第二章-汽车覆盖件冲压成形工艺

汽车覆盖件模具设计与制造湖北汽车工业学院材工系第二章汽车覆盖件冲压成形工艺n本章导读n本章重点n理论学习本章导读由于汽车覆盖件模具的复杂性，使得其生产制造工艺更加复杂、特殊。本章重点2-1汽车覆盖件冲压成形特点2-2工艺设计内容2-3工艺方案制定2-4汽车覆盖件模具开发流程2-5成型可能性分析2-6举例2-1汽车覆盖件冲压成形特点一、汽车覆盖件的质量要求二、汽车覆盖件结构特点三、覆盖件的成形特点2-1汽车覆盖件冲压成形特点一、汽车覆盖件的质量要求1.尺寸精度。汽车覆盖件必须有很高的尺寸精度（包括轮廓尺寸、孔位尺寸、局部形状的各种尺寸等），以保证焊装或组装时的准确性、互换性，便于实现车身焊装的自动化和无人化，也保证车身外观形状的一致性和美观性。2.形状精度。特别是对外覆盖件，要求具有很高的形状精度，必须与主模型相符合。否则将偏离车身总体设计，不能体现车身的造型风格。3.表面质量。外覆盖件（尤其是轿车）表面不允许有波纹、皱纹、凹痕、擦伤、压痕等缺陷，棱线应清晰、平直，曲线应圆滑、过渡均匀。2-1汽车覆盖件冲压成形特点一、汽车覆盖件的质量要求4.刚性好。覆盖件在成形过程中，材料应有足够的塑性变形，以保证零件具有足够的刚性，使汽车在行驶中受振动时，不能产生较大的噪声，以减轻驾驶员的疲劳，更不能因振动而产生早期损坏甚至空洞。5.良好的工艺性。良好的工艺性是针对产品设计结构而言，即在一定生产规模条件下，能够较容易的安排冲压工艺和冲压模具设计，能够最经济、最安全、最稳定地获得高质量产品。2-1汽车覆盖件冲压成形特点二、汽车覆盖件结构特点1）总体尺寸大。如驾驶室顶盖的毛坯尺寸可达2800mmX2500mm;2）相对厚度小。板料的厚度一般为0.8mm-1.2mm，相对厚度（板厚与毛坯最大长度之比）最小值可达0.0003;3)形状复杂。不能用简单的几何方程式来描述其空间曲面；4）轮廓内部带有局部形状。而这些内部形状的成形往往对整个冲压件的成形有很大的影响，甚至是决定性的影响。2-1汽车覆盖件冲压成形特点三、覆盖件的成形特点:1、成形工序多→拉深为关键工序2、拉深是复合成形→常采用一次拉深3、拉深时变形不均匀→工艺补充、拉深筋4、拉深深度浅→拉深槛5、大而稳定的压边力→双动压床6、高强度、高质量、抗腐蚀的钢板7.数字模型为依据2-1汽车覆盖件冲压成形特点三、覆盖件的成形特点:1、成形工序多→拉深为关键工序n覆盖件冲压成形一般经过落料、拉延、整形、修边、翻边等工序完成，其中拉延工序最为关键，它从根本上决定了整型、修边、翻边和冲孔等工序的内容和顺序，尽管在一定程度上也要受其它工序的制约。2-1汽车覆盖件冲压成形特点三、覆盖件的成形特点:2、拉深是复合成形→常采用一次拉深无论覆盖件分块有多大形状有多复杂，尽可能在一次拉延中成形出全部空间曲面形状，以及曲面上的棱线筋条和凸台。否则很难保证覆盖件几何形状的一致性和表面光滑形状。因为二次拉延经常会发生拉延不完整的情况造成覆盖件表面质量的恶化。外覆盖件的同一表面尽可能一次成形，如果分两次成形，在交接处会残存不连续的面，这样表面喷涂装饰后外观效果不良。2-1汽车覆盖件冲压成形特点三、覆盖件的成形特点:3、拉深时变形不均匀→工艺补充、拉深筋简单零件的形状对称，深度均匀，而且通常压边面积比其余部分面积大，只要压边力调节合适，便能防止起皱。而大型覆盖零件形状复杂，深度不匀，又不对称，压边面积比其余部分小，因而需要采用拉深筋来加大进料阻力；或是利用拉深筋的合理布排，改善毛坯在压边圈下的流动条件，使各区段金属流动趋于均匀，才能有效地防止起皱。