汽車車身覆蓋件沖壓工藝免費第六章汽車車身覆蓋件沖壓工藝1汽車覆蓋件概述2沖壓基本工序及工藝方案制定3覆蓋件的拉深工藝設計4修邊及沖孔工藝設計5翻邊工藝設計6沖壓工藝設計的內容和程序7典型車身覆蓋件沖壓工藝實例8車身覆蓋件拉深模設計1《汽車覆蓋件沖壓成形技術》崔令江編著機械工業出版社2《汽車覆蓋件沖壓成形技術》周天瑞主編機械工業出版社3《汽車制造工藝學》韓英淳主編人民交通出版社4《汽車沖壓技術》王新華主編北京理工大學出版社§61汽車覆蓋件概述一定義汽車覆蓋件主要是指構成駕駛室乘坐室和車身的表面零件也包括覆蓋發動機和底盤的某些表面零件包括外覆蓋件指人們直接看到的車身外部的裸露件如車門外板頂蓋前圍外蓋板側圍外板以及長頭商用車的發動機罩等內覆蓋件指車身殼體內部的覆蓋件它們被覆蓋上內飾件或被車身的其它零件所遮擋一般不能直接被看到如車門內板地板儀表板及平頭商用車的發動機蓋板等車身覆蓋件一般用0709mm的08AL鎮靜鋼板小結車身覆蓋件是形狀復雜的三維曲面拉深件的設計沖壓工藝的設計和沖壓模具的設計是一項很復雜的技術工作二覆蓋件的表示方法覆蓋件圖主模型各種工藝模型鑄造模型仿形模型汽車覆蓋件圖每隔100or200mm畫出三個方向的坐標線三個坐標的基準為前后方向以前輪為零向后為正向前為負上下方向對于轎車以前輪中心為零向上為正向下為負對于載貨車以縱梁上表面為零向上為正向下為負左右方向以汽車對稱中心為零左右不分正負三車身覆蓋件結構特點1輪廓尺寸大駕駛室頂蓋的坯料尺寸可達2800mmⅹ2500mm2相對厚度小厚度0709mm相對厚度tL的最小值可達000033形狀復雜多數為三維曲面不能用簡單的幾何方程來描述的空間曲面4輪廓內部帶有局部形狀四車身覆蓋件的質量要求1尺寸精度要求較高2形狀精度要求高3表面質量要求高4剛性好5要有良好的成形工藝性五車身覆蓋件沖壓成形特點1一次拉深成型目前的理論分析和技術水平尚不能象對圓筒形軸對稱零件那樣對其進行多道拉深工藝參數進行分析計算因此要求覆蓋件產品設計與沖壓成型工藝相結合以求在小變形淺拉深的基礎上保證一次拉深成型因此要求以最小的拉深深度最少的沖壓工序和盡可能簡單的模具結構來實現覆蓋件的沖壓成型2拉脹復合成型覆蓋件形狀復雜坯料的變形一般不是簡單的拉深變形而是拉深和脹形同時存在的復合成型3局部成型當輪廓內部有局部形狀突起or凹進的零件沖壓成型時由于壓邊力的作用在凸模下行到一定深度時局部成形便開始成型并在成型終了時全部貼模4變形路徑變化5變形趨向性的控制控制覆蓋件沖壓成型變形趨向的主要措施是確定合理的沖壓方向確定壓料面合理設計并設置拉深筋拉深方向工藝補充和壓料面形狀是決定能否拉深成覆蓋件的先決條件而控制整個拉深坯料的拉深筋的合理敷設則是保證拉深出合格覆蓋件的必要條件§62沖壓基本工序及工藝方案制定一覆蓋件沖壓工藝的基本工序及其安排覆蓋件沖壓工藝的基本工序有落料拉深整形修邊翻邊和沖孔等實際生產可將一些工序合并落料拉深修邊沖孔修邊翻邊翻邊沖孔等覆蓋件的形狀大部分主要是在拉深工序中形成的落料工序主要是獲得拉深工序所需要的坯料形狀和尺寸整形工序的主要內容是將拉深工序中尚未成型出的覆蓋件形狀修邊工序的主要內容是切除拉深件上的工藝補充部分這些工藝補充部分僅在拉深工