汽车覆盖件冲压工艺设计

1．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：

1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。

2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。

3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：

⑴ 汽车覆盖件相对与冲压方向无旋转

   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                     

⑵ 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

⑶ 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 19.8-5

2．确定各工序冲压方向、送料方向及工序冲压内容

1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。

2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

1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：

⑴ 标记销设置在凹模一侧，一般斜对角布置两个。

⑵ 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。

⑶ 尽可能法向压印。

2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：

⑴ C－H孔为专用孔，一般不用产品上的孔

⑵ 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。

⑶ 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。

3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

1拉延模

⑴ 给出托杆孔位；

⑵ 给出模具快速定位方式及相应位置；

⑶ 给出模具闭合高度及压板槽位置；

⑷ 给出模具的起吊方式；

2修边冲孔冲孔模

⑴ 给出废料刀的位置及废料流向；

⑵ 给出模具闭合高度及压板槽位置；

⑶ 给出模具的起吊方式；

3翻边整形模

  ⑴ 向下翻边时要给出刮料器的位置；

  ⑵ 向上翻边时要托杆孔位、模具快速定位方式及相应位置；

  ⑶ 给出模具闭合高度及压板槽位置；

  ⑷ 给出模具的起吊方式；

4斜楔模

  ⑴ 给出斜楔的类型和工作角度；

  ⑵ 特殊类型的斜楔给出工作简图；

  ⑶ 给出模具闭合高度及压板槽位置；

  ⑷ 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----19.8-9）

2．2．2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----19.8-13）

2．压料面的设计

（内容见原书, 图19.8-10----19.8-14改为图 19.8-14----19.8-18）

3．凸模轮廓线的设计

1 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

2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

3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 19.8-21

2．2．3拉延筋的应用及设计

1．拉延筋的分类和适用范围

1按形状分为

⑴ 圆形拉延筋，见图19.8-22，用于一般情况。

                        图 19.8-22

⑵ 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

⑶ 台阶形拉延筋（拉延槛），见图19.8-24，用于特殊情况。

                            图 19.8-24

2按设置方法分为

⑴ 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

⑵ 镶拼式拉延筋，见图19.8-26。

                          图 19.8-26

⑶ 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19.8-27

2．拉延筋的布置和尺寸设计

1圆形拉延筋

⑴ 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, 8)

        A＝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，尺寸应按图19.8-29所示设计：

其余尺寸同上

                         图 19.8-29

           ⑵ 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)

2方形拉延筋

⑴ 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 19.8-31

         b．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

           ⑵ 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)

3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>=7mm)

2．2．4拉延毛坯形状及展开

    汽车覆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－α）；其中α的值：

α=0      （圆形拉延筋，进料方向与其垂直）

α=0.04   （方形拉延筋）

α=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/P）

7． 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 19.8-38

2．3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：

1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 19.8-39

b.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 19.8-40

c.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。

2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。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、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。

1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+πc（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：

2压缩翻边(90°弯曲)

如图19.8-43所示：

                         图  19.8-43

3拉伸翻边(90°弯曲)

如图19.8-44所示：

                         图 19.8-44

4压合时修边尺寸展开计算方法

ι=展开翻边长度

ι0=压合后翻边长度

L =压合前翻边长度

t1=外板厚度

t2=内板厚度

                            图 19.8-45

       如图19.8-44所示，当R=0时，  L= L0+t2+1.06t1

                       当R=t2时,  L= L0+0.57t2+1.08t1

2．多次修边接刀的设计

由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。

1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

2当材料厚度t<=1.5mm时   

                             图 19.8-48

3．修边冲孔冲裁力和卸料力的计算

    ① 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，在工艺或设备上就要采取对策了。

                冲裁力     p=l×t×τ

           式中

               p ：冲裁力（kg）（无阶梯状态下计算）

               l ：冲裁长度（mm）

               t ：板厚（mm）

τ：抗剪强度（kgf/mm2）

τ：（抗剪强度）按下表：

2 卸料力

 卸料力P1因料厚、形状等的不同而各异。一般为冲裁力的2～6%。

P1=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。

卸料力系数表

        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关键。

        废料刀的布置有以下几个原则：

1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°。

2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

3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 19.8-51

                           图 19.8-52

b．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 19.8-53

c．当制件侧面形状如图19.8-54所示时，

废料刀应布置在顶点

图 19.8-54

废料刀应如图布置，尤其是当角度15≤c≤30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19.8-55

