覆盖件冲压成形工艺设计.docx
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覆盖件冲压成形工艺设计
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未知
覆盖件的冲压工艺包括拉深、修边、翻边等多道工序，确定冲压方向应从拉深工序开始，然后制定以后各工序的冲压方向。
应尽量将各工序的冲压方向设计成一致，这样可使覆盖件在流水线生产过程中不需要进行翻转，便于流水线作业，减轻操作人员的劳动强度，提高生产效率，也有利于模具制造。
有些左右对称且轮廓尺寸不大的覆盖件，采取左右件整体冲压的方法对成形更有利。
1. 拉深方向的确定
拉深方向的确定，不但决定了能否拉深出满意的覆盖件，而且影响到工艺补充部分的多少，以及后续工序的方案。
拉深方向的确定原则是：
覆盖件本身有对称面的，其拉深方向是以垂直于对称面的轴进行旋转来确定的；不对称的覆盖件是绕汽车位置相互垂直的两个坐标面进行旋转来确定拉深方向的。
前者平行于对称面的坐标线是不改变的，后者的拉深方向确定后其投影关系改变较大。
经过确定拉深方向后，其坐标相互关系完全不改变的拉深方向称为处于汽车位置，其坐标关系有改变的拉深方向称为处于非汽车位置。
此外，确定拉深方向必须考虑以下几方面的问题
（1） 保证凸模与凹模的工作面的所有部位能够接触
为保证能将制件一次拉成，不应有凸模接触不到的死角或死区，要保证凸模与凹模的工作面的所有部位都能够接触。
这类问题主要在局部形状成凹形或有反拉深的某些覆盖件成形时容易出现，此时覆盖件本身的凹形和反拉深的要求决定了拉深方向。
图6.2.1所示为覆盖件的凹形决定了拉深方向的示意图，图6.2.1a所示的拉深方向表明凸模不能进入凹模拉深,图6.2.1b所示为同一覆盖件经旋转一定角度后所确定的拉深方向使凸模能够进入凹模拉深。
图6.2.2所示为覆盖件的反拉深决定了拉深方向的示意图。
但有时满足上述要求时，还会出现其它问题，如凸模开始拉深时与材料接触面积小，或过多地增加了工艺补充部分而使材料的消耗增加。
这时应从整个形状的拉深条件考虑，可先将覆盖件凹形或反拉深部分给予恰当的改变，在拉深以后的适当工序中再整回来，使之符合覆盖件图和主模型的要求。
a） b）
图6.2.1凹型决定拉深方向示意图
a）凸模不能进入凹模b）旋转一角度后凸模能进入凹模
图6.2.2反拉深决定拉深方向的示意图
（2） 凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态
开始拉深时凸模与拉深毛坯的接触面积要大，接触面应尽量靠近冲模中心。
图6.2.3所示为凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态示意图。
图6.2.3a所示左图由于接触面积小，接触面与水平面夹角
大，接触部位容易产生应力集中而开裂。
所以凸模顶部最好是平的，并成水平面。
可以通过改变拉深方向或压料面形状等方法增大接触面积。
图6.2.3b所示左图由于开始接触部位偏离冲模中心，在拉深过程中毛坯两侧的材料不能均匀拉入凹模，且由于毛坯可能经凸模顶部窜动使凸模顶部磨损快并影响覆盖件表面质量。
图6.2.3c所示左图由于开始接触的点既集中又少，在拉深过程中毛坯可能经凸模顶部窜动而影响覆盖件表面质量。
同样可以通过改变拉深方向或压料面形状等方法增大接触面积。
图6.2.3d由于形状上有
的侧壁要求决定了拉深方向不能改变，只有使压料面形状为倾斜面，使两个地方同时接触。
