汽車覆蓋件沖壓工藝

汽車覆蓋件形狀復雜，表面質(zhì)量要求高。用最少的模具成本、最少的設備臺時加工出高質(zhì)量的沖壓件，需要編制合理精益的工藝方案，是對工藝人員的高要求。
汽車覆蓋件的特點和要求
        汽車覆蓋件（以下簡稱覆蓋件）是指構(gòu)成汽車車身或駕駛室、覆蓋發(fā)動機和底盤的薄金屬板料制成的異形體表面和內(nèi)部零件。轎車的車前板和車身、載重車的車前板和駕駛室等都是由覆蓋件和一般沖壓件構(gòu)成的。覆蓋件組裝后構(gòu)成了車身或駕駛室的全部外部和內(nèi)部形狀，它既是外觀裝飾性的零件，又是封閉薄殼狀的受力零件。覆蓋件的制造是汽車車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
1.覆蓋件的分類
        按功能和部位分類，可分為外部覆蓋件、內(nèi)部覆蓋件和骨架類覆蓋件三類。外部覆蓋件和骨架類覆蓋件的外觀質(zhì)量有特殊要求，內(nèi)部覆蓋件的形狀往往更復雜。
        按工藝特征分類如下：（1）對稱于一個平面的覆蓋件。諸如發(fā)動機罩、前圍板、后圍板、散熱器罩和水箱罩等。這類覆蓋件又可分為深度淺呈凹形彎曲形狀的、深度均勻形狀比較復雜的、深度相差大形狀復雜的和深度深的幾種。（2）不對稱的覆蓋件。諸如車門的內(nèi)、外板，翼子板，側(cè)圍板等。這類覆蓋件又可分為深度淺度比較平坦的、深度均勻形狀較復雜的和深度深的幾種。（3）可以成雙沖壓的覆蓋件。所謂成雙沖壓既指左右件組成一個便于成型的封閉件，也指切開后變成兩件的半封閉型的覆蓋件。（4）具有凸緣平面的覆蓋件。如車門內(nèi)板，其凸緣面可直接選作壓料面。（5）壓彎成型的覆蓋件。以上各類覆蓋件的工藝方案各有不同，模具設計結(jié)構(gòu)亦有很大差別。
2.覆蓋件的特點和要求
        同一般沖壓件相比，覆蓋件具有材料薄、形狀復雜、結(jié)構(gòu)尺寸大和表面質(zhì)量要求高等特點。覆蓋件的工藝設計、沖模結(jié)構(gòu)設計和沖模制造工藝都具有特殊性。因此，在實踐中常把覆蓋件從一般沖壓件中分離出來，作為一各特殊的類別加以研究和分析。覆蓋件的特點決定了它的特殊要求。1.表面質(zhì)量覆蓋件表面上任何微小的缺陷都會在涂漆后引起光線的漫反射而損壞外形的美觀，因此覆蓋件表面不允許有波紋、皺折、凹痕、擦傷、邊緣拉痕和其他破壞表面美感的缺陷。覆蓋件上的裝飾棱線和筋條要求清晰、平滑、左右對稱和過渡均勻，覆蓋件之間的棱線銜接應吻合流暢，不允許參差不齊?？傊采w件不僅要滿足結(jié)構(gòu)上的功能要求，更要滿足表面裝飾的美觀要求。2.尺寸形狀覆蓋件的形狀多為空間立體曲面，其形狀很難在覆蓋件圖上完整準確地表達出來，因此覆蓋件的尺寸形狀常常借助主模型來描述。主模型是覆蓋件的主要制造依據(jù)，覆蓋件圖上標注出來的尺寸形狀，其中包括立體曲面形狀、各種孔的位置尺寸、形狀過渡尺寸等，都應和主模型一致，圖面上無法標注的尺寸要依賴主模型量取，從這個意義上看，主模型是覆蓋件圖必要的補充。3.剛性覆蓋件拉延成型時，由于其塑性變形的不均勻性，往往會使某些部位剛性較差。剛性差的覆蓋件受至振動后會產(chǎn)生空洞聲，用這樣零件裝車，汽車在高速行駛時就會發(fā)生振動，造成覆蓋件早期破壞，因此覆蓋件的剛性要求不可忽視。檢查覆蓋件剛性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位聲音的異同，另一是用手按看其是否發(fā)生松馳和鼓動現(xiàn)象。4.工藝性覆蓋件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸決定該件的工藝性。覆蓋件的工藝性關(guān)鍵是拉延工藝性。覆蓋件一般都采用一次成型法，為了創(chuàng)造一個良好的拉延條件，通常將翻邊展開，窗口補滿，再加添上工藝補充部分，構(gòu)成一個拉延件。工藝補充是拉延件不可缺少的組成部分，它既是實現(xiàn)拉延的條件，又是增加變形程度獲得剛性零件 的必要補充。工藝補充的多少取決于覆蓋件的形狀和尺寸，也和材料的的性能有關(guān)，形狀復雜的深拉延件，要使用08ZF鋼板。工藝補充的多余料需要在以后工序中去除。拉延工序以后的工藝性，僅僅是確定工序次數(shù)和安排工序順序的問題。工藝性好可以減少工序次數(shù)，進行必要的工序合并。審查后續(xù)工序的工藝性要注意定位基準的一致性或定位基準的轉(zhuǎn)換，前道工序為后續(xù)工序創(chuàng)造必要的條件，后道工序要注意和前道工序銜接好。