e．要避免出现废料刀强度太弱的情况

保证应有的强度

                             图 19.8-56

f．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19.8-58所示，废料刀刀座轮廓不要超过修边线。

不能超过修边线

                            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。

废料重心

                          图19.8-59

4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

                              图 19.8-60

b．中型产品

                        图19.8-61

c．大型产品

                      图 19.8-62

5．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-）

6．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19.8-65）

          2．4．2翻边工艺方案的设计

1．翻边力及压料力的计算

   ① 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 = 1/2σlt                   e. P = 2/3σlt

b. P = σlt                     f. P = 5/6σlt

c. P = 3/2σlt                  g. P = 7/6σlt

d. P = 2σlt                  h. P = 3/2σlt

图 19.8-66

           其中，P＝翻边力（N）   σ＝抗拉强度（N/mm2）

                 l＝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。

②  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。

压料力

下死点

刚接触板料

                           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 19.8-68

2．翻边变形分析及工艺对策

1翻边的分类及其变形特点

一般将翻边分为三大类：

a．直线翻边

   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 19.8-69

b. 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19.8-70

c．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

2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。

翻边线

修边线

                           图 19.8-72

  b．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。

修边线

                          图 19.8-73

2．5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，存在着大量的弹性变形，当制件从模具中取出时，弹性变形恢复，从而引起回弹。

2．6．2常见的回弹及其对策

1．过拉延

1对于门内板这种拉延深度大的冲压件，要对侧壁凹陷回弹进行控制。如图19.8-74所示。

图 19.8-74

2对于梁类拉延深度较大的零件，也要对侧壁凹陷回弹进行控制，如图19.8-75所示。

图19.8-75

2．过凸起

   对于发动机罩外板，顶盖等曲率半径大的外覆盖件，对中心部位的变形要加以控制。如图19.8-76所示

3．图19.8-76

回弹预测

   主要是针对翻边回弹而采取的对策，通过经验、实验数据或是计算机模拟获得覆盖件的回弹数据，然后在工艺上给出一定的回弹角，如图19.8-77所示，在斜楔翻边工艺上考虑回弹。

图19.8-77

2．7特殊材料的汽车覆盖件冲压工艺设计

       2．7．1拼焊板的冲压工艺设计

    1. 拼焊板的优点及其在汽车覆盖件上的应用

拼焊板（TWB－Taior_welded blank）是将两块或两块以上具有不同的机械性能、镀层或厚度的板料焊接到一起所得到的具有理想强度和刚度的轻型板料。

在生产、制造和设计方面，拼焊板的使用有着巨大的优势：

1由于产品的不同零件在成形前即通过连续焊接工艺焊接在一起，因而提高了产品的精度。

2在撞击过程中，可以控制更多的能量得到吸收，从而增强耐磨性能。

3减少设计边角料，并将废料回收进行后续冲压成形，从而节约了材料。

4减少零件装配数量，从而简化流程。

5缩短工模具处理和安装过程。

6降低人员和产品的成本。

7对产品的设计者而言拓宽了产品设计的灵活性。

   由于拼焊板相对于单个钢板具有无可比拟的优势，因此自20世纪80年代以来在汽车覆盖件上得到了广泛的应用，图 19.8-78给出了拼焊板在汽车覆盖件上的应用。

图 19.8-78

2. 拼焊板的冲压性能分析及相应对策

  虽然拼焊板的应用具有许多优点，但是拼焊板在车身设计中的应用仍然带来了许多新的冲压成形方面的挑战。其中，冲压成形性能的下降以及焊缝位置的移动是需要面临的主要问题。两者相较，焊缝移动对拼焊板成形性的影响更大。因此，控制焊缝移动，可以抑制较薄/弱侧金属的局部塑性变形，增加厚/强侧金属流入凹模中的比例，从而提高拼焊板的冲压成形性，控制焊缝移动的方法通常有以下几种：

