汽车覆盖件冲压工艺设计

1、汽车覆盖件冲压工艺设计1.汽车覆盖件的特点 (32.汽车覆盖件冲压工艺设计 (32.1汽车覆盖件冲压工艺设计内容 (32.2拉延工艺设计 (92.2.1拉延冲压方向的确定 (92.2.2拉延工艺补充、压料面、及凸模轮廓线的设计 (92.2.3拉延筋的应用及设计 (112.2.4拉延毛坯形状及展开 (172.2.5 DL图的内容及设计 (192.3修边冲孔工艺设计 (222.3.1 修边冲孔冲压方向的确定 (222.3.2修边冲孔工艺方案的设计 (252.4翻边工艺设计 (392.4.1翻边冲压方向的确定 (392.4.2翻边工艺方案的设计 (392.5整形工艺设计 (452.6回弹分析及校正工

2、艺设计 (462.6.1回弹的分类及产生原因 (462.6.2常见的回弹及其对策 (462.7特殊材料的汽车覆盖件冲压工艺设计 (492.7.1拼焊板的冲压工艺设计 (492.7.2复合板的冲压工艺设计 (522.7.2铝合金板的冲压工艺设计 (533.汽车覆盖件典型零件冲压工艺分析及方案 (553.1 顶盖的冲压工艺分析及方案 (553.2 后围外板的冲压工艺分析及方案 (553.3 车门外板的冲压工艺分析及方案 (563.4长头车前围外板的冲压工艺分析及方案 (563.5油底壳的冲压工艺分析及方案 (571.汽车覆盖件的特点(内容见原书2.汽车覆盖件冲压工艺设计2.1汽车覆盖件冲压工艺设计

3、内容随着人们对汽车覆盖件冲压工艺设计重要性认识的加深,覆盖件冲压工艺的设计内容已经不再局限于简单的工艺排序及拉延补充,而是深入到模具设计、模具制造、乃至模具及冲压件检查等各个方面。目前,汽车覆盖件冲压工艺设计的内容主要包括:1.确定基准点及与冲模中心的关系所谓基准点是指基于汽车产品坐标系,位于汽车覆盖件表面或接近汽车覆盖件表面,用于反映汽车覆盖件在模具中的位置关系的一个空间坐标点。基准点的设定需注意:基准点应尽量取在汽车覆盖件的坐标交点上,其坐标值最好是整数。如将基准点放在汽车覆盖件表面,则要尽量放在平滑的表面上。标记方法:按汽车覆盖件相对与冲压方向的旋转情况分为以下三种情况:汽车覆盖件相对与

4、冲压方向无旋转如图19.8-3所示,需在图中画上坐标线,标注坐标线尺寸,指出下一条坐标线的方向,并标记基准点。 图19.8-3汽车覆盖件相对与冲压方向有一次旋转如图19.8-3所示,需在图中画上坐标线,标注坐标线尺寸,指出下一条坐标线的方向,标记基准点,并指出旋转角度。 图19.8-4汽车覆盖件相对与冲压方向有两次旋转如图19.8-3所示,需在图中画上坐标线,标注坐标线尺寸,指出下一条坐标线的方向,标记基准点及两次旋转角度,并说明旋转顺序。 图19.8-52.确定各工序冲压方向、送料方向及工序冲压内容冲压方向及冲压内容一般说来,各工序的冲压方向及工序内容不是孤立的,而是存在着很大程度上的内在联

5、系的。而拉延工序的冲压方向和工艺补充对后序的相应内容的影响是最大的,如图19.8-6所示,对同一个零件,拉延时的冲压方向决定了后序冲孔是直冲还是吊楔冲孔。 图19.8-6因此首先要在充分考虑拉延状态和保证后序冲压合理性的前提下定出拉延工序的冲压方向及工艺补充,然后在汽车覆盖件上其余的边、孔、翻边等制件特征进行合理的排序。送料方向送料方向的确定原则是:符合流水化作业的生产原则,对于手工送料,各工序送料方向应尽量一致,避免汽车覆盖件在冲压生产过程中的翻转和旋转,以减轻工人的劳动强度。有利于修边废料的顺利滑落。3.确定辅助制造基准和检测点给出拉延模到位标记销的位置使用目的:将上批最终产品和这批最初产

