覆盖件汽车车门内板的成形.docx

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覆盖件汽车车门内板的成形

摘要冲压模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备，具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。

本课题选用典型的汽车覆盖件——车门内板，并对其进行冲压成形工艺方案设计。

首先对零件进行结构分析，确定零件尺寸，并在CAD中画出其三维示意图，然后进一步对其进行冲压工艺性分析，确定其成形难点，在保证产品质量的前提下，不断完善确定最佳工艺方案。

零件冲压工艺确定后，接着对其进行模具设计。

模具设计是重中之重，每一付模具都必须经过精确计算，包括拉深力、压边力等。

模具设计必须先设计好凸、凹模，凸、凹模的设计对零件的最终成形尤为重要，必须先充分计算其尺寸，然后在CAD中画出其三维示意图及二维尺寸图。

接着要设计模架，选择导柱、导套，并确定模座尺寸，最后设计其它模具工作零件，包括卸料板、固定板、螺钉、定位销、挡料板等，并一一确定尺寸，画出相应实体图及尺寸图。

最后根据所设计的结构尺寸在CAD中画出模具总装图。

此外，为了提高模具的使用寿命，模具零件的选材也同样重要，先确定模具工作零件的选材，再设计出合适的热处理工艺。

关键词：

车门内板冲压成形模具设计热处理

Formingofinsidethedoorplateofautomobilecoveringparts

AbstractMouldisanimportantcraftequipment,whichisanadvancedtechnologyinthemechanicalmanufacturingindustry,withhighefficiency,highmaterialutilization,productqualityandprocessgoodadaptability.Itiswidelyusedinautomobiles,machinery,aerospace,aviation,lightindustry,electronics,electricalappliances,instrumentationandotherindustries.

Throughreadingthebooks,searchingonline,referencetosimilarpartsformingprocess,formingcharacteristicsofdifferentprocessesforartifacts,thispaperformulatecorrespondingreasonableworkingprocedure,andeffectivecombination,astoreducethecostofthemouldmanufacturingcycle,andimprovetheproducingefficiency.Atthesametime,theuseofAutoCADdrawingpartsandmould2dfigureand3ddrawing,simpleandquick,andaccuratesize,easytocalculate,inqualityassuranceatthesametime,greatlyshortenedthemoulddesigningcycle.

Thistopicselectsthetypicalautomobilecoveringparts—aninsidethedoorplate,andcarriesthedesignofonthestampingformingprocess,involvingtheprocessesofcommonblanking,deepdrawing,punchingprocess.Duringthisperiod,throughextensiveaccesstobooks,thispaperhascarriedouttheadequatetheoryanalysisandcalculation.Onthepremiseofguaranteethequalityofproducts,optimizetheprocesscombination,andconstantlyimprovetheoptimumprocessscheme,sothatitcangreatlyimprovetheproductionefficiencyinpractice.Thistellsusinthetechnologyselectionanddiedesigntoflexibleapplication,givefullconsiderationtovariousfactorsinthepracticalapplicationof,notonlyhasthequalityofourproductsandalsoconsidertheproductioncost,productionefficiency,todesignthemostsuitableformingprocessfordifferentparts.

Keywords:

insidethedoorplatestampingdiedesignheattreatment

第一章绪论

1.1汽车覆盖件的特点

1.1.1汽车覆盖件的结构特点

汽车覆盖件（简称覆盖件）是指覆盖发动机、底盘,构成驾驶室和车身的薄钢板的异型体的表面零件和内部零件而言。

按功能和部位分类，覆盖件可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。

外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观质量有特殊要求，内部覆盖件的形状往往更复杂。

同一般冲压件相比，覆盖件一般由0.8mm~2.0mm的冷轧薄钢板冲压而成，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点，其制造工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺等都具有特殊性。