覆蓋件模具
1.覆蓋件沖模
        1.拉延模拉延模是保證制成合格覆蓋件最主要的裝備。其作用是將平板狀毛料經(jīng)過拉延工序使之成型為立體空間工件。拉延模有正裝和倒裝兩種型式。正裝拉延模和凸模和壓料圈在上，凹模在下，它使用雙動壓力機，凸模安裝在內(nèi)滑塊上，壓料圈安裝在外滑塊上，成型時外滑塊首先下行，壓料圈將毛料緊緊壓在凹模面上，然后內(nèi)滑塊下行，凸模將毛料引伸到凹模腔內(nèi)，毛料在凸模、凹模和壓料圈的作用下進行大塑性變形。倒裝拉延模的凸模和壓料圈在下，凹模在上，它使用單動壓力機，凸模直接裝在下工作臺上，壓料圈則使用壓力機下面的頂出缸，通過頂桿獲得所需的壓料力。倒裝型式拉延模只有在頂出壓力能夠滿足壓料需要的情況下方可采用。2.修邊模修邊模用于將拉延件的工藝補充部分和壓料凸緣的多余料切除，為翻邊和整形準備條件。在小批量生產(chǎn)時，可以用手工和其他簡單裝備代替。修邊模修邊往往兼沖孔。修邊模在修邊的同時，要將廢料切成若干段，每段長在200～300mm之間，分割后的廢料便于打包外運。3.翻邊模翻邊模是將半成品工件的一部分材料相對另一部分材料發(fā)生翻轉(zhuǎn)，根據(jù)翻邊的沖壓方向不同，翻邊?？煞譃榇怪狈吥：退椒吥纱箢?。水平翻邊（含傾斜翻邊）則需要斜楔結(jié)構(gòu)完成翻邊成型工作。番邊模也是制成合格覆蓋件的必要裝備。
2.覆蓋件夾具
        1.焊裝夾具是覆蓋件總成焊裝的重要裝備，按照總成的內(nèi)容和層次，可分為若干種類夾具，通常冠以各種總成的名稱。2.檢驗夾具檢驗夾具是對覆蓋件及其總成件進行綜合性檢測的主體量具，其檢測內(nèi)容主要是立體型面、輪廓形狀和尺寸。檢測數(shù)據(jù)和檢查基準書內(nèi)規(guī)定的公差要求進行對照，用來判斷工件是否合格。
3.模型
        1.實體模型傳統(tǒng)的沖模加工方法是采用實體模型作為加工依據(jù)。實體模型具有直觀、采集數(shù)據(jù)可靠、加工設備要求低等優(yōu)點。因此，目前國內(nèi)大多數(shù)廠家仍采用實體模型加工方法。工藝模型通常利用主模型按沖壓工序的需要，高速沖壓方向，并增加工藝補充部分改制而成。由于工藝模型的型面都取覆蓋件的內(nèi)表面，所以工藝模型可直接用來仿型或數(shù)控仿型加工拉延模的凸模和壓料圈。至于拉延模的凹模加工，目前有兩種方法：其一是按凸模的工藝模型反制一個凹的工藝模型，再按凹的工藝模型由計算機直接生成凹模的加工程序，這種方法正逐漸取代前一種方法。由此可見，實體模型只需制造一個具有凸模形狀的正工藝模型，即要滿足模具加工的需要，工藝樣架等過渡模型已不再采用。2.數(shù)學模型應用電子計算機建立覆蓋件的數(shù)學模型，為汽車模具的計算機輔助設計與制造創(chuàng)造了條件，數(shù)學模型可以在計算機的屏幕上進行模擬裝配、調(diào)整沖壓方向，這是實體模型無法實現(xiàn)的。因此，采用數(shù)學模型加工模具代表了模具工業(yè)的發(fā)展方向，它將徹底改變模具質(zhì)量依靠工匠技藝的狀態(tài)。
4.覆蓋件模具的成套性
覆蓋件具的成套性有兩個含意，一個是指全車模具的成套性，另一個指某個覆蓋件所需若干模具的成套性。汽車車身由數(shù)百個沖壓件構(gòu)成、全車所需沖模高達一千套以上（見下表）。全車模具的協(xié)調(diào)一致和成套性供應是保證全車質(zhì)量的關(guān)鍵。如果把全車模個的成套性視為一個大的系統(tǒng)工程，則每個覆蓋件的成套模具就是一個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)的成套協(xié)調(diào)是保證全車質(zhì)量的基礎。采用計算機輔助設計和輔助制造方法，可有效地保證模具的成套性。