6、品的冲压成形程度(剪断程度通过视觉进行比较,将此作为成形状态的判断基准。设计注意事项:标记销设置在凹模一侧,一般斜对角布置两个。设置在冲压件材料流动少的水平面上。没有水平面时,设在不影响产品的平面上,一般设在修边冲孔线以外。尽可能法向压印。给出C-H孔的位置C-H孔(Coordinate Hole是在汽车覆盖件模具后期制造中,用于对模具进行调整验证以及对汽车覆盖件进行尺寸实验和检测。设计注意事项: C-H孔为专用孔,一般不用产品上的孔C-H孔一般为两个,但当产品为细长易变形件如左/右时可以设置3个。左右件拼合冲压时,C-H孔要设两对。C-H孔要尽量设在平面上,要充分考虑后序模具的结构,不能设在

7、后序有顶出装置的地方,不能设在有双动斜楔的地方,并且后序模具在相应的C-H孔位置处不能悬空。给出C-P点的位置C-P点(Check Point主要是用于对汽车覆盖件模具泡沫及铸件数控加工型面进行检测,而由设计者从工艺数模中给出的检测点。C-P点源于手工对汽车覆盖件模具泡沫及铸件数控加工型面无法进行检测,而要采用三坐标测量机。其设置原则是在保证均匀设置的前提下每隔约500mm一个。4.对各工序模具结构给予前期指导拉延模给出托杆孔位;给出模具快速定位方式及相应位置;给出模具闭合高度及压板槽位置;给出模具的起吊方式;修边冲孔冲孔模给出废料刀的位置及废料流向;给出模具闭合高度及压板槽位置;给出模具的起

8、吊方式;翻边整形模向下翻边时要给出刮料器的位置;向上翻边时要托杆孔位、模具快速定位方式及相应位置;给出模具闭合高度及压板槽位置;给出模具的起吊方式;斜楔模给出斜楔的类型和工作角度;特殊类型的斜楔给出工作简图;给出模具闭合高度及压板槽位置;给出模具的起吊方式;2.2拉延工艺设计2.2.1拉延冲压方向的确定(内容见原书,图19.8-3-19.8-5改为图19.8-7-19.8-92.2.2拉延工艺补充、压料面、及凸模轮廓线的设计1.工艺补充部分的设计(内容见原书, 图19.8-6-19.8-9改为图19.8-10-19.8-132.压料面的设计(内容见原书, 图19.8-10-19.8-14改为图

9、19.8-14-19.8-183.凸模轮廓线的设计当修边线在凸模上时,为了减少侧壁手工研配的工作量,凸模轮廓线应按图19.8-19所示设计: 图19.8-19当修边线在压料圈上时,凸模轮廓线应按图19.8-20所示设计: 图19.8-20当侧壁为产品形状时,凸模轮廓线应按图19.8-21所示设计: 图19.8-212.2.3拉延筋的应用及设计1.拉延筋的分类和适用范围按形状分为圆形拉延筋,见图19.8-22,用于一般情况。 图19.8-22方形拉延筋,见图19.8-23,用于浅拉延,变形性质为胀形时。 图19.8-23台阶形拉延筋(拉延槛,见图19.8-24,用于特殊情况。 图19.8-24按

10、设置方法分为整体式拉延筋,见图19.8-25,在模具本体上直接加工出来,用于一般情况。 图19.8-25镶拼式拉延筋,见图19.8-26。 图19.8-26堆焊式拉延筋,见图19.8-27,在模具本体上用堆焊的方式获得,主要在模具调试时使用。 图19.8-272.拉延筋的布置和尺寸设计圆形拉延筋整体式拉延筋时,a.当修边线在凸模上时,尺寸应按图19.8-28所示设计: 图19.8-28其中,H=R;(R=5, 6, 8A=R+R1+R2+C;B=2×R+R3+R4+C;C 值按以下条件确定:a.R2=1-2 时,C=8;b.R2=2.5 以上时,C=6;b.当修边线在压料面上时,尺寸

