第7章 汽车覆盖件的冲压电子教材 - 图文

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。

图 7—6 凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态

④ 图7-6d所示，在右图中凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触面积加大了，同时更靠近中间，而且工艺补充部分余料也较少，所以比左图要好。

（3）压料面各部位进料阻力要均匀

在拉深过程中，如果压料面各部位进料阻力不均匀，毛坯就有可能经凸模顶部窜动，影响表面质量，甚至会产生起皱和破裂。可从以下两方面来使得进料阻力尽量均匀。

① 尽量使拉深深度均匀。拉深深度均匀是保证压料面各部分进料阻力均匀的主要条件。如图7—7b拉深深度比图7－7a要均匀得多。 ② 尽量使凸模相对两侧的拉入角相等，使材料流入凹模的速度相近，从而保证压料面各部分进料阻力趋于一致。如图7-8b拉入角比图7—8a要均匀得多。

图7-7 拉深深度均匀程度的比较 图 7—8 拉入角均匀程度的比较

(4) 其它需注意的问题 如使压料面尽量为平面，以便于坯料的定位和模具加工等。 2．工艺补充部分

为了实现覆盖件拉深，需要先在制件以外增加部分材料(如封闭窗口、孔洞开口，补充拉深筋、压料面等)，而在后续工序中又将其切除，这部分增补的材料称为工艺补充部分。 工艺补充部分的主要作用：

(1) 改善拉深条件：使覆盖件在拉深过程中，材料紧贴凸模成形，这样可以减少和消除拉深过程中的起皱，增加制件刚度。如图7－9所示，图b的工艺补充部分增加了直壁段AB，使材料更紧贴凸模，进料阻力加大，有利于拉深进行，拉深效果要好过图a。

(2) 压料：对有压料凸缘的平顺其压料面，无压料凸缘的则增补其压料面，保证压边圈对坯料的压料阻力，从而使拉深顺利进行，并防止拉深过程中的起皱。如图7-9所示。

7—9 工艺补充部分与拉深条件 1－凸模 2－凹模

3. 工艺冲孔或切口

覆盖件局部有反拉深或局部胀形时，为了创造良好的拉深条件，避免其圆角处发生破裂，

在制件结构设计时往往尽量加大该部分的圆角和使侧壁成斜度，若制件结构不允许大圆角和斜壁，则可在拉深后增加整形工序再将圆角半径和侧壁斜度整小；若反拉深深度很深，上述方法仍然无效，破裂依旧发生，则须采用在底部冲制工艺孔或切口的方法。

图 7—10 工艺切口示意图

图7-10所示为车门内板窗口反拉深的工艺切口。它是在窗口反拉深进行到最深，破裂即将发生时切出的，作用是使切口处的材料由内向外流动，满足拉深成形要求，避免起皱和破裂。

工艺冲孔或切口的时间、数量、位置、大小和形状，要根据制件的结构、尺寸及反拉深的深度、形状，在调试拉深模时由现场实验决定。

4．拉深筋和拉深槛的设置 利用拉深筋(槛)，控制材料各方向流人凹模的阻力，防止拉深时因材料流动不均匀而发生起皱和破裂，是覆盖件工艺设计和模具设计的特点和重要内容。

拉深筋(槛)的设置、分布和数量要根据制件的结构和尺寸决定。图7-11是汽车门板拉深工序拉深筋的设置与分布。圆角部分由于材料流入凹模的阻力大，所以不设拉深筋，直边部分根据流人凹模阻力大小不同，分别设置一条或两条拉深筋。

图7-11 拉深筋设置实例

7.2 汽车覆盖件冲压工艺(2) 7.3 覆盖件冲压模具

学习目的与要求： 1． 掌握汽车覆盖件的切边、翻边工艺设计要点； 2． 了解汽车覆盖件的工序图设计；

3． 掌握汽车覆盖件的模具设计应特别注意的问题 4． 熟悉汽车覆盖件的模具设计的程序。 重点：

1． 汽车覆盖件的切边、翻边工艺设计要点； 2． 汽车覆盖件的模具设计应特别注意的问题 3． 汽车覆盖件的模具设计的程序。 难点：

1．汽车覆盖件的工序图设计； 2．汽车覆盖件的模具结构

7.2.3 覆盖件切边的工艺设计 覆盖件的形状比较复杂，切边轮廓多数是立体不规则的，有时中间还带孔，尺寸变化比较大，切边线也比较长。切边形状的工艺性不仅直接关系到切边质量和切边模具设计，而且影响到以后翻边的稳定性。切边工艺设计需考虑的主要问题是切边方向、切边型式、定位方式以及废料的分块与排除等。