幾種汽車產(chǎn)品選用模具數(shù)量

工藝設計內(nèi)容

        工藝設計是在模具設計制造之前的技術(shù)準備工作，通常由用戶方進行，其主要內(nèi)容有以下諸項：（1）根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)確定工藝方案。（2）根據(jù)覆蓋件結(jié)構(gòu)形狀，分析成型可能性和確定工序數(shù)及模具品種。（3）根據(jù)裝配要求確定覆蓋件的驗收標準。（4）根據(jù)工廠條件決定模具使用的壓床。（5）根據(jù)制造要求確定協(xié)調(diào)方法。（6）提出模具設計技術(shù)條件，其中包括結(jié)構(gòu)要求、材料要求等。工藝設計內(nèi)容是貫徹執(zhí)行生產(chǎn)綱領(lǐng)的具體要求和體現(xiàn)，是生產(chǎn)綱領(lǐng)和模具設計制造之間的橋梁和紐帶。工藝設計要求方案正確、內(nèi)容可靠、符合實際和實施容易，不允許有任何大的漏洞，其責任份量很重，往往是成敗的關(guān)鍵。成型可能性分析覆蓋件成形的可能性分析是一項艱苦細致的工作。由于覆蓋形狀十分復雜，其成型可能性計算沒有固定的方法。下面僅介紹幾種最基本的分析方法。1.用基本沖壓工序的計算方法進行類比分析覆蓋件的形狀不論多么復雜，都可以將它分割成若干部分，然后將每個部分的成型單獨和沖壓的基本工序進行類比，然后找出成型最困難的部分，進行類似的工藝計算，看其是否能一次成型。基本的沖壓工序有圓筒件拉伸、凸緣圓筒件拉伸、盒形件拉伸、局部成型、彎曲成型、翻邊成型、脹型等。它們都可以作為分析覆蓋件相似部位的基礎，用各種不同方法進行近似估算。由于覆蓋件上的各部位是連在一起的，相互牽聯(lián)和制約，故不要把變形性質(zhì)不同的部分孤立地看待，要考慮不同部位的相互影響，才不會造成失誤。2.變形特點分析覆蓋件的成型工序，大都可以認為是一種平面應力狀態(tài)下進行的，垂直板料方向的應力一般為零，或者數(shù)值很小，可以忽略不計。因此板料的變形方式，基本上可以分為以下兩大類。（1）以拉伸為主的變形方式。在以拉伸為主的變形方式下，板料的成型主要依靠板料纖維的伸長和厚度的變薄來實現(xiàn)的。拉應力成分越多，數(shù)值越大，板料纖維的和厚度變薄越嚴重。因此，在這種變形方式下，板料過度變薄甚至拉斷，主成為變形的主要障礙。（2）以壓縮為主的變形方式。在以壓為主的變形方式下，板料的成型主要依靠板料纖維的縮短和厚度的增加來實現(xiàn)的。壓應力成分越多，數(shù)值越大，板料纖維的壓縮和厚度增加越嚴重。因此，在這種變形方式下，板料的失穩(wěn)和起皺應成為變形的主要障礙。任何覆蓋件的成型，都不外是拉伸和壓縮兩種變形方式的組合，或以拉伸為主，或以壓縮為主。由于板料在拉伸或壓縮的過程中，具有失穩(wěn)起皺和變薄拉破的危險，因此工藝上必須明確，板料在一定變形方式下極限變形能力究竟有多大，該工件能否一次成型。如果從變形區(qū)應力應變狀態(tài)的特點來看，概括起來，變形的主應力狀態(tài)有如下四種類型，如圖1所示。

