第7章 汽车覆盖件的冲压
7.1 概述
7.2 汽车覆盖件冲压工艺(1)
内容简介： 本章对汽车覆盖件的变形及工艺特点进行了分析,介绍了汽车覆盖件的工艺及模具设计要点。
学习目的与要求：
1． 了解汽车覆盖件的变形及工艺特点； 2． 掌握汽车覆盖件的拉深工艺设计要点； 重点：
1． 汽车覆盖件的变形及工艺特点 2． 汽车覆盖件的拉深工艺设计要点 难点：
汽车覆盖件的拉深工艺设计；
7.1 概述
7.1.1 概念
覆盖件:覆盖车类发动机、底盘、驾驶室和车身的薄板异形类表面零件和内部零件。 货车的驾驶室、轿车的车身等主要都是由覆盖件构成的。覆盖件是组成汽车内外形体的重要零件，要求制造容易、维修方便、使用安全可靠、外型美观时尚。
图 7—1 汽车驾驶室覆盖件示意图
1-保险杠 2-前围板 3、4-左右前围侧板 5-顶盖 6、7-左右前车门外板 8、9-左右中柱外板 10、11-左、右后柱外板 12-后围上板 13-后围下板 14、15-左右轮罩后段 16、17-左右前脚踏板 、19-左右后脚踏板 20-仪表板 21-仪表板上板 22-仪表板面板 23、24-左右前门内板 25、26-左右前柱内板 27、28-左右中柱内板 29、30-左右侧围上横粱 31-地板前部 32-地板后部
7.1.2 汽车覆盖件的特点与技术条件 1. 覆盖件的特点
覆盖件与一般冲压件相比较，具有材料薄、外形复杂(多为空间曲面，且形状和轮廓不规则)、结构尺寸大和表面质量高等特点。其冲压工艺设计、模具设计和模具制造工艺也均有独特之处。覆盖件的零件种类如图7-1所示。
2. 覆盖件的技术条件 (1) 应具有良好的表面质量
(2) 应具有符合要求的几何尺寸和曲面形状
(3) 应具有良好的工艺性 覆盖件的工艺性，主要体现在冲压性能、焊接装配性能、操作安全性能、材料利用率及对材料的要求等几方面。
(4) 应具有足够的刚性 覆盖件刚性差的原因，一般是由于在拉深过程中材料的塑性变形不够充分，造成某些部位刚性不足。这种塑性变形不够、刚性差的拉深件，在切边以后会产生很大变形。
3. 覆盖件图样、主模型和数学模型
(1) 覆盖件图样 也称覆盖件图，是覆盖件的二维零件图。在汽车主图板（即二维总成图）绘好后，将各覆盖件按其在主图板上的坐标位置（亦即在汽车上的装配位置）单件取出，并按其原坐标位置绘出三面投影图、必要的剖面图、向视图等，就制成了覆盖件图。覆盖件图上的尺寸，一般以覆盖件的内表面为基准进行标注，而且需要注意的是，覆盖件图只能表示一些主要的投影尺寸，不可能将覆盖件所有相关点的空间位置都表示出来，如果所有相关点的空间位置尺寸都标注的话，会由于图形杂乱、尺寸线过多而模糊难辨，因此，覆盖件图仅标注出覆盖件的外形轮廓的边界尺寸和百线(即距离为100mm的坐标线)交点的坐标尺寸，过渡部分的尺寸则依据主模型(或数字模型)来确定。
(2) 覆盖件模型：
① 主模型 是按1∶1比例制作的汽车外形实物模型。主模型是设计与制造的依据，是覆盖件图的必要补充。
②工艺模型 是利用主模型，按冲压工序需要确定冲压方向，并增加工艺补充部分制成的模型。工艺模型的型面都取覆盖件的内表面，用工艺模型可直接以仿型或数控仿型加工拉深模的凸模和压料圈，还可用计算机按工艺模型直接生成凹模的加工程序。
③数学模型 是利用计算机建立虚拟的汽车外形实物模型。这为模具CAD/CAM创造了条件，它可以在计算机上模拟装配、调整冲压方向，曾作为核心的主模型正被数学模型所取代。
7.2 汽车覆盖件冲压工艺
7.2.1覆盖件的变形特点及技术条件
1. 覆盖件的变形特点
覆盖件对外观和刚度的要求比较特殊，一般都具有复杂且不规则的空间曲面，这不仅使得冲压成形困难，而且容易产生回弹、起皱、拉裂，表面缺陷和平直度低等质量问题。成形时它的变形性质不单纯是拉深，而是拉深和局部胀形、拉深和弯曲、拉深和翻边或拉深和冲孔等工序的交错混合。
2. 覆盖件的工艺分类
根据覆盖件拉深复杂程度(主要指拉深的深度和形状的复杂性)及其具有的外形特点(主要指覆盖件本身是否对称)，可将各种覆盖件归纳为以下类别：
(1) 对称于一个平面的覆盖件： 如水箱罩、散热器罩、前围板、发动机罩、行李箱罩等。并按其拉深复杂程度可分为深度浅、深度均匀且形状较复杂、深度相差大且形状复杂、深度深等种类。
(2) 不对称的覆盖件： 如车门外板、车门内板、前后翼子板等。并按其拉深复杂程度可分为深度浅、深度均匀且形状较复杂、深度相差大且形状复杂、深度深等种类。
(3) 可以成双冲压的覆盖件： 如左、右前围侧板和左、右顶盖边粱等。
(4) 本身有凸缘面的覆盖件： 如车门外板。 (5) 压弯成形的覆盖件 3. 覆盖件的工艺特点
(1) 成形工序多。覆盖件的冲压工序一般要4～6道，多的有近10道工序。通常要经过下料、拉深、切边（或有冲孔）、翻边（或有冲孔）、冲孔等工序才能完成。拉深、切边和翻边是最基本的3道工序，其中拉深是最关键的一道工序。