a） b） c） d）
图6.2.3凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态示意图
还应指出，拉深凹模里的凸包形状必须低于压料面形状，否则在压边圈还未压住压料面时凸模会先与凹模里的凸包接触，毛坯因处于自由状态而引起弯曲变形，致使拉深件的内部形成大皱纹甚至材料重叠。
（3） 压料面各部位进料阻力要均匀
压料面各部位的进料阻力不一样，在拉深过程中毛坯有可能经凸模顶部窜动影响表面质量，严重的会产生拉裂和起皱。
如同6.2.4所示为微型双排座汽车立柱的上段，若将拉深方向旋转6度，使压料面两端一样高，则进料阻力均匀，凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触部位接近中心，拉深成形好。
要使压料面各部位的进料阻力均匀，除了通过设计合理的压料面形状和拉深筋等措施外，拉延深度要均匀是主要条件。
此外，还要使凸模对应两侧的材料的拉入角尽量相等。
图6.2.4微型双排座汽车立柱的上段的拉深方向
2. 修边方向的确定及其修边形式
（1） 修边方向的确定
所谓修边就是将拉深件修边线以外的部分切掉。
理想的修边方向，是修边刃口的运动方向和修边表面垂直。
如果修边是在拉深件的曲面上，则理想的修边方向有无数个，这是在同一工序中不可能实现的。
因此，必须允许修边方向与修边表面有一个夹角。
该夹角的大小一般不应小于
，如果太小，材料不是被切断而是被撕开，严重的会影响修边质量。
覆盖件拉深成形后，由于修边和冲孔位置不同，其修边和冲孔工序的冲压方向有可能不同。
由于覆盖件在修边模中的摆放位置只能是一个，如果采用修边冲孔复合工序，冲压方向在同一工序中可能有两个或两个以上。
（2） 修边形式
修边形式可分为垂直修边、水平修边和倾斜修边三种，如图6.2.5所示。
图6.2.5修边形式示意图
a）垂直修边b）水平修边c）倾斜修边
当修边线上任意点的切线与水平面的夹角
小于30度时，采用垂直修边。
由于垂直修边模结构最为简单，所以在进行工艺设计时应优先选用。
当影响修边的因素处于良好状态时，
角可以扩大到
。
拉深件的修边位置在侧壁上时，由于侧壁与水平面的夹角较大，为了接近理想的冲裁条件，故采用水平修边。
水平修边模的结构设有改变压力机滑块运动方向的机构，所以模具的结构比较复杂。
由于修边形状的限制，修边方向需要倾斜一定的角度，这时只好采用倾斜修边。
由于倾斜修边模的结构也设有改变压力机滑块运动方向的机构，所以模具的结构也比较复杂。
3. 翻边方向的确定及其翻边形式
（1）翻边方向的确定
翻边工序对于一般的覆盖件来说是冲压工序的最后成形工序，翻边质量的好坏和翻边位置的准确度，直接影响整个汽车车身的装配质量。
合理的翻边方向应满足下列两个条件：
（1）翻边凹模的运动方向和翻边凸缘、立边相一致
（2）翻边凹模的运动方向和翻边基面垂直，或与各翻边基面的夹角相等。
（2） 翻边形式
按翻边凹模的运动方向，翻边形式可分为垂直翻边、水平翻边和倾斜翻边三种，如图6.2.6所示。
图6.2.6a、b为垂直翻边；图6.2.6d、e为水平翻边；图6.2.6c为倾斜翻边。
图6.2.6各种典型的覆盖件翻边
6.2.2 拉深工序的工艺处理
拉深件的工艺处理包括确定压料面形状、工艺补充、翻边的展开、冲工艺孔和工艺切口等内容，是针对拉深工艺的要求对覆盖件进行的工艺处理措施。
1. 压料面形状的确定
压料面是工艺补充部分组成的一个重要部分，即凹模圆角半径以外的部分。
压料面的形状不但要保证压料面上的材料不皱，而且应尽量造成凸模下的材料能下凹以降低拉延深度，更重要的是要保证拉入凹模里的材料不皱不裂。