11、应按图19.8-29所示设计:其余尺寸同上图19.8-29镶拼式拉延筋时,尺寸应按图19.8-30所示设计: 图19.8-30其中,H=R;(R=5, 6, 8方形拉延筋整体式拉延筋时,a.一般情况下,尺寸应按图19.8-31所示设计: 图19.8-31b.需要提高材料利用率时,尺寸应按图19.8-32所示设计: 图19.8-32镶拼式拉延筋时,尺寸应按图19.8-33所示设计: 图 19.8-33其中,H=W/2;(W=10, 12, 16台阶形拉延筋(拉延槛尺寸应按图19.8-34所示设计: 图19.8-34其中,A=R1+R2+C; (C>=7mm2.2.4拉延毛坯形状及展开汽车覆

12、盖件毛坯按形状一般分为矩形毛坯和形状毛坯。矩形毛坯是由整张的冷轧板由剪板机按设计尺寸剪切后获得,而形状毛坯则由落料模或在拉延模中加落料功能获得。无论那种毛坯,均存在展开问题,对于一般旋转体,对称件拉延毛坯的展开可以按成形前和成形后的面积相等的原则计算。但对于汽车覆盖件由于其形状复杂、变化不规则、也不均匀,且材料存在相互位移,不能用面积相等的原则计算。目前,在设计阶段常采用尺寸决定法来获得毛坯的大致形状和尺寸,在拉延模制造完成之后在试验出最小的毛坯,以便获得高的材料利用率。拉延毛坯尺寸决定法如下:按板料成形性质分为两种情况:1.拉深变形时如图19.8-35所示,凸模最初接触比较平的表面时,但是当

13、压料面上有修边冲孔线时,应考虑其尺寸。 图 19.8-35拉延毛坯B=130+A(1-;其中的值:=0 (圆形拉延筋,进料方向与其垂直=0.04 (方形拉延筋=0.02 (圆形拉延筋,进料方向与其平行2.胀形变形时(浅拉深如图19.8-36所示,拉延毛坯L=b+70 图 19.8-36设计中对拉延工序件的纵、横方向各取典型断面或取数个等距断面按上述方法计算,再与角部(相当于矩形盒角部形状的毛坯展开圆滑过渡连接,从而获得近似的展开形状和尺寸,如果形状近似于矩形,则应简化成一定尺寸的矩形毛坯。此外,随着CAE技术的日渐成熟和广泛使用,基于有限元模拟技术的毛坯展开将会逐渐替代手工展开,将会使汽车覆盖

14、件毛坯展开的精度和速度大大提高。2.2.5 DL图的内容及设计DL图(Die Layout Drawing是用于表示汽车覆盖件冲压工艺内容,指导后序模具设计和制造的工程计划图。DL图的内容应包括:1.工序划分及加工内容2.工艺流程图及冲压设备3.各工序冲压方向及斜楔加工方向4.各工序送料方向5.各工序加工内容视图表示及示意简图6.基准定位孔(C/H,型面检查点(C/P7.基准点及冲压中心的关系8.拉延件工艺补充形状、位置及凸模轮廓线9.拉延毛坯形状尺寸10.修边冲孔位置、废料刀布置及废料流向11.制件变形预测及措施12.强力镦死区13.斜楔类型及角度14.对各工序模具结构给予的前期指导15.其