2-1汽车覆盖件冲压成形特点三、覆盖件的成形特点:4、拉深深度浅→拉深槛有些覆盖件，由于拉深深度浅（如汽车外门板），拉深时材料得不到充分的拉伸变形，容易起皱，且刚性不够，这时需采用拉延槛来加大压边圈下材料的牵引力。从而增大塑性变形程度，保证零件在修边后弹性畸变小，刚性好，以消除“鼓膜状”的缺陷，避免零件在汽车运行中发生颤抖和噪声。2-1汽车覆盖件冲压成形特点三、覆盖件的成形特点:5、大而稳定的压边力→双动压床n在普通带气垫的单动压床上，压边力只有公称吨位的20%左右，而且压边力调节时可能性小，故仅适用于简单零件的拉深。对于大型覆盖件的拉深，需要的变形力和压边力都较大，因此，在大量生产中，此类零件的拉深均在双动压床上进行，双动压床具有拉深（内滑块）与压边（外滑块）两个滑块，压边力可达到拉深力的60%以上，且四点连接的外滑块可进行压边力的局部调节，这可满足覆盖件拉深的特殊要求。2-1汽车覆盖件冲压成形特点三、覆盖件的成形特点:6、高强度、高质量、抗腐蚀的钢板为保证覆盖件在拉深时能经受最大限度的塑性变形而不致于产生破裂，对原材料的机械性能、金相组织、化学成分、表面粗糙度和厚度精度都提出很高很严的要求。2-1汽车覆盖件冲压成形特点三、覆盖件的成形特点:7.数字模型为依据n覆盖件模具型面数学模型属于工艺模型，它从覆盖件产品模型演变而来，还要向有限元模型、数控加工模型转化。2-2工艺设计内容（1）根据生产纲领确定工艺方案（2）根据覆盖件结构形状，分析成型可能性和确定工序数及模具品种（DL图、拉延件设计）（3）根据装配要求确定覆盖件的验收标准。（4）根据工厂条件决定模具使用的压床。（5）根据制造要求确定协调方法。（6）提出模具设计技术条件，其中包括结构要求、材料要求等。2-3工艺方案制定1.小批量生产的覆盖件冲压工艺方案小批量生产是指月产量小于1000件，此时的生产稳定性极差，限期生产形状改变可能性大，模具选择只要求拉延和成型工序使用冲模，模具寿命在5万件。其他工序，如落料、修边可在通用设备上剪裁，翻边使用简易胎具，冲孔用通用冲孔模或钻床手工钻孔。如果过多地选用冲模，虽然对保证质量有益，但对提高生产效益并无意义，且会使成本骤增。2-3工艺方案制定2.中批量生产的覆盖件冲压工艺方案当月产量大于1000件，且小于10000件（卡车）或30000件（轿车）是被视为是中批量生产。其生产特点是比较稳定地长期生产，生产中形状改变时有发生。模具选择除要求拉延模采用冲模外，其他工序如果影响质量和劳动量大也要相应选用冲模，模具寿命要求在5万件到30万件。模具选择系统为1：2.5，亦即一个覆盖件平均选择2.5套冲模。2-3工艺方案制定3.大批量生产的覆盖件冲压工艺方案当月产量大于10000件（卡车）或30000件（轿车），且小于100000件时，属于大批量生产。生产处理长期稳定状态，形状改变可能性小，工艺难易程度困难，工艺方案要为流水线提供保证，每道工序都要使用冲模，拉延、修边冲孔和翻边模同时安装在一条冲压线上，工序间的流转，50年代基本是人工送料和取件，工业化国家实现机械化和自动化，60年代以后开始进入全自动化时期。多工位压床的出现，更加提高了生产效率和工件质量。2-3工艺方案制定2-4汽车覆盖件模具开发流程2-4汽车覆盖件模具开发流程2-4汽车覆盖件模具开发流程2-4汽车覆盖件模具开发流程2-4汽车覆盖件模具开发流程冲模型面设计是冲模工作型面的设计。这个阶段的设计不是对工序数型的简单复制，而且包括流料速度控制，消除回弹措施，间隙合理分布等的型面处理。是模具型面的加工依据。有人简单称作加工数型。这个阶段是对冲压工艺编制中每道工序型面的补充细化。