第7章 汽车覆盖件成形,7.1 概述 7.2 覆盖件拉深工艺设计 7.3 覆盖件模具设计 7.4 覆盖件工艺设计举例,7.1 概述,7.1.1 汽车覆盖件特点 7.1.2 覆盖件冲模的分类 7.1.3 覆盖件的主要成形缺陷及其防止措施,7.1.1 汽车覆盖件特点,1.汽车覆盖件的结构特点 2.汽车覆盖件的成形特点 3.汽车覆盖件的质量要求,1.汽车覆盖件的结构特点,(1)总体尺寸大 如驾驶室顶盖的毛坯尺寸可达2800mm2500mm。 (2)相对厚度小 板料的厚度一般为0.81.2mm，相对厚度(板厚与毛坯最大长度之比)最小值可达0.0003。 (3)形状复杂 不能用简单的解析曲面来描述其空间形状。 (4)轮廓内部带有局部形状 这些内部形状的成形往往对整个冲压件的成形有很大的影响，甚至是决定性的影响。,2.汽车覆盖件的成形特点,(1)一次拉深成形 对于汽车覆盖件来说，由于其结构复杂、变形复杂，其规律难以定量把握。 (2)拉胀复合成形 汽车覆盖件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。 (3)局部成形 轮廓内部有局部形状的零件在冲压成形时，压料面上的毛坯受到压边圈的压力，在凸模下行时首先产生变形，当凸模下行到一定深度时，才开始局部形状的成形，最终全部贴模。 (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渐贴模。 (5)成形工序多 覆盖件的冲压工序一般要46道工序，有的多达10多道工序。,图7-1 汽车覆盖件不同部位的变形性质,3.汽车覆盖件的质量要求,(1)尺寸精度 汽车覆盖件应有很高的尺寸精度(包括轮廓尺寸、孔位尺寸、局部形状尺寸等)，以保证焊接或组装时的准确性、互换性，便于实现车身焊装的自动化和无人化，也保证车身外观形状的一致性和美观性。 (2)形状精度 特别是对外覆盖件，要求具有很高的形状精度，必须与主模型相符合。 (3)表面质量 覆盖件尤其是外覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而有损于外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。 (4)刚性好 覆盖件在成形过程中，材料应有足够的塑性变形，以保证零件具有足够的刚性，使汽车在行驶中受振动时，不能产生较大的噪声，更不能因振动而产生早期损坏。,7.1.2 覆盖件冲模的分类,1.覆盖件拉深模 2.覆盖件修边模 3.覆盖件翻边模,2.覆盖件修边模,1)冲压件形状复杂，模具分离刃口可能是任意的空间曲面。 2)冲压件在修边后通常存在不同程度的弹性变形。 3)分离过程存在较大的侧向压力等。,7.1.3 覆盖件的主要成形缺陷及其防止措施,1.覆盖件成形时的起皱及防止措施 2.覆盖件成形时的开裂及防止措施 3.覆盖件成形时的回弹及防止措施,1.覆盖件成形时的起皱及防止措施,1)拉深时板料的曲率半径越小越容易引起压应力，越容易起皱。 2)凸模与板料的初始接触位置越靠近板料的中央部位，引起的压应力越小，产生起皱的趋势就越小。 3)从凸模与板料开始接触到板料全面贴合凸模，贴模量越大，越容易发生起皱，且起皱不容易消除。 4)拉深的深度越深，越容易起皱。 5)板料与凸模的接触面越大，压应力越靠近模具刃口或凸模与板料的接触区域，由于接触会对材料流动产生约束，所以随着拉深成形的进行而使接触面增大，对起皱的产生和发展的抑制作用将增加。,图7-2 工艺孔和工艺切口,2.覆盖件成形时的开裂及防止措施,1)在覆盖件的结构方面，尽量增大各圆角半径，减小曲面形状在拉深方向的实际深度，保证各处深度均匀，形状尽量简单且变化尽量平缓一些等。 