序需要拉深完成后要將其切掉翻邊工序位于修邊工序之后主要任務是將覆蓋件的邊緣翻邊成型沖孔工序用以加工覆蓋件上的各種孔洞一般在拉深or翻邊工序之后進行二沖壓工藝方案設計準備工作1查閱相關資料如①零件圖和實物圖必要時應參考主模型or數字模型②沖壓件的公差③所用板材的性能參數及表面質量④壓力機的參數⑤各種模具的設計標準⑥產量生產率及生產準備時間等2對零件圖和拉深圖進行分析①零件輪廓法蘭側壁及底部是否有形狀急劇變化之處有否其它難成型的形狀②該零件和相關零件焊接裝配面有何要求裝配焊接的基準面和孔在何處③各孔的精度間距的要求以及這些孔位于何處平面部分傾斜部分側壁部分④各個凸緣的允許精度如長度凸緣面的位置回彈等⑤材料利用率3覆蓋件拉深圖的再設計①產品圖是覆蓋件在車上的位置需要轉換成拉深的覆蓋件拉深件圖利用坐標轉換變成可拉深的零件圖②實現拉深的條件拉深件的設計內容主要有拉深方向的選擇壓料面與工藝補充的設計等工作§63覆蓋件的拉深工藝設計拉深件的形狀構成覆蓋件拉深變形情況是相當復雜的其成型一般均是以拉深變形性質和脹形變形性質的復合變形來實現的一拉深方向的選擇合理的拉深方向應符合下述原則1保證拉深凸模能進入凹模2保證凸模與坯料有良好的拉深初始接觸狀態3壓料面各部位進料阻力要均勻二工藝補充部分工藝補充指為了順利落深成型出合格的制件而在沖壓件的基礎上所添加的那部分材料用以滿足拉深壓料面和修邊等工序的要求這些工藝補充部分僅在沖壓成型中需要而不是零件所需要的在拉深成型后的修邊工序中需要將工藝補充切除掉1工藝補充的分類①內工藝補充②外工藝補充它包括拉深部分的補充和壓料面兩部分它是為了選擇和合理的拉深方向并創造良好的拉深條件而增加的它能增加材料的消耗工藝補充部分制定的合理與否直接影響到拉深成形時的工藝參數毛坯的變形條件變形量大小變形分布表面質量破裂起皺等質量問題2工藝補充的設計原則①內孔封閉補充原則②簡化拉深件結構形狀原則③保證良好的塑性變形條件④外工藝補充部分盡量?、輰罄m工序有利的原則在工藝補充部分穿刺孔or沖工藝孔來作為下面工序的定位⑥成雙拉深工藝補充3常見工藝補充的類型①修邊線在拉深件的壓料面上垂直修邊②修邊線在拉深件的底面上垂直修邊③修邊線在拉深件翻邊展開斜面上垂直修邊④修邊線在拉深件的斜面上垂直修邊⑤修邊線在側壁上水平or傾斜修邊4工藝補充各部分的作用及尺寸5工藝補充實例加拉深筋以增加進料阻力使拉深件有足夠的塑性變形簡化了拉深件的輪廓改善了毛坯變形流動的均勻性三壓料面壓料面壓料面是組成工藝補充面的一個部分即凹模圓角半徑以外的部分對壓料面的要求壓邊圈將拉深坯料壓緊在凹模壓料面上所形成的壓料面形狀應不形成皺紋和折痕以保證凸模對拉深坯料有良好的拉深作用1壓料面有兩種情況①壓邊面就是覆蓋件本身的凸緣形狀是已定的一般不改變其形狀②壓邊面全部是工藝補充面保證良好的拉深條件為主要目的進行壓料面的設計2壓料面的形狀3設計壓料面應遵循的原則①降低拉深深度缺圖周89頁錐形or碗口形的壓料面既能降低拉深深度并且其對坯料的流動阻力小便于坯料的流動可在塑性變形較大的深拉深件拉深時采用②凸模對坯料一定要有拉深作用覆蓋件在沖壓成型時各斷面上的伸長變形量在35范圍內并且最小伸長變形量不小于2L0－凸模表面展