１-6汽车覆盖件模具开发流程2-4汽车覆盖件模具开发流程2-4汽车覆盖件模具开发流程2-5成型可能性分析覆盖件成形的可能性分析是一项艰苦细致的工作。由于覆盖形状十分复杂，其成型可能性计算没有固定的方法。2-5成型可能性分析简单零件（形状对称、深度均匀）可用拉深系数研究拉深次数和工序尺寸，汽车覆盖件大多由复杂的空间曲面组成，成形时坯料各部分的变形状态差别很大，而且甚为复杂，各处应力也很不均匀，因此，不能用拉深系数来判断和计算它的拉深次数和拉深的可能性。2-5成型可能性分析用基本冲压工序的计算方法进行类比分析覆盖件的形状不论多么复杂，都可以将它分割成若干部分，然后将每个部分的成型单独和冲压的基本工序进行类比，然后找出成型最困难的部分，进行类似的工艺计算，看其是否能一次成型。2-5成型可能性分析2.变形特点分析覆盖件的成型工序，大都可以认为是一种平面应力状态下进行的，垂直板料方向的应力一般为零，或者数值很小，可以忽略不计。名词解释ＤＲ——拉延、拉伸ＦＬ——翻边ＢＬ——冲裁、剪切、切割ＴＲ——修边、修整ＰＩ——冲孔ＦＯ——成型ＲＥ——整形ＢＵ——翻孔ＨＥＭ——包边ＢＥ——弯型ＲＳＴ——整形ＳＥＰ——分离ＣＴＲ——斜切、修边ＢＵＲ——翻孔ＣＦＬ——斜切、翻边ＣＰＩ——斜切、冲孔ＣＲＳＴ——斜切、整形ＲＯ————辊压成型ＳＥ————滚剪、切开KMAS/One-step基于KBE和KMAS的车身部件快速仿真KMAS/increment车身结构精细CAE碰撞分析全参数化模具标准件及结构数据库概念车身智能化CAE技术冲压模具虚拟制造技术典型实例介绍用户提供产品数模（逆向工程）用户提供成形件产品或即将报废模具模面设计与模面设计与造型造型CADCAD有限元数值有限元数值仿真仿真KMASKMAS成形性分析网络化模具设网络化模具设计专家系统计专家系统快速软模加工快速软模加工模面模面CAMCAM（（NCNC程序）程序）材料数据库材料数据库Data-BaseData-Base冲压小批冲压小批量实验件量实验件质量认可模具结构设计模具结构设计((CADCAD))模具加工模具加工否是是否2-6举例工件图雨刷机加强板材料：08AL，厚度：0.9mm。圆角整形4-Φ92-Φ6Φ357-SR5零件：雨刷机加强板材料：08Al厚度：0.9mm产量：中等批量综合分析，该零件能满足成形要求。。1制定原则：产品高质量、生产高效率、材料低耗能。2备选方案：方案一：拉深——修边、冲孔。方案二：落料、拉深——修边、冲孔、整形。方案三：落料——拉深——修边——冲孔——整形。方案四：落料——拉深——修边、冲孔——整形。。3最佳方案：方案四：落料——拉深——修边、冲孔——整形。工艺流程工艺流程：落料——拉延——修边、冲孔——翻边、整形工艺流程工艺及主要参数拉延件的冲压方向装配图上模下模装配图爆炸图凹模、凸模及压料圈的初始成型凹模压料圈凸模下模压料圈爆炸图产品图汽车铰链加强板材料：DC54D+Z料厚：1.5(mm)冲模设计过程工艺分析，确定工艺方案拉延修边冲孔翻边工艺计算，确定冲模结构1）冲裁力、合理间隙、闭合高度、压力中心、设备的选用2）凸、凹模及主要零件设计工艺流程图工艺流程装配图凸、凹模凸模修边凹模压件器卸料板其它主要零件上模座下模座凸模固定板模柄爆炸图一、工件分析汽车地板中加强板材料为DC54D+Z镀锌板，厚度为1.4mm。从零件的结构图可知：该零件形状比较简单，结构也不复杂，并且该件是左右对称件。二、工艺方案方案一（1）拉延（2）修边（3）翻边（4）冲孔方案二（1）拉延（2）冲孔（3）翻边（4）修边方案三（1）拉延（2）修边（3）翻边冲孔本设计采用方案三三、工艺流程图第一道序：拉延第二道序：修边第三道序：翻边