1改变模具压边力法

如图 19.8-79所示，可以采用台阶式和组合式压料圈，既可

以避免法兰面起皱，又可以灵活调整边缘压边力以抑制焊缝位移。

                        图 19.8-79

2布置拉延筋法

       通过布置拉延筋来达到调整拼焊板冲压成形过程中的强侧和弱侧材料流动，从而达到控制焊缝位移的目的。

3夹持焊缝法

      夹持焊缝法主要是指采用附加的设备直接对拼焊板焊缝施加作用力以控制焊缝位移的方法。主要有垫片夹紧法和液压夹紧法两种，前者是在下模上使用垫片与对应的凸模前者在下模上使用垫片与对应的凸模部分实施夹紧的方法， 该方法需要焊缝在冲压过程中位于最高点。而后者则采用在凸凹模上分别安装液压缸以夹紧焊缝的方法。（见图 19.8-80）允许焊缝处于零件曲率的任何位置,不必局限

于凸模的顶点,具有更广的适用性， 该方法可以有效地抑制拼焊板成形过程中开裂的发生,并且使得薄板和厚板的变形更加均匀， 另外,对焊缝移动的抑制还可以确保在最终成形零件上各种特定性质材料的位置。

                         图 19.8-80

2．7．2复合板的冲压工艺设计

复合板材由于具有重量轻、强度高、传热均匀和美观等多种优点，目前在国外的汽车制造业中已被广泛使用。然而，由于对这类新型的复合材料的成形性能、抗破裂成形极限、抗起皱及回弹等性能、定型性能和剪切性能还研究的不够充分，故冲压加工工艺方案的制定，模具结构形式和模具参数的确定，热处理工艺规范，甚至生产中的操作方式的决定都是较一般材料困难。生产中，往往只能靠经验进行反复试验。

1．当复合板易开裂时，需增加退火工艺。

2．当深拉延时，可以采用加润滑剂的方法。

3．对于冲裁模，为减小毛刺，可以采用小间隙，圆角凹模冲裁。

4．对于复合板材而言，板材的总体厚度不能用来作为确定冲压加工工艺方案的参数依据。

5．当组成复合板材的两种材料性能相差很远时，强度高、塑性差的材料常起主导地位。

6．当组成复合板材的两种材料热处理退火温度相差很远时，很难用退火的方法来软化材料，提高其塑性，必要时可以提高其退火温度。

7．实践证明要特别注意复合板材冲压加工的操作方式，即注意复合板材的送料面，它不仅影响冲裁质量，而且对弯曲、拉延等成形质量也有很大的影响。

2．7．2 铝合金板的冲压工艺设计

1．铝合金板的优点及其在汽车覆盖件上的应用

从80年代末，世界上欧、美、日等很多汽车生产厂家与铝业公司合作就加强了对铝制汽车车身的研究，并取得了令人鼓舞的成就。1995年德国奥迪公司首先开始批量生产铝制车身，把车身用铝的研究推向了高潮，铝合金在整车使用材料中的比例逐年提高。1990-1998这8年间，北美汽车工业的用铝量增长了102%，图19.8-81是一种典型的美国轿车所用材料近几年变化的情况。

