第2章 顶盖前横梁工法设计

工艺分析

DieLayout1工艺分析的概念覆盖件成形时常见质量问题工艺分析过程23工艺分析的概念1.覆盖件工艺分析覆盖件冲压工艺方案（DieLayout）的制定是指对某覆盖件产品的形状尺寸进行科学分析后，制订出最合理的冲压工艺方案，并对各工序模具设计提出具体要求的模具布置。覆盖件冲压工艺方案制定又称工法设计，简称DL设计。工法图也称DL图。覆盖件的主要冲压工序有：落料、拉延、整形、修边、切断、翻边、冲孔等，其中最关键的工序是拉延工序。绝大多数覆盖件通过拉延工序得到全部或部分形状。确定拉延工艺方案是覆盖件冲压分析的第一步。合理的工艺方案能改善工件的成形工艺性，降低工件成形的复杂程度。工艺分析的概念2.覆盖件工法专业术语英文中文英文中文DIELAYOUT工法图BLANKSIZE坯料尺寸DIEFACE模面PATTERN泡沫模型SINGLEACTIONDRAWDIE单动拉延模DOUBLEACTIONPRESS双动压力机DRAWBEAD拉延筋DIE

DESIGN模具设计DRAWDIE拉延模PREBENDING预弯曲PUNCHPROFILE凸模分模线TOOLTRYOUT机械手调试BLANKHOLDERSTROKE压边圈行程PROGRESSIVEDIE连续模PAD压料板PITCH步距BLANKINGDIE落料模NECK暗裂TRIM

DIE修边模BURR毛刺FLANGE

DIE翻边模CRACK开裂ROTATE

CAM旋转斜楔WRINKLE起皱SPRING

BACK回弹TRIMLINE修边线SHOCKLINE冲击线OVERDRAW过拉延UNDER

CUT加工死角LOWERDIE下模CHECKHOLECH孔（合模基准孔）UPPERDIE上模BOTTOMMARK到底标记LOWERDIEBASE下模座工艺分析的概念2.覆盖件工法专业术语英文中文英文中文SCRAP废料UPPERDIEBASE上模座MASTER基准侧MATCH

FACE匹配面TOLERANCE公差TRIMSTEEL修边刀块CADDATACAD数据FLUP向上翻边CLEARANCE刃口间隙FLDOWN向下翻边RELIEF让空MATERIAL材质STAMPING冲压FINISH精加工ROUGH粗加工CONCAVE凸LOWER

WEIGHT下模重量CONVEX凹UPPER

WEIGHT上模重量DIEHEIGHT模具闭合高度TOTAL

WEIGHT总重量FEEDLEVEL送料高度DIRECTIONOF

PRESS冲压方向PUNCHRETAINER凸模固定板FEED

STROKE

送料行程STARTPOINT基准点DOUBLECAM双凸轮PARTDRAWING零部件图HORIZONTALCAM水平凸轮CHECKINGFIXTURE检具工艺分析的概念冲压加工工序名称中英文对照表序号工序名称英

文

全

称略

写1剪断ShearSH2落料BlankBL3切割CutCUT4冲缺NotchNOT5冲孔PiercingPI或PRC6剪边TrimmingTR7分割SeparatingSEP8修边ShavingSHV9引伸DrawDR10再引伸RedrawRDR11成形FormFO12辗制成形Roll-formRO-FO13伸展抽制成形Stretch-drawformingS.D.F14整形RestrictingRST工艺分析的概念冲压加工工序名称中英文对照表序号工序名称英

文

全

称略

写15压印EmbossEMB16叠接JoggleJOG17弯边FlangeFL18密闭弯曲HemmingHEM19翻孔BurringBUR20卷边CurlingCRL21凸胀BulgeBLG22缩颈NeckingNEK23弯曲BendBE24侧冲孔

CAMPiercingCAMPI或CAMPRC25包边HemmingHEM26弯曲整形FlangeANDRestrictingFLRST27落料、冲孔BlankANDPiercingBL+PRC28剪边、冲孔TrimmingANDPiercingTR+PRC工艺分析的概念绝大多数覆盖件由3到5套模具冲压得到，即3到5道冲压工序，以下是常见的几种工序排布方案：1、拉延（DR）→修边冲孔（TR+PI）→整形（RST）2、拉延（DR）→修边冲孔（TR+PI）→整形（翻边）（RST）→整形（侧整、侧修、侧修）（RST+CTR+CPI）3、落料（BL）→拉延（DR）→修边冲孔（TR+PI）→整形）（RST）→整形）（RST）工艺分析的概念3、典型零件的工序步骤工艺分析的概念包边覆盖件成形时常见质量问题起皱WRINKLE由于板料的厚度方向的尺和平面方向上的尺寸相差较大，造成厚度方向不稳定，当平面方向的应力达到一定程度时，厚度方向失稳，从而产生起皱现象。起皱处覆盖件成形时常见质量问题起皱的解决措施1.在产品设计方面，检查原始产品模型设计的合理性，避免产品出现鞍形形状，产品易起皱部位增加吸料筋等等。2.冲压工艺方面，合理安排工序；检查压料面和拉延补充面的合理性；检查拉延毛坯、压料力、局部材料流动情况的合理性；用内筋方式舒皱，提高压料力；调整拉延筋、冲压方向，增加成形工序、板料厚度，改变产品及工艺造型以吸收多余材料等方法。3.产品材料方面，在满足产品性能的情况下，对于一些易起皱的零件，改用成形性较好的材料。覆盖件成形时常见质量问题2.开裂CRACK由于材料在拉伸过程中，应变超过其极限，而形成失稳。开裂处开裂CRACK的解决措施1.材料方面，应选用拉延性能较好的材料。2.减少应变方面，选择合理的坯料尺寸和形状，调整拉延筋参数，增加工艺切口，改善润滑条件，修改工艺补充面，调整压料力。覆盖件成形时常见质量问题覆盖件成形时常见质量问题3.回弹SPRING