1. 确定切边方向

(1) 定位要方便可靠 拉深件在切边时一般用拉深件侧壁形状或拉深槛形状定位。用拉深件侧壁形状定位时拉深件是趴着放的，如图7－12(a)所示，；用拉深件的拉深槛形状定位时，拉深件是仰着放的，如图7－12(b)所示。这两种定位方式方便可靠，并有自动导正作用，只是切边方向相反。

(2) 要有良好的刃口强度 由于拉深件是凸出形状的，为了使拉深件凸出形状对刃口强度不影响，拉深件最好趴着放。如图7－12所示。

图 7—12按拉深件形状定位

2. 确定切边型式

如图7－13所示，有以下三种型式。 (1) 垂直切边：刃口沿上下垂直方向运动。适用于当切边线上任意点切线与水平面的夹角＜30°时（最大可达到45°）。

图 7—13 切边形式示意图

(2) 水平切边：刃口沿水平方向运动。适用于当侧壁与水平面夹角等于或接近直角时。

(3) 倾斜切边：刃口沿倾斜方向运动。适用于当侧壁与水平面不垂直，但夹角＞30°时。 3. 板料冲裁条件要合理 板料冲裁时刃口运动方向，最好是与切边表面垂直，若刃口运动方向与切边表面交成一个角度时，则应避免近乎平行，因为近乎平行时，材料不是被切断而是被撕开的，不仅影响切边质量，而且造成刃口切割的实际厚度大大增加，致使刃口不可能切割或局部受力大而过早损坏。一般两者相交的角度不宜小于10°。

4. 确定定位方式

(1) 一般采用按拉深件形状定位的方式，有按拉深件侧壁形状、按拉深槛形状进行定位两种型式。前者适于空间曲面变化较大的覆盖件，后者适于空间曲面变化较小的浅拉深件。如图7-12所示。

图7-14工艺孔定位 图7—15 废料外流储存式

(2)当无法采用上述方式定位时，可采用工艺孔定位方式。 如图7-14所示。

5. 确定冲孔废料的排除方式 (1) 下落捅除式

大块的冲孔废料和中间的冲孔废料，只能在下底板上开废料槽，再加盖板用手捅除废料，称下落捅除式。为了减少捅的次数，多储存一些废料，可以适当加大废料槽的高度。

(2) 外流储存式靠近边上的小块的冲孔废料通过斜槽往外流出，称外流储存式。如图

7-15所示。斜槽斜度＞45°，以保证冲孔废料顺利流出。 6．确定切边废料的分块和排除方式

切边时须将拉深件的工艺补充部分全部切掉，因此废料较多，对于较长和圈状的废料，为了安全和方便，还需要进行分块。切边废料的分块应根据废料的排除方法而定，手工排除切边废料的分块不宜太小，一般不超过四块；机械排除废料的分块要小一些，但一般不多于八百块，便于废料打包机打包即可。分块的位置最好在废料较窄的地方。

7.2.4 覆盖件翻边的工艺设计

翻边对于一般的覆盖件来说通常是冲压工艺的最后成形工序，其作用主要是最后加工覆盖件之间的配合及焊接连接部位尺寸、提高覆盖件的刚度、并对覆盖件进行最终整形，因此翻边质量的好坏和翻边位置的准确度，将直接影响整个汽车车身的装配精度和质量。

覆盖件的翻边轮廓多数是立体不规则的，沿周边各处的翻边变形也不相同，而且多是成形和压弯相混合。轮廓的形状、翻边凸缘的尺寸及形状应具有较好的工艺性，这对翻边质量的影响很大，因此合理的翻边工艺设计非常重要。覆盖件翻边工艺设计的主要内容是确定翻边方向、翻边型式及定位方式等。

1．确定翻边方向

确定覆盖件的翻边方向必须注意以下几点：

(1) 定位要方便可靠

由于切边后工序件的刚性比较差，变形也比较大，而翻边工序又是有关尺寸和形状的最 后加工，因此对定位的准确性要求相应地更高了。一般都是采用形状定位，而且工序件通常是趴着放的。

(2) 翻边条件要合理 合理的翻边条件是：

① 凹模刃口运动方向和翻边凸缘、立边方向必须一致。

② 凹模刃口运动方向和翻边轮廓表面（翻边基面）垂直，或与各翻边基面的夹角相等。

此时凹模刃口的翻边状态和受力状态较好，受侧压力及工序件窜动比较少，因此翻边方向应尽量满足这两个条件。但实际情况是运动方向往往和翻边轮廓表面并不垂直，而是相交成一个角度，考虑到翻边的可能性，该角度不宜小于10°。

对于平面翻边，只要翻边方向能满足条件②，就能满足条件①，其翻边方向较易确定。 对于类似成形孔的封闭式翻边，其翻边方向只能满足条件①，没有其他选择。

对于曲面翻边，要同时满足以上两个条件，理论上也是不可能的。欲确定较为合理的翻 边方向，应考虑下列两个问题：

1) 翻边线上任意点的切线应与翻边方向尽量垂直。(使之趋近于满足条件②)