15、他需要说明的事项(左右件、技术要求等图19.8-37所示为轿车翼子板DL图中的工序简图示例图19.8-37图19.8-38所示为DL图中的各种符号参考表: 图 19.8-382.3修边冲孔工艺设计2.3.1 修边冲孔冲压方向的确定修边冲孔的冲压方向设计按考虑顺序有以下原则:刃口强度原则刃口强度是由孔边距、孔间距、刃口有效厚度的绝对值和相对值、以及刀口的锐角度决定。还与刃口材料与热处理和冲压材料的机械性能和状态相关。当用强韧的刃口材料在小壁厚的状态下使用时,仍然有满意的使用效果,在所有的影响刃口强度的诸多因素中,除孔间距只与冲压工序数量相关而与冲压方向无关外,其余因素均应在确定冲压方向时认真加以

16、考虑。a.修边冲压方向的确定如图19.8-39所示,修边线无论是在型面上还是在法兰上,当修边线与产品侧壁距离很小时,均要选取正置冲压方向. 图19.8-39b.冲孔冲压方向的确定如图19.8-40所示,在型面上冲孔,当孔距产品侧壁距离很小时,只能采用倒置冲压方向。而当在凸缘面上冲孔,当孔距产品侧壁距离很小时,则需采用正置冲压方向。 图19.8-40c.修边冲孔冲压方向的确定在修边冲孔复合时,若发生修边和冲孔对冲压方向要求不一致时,应遵循改善刃口强度最差的分离条件作为主要原则,将冲压方向一致的边与孔放到一道工序中。精度质量原则这里的精度是指冲压件由于冲压方向而产生的误差,是与冲压方向相关的精度。

17、主要包括两方面:a.尺寸、形状、位置偏差如图19.8-41所示,当产品要求的修冲尺寸为沿型面的法向时,而冲压方向与修冲法向不重合成一定夹角时,会使修边冲孔的尺寸、形状、位置产生偏差。这种偏差仅与冲压方向有关,而与制造精度并无直接关系。 图19.8-41因此在选择修边冲孔的冲压方向时要充分考虑由于冲压方向和产品法向不重合带来的误差,当产品对边和孔有尺寸公差要求时要注意选择合理的冲压方向和刃口尺寸,以便冲压出合格产品。当产品修冲尺寸为自由公差时,考虑到冲裁时产生侧向力,为减小工作零件所受剪应力,此时冲压方向和产品修冲尺寸的法向夹角a应小于10-15度。b.冲裁断面质量冲裁断面质量主要包括断面质量、

18、毛刺大小、光亮带方向。断面质量主要指断面的垂直度,即实际剪切面和刃法线的夹角,该角度过大,会使的冲压件尤其是外围法兰边有如刀锋一样锋利,会伤害操作工人。而毛刺应尽量避免存在与冲压件的装配表面上,从而影响装配间隙和质量。而光亮带应尽可能朝向后序翻边或翻口的外表面,以防止翻边或翻口外表面材料纤维拉伸变长而引起破裂。2.3.2修边冲孔工艺方案的设计1.修边线的展开汽车覆盖件修边线的展开是很复杂的一个问题,手工展开工作量大,而且精度低,因此在现生产中精确的修边线一般是用样板在后序模具上经过实验而获得的,而这大大增加了覆盖件模具的制造周期,成为目前覆盖件模具制造的一大瓶颈。因此,利用CAE技术获得精确或

19、较为精确的修边线将成为未来发展的方向。制件修边尺寸的展开,因为情况很多而不能一一列举,在此仅举几个代表性的例子。无伸长或压缩的纯直角弯曲的情况 图19.8-42如图19.8-42所示:L=a+b+c(R+xt/180其中,x为中性层位移系数,用线性差值法从下表获得: 压缩翻边(90°弯曲如图19.8-43所示: 图19.8-43拉伸翻边(90°弯曲如图19.8-44所示: 压合时修边尺寸展开计算方法 图 19.8-45如图19.8-44所示,当R=0时, L= L0+t 2+1.06t 1当R=t 2时, L= L0+0.57t 2+1.08t 12. 多次修边接刀的设计由