開曲線長度L1－壓料面表面展開曲線長度L1097L0壓料面的夾角β必須大于凸模表面夾角α③凹模里的凸包必須低于壓料面四工藝切口工藝切口當需要在覆蓋件的中間部位上沖出某些深度較大的局部凸起或鼓包時屬于脹形變形性質在一次拉深中往往不能從毛坯的外部得到材料的補充而導致零件的局部破裂這時就要考慮在局部變形區的適當部位沖工藝切口或工藝孔改善材料的流動情況使容易破裂的區域從變形區內部得到材料的補充當進行內工藝補充后零件的內孔已被封閉這部分形狀的成形靠毛坯的脹形來實現面積的增大從而使這部分材料在沖壓成形過程中很容易出現破裂且裂紋擴展到修邊線以外即沖壓件上甚至整個裂紋都出現在沖壓件上為解決內工藝補充帶來的問題一般采取在拉深毛坯的適當部位預沖出工藝孔or拉深過程中在局部變形區的適當部位沖切工藝切口的方法使容易破裂的區域的變形情況得到改善并可以從相鄰區域里得到材料補充避免裂紋的產生汽車車門內板外板上后圍內板上風窗蓋等都采用工藝切口來避免開裂現象在拉深過程中一般是沖工藝切口即不讓切口處的材料與本體分離這樣這部分廢料可在后工序中與其他部位的廢料一并切除否則在拉深模中必須考慮清除廢料的問題這會使拉深模結構復雜操作困難1工藝孔和工藝切口的設置必需在容易破裂的區域附近設計工藝孔和工藝切口同時又必需設置在內工藝補充部分上從而保證在修邊之后把這部分全部切掉不影響覆蓋件本體2工藝孔和工藝切口的制法1落料時沖出一般用于局部成形深度較淺的場合2拉深過程中切出它充分利用材料的塑性即在拉深開始階段切口周圍區域的材料都產生塑性變形且以徑向伸長為主切向伸長變形較小然后在切工藝孔or切口后會在切向成為最大變形方向從而使材料的塑性變形能力得到較大的發揮成形深度可以加深在拉深過程中一般是沖工藝切口3工藝孔和工藝切口的布置原則①應與局部成形的形狀相適應以使材料能合理流動②在有多個工藝孔和工藝切口時它們之間應留有足夠的搭邊以使凸模能張緊材料保證成形效果避免波汶等缺陷而且修邊后可獲得良好的翻邊質量③切口的切斷部分開口應鄰近凸起部位的邊緣或易產生破裂的區域④切口的數量與大小應保證局部成形部分各處材料變形趨于均勻否則不一定能防止裂紋的產生五拉深筋拉深方向工藝補充部分和壓料面形狀是決定能否拉深出滿意的覆蓋件的先決條件設置壓料拉深筋or拉深檻是必要條件原因壓料面的作用力只靠在壓邊力作用下模具和材料之間的摩擦力常常是不夠的需要在壓料面上設置能產生很大阻力的拉深筋以滿足毛坯塑性變形和塑性流動的要求利用拉深筋可以在較大范圍內控制變形區毛坯的變形大小and變形分布抑制破裂起皺面畸變等多種沖壓質量的問題1拉深筋的作用①增加進料阻力這是因為拉深坯料是經過反復變曲幾次才拉進凹模故增加了進料阻力②調節壓料面上各部位的進料阻力即通過調節壓料槽的松緊來增加or減少壓料面上各部位的阻力so使拉深件外輪廓上的直線部分與圓角曲線部分的進料阻力均勻避免多則皺少則裂③還能降低對壓料面表面粗糙度的要求在設置拉深筋后壓料面之間的間隙可以適當放大and略大于料厚這樣壓料面表面粗糙對拉深的影響就不很大了2拉深筋的種類分布情況單筋和重筋拉深筋本身的斷面形狀圓筋包括半圓筋劣半圓筋和優半圓筋矩形筋三角形筋和拉深檻使用最多的是圓形筋和方形筋尺寸參數3拉深筋的固定方