(2) 常采用一次拉深成形。 (3) 拉深工序过渡毛坯设计，不仅要考虑本工序的成形，而且要为后继工序的定位创造条件。如图7-2a所示，未考虑切边时定位；而图b所示，则能使切边凹模很好定位。
(4) 覆盖件上的装饰棱线、装饰肋条、装饰凹坑、加强筋、躲避包等部分主要靠局部拉深成形。为了防止开裂，应采取加大圆角、使侧壁成一定斜度、减小深度等措施。
(5) 两覆盖件间的装饰棱线、装饰肋条、凹坑等衔接与配合要尽量吻合一致、光滑过渡、间隙微小，不影响外观。
(6) 覆盖件上与冲压方向相反的成形，主要靠局部拉深。一般采用大圆角和使侧壁成一定斜度的成形方法，而且这种反成形的深度不应超过正成形的深度。如图7-3所示，中间反成形部分采用30°斜度的侧壁，深度不大于20mm。
(7) 覆盖件凸缘的圆角半径一般取8～lOmm，当小于5mm时，应增加整形工序。 (8) 对于形状对称的覆盖件，最好能成双同时冲压成形，然后再切开成两件。
(9) 由于覆盖件形状复杂，拉深时变形不均匀， 因此，准确计算毛坯尺寸与合理确定拉深形状（加工艺补充部分和拉深筋）对成形有很大影响。
(10) 覆盖件材料要求有较好的塑性变形性能，多为08或09Al等钢板。 (11) 对于特别浅的拉深件，要注意回弹的控制。
图7-2 拉深工序与后继工序的配合
1.工件切割线 2.切边凹模
图7-3 覆盖件的反成形
4. 覆盖件的主要成形障碍及预防措施 由于覆盖件多为非轴对称、非回转体的复杂曲面形状零件，拉深时容易产生变形不均匀，导致板料在变形过程中失稳起皱甚至破裂，所以拉深时的起皱和破裂是其主要成形障碍。 覆盖件成形时起皱和破裂的预防措施： (1) 拉深时加大板料与凸模的接触面积，通过增加对材料流动的约束，抑制起皱和破裂的产生及发展。
(2) 使凸模与板料的初始接触位置尽量靠近板料的中央部位，拉深时材料能够被均匀拉
入凹模，减小产生起皱和破裂的可能性。
(3) 适当增大拉深时板料的曲率半径，可减少起皱和破裂现象。 (4) 尽量降低拉深的深度，是避免起皱和破裂现象发生的有效方法。图7－4a所示的拉深件，如采用平面压料面，则拉深深度很大，容易起皱和破裂。如果采用图7—4b所示的压料面，则拉深深度较小，拉深时容易成形，不易起皱和破裂。
图 7—4 降低拉深深度
5．成形可能性分析
首先，覆盖件一般都采取一次成形，以保证质量和经济性要求。为此，应在选材、零件设计、冲压工艺设计及模具设计方面为一次顺利成形创造条件。
对于这类零件成形的可能性，一般采用下述分析方法来确定其工序参数及尺寸。
（1）类比法 即参考以往冲压过的类似零件的工艺资料，进行分析比较，以判断一次成形的可能性，也可以按覆盖件在成形过程中各部位的变形性质，将其与相应的冲压基本工序进行类比，并用基本冲压工序的计算方法进行工艺计算，判断其能否一次成形，这种类比法只是近似的。
（2）应力应变分析法 覆盖件能否顺利成形取决于两个方面：一是传力区的承载能力，即传力区是否有足够的搞拉强度；二是变形区的变形方式及可能产生的问题。覆盖件的成形一般是伸长与压缩两种变形的组合，以伸长类为主或以压缩类为主，或两种变形差不多。
通过对覆盖件各部位应力和变形的分析，可以粗略地掌握覆盖件的变形特点及成形顺利进行的主要障碍；还可以进一步明确应采取什么措施，以保证一次成形的顺利进行。如果应用坐标网格试验分析法，将试验数据与零件开关尺寸对照分析，可以得出更接近实际的结果。
（3）成形度判断法 成形度α按下式计算：
α=（
l?1）×100% l0式中 l—成形后零件的纵截面的长度， l0—成形前相应截面的坯料长度
在覆盖件最深或认为最危险的部位，取间隙50~100MM的纵向截面，计算各成形截面的成形度。
当α平均 ≤ 2% 时，因胀形成分不够而产生回弹，要获得良好的固定形状是困难的。 当α平均≥5%或α平均≥10%时，不能只靠胀形成形，必须使坯料以位深方式从凸缘拉入凹模。
当α平均≥30%或α最大≥40%时，很难用拉深成形。 7.2.2 覆盖件的拉深工艺 1．冲压方向和压料面
(1) 保证凸模能够进入凹模(图7-5)
图7-5 覆盖件的冲压方向示意图
(2) 调整凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态
① 接触面要尽量大且平，接触面过小或尖，易产生应力集中，引起毛坯接触处产生破裂。如图7-6ａ所示，右图比左图要好。
② 接触的位置应靠近中间，一方面如前节所述有利于避免起皱和破裂；另一方面可防止拉深毛坯可能经凸模顶部窜动而加快凸模顶部磨损，影响覆盖件表面质量。如图7-6ｂ所示，右图比左图要好。
③ 接触的点要多、要分散，而且要同时接触，不同时接触时，在拉深过程中，拉深毛坯可能经凸模顶部窜动，使拉深件棱线不清晰，表面质量不高。如图7-6c所示。