因此，压料面形状应由平面、圆柱面、双曲面等可展面组成。
压料面有两种：
一种是压料面就是覆盖件本身的一部分；另一种是由工艺补充部分补充而成。
压料面就是覆盖件本身的一部分时，由于形状是既定的，为了便于拉深，虽然其形状能做局部修改，但必须在以后的工序中进行整形以达到覆盖件凸缘面的要求。
若压料面是由工艺补充部分补充而成，则要在拉深后切除。
确定压料面形状必须考虑以下几点：
（1） 降低拉深深度
降低拉延深度，有利于防皱防裂。
如果压料面就是覆盖件本身的一部分时，不存在降低拉延深度的问题。
如果压料面是由工艺补充部分补充而成，必要时就要考虑降低拉延深度的问题。
图6.2.7所示是降低拉延深度的示意图，图6.2.7a是未考虑降低拉延深度的压料面形状，图6.2.7b是考虑降低拉延深度的压料面形状，图中斜面与水平面的夹角
称为压料面的倾角。
对于斜面和曲面压料面，压料面倾角
一般不应大于
；对于双曲面压料面，压料面倾角
应小于
。
时是平的压料面，压料效果最好，但很少有全部压料面全是平的覆盖件，且此时拉延深度最大，容易拉皱和拉裂。
压料面倾角太大，也容易拉皱，还会给压边圈强度带来一定的影响。
图6.2.7降低拉延深度的示意图
（2） 凸模对毛坯一定要有拉伸作用
这是确定压料面形状必须充分考虑的一个重要因素。
只有使毛坯各部分在拉深过程中处于拉伸状态，并能均匀地紧贴凸模，才能避免起皱。
有时为了降低拉延深度而确定的压料面形状，有可能牺牲了凸模对毛坯的拉伸作用，这样的压料面形状是不能采用。
只有当压料面的展开长度小于凸模表面的展开长度时，凸模才对毛坯产生拉伸作用。
如图6.2.8a所示，只有压料面的展开长度
小于凸模表面的展开长度
时才能产生拉伸作用。
有些拉深件虽然压料面的展开长度比凸模表面的展开长度短，可是并不一定能保证最后不起皱。
这是因为从凸模开始接触毛坯到下死点的拉深过程中，在每一瞬间位置的压料面展开长度比凸模表面的展开长度有长、有短，短则凸模使毛坯产生拉伸作用，长则因拉伸作用减小甚至无拉伸作用导致起皱。
若拉深过程中形成的皱纹浅而少，再继续拉深时则有可能消除，最后拉深出满意的拉深件来；若拉深过程中形成的皱纹多或深，再继续拉深时也无法消除，最后留在拉深件上。
如图6.2.8b所示的压料面形状，虽然压料面的展开长度比凸模表面的展开长度短，可是压料面夹角
比凸模表面夹角
小，因此在拉深过程中的几个瞬间位置因“多料”产生了起皱。
所以在确定压料面形状时，还要注意使
。
a）b）
图6.2.8凸模对毛坯产生拉伸作用的条件
2. 工艺补充
为了实现覆盖件的拉深，需要将覆盖件的孔、开口、压料面等结构根据拉深工序的要求进行工艺处理，这样的处理称为工艺补充。
工艺补充是拉深件不可缺少的部分，工艺补充部分在拉深完成后要将其修切掉，过多的工艺补充将增加材料的消耗。
因此，应在满足拉深条件下，尽量减少工艺补充部分，以提高材料的利用率。
图6.2.9可能采用的几种工艺补充部分
修边线在压料面上，垂直修边b）修边线在拉深件底面上，垂直修边c）修边线在拉深件翻边展开斜面上，垂直修边d）修边线在拉深件斜面上，垂直修边e）修边线在拉深件侧壁上，水平修边或倾斜修边
图6.2.9是根据修边位置的不同可能采用的几种工艺补充部分。
修边线在压料面上、垂直修边时，如图6.2.9a所示，为了在修磨拉深筋、槽时不影响到修边线，修边线距拉深筋的距离
应有一定数值。
一般取
=15～25
，拉深筋宽时取大值，窄时取小值。
修边线在拉深件底面上、垂直修边时，如图6.2.9b所示，修边线距凸模圆角半径