2) 翻边线两端连线上的翻边分力应平衡，这样翻边才能平稳。(使之趋近于满足条件①) 因此，曲面翻边的翻边方向，一般取翻边线两端点切线夹角平分线，而不取翻边线两端点连线的垂直方向。如图7—16所示。

2．确定翻边型式 有以下三种型式：

(1) 垂直翻边：凹模刃口沿上下垂直方向运动。 (2) 水平翻边：凹模刃口沿水平方向运动。 (3) 倾斜翻边：凹模刃口沿倾斜方向运动。

图 7—16 曲面翻边示意图

3．确定定位方式

为了定位准确和可靠，可同时采用几种方法定位。 (1) 形状定位： 形状定位方便可靠， (2) 孔定位： 孔定位准确。

(3) 利用切边轮廓定位：结构简单。

一般有以下两种型式：① 定位块式 ,② 挡料销式

7.2.5 覆盖件的工序工件图

覆盖件的工序工件图是指拉深工件图、切边工件图及翻边工件图等工序件图，是模具设计过程中贯彻工艺设计意图、确定模具结构及尺寸的重要依据之一。

各工序件图一般按工序分开绘制，并通过在拉深工件图上绘出切边线，在切边工件图上绘出翻边线，来表示出前后工序之间的联系。当然也可将各工序件图绘制在一张图纸上，采用不同的线条表示不同的工序内容，这样可使得前后工序之间的关系更加明了。如图7－17

所示的汽车后立柱外板工序工件图。

覆盖件工序工件图的基本内容要求：

1. 与覆盖件图（即覆盖件产品图）是按覆盖件在汽车中的位置绘制不同，覆盖件工序的工件图是按工序件在模具中的位置绘制的。而且各工序的工序件图必须按本工序的冲压方向绘制，只有最后一道工序可用覆盖件图代替，但也必须用箭头表示出冲压方向。

2. 覆盖件工序工件图必须将本工序的形状改变部分的尺寸表达清楚，如拉深件的工艺补充部分尺寸、翻边的展开尺寸等。难以用几何尺寸表达清楚的，可用实型（工艺主模型）来表示。对于覆盖件图原有尺寸则不必标注。

3. 覆盖件工序工件图必须将基准线和基准点的位置标注清楚。这些基准对于模具设计、制造及使用都非常重要，在模具设计时是设计基准，在模具制造时是各工序模具的工艺基准，在模具使用时是安装定位基准，是提高模具制造精度、方便模具安装使用的有利保证。

4. 覆盖件工序工件图应将工序件的送进方向和取出方向标注清楚。

5. 覆盖件切边工序工件图应标注废料切刀的位置和刃口方向，并用文字说明废料的排除方式。

7.3 覆盖件冲压模具

7.3.1 覆盖件拉深模设计与实例分析

覆盖件拉深模结构与拉深使用的机床有密切关系，可分为单动拉深模和双动拉深模，多为双动拉深模。现在国外覆盖件生产已有采用全自动多工位压力机的趋势。在设计拉深模时，应考虑模具结构紧凑、轻巧、导向可靠、工人送料和取件操作方便、安全等问题。

1. 覆盖件拉深模的典型结构 图7-18所示为单动压力机用拉深模，模具主要由三大件构成：凸模6、凹模1、压料圈5。压料圈由通过顶杆孔的顶杆4和限位块支承。

一般的浅拉深或形状对称的拉深件，都在单动压力机上采用单动拉深，凸模安装在下模，称之为倒装拉深模。

双动拉深压力机用拉深模如图7-19示。当拉深形状复杂、深度较大的覆盖件时，必须采用双动压力机进行双动拉深。

图7—18 单动拉深模 图7—19 双动拉深模

1—凹模 2—压边圈 3—调整块 1—压边圈 2—凹模 3—凸模4—气顶柱5—导板6—凸模 4—固定座

采用双动压力机的优点：

① 双动压力机的压紧力要大于单动压力机。如气垫单动压力机，其压紧力等于压力机压力的20％～25％，而双动压力机的外滑块压紧力为内滑块压力的65％～70％。

② 双动压力机的外滑块压紧力，可通过调节螺母调节外滑块四角的高低，使外滑块成倾斜状，从而调节拉深模压料面上各部位的压力，以控制压料面上材料的流动；而单动压力机的压紧力只能整个调节，缺乏灵活性。

③ 双动压力机的拉深深度要大于单动压力机。

④ 单动拉深模的卸料板不是刚性的，如果压料面是不对称的立体曲面形状，在拉深初始预弯成压料面形状时，可能会造成压料板偏斜，严重时将失去压料作用；而双动拉深模的情况则好多了。