因此，覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节[1]。

1.1.2汽车覆盖件的质量要求

覆盖件具有材料薄、形状复杂、多为立体曲面、结构尺寸大以及表面质量高等特点。

而且覆盖件冲压工艺、冲模设计和冲模制造工艺也有独自的特点。

同时由于覆盖件的质量直接影响着车身的质量,因此对覆盖件的表面质量、尺寸、刚性以及工艺性等方面都提出了更高的要求。

要保证汽车覆盖件的质量，首先要保证覆盖件模具的质量，其影响是直接的，模具在使用时要承受较大的载荷，如剪切力、压力、弯矩等。

因此，其要求主要表现在：

高强度和高硬度；高耐磨损性能；高冲击韧性；热处理工艺简单，淬透性好；良好的机械加工性能；价格便宜，市场供应方便充足[2]。

模具必须有足够的强度和刚度，这是保证模具正常使用的前提；模具要有简单、合理、标准和安全的结构；模具要有精确的、耐磨的型面配合。

因此与一般模具相比，汽车覆盖件模具具有独特的特点。

鉴于以上特点，模具材料的选用要求就比较苛刻，而且其热处理要求也会比较高，随着汽车产销量的日益提升，这些特点会越来越明显。

1.1.3汽车覆盖件的成形特点

汽车覆盖件的质量要求和结构特点决定了其冲压成形的特点：

（1）一次拉深成形

对于轴对称零件或盒形零件，若拉深系数小于一次拉深的极限拉深系数时，则不能一次拉深成形，需要采用多次拉深成形方法，而且可以计算出每次拉深的拉深系数、工艺参数、毛坏尺寸等。

但对于汽车覆盖件来说，由于其结构、变形复杂，其规律难以定量把握，以目前的技术水平还不能进行多次拉深工艺参数的确定。

而且多次拉深形成的冲击线、弯曲痕迹线也会影响油漆后的表面质量。

因此，汽车覆盖件的成形都是采用一次拉深成形的方法，但其冲压难度与复杂性也就相应增加了。

（2）拉胀复合成形

汽车覆盖件的成形过程中的毛坯变形不是简单的拉深变形，而是拉深和胀形变形同时存在的复合成形。

一般来说，除内凹形轮廓（如形轮廓）对应的压料面外，压料面上的毛坯的变形为拉深变形（径向为拉应力，切向为压应力），而轮廓内部，特别是中心区域毛坯的变形为胀形变形（径向和切向均为拉应力）。

（3）局部成形

局部成形轮廓内部有局部形状的零件冲压成形时，压料面上的毛坯受到压边圈的压力，随着凸模的下行而首先产生变形并向凹模内流动，当凸模下行到一定深度时，局部形状开始成形，在成形过程的最终时刻全部贴模。

所以，局部形状外部的毛坯难以向该部位流动，该部位的成形主要靠毛坯在双向拉应力下的变薄来实现面积的增大。

通常覆盖件都有一些局部形状如凸缘、凹槽、加强筋等。

（4）变形路径变化

汽车覆盖件冲压成形时，内部的毛坯不是同时贴模，而是随着冲压过程的进行而逐步贴模。

这种逐步贴模过程，使毛坯保持塑性变形所需的成形力不断变化，毛坯各部位板面内的主应力方向与大小、板平面内两主应力之比等受力情况不断变化，毛坯（特别是内部毛坯）产生变形的主应变方向与大小、板平面内两主应变之比等变形情况也随之不断地变化。

即，毛坯在整个冲压过程中的变形路径不是一成不变的，而是变路径的。

这种变形路径的变化使得坯料在成形过程中的变形更加复杂[4]。

1.2汽车覆盖件工艺设计要点

通常，汽车覆盖件的工艺设计过程可以归纳如下：

（1）根据产品图及产品冲压工艺设计，进行详细的车身产品工艺性分析。

为了实现拉延或创造良好的拉延条件，必须合理考虑冲压方向、工艺补充部分形状以及压料面形式、拉延筋布置等重要工艺因素。

其中包括利用计算机进行的工艺补充面设计；

（2）在满足产品使用的前提下，将过剩的质量要求及时反馈给产品设计部门，进行研讨，力争把产品完善到最简单、最合理的工艺要求，以克服产品的过剩质量，减少不必要的工装投入；

（3）利用计算机进行车身产品的冲压工艺性分析，进行图面形状的分析探讨和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握产品使用性能要求的前提下，考虑用户使用和维修，利用塑性加工原理、冲压工艺知识和模具设计结构的有关知识，设计冲压工艺过程图。