的距离
应保证不因凸模圆角半径的磨损影响到修边线，一般取
=3～5
。
=3～10
，拉延深度浅时取小值，深时取大值。
如凹模圆角半径
是工艺补充的组成部分，一般取
=6～10
。
以外的压料面部分
可按一根拉深筋或一根半拉深筋确定。
修边线在拉深件翻边展开斜面上、垂直修边时，如图6.2.9c所示，修边线距凸模圆角半径
的距离
和图6.2.9b中的
值相似。
修边方向与修边表面的夹角
不应小于
，因
角过小时，在采用垂直修边时，会使切面过尖，且刃口变钝后修边处容易产生毛刺。
修边线在拉深件斜面上、垂直修边时，如图6.2.9d所示，因修边线距凸模圆角半径
的距离
是变化的，一般只控制几个最小尺寸。
为了从拉深模中取出拉深件和放入修边模定位方便，拉深件的侧壁C的侧壁斜度一般取
。
考虑拉深件定位稳定、可靠和根据压料面形状的需要，一般取C=10～20
。
水平修边或倾斜修边主要应用在修边线在拉深件的侧壁上时，如图6.2.9e。
当侧壁与水平面的夹角接近或等于直角时，采用水平修边。
而侧壁与水平面的夹角较大时，特别是侧壁与水平面的夹角在
左右时，则采用倾斜修边。
此时，因修边线距凹模圆角半径
的距离
是变化的，一般只控制几个最小尺寸。
由于修边模要采用改变压力机滑块运动方向的机构，为了考虑修边模的凹模强度，修边线距凹模圆角半径
的距离
应尽量大，一般取
>25
。
3. 工艺孔和工艺切口
在制件上压出深度较大的局部突起或鼓包，有时靠从外部流入材料已很困难，继续拉深将产生破裂。
这时，可考虑采用冲工艺孔或工艺切口，以从变形区内部得到材料补充。
如图6.2.10所示为车门内板窗口反拉深的一个工艺切口示意图。
工艺孔或工艺切口的位置、大小和形状，应保证不因拉应力过大而产生径向裂口，又不能因拉应力过小而形成皱纹，缺陷不能波及覆盖件表面。
工艺孔或工艺切口必须设在拉应力最大的拐角处，因此冲工艺孔或工艺切口的位置、大小、形状和时间应在调整拉深模时现场试验确定。
由于模具制造装配困难，模具精度不易保证，冲切的碎渣影响覆盖件的表面质量，应尽量不用该方法，而在覆盖件设计时采取降低反拉延深度、加大圆角半径和增加侧壁斜度等相应措施，或在落料时预冲孔。
图6.2.10工艺切口示意图
6.2.3 拉深、修边和翻边工序间的关系
覆盖件成形各工序间不是相互独立而是相互关联的，在确定覆盖件冲压方向和加工艺补充部分时，还要考虑修边、翻边时工序件的定位和各工序件的其它相互关系等问题。
拉深件在修边工序中的定位有三种：
（1）用拉深件的侧壁形状定位。
该方法用于空间曲面变化较大的覆盖件，由于一般凸模定位装置高出送料线，操作不如凹模定位方便，所以尽量采用外表面侧壁定位；
（2）用拉深筋形状定位。
该方法用于一般空间曲面变化较小的浅拉深件，优点是方便、可靠和安全，缺点是由于考虑定位块结构尺寸、修边凹模镶块强度、凸模对拉深毛坯的拉深条件、定位稳定和可靠等因素增加了工艺补充部分的材料消耗；（3）用拉深时冲或穿制的工艺孔定位。
该方法用于不能用前述两种方法定位时的定位，优点是定位准确、可靠，缺点是操作时工艺孔不易套入定位销且增加了拉深模的设计制造难度，应尽量少用。
要使定位稳定可靠，必须是两个工艺孔，且孔距越远定位越可靠。
工艺孔一般布置在工艺补充面上，并在后续工序中切掉。
修边件在翻边工序中的定位，一般用工序件的外形、侧壁或覆盖件本身的孔定位。
此外，还要考虑工件的进出料的方向和方式、修边废料的排除、各工序件在冲模中的位置等问题。
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