2)在拉深工艺方面，选择拉深方向增加凸模与坯料的接触面积，设计合理的压料面形状和压边力使压斜面各部位阻力均匀，降低拉深深度以及开工艺孔和工艺切口(图7-2)等。 3)在模具设计方面，合理布置拉深筋，采用较大的模具圆角，选择凸模与凹模间隙合理值等。,3.覆盖件成形时的回弹及防止措施,1)修正模具型面或模具结构，增加覆盖件的局部塑性变形， 抑制回弹变形的发生。 2)制订合理的冲压成形工艺。,图7-3 覆盖件成形后的回弹现象,7.2 覆盖件拉深工艺设计,7.2.1 拉深件的冲压方向 7.2.2 工艺补充面 7.2.3 压料面的设计 7.2.4 拉深筋和拉深槛,7.2.1 拉深件的冲压方向,1.冲压方向对拉深成形的影响 2.冲压方向确定的原则,1.冲压方向对拉深成形的影响,冲压方向选取得是否合理，将直接影响凸模能否进入凹模、毛坯的最大变形程度以及能否最大限度地减少拉深件各部分的深度差、变形的均匀性、是否有利于防止破裂和起皱等。同时，还影响到工艺补充部分的多少以及后续工序的方案。正确选择冲压方向不仅是获得理想覆盖件的前提，而且对后续冲压工序的安排会产生较大的影响。,2.冲压方向确定的原则,1)保证凸模能够顺利进入凹模，不会产生死角(图7-4)。 2)开始拉深时，使凸模接触毛坯的面积尽可能大。 3) 保证适中的拉深深度。 4)尽量减小拉深深度差，以减小材料流动和变形分布的不均匀性。,图7-4 冲压方向的确定 a)错误 b)正确,图7-5 凸模开始拉深时与毛坯的接触状态,图7-6 拉深深度与拉深方向的关系,7.2.2 工艺补充面,1.工艺补充面 2.工艺补充面的设计原则,1.工艺补充面,图7-7 工艺补充面,2.工艺补充面的设计原则,1) 内孔封闭。 2) 简化拉深件结构形状 (图7-8)。 3) 对后工序有利原则，增加工艺补充面部分，使修边、翻边工序的定位可靠，或简化模具结构。 4)在局部变形程度较大的地方开工艺孔及工艺切口(图7-10)。,图7-8 简化拉深件结构形状 a)简化轮廓形状 b)增加局部侧壁高度 c)简化压料面形状,图7-9 常用的几种工艺补充部分 a)修边线在压料面上且垂直修边 b)修边线在拉深件底面上且垂直修边 c)修边线在拉深件 翻边展开斜面上且垂直修边 d)修边线在拉深件斜面上且垂直修边 e)修边线在拉深件侧壁上且水平修边或倾斜修边,图7-10 工艺切口,7.2.3 压料面的设计,1.压料面的作用 2.压料面的设计原则,1.压料面的作用,1) 产品本身带有法兰面，可以利用这个法兰面作为压料面，拉深后在压料面上修边。 2)压料面是由工艺补充部分形成的。,2.压料面的设计原则,1)压料面形状尽量简单化，以水平压料面最好。 2)压料面被压紧时，毛坯板料不应该产生皱纹和折曲。 3)压料面设计应该有利于降低拉深深度，或者使拉深深度更均匀一些。 4)压料面展开线的长度应该小于凸模展开线的长度。 5)尽可能采用成双拉深，使压料面对称(图7-12)。 6)凹模内的凸包应该低于压料面。,图7-11 压料面与凸模的线长关系,图7-12 双件拉深,图7-13 凸包与压料面的关系,7.2.4 拉深筋和拉深槛,1)在零件拉深深度大的直线部位，设置13条拉深筋，而在零件圆弧部位不设拉深筋。 2)拉深深度相差较大时，深的部位不设拉深筋，浅的部位设拉深筋。 3)拉深筋的方向应与材料流动方向垂直。 4)在进料阻力小且需要少进料的部位和容易起皱的部位设置拉深筋。 5)拉深筋一般设置在上压料面，拉深筋的槽设置在下压料面，便于材料的安放和定位。,图7-14 拉深筋和拉深槛 a)拉深筋 b)拉深槛,图7-15 拉深筋的分布 (=812),7.3 覆盖件模具设计,对于有很高型面精度和表面质量要求的外覆盖件，设计其模具仍具有一定的难度,主要表现在以下方面： (1)克服由回弹造成的零件型面偏差 破裂、起皱、回弹是轿车冲压件成形过程中的主要缺陷，由于轿车外覆盖件外形尺寸大、拉深深度浅、塑性变形程度低，一般不易拉裂，因而回弹就成为该类零件制造过程中的主要问题，它将严重影响零件间的相互配合关系。 (2)冲压件的取件 由于外覆盖件(如前盖外板、车顶、翼子板)都需进行复杂的翻边整形或预卷边工艺，这就使得在模具结构设计时，必须考虑冲压件成形后的取件问题，目前，大都依靠复杂的多斜楔机构联动来实现模具工作部分对零件的让位，以实现方便取件，由此造成整个模具的结构十分复杂。 (3)高强度钢板的冲压技术 高强度钢是指抗拉强度和屈服强度是普通钢板3倍的板材。,1.型面设计 2.结构设计 3.模拟仿真,图7-16 冲压件的三维建模,2.结构设计,1)总体结构设计用于确定模具基本结构形式，规定其主要零件的组成和装配关系，主要包括结构方案选择、结构草图、主要空间尺寸计算等。 2)模具零件设计是基于结构设计的结果进行的，在模具空间约束下，完成零件几何形状及尺寸设计。,图7-17 覆盖件模具结构,3.模拟仿真,1)几何非线性,指冲压中板料产生大位移、大转动和大变形。 2)物理非线性,又称材料非线性，指材料在冲压中产生的弹塑性变形。 3)边界非线性,指模具与工件产生的接触摩擦引起的非线性关系。,图7-18 板料成形数值模拟流程图,7.4 覆盖件工艺设计举例,1.工艺分析 2.工艺设计 3.拉深成形有限元分析,2.工艺设计,(1)工艺补充面设计 汽车尾灯支架零件本身含有三个圆孔和一个异形孔，首先对这些孔进行填充。 (2)冲压方向工艺补充面设计 在设计中先在中间处留20mm余量以确保后续修边零件的刚度，经过镜像处理后的对称零件，冲压方向就比较容易确定了，如图7-22所示。 (3)压料面设计 压料面的选取关系到拉深深度及板料在拉深时的流动状况。 (4)拉深筋的添加 在覆盖件拉深成形中，广泛采用拉深筋，它是调节和控制压料面作用力的一种最有效和实用的方法。,图7-19 汽车尾灯支架零件,图7-20 汽车尾灯支架件 “双件拉深”的数模,图7-21 填充工艺 补充面的零件,图7-22 汽车尾灯支架件 “双件拉深”冲压方向,图7-23 添加好外部工艺 补充及拉深筋的零件,3.拉深成形有限元分析,(1)有限元建模 在三维造型软件中进行工艺设计后，利用数据转换接口将数模转入拟采用的CAE分析软件前处理器中，利用曲面网格划分功能进行有限元网格划分，并确定各种参数和材料特性(图7-24)。 (2)板料毛坯确定 合理形状的毛坯是决定覆盖件能否拉深成功的重要因素，也是保证得到良好质量的关键，但是由于覆盖件形状不规则，很难用等面积法求解毛坯形状，常用数值模拟软件中的有限元逆算法将覆盖件零件进行展开，得到初始毛坯形状，考虑到拉深筋和切边余量等因素，需要对初始毛坯进行周向扩展，然后对扩展后的毛坯进行正向模拟，观察成形质量是否满足需要，并根据模拟结果及实际生产需要对毛坯尺寸进行调整，最终得到拉深质量良好的合理毛坯。 (3)工艺补充面调整 图7-29a所示为工艺补充面修改前的成形模拟结果。 (4) 拉深筋的调整 合理布置拉深筋是车身覆盖件冲压成形中控制冲压件成形质量的主要手段之一，本例中选用的是真实、半圆形拉深筋。,图7-24 模具和坯料有限元网格 1凹模 2坯料 3压边圈 4凸模,1)用一步法展开毛坯。 2)毛坯周向扩展及类矩形化处理。 3)通过模拟修正毛坯，得毛坯(图7-27)。,图7-25 零件网格图,图7-26 毛坯、形状图,图7-27 毛坯 毛坯比较图,图7-28 毛坯毛坯成形极限图 a) 毛坯 b) 毛坯,图7-29 工艺补充面修改前后 a)修改前 b)修改后,图7-30 修改前、后工艺补充面的模拟结果 a)修改前的工艺补充面 b)修改后的工艺补充面,图7-31 分段拉深筋方案一,图7-32 分段拉深筋方案二,图7-33 方案一成形极限图,图7-34 方案二成形极限图,图7-35 毛坯尺寸、工艺面、拉深筋调整前后的冲压件 a)调整前 b) 调整后,