在设计过程中，同时要分析冲压工艺方案，发现不足之处，进行必要的修正。

（4）模具设计人员按照冲压工艺过程图的基本要求进行模具设计，模具CAD设计包括上、下模座，工作部分零件，导向部件，定位零件和进出料装置等设计。

数控编程和模型人员按照冲压工艺过程图和模具图进行数控编程和模型制造，最后按照冲压工艺过程模具图要求进行机械加工和模具装配调试，最终调试出合格的产品[5]。

简单的来说，覆盖件的成形工艺过程可以用图1-1来描述。

图1-1覆盖件成形工艺流程图

1.3国内外汽车冲压模具技术的发展

1.3.1技术发展现状

（1）设计水平

汽车工业比较发达的欧美国家在进行汽车覆盖件模具设计时，大量采用三维CAD设计，比例高达70%～90%，Pro/E、UG等软件的应用也很普遍，利用这些软件创建的自动绘图精确度高，得出的计算数据可靠，数据库功能较强，因而设计效率很高。

相对于国外的先进水平，国内在汽车覆盖件模具的设计上则显得力不从心。

国内一批大、中型汽车覆盖件模具生产企业陆续引进了一定数量的CAD系统，并配置了一些设计、分析的专用软件，取得了一定的经济效益。

但是由于多方面的原因，仍有不少中小型企业还停留在手工设计模具的阶段，采用传统的设计方法和二维CAD设计，导致设计的标准化和开发应用水平低，效率不高，并且在设计的理论和实践经验的积累上远远落后于国外。

（2）制造水平

在汽车覆盖件模具的制造上，国内外也有很大差距。

当前国内采用CAM技术的普及率还不够高，应用水平也不平衡，而在国外普遍采用CAM技术。

高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术，其加工效率比传统的切削工艺要高几倍，甚至十几倍，国内这门技术的应用已经有很长一段时间，但是近几年才真正用到模具加工上，并且应用水平低，应用企业少，很多技术工人还不能熟练掌握高速切削的关键技术，不熟悉其操作环境，导致高速切削技术在国内没有发挥应有的作用。

特别是在汽车覆盖件模具加工方式上，少数企业采用了高速切削加工技术，更多的企业则以数控为主，大量引进数控设备机床进行分工序加工。

由于没有很好地利用高速切削技术，因而生产效率低，生产出来的模具精度差、余量大、钳工研修量大。

高速切削技术及高速加工设备在国外得到了长足发展，高速加工及一次装夹完成多工序加工，不仅生产效率高，而且精度高，钳工研修量小，大大缩短了模具的生产周期，实现了从开发、设计到制造、经营一体化的计算机集成工程。

（3）标准化程度

当前，面对国内庞大的汽车模具市场，国内的汽车模具厂商却显得有些力不从心，特别是在汽车覆盖件模具的设计、生产和制造上，汽车模具的标准化工作多停留在初步阶段，汽车覆盖件模具标准件的生产量少，产品水平低，虽然有不少汽车企业采用了标准件，但是许多依赖进口。

汽车车身模具标准未能向国际靠拢，尚未建立和完善多种典型的模具结构和工艺，且尚未形成行业标准件计算机销售网，模具标准件的供货周期长，商品品种不全。

与此相比，国外的汽车车身模具标准件供货渠道通畅，商品化程度高、品种齐全且出口到世界各国。

（4）管理水平

在企业管理方面，信息化管理在国外已很普遍，而国内只有少数企业实施信息化管理。

一个企业不管其有多么先进的技术，管理上的不完善会导致其产品的总体生产水平和企业综合能力落后于管理比较完善的企业。

因此，企业管理是一个系统工程，信息化是发展方向，必须充分重视企业管理的信息化[6]。

1.3.2产业发展思路

虽然我国的汽车模具具有成本低、价格比较便宜等优势，而且随着近几年的发展，汽车模具技术已经有了长足的发展，但是我国的汽车覆盖件模具在设计、制造、标准、管理等方面与国际先进水平有很大差距。

因此，在发展我国的汽车覆盖件模具的过程中应该做到：

（1）调整产业结构

我国汽车市场的模具需求量已达到200多亿元，但是我国汽车模具的生产能力只有100亿元左右。

目前我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小；而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具、轿车覆盖件模具等高档模具仍有很大发展空间。