图19.8-81

铝合金板之所以能在汽车车身上得到广泛的飞快的应用，源于它所具有的钢板无可比拟的优点：

1它使汽车车身轻量化，节能降耗，有利于环保。

2它具有良好的回收再利用性。

3铝合金汽车安全舒适。

4铝合金板的应用减少了整车工序，提高了装配效率。

5铝合金板的应用提高了燃油效率，加大了汽车的载重能力。

2．铝合金板的冲压性能分析及相应对策

铝合金板材的局部拉延性不好，容易产生裂纹。如发动机罩内板因为形状比较复杂，为了提高其拉延变形性能采用高楼铝合金，延伸率已超过30%，但还是比钢差，所以在结构设计时要尽可能地保证形状不突变，让材料容易流动以避免拉裂。尺寸精度不容易掌握，回弹难以控制，在形状设计时要尽可能采用回弹少的形状。因为铝比钢软，在生产和运输中的碰撞和各种粉尘附着等原因使零件表面产生碰伤、划伤等缺陷，所以要对模具的清洁、设备的清洁、环境的粉尘、空气污染等方面采取措施，确保零件的完好。不能象钢板那样还采用磁力搬运和传递，要设计新的方案。

3．汽车覆盖件典型零件冲压工艺分析及方案

汽车覆盖件形状千差万别，不同的车型即使处于同一位置、名

称相同的零件，其形状也不尽相同，轿车覆盖件与卡车覆盖件更是有巨大差别。形状的差别自然造成了冲压工艺的不同，因此在这里我们只能“就件论件”，选择有特点的典型汽车覆盖件进行冲压工艺分析。

3．1 顶盖的冲压工艺分析及方案

图19.8-82所示是某平头卡车的顶盖，该覆盖件的特点是拉延深度深，最深处达190mm。针对这一特点，为避免再加大拉延深度，工艺上采用了制件面作为压料面，而同时为了保证压料面过渡光顺，在零件拉延深度浅的一侧，又采用了工艺补充，将修边放在了拉延凸模上。同时在设备的选择上，选取了有利于深拉延的双动拉延。

（图19.8-82    ）

        3．2 后围外板的冲压工艺分析及方案

        图19.8-83所示为卡车的后围外板，该覆盖件的特点是形状平缓，窗口处存在胀形性质的反拉延，且用户要求拉延模宽窄车型共用。针对以上特点，首先为保证反拉延成功，且为了简化模具，尽量不采用工艺切口，决定将制件面作为压料面，凸模轮廓线尽量靠近窗口。由于原始产品位置上下两端高差较大，故拉延时冲压方向为将制件绕基准点旋转5度获得，而后序翻边时考虑翻边状态，其冲压方向再将制件转回原始位置。

                        （图19.8-83）

        3．3 车门外板的冲压工艺分析及方案

图19.8-84所示是某越野车的车门外板，该覆盖件的特点是零件比较平缓，窗口处为反拉延，且深度较大，与前立柱接合处的大倒角形状需要落料。针对这一些特点，将制件旋转至窗口放平的状态进行冲压，采用拉延槛加大压料力，使板料充分变形，防止修边后回弹，窗口处为保证进料，拉延时采取了工艺切口，为节省模具，将落料与拉延复合。

                        （图19.8-84）

        3．4长头车前围外板的冲压工艺分析及方案

图19.8-85所示是某长头卡车的前围外板，该覆盖件的特点是零件起伏大，基本断面为“L”型，拉延深度大。针对这一特点，将制件旋转至无拉延负角状态，压料面也设计为“L”型，将修边放在了拉延凸模上。同时在设备的选择上，选取了有利于深拉延的双动拉延。

                        （图19.8-85）

        3．5油底壳的冲压工艺分析及方案

        油底壳虽然不是大型的汽车覆盖件，但由于其产品深度大，形状公差要求严，所以往往是工艺难点。图19.8-86所示是某越野车的油底壳，该覆盖件的特点是拉延深度大，拉延高差大，为防止漏油，产品法兰面平面度要求高。针对这一特点，工艺上采用了两次拉延，为保证第一次拉延角部不破裂，工艺上采取了拉延前落料的工艺。对于法兰面，拉延后由于进料大，所以不能保证产品要求的平面度，故在翻边压筋工序上增加了校平工艺。由于法兰边上的筋和孔距离较近，为保证孔变形，所以单独冲法兰边孔。

                        （图19.8-86）