式拉深筋一般嵌入在壓邊圈的下表面內4拉深檻結構拉深檻適用于曲率較小的平坦的和深度淺的覆蓋件成形與凹模一體式的嵌入式的5拉深筋設計設置拉深筋最根本的目的是為了成形板材提供足夠的拉力拉深筋形式的設計①單筋結構簡單便于加工和模具調試時拉深筋參數的修正②單筋的斷面圓弧半徑和拉深筋槽的圓角半徑相對較小板材與其接觸的表面壓力大易產生磨損使用壽命相對短③重筋可相對降低壓料面上其他部位的精度要求④對表面質量要求較高的沖壓件即使需要較多的進料阻力要求不是很高但為了確保零件表面質量也往往采用重筋⑤在毛坯變形不需要特別大的拉深阻力且修邊線不在壓料面部位時可在凹?？诓吭O置拉深檻既能保證拉深成形所必需的拉深阻力又可減少毛坯尺寸和模具尺寸拉深筋幾何參數的設計①確保沖壓件成形所需的拉深筋阻力②保證沖壓件成形質量和表面質量③提高拉深筋的使用壽命選取適當圓角半徑的拉深筋和筋槽④有利于拉深筋的加工和修整拉深筋的布置①拉深筋的布置原則Ⅰ凹模內輪廓的曲率變化不大時壓料面上各部位的變形差別也不大但為了補償變形力的不足提高材料變形程度可沿凹?？谥苓呍O置封閉的拉深筋Ⅱ凹模內輪廓的曲率變化較大時可沿凹模口周邊設置間斷的拉深筋Ⅲ為了增大徑向力減小切向拉應力防止毛坯起皺可只在容易起皺的部位設置局部的短拉深筋Ⅳ為了改善壓料面上材料塑性流動的不均勻性可在材料流動速度快的部位設置拉深筋V對于拉深深度大的圓弧部位可以不設拉深筋VI對于拉深深度相差較大的沖壓件可在深的部位不設拉深筋淺的部位設拉深筋并使拉深筋的長度延伸到接近深度大的區域拉深筋的高度逐漸減小§64修邊及沖孔工藝設計一修邊分類根據修邊模的運動方向1垂直修邊修邊凸凹模沿垂直方向做上下運動這樣的模具結構簡單廢料處理也比較方便應優先采用2水平修邊修邊凸凹模沿水平方向運動凸凹模的水平方向運動可以通過斜楔機構or通過在模具上加裝水平方向的液壓缸來實現這種修邊需采用斜楔機構模具結構復雜工作部分占用面積較大3傾斜修邊修邊凸凹模與垂直方向成一定角度運動凸凹模的傾斜方向運動可以通過斜楔機構or通過在模具上加裝傾斜方向的液壓缸來實現二修邊時的一般情況1由于覆蓋件尺寸大質量大且是空間曲面結構所以修邊時一般都是放在修邊凸模上靠修邊凹模修邊2由于覆蓋件形狀復雜修邊線常為空間曲線因此可一次修邊也可多次修邊3為消除拉延件產生的彈性變形防止修邊產生變形修邊必須加壓料圈把修邊部分壓住在凸模的定位面上三修邊與切斷工序的工藝設計選擇修邊方向所謂修邊方向是指修邊凸凹模的運動方向它與壓力機上滑塊的運動方向不一定是一致的①保證修邊質量②盡量使模具簡單③不同的部位可能需要不同的修邊方向修邊件圖上和工藝卡上要標明修邊部位及修邊方向④拉深件的定位可靠⑤拉深件是開口朝上還是朝下所要求的模具結構是不同的⑥充分考慮模具強度⑦廢料處理在工藝設計時要進行妥善處理四沖孔工序1沖孔工序一般都和并在修邊工序或其它工序中進行2沖孔方向最好與沖孔表面垂直但也允許在較小的斜面上垂直沖孔在較大斜面上沖孔需通過斜楔滑塊機構進行水平方向或傾斜方向沖孔角度盡量要小3沖多個孔時應采用階梯凸模4沖孔廢料排除應該方便5大孔和小孔接近時應先沖大孔反之小孔會變形6孔邊緣的最小尺寸應保證制件不翹曲不變形§65覆蓋件的翻邊工藝設計一翻邊的作用