圖1 平面應力狀態(tài)下的主應力狀態(tài)圖

（1）拉－拉。變形區(qū)內(nèi)兩個主應力均為拉應力。

（2）拉－壓。變形區(qū)內(nèi)兩個主應力，一個為拉應力，另一個為壓應力，但絕對值，拉應力大于壓應力。

（3）壓－拉。變形區(qū)內(nèi)兩個主應力，一個為壓應力，另一個為拉應力，但絕對值，壓應力大于拉應力。

（4）壓－壓。變形區(qū)內(nèi)兩個主應力均為壓應力。同應力狀態(tài)相對應，應變狀態(tài)有如下四種類型，如圖2所示。

圖2 應變狀態(tài)圖

        由此，我們可以概括地認識到板料的一般變形規(guī)律與成型性能?？偟恼f來，板料能否順利成型，首先取決于傳力區(qū)的承載能力，即傳力區(qū)是否有足夠的抗拉強度。其次根據(jù)變形方式，分析變形區(qū)變形的主要障礙。在以拉伸為主的變形方式下，變形區(qū)均勻變形的程度將決定其變形程度的大小。如果變形不均勻，或只集中某一局部變形，就會因集中應變而出現(xiàn)縮頸，變形不能繼續(xù)進行。對此，工藝上往往采取增加凹模圓角半徑或改善潤滑的方法使其變形均勻化。在以壓縮為主的變形方式下，變形區(qū)的抗失穩(wěn)起皺能力將決定其變形程度的大小。對此，工藝上采取適當增加壓料力的辦法，以提高壓料面的質(zhì)量。降低凹模和壓料圈的壓料面表面粗糙度，增加摩擦等措施，可以改善變形條件。根據(jù)上述方法，對覆蓋件局部形狀予以判斷分析，可以粗略地掌握覆蓋件的變形特點。但不可不否認，由于形狀的邊界條件不同，這種判斷往往是不夠確切的。因此，判斷工件是否能夠成型，最好的辦法還是參考以前加工過的工件，用類似的方法進行判斷，如果應用坐標網(wǎng)格應變分析法，將試驗數(shù)據(jù)和工件尺寸形狀對照分析，可以得出更有價值的結(jié)果。3.成型度α值判斷法對不規(guī)則形狀拉延件的成型，還可以用成型度α值進行估算和判斷。成型度：α＝（l/l0-1）×100%式中 l0——成型前毛坯長度；l——成型后工件長度。在拉延件最深或認為危險的部位，取間隔50～100mm的縱向斷面，計算各斷面的成型度值（見圖4），利用表1的數(shù)據(jù)進行成型分析和判斷。

圖4 成型性研究

表1 不規(guī)則形狀、大尺寸覆蓋件的成型難易判斷值