20、于强度和废料排放问题,汽车覆盖件的修边往往不是一次完成,当采用多次修边工艺时,每次修边之间就不可避免的产生接刀问题。接刀形状和尺寸可以按图19.8-46至图19.8-48设计。 当材料厚度t<=1.5mm 时,有以下两种形式: 图19.8-46 形式一 图19.8-47 形式二当材料厚度t<=1.5mm时 图19.8-483.修边冲孔冲裁力和卸料力的计算冲裁力汽车覆盖件模具的使用设备一般是根据冲压件生产厂家现有的设备给定的,因此计算修边冲孔的冲裁力的意义不大,通常不用计算,只有当经验上觉得设备力量不够时,才计算出修边冲孔的冲裁力来校合设备。而当冲裁力超过设备吨位50%时,在工艺或设

21、备上就要采取对策了。冲裁力p=l×t×式中p :冲裁力(kg(无阶梯状态下计算l :冲裁长度(mmt :板厚(mm:抗剪强度(kgf/mm2:(抗剪强度按下表: 钢板的简单参数见下表: 卸料力卸料力P 1因料厚、形状等的不同而各异。一般为冲裁力的26%。P 1=K ·P式中 K :卸料系数见下表卸料力系数K 卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 4.废料刀的布置和废料的处理废料刀的布置是修边工艺制定的一项重要内容,也是 DL图上必不可少的。废料刀布置的是否合理直接影响到废料能否顺利的滑落,进而关系到冲压生产的效率,所以是用户最关心的方面之一,也是修边工艺成败的

22、关键。废料刀的布置有以下几个原则:废料刀的布置首先要保证废料排除通畅,要考虑废料从各个方向翻转都能顺利落下。为了保证废料从废料刀一侧落下,必须对模具一周废料刀周密考虑,即顺时针或逆时针沿周设置,并且废料刀的刀面角度为10°。废料刀的开角相对于整刀直角,如图19.8-49所示;而当修边线为内凹曲线时,如图19.8-50所示,则废料刀应与模具中心线平行。 图19.8-49 图19.8-50废料刀的布置应根据产品的特点a.当产品修边线有凹形和凸台时应按图19.8-51 及图19.8-52布置,当按图布置废料仍然不能顺畅排出时,应采取顶销或刚性勾料的强制方法保证废料的顺畅滑落。 图19.8-

23、51 图19.8-52b.如图19.8-53所示,不要使凸模刃口与废料刀相对,如不可避免时,废料刀开角应设计成20度(如图中双点划线所示或设置强制落料装置。 图19.8-53c.当制件侧面形状如图19.8-54所示时, 图19.8-54废料刀应如图布置,尤其是当角度15c30时,必须按图所示布置。d.对于轮罩,车门,侧围等存在很大的内凹形状的零件,要避免废料刀过长的情况。如图19.8-55所示应尽量避免。 图19.8-55e.要避免出现废料刀强度太弱的情况 图19.8-56f.在产品角部布置废料刀时应注意以下三点:如图19.8-57所示,废料刀刃口距R最少10mm。 图19.8-57如图19.

24、8-58所示,废料刀刀座轮廓不要超过修边线。 图19.8-58如图19.8-59所示,废料刀的布置应使废料的重心在图示双点划线之外。 图19.8-59废料刀的布置应根据产品的大小(箭头为废料流向a.小型产品 b.中型产品 图19.8-61c.大型产品 图19.8-625.修边冲孔类型的确定修边冲孔按(内容见原书P390 3.3, 图改为19.8-63 和19.8-646.修边冲孔工艺内容的分配修边冲孔工艺设计的另一项重要内容就是在确定冲压件上的边和孔得冲压类型后,再对其在一定的工序内进行分配,即确定某一条边或某一个孔在哪一道工序冲出。而在进行这一项工艺设计时要充分考虑模具的结构和强度。从模具工