作用焊接和裝配的需要增加覆蓋件的剛性和強度使覆蓋件邊緣光滑整齊和美觀曲面翻邊的分類1內凹型翻邊2外凸型翻邊二確定沖壓方向彎曲和翻邊方向要盡可能地垂直于凸緣彎曲方向這樣工件受力狀態好受側向力小不易竄動覆蓋件的翻邊線就是主模型輪廓線將翻邊展開時必須考慮到修邊方向和修邊以后的翻邊工序即盡可能采用垂直修邊并使翻邊易于進行見上頁圖修邊件放在翻邊模中的位置必須穩定一般都是水平放置然后根據覆蓋件的翻邊確定翻邊方向用箭頭表示§66沖壓工藝設計的內容和程序1沖壓工藝設計程序①審查零件結構的工藝性并根據覆蓋件圖設計出拉深件圖②根據零件圖和拉深件圖確定合理的沖壓工藝方案確定總工序數工序順序各工序的加工內容沖壓方向以及所需模具套數等③根據拉深件的結構形狀尺寸進行坯料展開初步確定坯料的形狀與外形尺寸多數情況下外形尺寸要由試驗來確定制定材料消耗定額④選定各工序的模具結構形式選擇送料與卸料的方法與方向⑤計算各工序所需的壓力機行程和工作臺面尺寸估算工序所需的沖壓力壓邊力卸料力等參數確定各工序所用壓力機型號數量和生產流程⑥確定零件及各工序件的檢驗項目檢驗標準和檢驗方法⑦確定各工序所需的工位器具廢料處理方式和半成品的運輸方式⑧確定各工序的操作者人數操作規程工位布置工時定額等2沖壓工藝設計時應考慮的重點問題⑴成形難度判斷分析根據覆蓋件拉深圖對其結構特點形狀尺寸進行變形分析初步確定其結構特點及可能出現的質量問題與發生部位之后確定這一部分是采用拉深成形還是脹形成形or拉脹復合成形⑵沖壓方向盡可能使各工序的沖壓方向一致⑶送料方向⑷工序間定位修邊時應盡量用拉深件側壁or拉深檻定位不能時用工藝孔定位修邊后可采用工序件外形側壁or工藝孔定位⑸修邊廢料的分塊⑹成雙沖壓3沖壓工藝卡的編制§67典型車身覆蓋件沖壓工藝實例轎車車身的外覆蓋件主要由四門左右前后門三蓋發動機蓋板頂蓋行禮艙蓋和兩翼左右前后翼子板及兩側左右側圍外板組成這些覆蓋件的形狀各有特點其沖壓成形工藝也不同發動機罩外板沖壓工藝§68車身覆蓋件拉深模設計一單動拉深模單動拉深模工作原理①將毛坯放在模具壓料面上并準確定位②壓力機上滑塊下行帶動上模下行③上模和下模的壓邊部分首先與毛坯接觸將毛坯壓住使壓邊部分毛坯受到的變形阻力增大④上模繼續下行開始拉深成形過程⑤在拉深成形的后期成形內部的局部形狀⑥壓力機上滑塊到達下死點時拉深成形過程結束⑦壓力機上滑塊回程帶動上模上行⑧頂出裝置將拉深件頂出取出拉深件一拉深形狀復雜的覆蓋件必須采用雙動壓力機必須采用雙動壓力機的原因①單動壓力機的壓緊力不夠雙動壓力機壓邊力大單動壓力機其壓邊力僅為壓力機額定壓力的20～25雙動壓力機的外滑塊壓緊力為內滑塊壓力的65～70②雙動壓力機的壓邊力可調節單動壓力機的壓緊力只能整個調整而雙動壓力機的外滑塊壓力可用調節螺母調節滑塊四角的高低使外滑塊成傾斜狀實現調節拉深模壓料面各部位的壓料力③單動壓力機的拉深深度不夠雙動壓力機的行程大④壓邊力穩定單動壓力機上拉深模的壓邊圈不是剛性的二雙動拉深模的結構要素主要由三大件or四大件組成三大件是凸模2和固定座3為一體四大件是二者分開壓邊圈安裝在外滑塊上凸模2和固定座3安裝在內滑塊上凹模4安裝在壓力機工作臺面上雙動壓力機的工作原理是①將毛坯放在凹模壓料面上并