BACK零件在冲压成形后，材料由于弹性卸载，导致局部或整体发生变形。回弹SPRING

BACK解决措施1.补偿法。其原理是根据弯曲成形后板料的回弹量的大小预先在模具上作出等于工件回弹量的斜度，来补偿工件成形后的回弹，它依赖经验和CAE模拟。2.拉弯法。是在板料弯曲的同时施加拉力来改变板料内部的应力状态和分布情况，使应力分布较为均匀，减少回弹量。覆盖件成形时常见质量问题工艺分析过程零件形状分析初步工艺分析CAE分析复核与优化通过YN工艺分析过程翻孔突破孔以顶盖前横梁为例零件形状分析分析结果：左右基本对称，有两处翻孔，有多处冲孔，还有一些突破孔。工艺分析过程2.初步工艺分析工艺方案的制定依赖于设计者和软件，一方面根据设计者冲压工艺方面的工作经验，另一方面要借助软件进行初步分析计算。工艺分析过程2.初步工艺分析对于顶盖前横梁首先考虑如何成形，方案一，是先落料再直接成形，方案二，先拉延再修边。覆盖件一般应采用拉延工序得到产品形状。一般来说，经过拉延工序最终得到的产品与直接成形相比质量更好。因此顶盖前横梁采用方案二达到成形目的。顶盖前横梁没有翻边，形状不复杂，不需要整形。其有两处翻孔，翻孔的工艺应考虑为先冲孔再翻孔。综上所述，顶盖前横梁应有三道工序：拉延→修边冲孔→翻孔。考虑到冲孔较多，如果在第二序修边时冲完所有的孔，模具设计有困难，上模没有足够的空间来布置弹簧、导板、限位螺栓等，模具强度弱，所以应移一部分孔到3/3工序。

调整后的冲压工艺方案为：拉延→修边冲孔→冲孔、翻孔工艺分析过程最终的工法图（DL图）工艺分析过程3、CAE分析零件成形质量是工法成败的关键，对大多数覆盖件来说，必须在前期通过CAE分析进行验证。CAE分析的主要作用：（1）冲压工艺性分析，对产品提出设计变更；（2）对可能发生皱纹、开裂、毛刺等缺陷部位提出建议；（3）分析零部件的冲压方向、工序数、压力、落料尺寸、零件强度、R角等；（4）冲压件回弹的分析处理；（5）外板件的强度、刚度、滑移线等质量目标的确定。工艺分析过程3.CAE分析顶盖前横梁拉延成形性能分析动画模拟（链接文件）工艺分析过程3.CAE分析顶盖前横梁拉延成形性能分析结果：绿色表示安全，紫色表示起皱，灰色表示未充分变形。成形性能图3.CAE分析顶盖前横梁拉延成形性能分析结果：产品部分变薄率大多在2%到4%之间，均为安全。结论：分析通过工艺分析过程变薄率图整体侧围CAE分析工艺分析过程工艺分析过程工艺分析过程工艺分析过程侧围外板车CAE分析END工艺数模设计