只有调整我国汽车模具的产业结构，提高高档模具的生产能力，才能改变我国高档模具主要依靠进口的现状。

（2）提高技术创新

积极改进技术，提高设计、制造水平；借鉴国外先进技术，引进先进设备；加快汽车覆盖件模具标准化工作，做好标准的制订和推行工作；加快汽车模具技术的积累和研究开发能力。

（3）集群化发展

技术的跨越不仅仅是一个企业的孤立行为，而是一个行业的整体技术进步，只有行业整体的技术跨越，才能推动装备制造业的技术跨越。

所以要大力发展我国的汽车模具单单依靠某个汽车模具企业是远远不够的，汽车模具企业间、汽车模具企业与汽车企业间应该加强沟通、联系，取长补短，在合作中发现问题、解决问题，加快汽车模具发展的步伐[7]。

第二章汽车车门内板的工艺分析及工艺方案选取

2.1汽车车门内板的结构分析及成工艺性分析

汽车覆盖件具有尺寸大、相对厚度低、形状复杂等特点,决定了在冲压成形中板料变形的复杂性,变形规律不易被掌握,不能定量地对主要工艺参数和模具参数进行计算,在工程实践中还运用经验类比来进行冲压工艺设计.

车门内板是汽车驾驶室上最重要的外覆盖件，尺寸大，要求严格，成形困难，主要表现在：

（1）复杂成形模的数据传递环节产生较大的累积误差；

（2）手工劳动量大，设计制造周期长；

（3）在设计制造过程中重复劳动多，技术人员的工作效率低。

近年来，产品的更新换代加快，批量生产下降，品种增加，交货期短，模具设计与制造面临十分严峻的困难[7]。

这里的车门内板零件制造材料采用st14钢，料厚1.0mm，如图2-1所示。

从图中可以看出，该零件形状复杂，高差较大，局部成形较多，板料的变形不是单纯地拉延成形，而是存在一定程度的胀形变形，是典型的汽车覆盖件。

图2-1汽车车门内板三维图

如图2-1所示，由于窗框部分进行内工艺补充后，形成了零件的反成形形状，这部分形状的成形一般不能靠外部材料补充，只能靠板料的胀形成形来实现，胀形成形较深，且角部R小，从而在拉延成形过程中很容易出现破裂。

综合考虑车门内板的成形特点，本课题在研究中将零件简化处理，从而提高其成形性能，降低成本，提高生产效率。

零件三视图及尺寸如图2-2所示。

图2-2汽车车门内板零件图

材料st14钢是深拉伸级的，主要是侧重于拉伸性能，屈服强度Rp0=220MPa，抗拉强度Rm=270-350MPa，硬度≤50HRB，和普通低碳镀锌板相比硬度高，但是可塑性和韧性差，所以，其化学成份并无一定的标准，主要是能达到其拉深性能。

2.2汽车车门内板工艺方案的确定

产品冲压成形工艺的确定过程，就是分析和预测板料在变形过程中可能产生的缺陷，并采取一定的措施，以消除和防止冲压缺陷，还要考虑制造能力、冲压设备、投资成本等因素。

车门内板材料为st14钢，料厚1.0mm，拉深深度为80mm，零件加工精度要求高。

简化后的零件形状不对称，如图2-3所示零件俯视图所示，上半部有深10mm凹槽用于安装车窗玻璃，拉深圆角R10mm。

该零件为驾驶室中主要的大型覆盖件，外观及装配精度较高，要求工件表面平整无皱纹，棱线清晰，刚度好。

在制订工艺及设计模具时尽可能保证各项要求，初步分析，零件需要进行落料，拉深，冲孔才能成形。

而在落料和冲孔这两道工序中，没有存在比较复杂的问题。

因为没有侧孔，所以冲压方向都是竖直的。

而由于零件拉深方向的一致性，并且有较大的面以承载零件的拉深，所以零件的拉深方向也可以是单一竖直的。

因此确定冲压成形工序为：

落料→拉深→冲孔。

实践证明，在多数情况下，拉深工序是制造汽车覆盖件的关键，它直接影响产品质量、材料利用率、生产效率和制造成本。

大型覆盖件根据形状复杂程度和变形特点，可分为三类：

浅拉深件、一般拉深件和复杂拉深件[8]。

而车门内板作为汽车重要的覆盖件，其变形特点可见表2-1所示。

表2-1覆盖件分类及拉深变形特点

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