準確定位②壓力機外滑塊首先向下運動至下死點使壓邊圈將毛坯壓緊在凹模4的壓料面上并在整個拉深成形過程中保持壓邊③在壓力機外滑塊壓住毛坯的同時內滑塊已帶動凸模向下運動④內滑塊帶動凸模繼續向下運動并在壓邊圈壓住毛坯一個時間間隔后與毛坯接觸開始拉深成形⑤內滑塊到達下死點將毛坯拉深成凸模2的形狀拉深成形過程結束⑥壓力機內滑塊先帶動凸模上行而外滑塊不動使壓邊圈1停留一個瞬間將拉深件由凸模上退下⑦外滑塊開始回程完成壓邊作用⑧由凹模內的下頂出裝置將拉深件頂出較小批量時凹模內可不使用頂件裝置由人工取出三雙動拉深模的典型結構1凸模與壓邊圈導向的雙動拉深模2凹模與壓邊圈導向的雙動拉深模3凸模與壓邊圈壓邊圈與凹模均導向的雙動拉深模4大型覆蓋件雙動拉深模的基本結構形式四覆蓋件拉深模具主要工作零件的設計覆蓋件拉深模的工作零件主要有凸模凹模以及成形局部形狀所用的凸模凹模鑲塊等拉深凸模凹模的結構1拉深凸模結構雙動拉深模的凸模結構有兩種類型①整體式結構凸模加墊板直接與壓力機的內滑塊相連接的整體式結構②凸模先與固定座相連接固定座加墊板再與壓力機內滑塊相連接的分體式結構凸模的材料由于覆蓋件輪廓尺寸較大凸模的尺寸也較大故一般都采用實型鑄造FMS成型且為中空式的殼體結構為了有較高的硬度并具有耐磨性采用合金鑄鐵如鉻鉬釩鑄鐵鉬釩鑄鐵鑄成并采用表面火焰淬火對凸模工作部分進行表面強化處理拉深凸模的工作表面與覆蓋件拉深件的內表面是相同的它是拉深模最主要的成形零件同時拉深件的上的裝飾棱線筋條凸包凹坑等局部形狀一般都是在拉深模上一次成形拉深件中的局部反拉深形狀也是在拉深凸模上成形因此凸模工作表面上要有成形這些特殊局部形狀用的起凸模與凹模作用的局部形狀當這些局部形狀成形的變形量較大有破裂危險時應將成形局部形狀用的凸or凹模處的圓角半徑加大然后在修邊等工序中再進行校形以使覆蓋件的形狀達到要求凸模的工作表面和輪廓的壁厚一般應在70～90mm范圍內2拉深凹模結構凹模的作用是形成凹模壓料面和凹模拉深圓角及凹模洞口但由于拉深件上的裝飾棱線筋條凹坑加強筋及裝配凸包凹坑等一般都是在拉深模上一次成形出so凹模結構除了壓料面和凹模圓角之外在凹模型腔中還裝有局部成形用的凸模or凹模也屬于凹模結構的一部分由于在凹模型腔內裝有局部成形or反拉深用的凸模or凹模于是拉深凹模的結構分成了頂出器閉口式凹模結構閉口式凹模結構和通口式凹模結構3種形式⑴活動頂出器閉口式凹模結構⑵閉口式凹模結構⑶通口式凹模結構凸模壓邊圈和凹模鑄件各部分的尺寸參照下表選取導向零件1壓邊圈與凹模的導向2凸模與壓邊圈的導向①防磨導板的寬度②防磨導板的長度通氣孔開通氣孔的原因采用雙動拉深模拉深時在凸模回程時壓邊圈還壓住拉深件的時刻因拉深件受到被壓縮在凹模型腔內空氣的反壓力會使拉深件產生變形甚至凹陷So必須在凹模型腔中的非工作部分開通氣孔為防止在凸模下行拉深時在凸模與坯料之間存在一定的空氣并因這些空氣的被壓縮而使凸模至下止點時坯料不能完全貼模必須在凸模的合適部位處開通氣孔為了便于在凸模返程時退件也需在凸模上開通氣孔通氣孔的布置通氣孔的位置數量及直徑的大小可根據拉深件形狀來設計一般情況下通氣孔直徑為10～20mm并均勻分布總結覆蓋件拉深模設計要點1確定壓料面及沖壓方向2確定模