25、作部分强度考虑,当孔与孔、孔与边、边与边的最小距离按料厚小于下表所给出的最小值时,则必须放到两道冲压工序中来实现。 2.4翻边工艺设计2.4.1翻边冲压方向的确定(内容见原书P391 4 .2, 图改为19.8-652.4.2翻边工艺方案的设计1.翻边力及压料力的计算翻边力的计算与修边冲孔一样,计算翻边力的目的主要是为了后面压料力的计算。其计算根据翻边方式的不同分为以下8种情况. a. P = 1/2lt e. P = 2/3lt b. P = lt f. P = 5/6lt c. P = 3/2lt g. P = 7/6lt d. P = 2lt h. P = 3/2lt图19.8-66其中

26、,P=翻边力(N=抗拉强度(N/mm2l=翻边长度(mm t=料厚(mm注:如产品需底面墩死,则实际的翻边力应为计算值的1.5-2倍。压料力压料力根据板料厚度和冲压件形状不同而不同,一般为翻边力的15%-30%,压料力的确定要依照以下原则:a.当冲压件是外板件时压料力应按30%计,内板件时按15%-20%。b .所计算的压料力为压料板刚接触板料时的压力。如图 19.8-67所示。 图 19.8-67 c. 对于内板件,如分析有向外拉料的可能性时(见图 19.8-68,应加大压料力,可按外板计算。 图 19.8-682. 翻边变形分析及工艺对策 翻边的分类及其变形特点一般将翻边分为三大类:a.直

27、线翻边如图19.8-69所示,翻边线为直线且翻边所在的面为平面,此时翻边为纯压弯状态,板料不存在变形。 图19.8-69b. 伸长翻边如图19.8-70所示,翻边线为内凹曲线且或翻边所在的面为上翘曲面,此时翻边处受拉应力,板料产生伸长变形。 图19.8-70c.收缩变形如图19.8-71所示,翻边线为外凸曲线且或翻边所在的面为上凸曲面,此时翻边处受压应力,板料产生收缩变形。 图 19.8-71 具体对策无论是伸长翻边还是收缩翻边,其对策都是为了减小残留的内应力,防止制件出现开裂或起皱等冲压 缺陷。a .伸长翻边如图19.8-72所示,当翻边伸长趋势很严重时应在翻边线以外的翻边展开面上合理的布置

28、一些凸点,在翻边前依靠这些凸点事先存一定的料,避免翻边时因材料伸长变形导致制件出现缺料开裂。 图 19.8-72b .收缩翻边如图19.8-73所示,对于收缩翻边应在考虑不影响修边的情况下尽量采用拉延的方式成形,必要是可以不用翻边工艺,采用拉延后斜楔修边。 图 19.8-732.5整形工艺设计为保证冲压件能顺利成形,我们往往在拉延工序对产品的某些形状和特征进行改动,如加大圆角,对位于压料面的制件形状进行模糊处理等,而这些产品形状的恢复一般是通过整形工艺来实现的。另外,由于冲压缺陷和拉延变形不均匀导致拉延修边后的制件产生变形,而产品又对这些形状有特别的要求,如油底壳,气缸盖罩等零件,产品出于密封

29、性考虑,对产品上的大平面有平面度的要求,此时拉延修边后的零件往往不能满足这一要求,此时也需要通过整形来满足这些特殊要求。整形工艺虽然是覆盖件冲压工艺的一种,但工艺比较简单,其输入是拉延或拉延修边后的工序制件,要通过该工艺获得的是符合要求的制件最终形状。因此,整形通常不会被作为一道单独的工艺,即出于经济性考虑不会单独用一套整形模去实现整形工艺。所以在覆盖件冲压工艺设计时,我们通常把整形工艺和翻边工艺或修边冲孔工艺合并,形成翻边整形或修边冲孔整形的复合工艺。2.6回弹分析及校正工艺设计2.6.1回弹的分类及产生原因对于覆盖件冲压来讲,回弹是很难控制的一项冲压缺陷。通常将回弹分为两类:1.拉延回弹由于拉延过程中,板料存在难以控制的复的变形,因此拉延件中总是存在着残余的内应力,而这些内应力往往在修边后得以释放,从而造成回弹。2.翻边回弹翻边后由于板料的塑性变形不够,存在