ProcessModelDesign1工艺数模的概念工艺数模设计原则设计步骤设计指导典型案例5234工艺数模的概念1.概念

为了给覆盖件创造一个良好的拉延条件，需要将覆盖件上的窗口填平，开口部分连接成封闭形状。覆盖件有凸缘的需要平顺改造使之成为有利成型的压料面，无凸缘的需要增补压料面，这些增添的部分称为工艺补充部分，其与产品数模合在一起称为工艺数模。工艺数模的概念2.工艺数模各部位名称1-拉延筋2-立面（或称墙面）3-拉延圆角4-压料面5-分模线112345工艺数模设计原则1.拉延工艺数模设计应考虑以下几个方面：（1）拉延时的进料条件；（2）压料面的形状和位置；（3）修边线的位置和修边方式、翻边线的位置和翻边方式。工艺数模设计原则2.原则有凸缘的需要平顺改造使之成为有利成型的压料面，无凸缘的需要增补压料面，这些增添的部分称为工艺补充部分。工艺补充是拉延工艺不可缺少的部分，拉延后又需要将它们修切掉，所以工艺补充部分应尽量减少，以提高材料的利用率。工艺补充：为了控制成形阻力而增加的工艺补充部分黄色部分为工艺补充三、设计步骤1.读入数模2.确定数模基准点和冲压方向3.前期数模处理4.压料面设计5.拉延立面和拉延圆角设计6.拉延筋设计三、设计步骤1.读入数模——顶盖前横梁产品数模为了在不同的三维软件之间进行转换，需用到IGS或STEP格式，实体转换要用STEP格式，片体转换可以用IGS格式。三、设计步骤2.确定数模基准点和冲压方向（1）数模基准点原则数模基准点原则与工序模具中心重合。且坐标值应为整数。确定方法：使用CAE软件原始数模进行分析时，找到零件重心的坐标值，以此为依据进行手工调整。顶盖前横梁的数模基准点坐标为（X900，Y0，Z1150）。三、设计步骤（2）冲压方向确定：①该工序的工作内容不能有负角，且工件定位可靠。②要考虑后面工序的角度，如拉延之后有修边工序、冲孔工序、翻边工序，要考虑修边角度、冲孔角度、翻边角度，尽量不用斜楔结构。③拉延工序各处拉延深度尽量小，各处拉延深度不能相差不大，还要保证坯料进入工作零件时接触面应尽量大。三、设计步骤（3）要求凸模中央先接触，慢慢向外扩展。不同接触毛坯的形式最佳三、设计步骤通过旋转数模得到冲压方向顶盖前横梁的旋转角度为：X0Y-164Z90，即以基准点为中心，先绕X轴转0°（不转），再绕Y轴转-164°，然后绕Z轴转90°顶盖前横梁冲压方向确定确定了冲压方向的顶盖前横梁5701011_GYSM_Step1~25701011_GYSM_Step35701011_GYSM_Step4三、设计步骤4.压料面设计设计原则（1）压料面应尽量光滑平整；（2）拉延深度要小，且各处拉延深度不能相差太大；（3）压料面形状与覆盖件产品形状关联。三、设计步骤压料面设计失败案例压料面设计过高造成开裂压料面设计过低造成起皱三、设计步骤顶盖前横梁压料面设计顶盖前横梁产品及压料面主视图顶盖前横梁产品及压料面侧视图黄色为产品数模蓝色为压料面三、设计步骤5.拉延立面和拉延圆角设计（1）拉延立面（墙面）它把压料面与对原始数模处理后的片体连起来。立面是有拔模角度的；立面太陡，拉延生产时可能出现开裂；立面太平缓，会浪费材料；立面与冲压方向的角度在3°到15°之间。（2）分模线拉延立面与压料面的交线。（3）拉延圆角设计拉延立面与压料面、拉延面与处理过的原始数模片体一般通过圆角连接起来；圆角过大，会加大坯料尺寸，浪费材料；圆角过小，拉延生产时工件有可能破裂。立面高度H=15mm立面角度a=3~15o拉延圆角Ra=6mm

Rb=6mm设计常规尺寸范围三、设计步骤三、设计步骤合理设计方案示例一压料面应光滑平整，各处拉延深度不大，因此拉延顺利6.拉延筋Dead设计（1）认识拉延筋拉延模下模及拉延件上的拉延筋拉延模下模拉延筋拉延件三、设计步骤三、设计步骤冲压设备上的拉延模及拉延件上的拉延筋顶盖拉延件上工作台在压床上的顶盖拉延模上模下模拉延筋拉延（设计）工艺数模上的拉延筋三、设计步骤顶盖前横梁工艺数模废料产品产品零件拉延数模拉延件位置:拉延筋设在压料面上，在废料区。拉延筋剖面拉延筋零件实物上的拉延筋五菱公司Spark车门内板零件及拉延件车门内板拉延件车门内板零件思考：拉延筋的位置？拉延筋：拉延数模上设计→拉延模→（冲压）拉延件在拉延件上压料面上，在废料区三、设计步骤三、设计步骤（2）拉延筋的作用及布置实例拉延筋对改变阻力、调整进料速度和防止起皱有明显效果。具体作用如下：增加局部区域的进料阻力，平衡整个拉延件进料速度。加大拉延成形的内应力数值，增大进料阻力，提高覆盖件的刚性。加大径向拉应力，减少切向压应力，延缓或防止起皱。降低压料要求，提高拉延稳定性。后面进行实例说明。原因：零件直接成形，没有采用拉延工序，没有设置拉延筋。问题：起皱、叠料实例1：某地板加强梁结论：近似垂直的立面处不设置拉延筋立面易破裂此处不设置拉延筋实例2：某立柱加强梁