盖件工艺性33汽车覆盖件冲压成形常见的质量问题断裂皱折曲面\形状精度不良冲压技术覆盖件工艺性34断裂状态的分类按断裂的性质分因为材料的强度不够而产生的断裂,大多都发生在传力区,称为强度断裂(或α断裂).因为材料的塑性不足而产生的断裂,大多都发生在变形区,称为塑性断裂(或β断裂).按断裂发生的区域分凸模(或凸凹模)端部的断裂此类断裂经常发生在膨胀成形、拉延---膨胀复合成形、拉延成形过程中,断裂部位一般为双向拉应力状态.侧壁断裂侧壁断裂包括壁裂、伸长类翻边的侧壁断裂和双向拉应力状态下的侧壁断裂.冲压技术覆盖件工艺性35凹模园角部位的断裂此类断裂包括弯曲断裂和拉弯断裂.法兰部位的断裂大多发生在伸长类翻边工序中,包括外缘断裂和内缘断裂其他断裂主要有拉延筋作用引起的断裂和起皱引起的断裂断裂的对策冲压成形极限主要包括变形区的变形极限和传力区的承载能力.就断裂而言,主要是受伸长类变形的成形极限和受拉传力区的承载能力.下面的对策和措施就是针对这两方面的.冲压技术覆盖件工艺性36伸长类变形时的对策伸长类变形时的断裂多为塑性断裂(β断裂).应从提高材料的抗缩颈能力、减少材料的绝对伸长变形量以及改变变形路径等方面入手.具体措施如下:1.修改模具参数.2.降低成形高度,增加成形工序.3.调整毛坯形状和尺寸.4.增加辅助工艺措施.5.选择延伸率δu、硬化指数n值、厚向异性系数r值等指标较高的材料.受拉传力区的对策受拉传力区的断裂,一般为强度断裂(α断裂).主要对策应从提高传力区的承载能力入手,具体措施如下:1.修正模具参数,如转角半径和凸凹模间隙等.2.选择合理的毛坯形状和尺寸.3.改变压边力的大小4.改善润滑条件冲压技术覆盖件工艺性375.修正拉延筋或拉延槛的形状、参数以及布局。6.选择强度指标较高的材料。冲压技术覆盖件工艺性38皱折状态的分类按引起起皱的外力分类当外力在板料平面内引起的压应力使板厚方向达到失稳极限时便产生了失稳起皱，皱纹的走向与压应力垂直。引起压应力的外力大致可以分为四种情况：即压缩力、剪切力、不均匀拉伸力、板料平面内弯曲力。压应力引起的失稳起皱拉延时法兰变形区的起皱，曲面零件成形时悬空部分的起皱即属此类剪应力引起的失稳起皱剪应力引起的失稳起皱其实质依然是压应力的作用。例如板材在纯剪切状态下，在与剪应力成45度的两个剖面上分别作用着与剪应力等值的拉应力和压应力。事实上只要有压应力存在就有导致失稳起皱的可能。冲压技术覆盖件工艺性39不均匀拉应力引起的失稳起皱当平板在不均匀拉应力作用下，在板料内产生不均匀变形，并可能在与拉应力垂直的方向上产生附加压应力。拉应力的不均匀程度越大，越易产生失稳起皱。皱纹产生在拉力最大的部位，其走向与拉延方向相同。板料平面内弯曲应力引起的失稳起皱利用不设筋的模具进行拉延时，由于材料流动的速度在法兰变形区的直边区是不同的，由位移速度差诱发产生的剪应力，形成了直边区对园角区的板平面内的弯矩和园角区对直边区的弯矩，使得法兰变形区产生板平面内的弯曲，从而引起法兰变形区园角区内侧凹模口附近和直边区外侧中间附近的起皱。冲压技术覆盖件工艺性40按皱折发生部位分类日本薄钢板成形技术研究会根据起皱发生的部位不同，把汽车覆盖件冲压成形中出现起皱分成四个大的类别，也比较符合我国正车生产厂的实际情况这四大类别是：1.压料面起皱（或称法兰起皱）2.凹模口起皱3