拉深模的凸模、凹模、压料圈一般都采用铸件(用聚苯乙烯泡沫塑料作模型的实型铸造)，要求既要尽量减轻重量，又要有足够的强度，因此铸件上非重要部位应挖空，影响到强度的部位应加添立筋。铸件材料常用镍铬铸铁、铬钼钒铸铁、铜钼钒铸铁和钼钒铸铁四种，其中镍铬铸铁应用最多。其结构尺寸可参考有关设计手册。

2. 拉深模工作零件的设计 （1） 凸模设计

凸模是覆盖件拉深模的主要成形部分。其轮廓尺寸和深度即为产品尺寸。工作部分铸件壁厚应为70～90mm，见图7—20所示。凸模上沿压料面有一段40～80mm的直壁必须加工，该直壁向上用45°斜面过渡缩小，其缩小值b为15～40mm，为不加工面。材料一般为HT250。见图7—209所示。

图 7—20 凸模外轮廓

（2） 凹模设计

覆盖件在拉深过程中，被压边圈压紧的毛坯是通过凹模圆角逐步进入凹模内腔，直至被拉深成凸模形状的。因此凹模的主要作用是形成凹模压料面和凹模拉深圆角。如果还须成形装饰棱线、装饰肋条、凸包及凹坑等，则需在凹模里装上成形用凸模或凹模。凹模的结构形式有：

① 闭口式凹模

凹模底部是封闭的。在覆盖件拉深模中，绝大多数都是闭口式凹模。如图7—21所示，为顶盖拉深模，它的凹模就是闭口式的，形成封闭式凹模型腔，用于加强筋成形的凹槽可直接在型面上加工出来（也可采用镶件）。当拉深件形状圆滑、拉深深度较浅、没有直壁或直壁很短时，可采用顶件板或手工撬开方式将拉深件顶出；当拉深件拉深深度较大、直壁较长时，则需要采用活动顶出器或压料板将拉深件顶出。

图 7—21 顶盖拉深模典型结构

这种结构适用于拉深件形状不太复杂，坑包、肋棱不多，镶件或顶出器安装孔轮廓简单，能够直接在凹模型腔立体曲面上划线加工的情况。

② 通口式凹模

凹模底部的凹模口是通的，下面加模座，反拉深凸模紧固在模座上，形成凹模芯。这种结构适用于拉深件形状比较复杂，坑包、肋棱较多，棱线要求清晰的情况。由于成形凹模芯或顶出器的轮廓形状复杂，而且与凹模上安装孔配合精度较高，故无法直接在凹模型腔立体表面上划线加工，因此须采用通口式凹模结构，在模座凹模支持平面上按图纸或投影样板划线加工，以便使加工后的凹模、凹模芯和顶出器安装固定在模座上，再一起进行仿形铣、数控铣或加工中心加工。

如图7—21所示，为带有凹模芯的通口式凹模结构，适用于拉深件拉深深度较浅，没有直壁或直壁很短，不需要顶出器而用顶件板或手工撬顶将拉深件顶出的拉深模。

图 7—21带有凹模芯的通口式凹模结构图图 7—22 凹模压料面的确定

凹模压料面宽度尺寸如图7—22所示，压料面尺寸K值应按拉深前毛坯的展开料宽再加大40～60mm，K值一般在130～240mm范围内。

3． 拉深模的导向机构

(1) 单动压力机上用拉深模的导向 单动压力机用拉深模，其凸模通常装在工作台上，凹模装在滑块上。其导向机构的结构形式如图7-23所示。图7-23a表示凸模与压料圈间用滑板导向；而凹模与压料圈间用导板导向。凹模与压料圈间还可用箱式背靠块导向，如图7-23b，和导块式导向，如图7-23c，导向机构应对称布置。

图7-23 单动压力机上用拉深模的导向

(2) 双动压力机上用拉深模的导向 双动拉深压力机用拉深模，其凹模通常装在工作台上，凸模装在内滑块上，压料圈装在外滑块上。导向机构的结构形式如图7-24所示。图a表示压料圈与凹模用背靠式导向，图b表示凸模与压料圈之间采用滑板导向。而图8-18则表示压料圈与凹模用导柱导套导向。

图7-24 双动压力机用拉深模

滑板等导向零件材料采用T10A，热处现硬度为60HRC或 QT600-3A，正火处理。新型自润滑导板（滑块）是在板面上钻孔并填满石墨，在供油困难的地方特别适用。

在实际生产中，导板是装在凸模上，还是装在压料圈上，应根据机床的加工条件确定，压料圈导板的加工深度不宜大于250mm。为了降低加工深度，可以将导板尺寸加长装在凸模上，相应的压料圈凸台长度就可以缩短。 4. 拉深筋和拉深槛设计

(1) 拉深筋的作用

拉深筋的作用是增大或调节拉深时坯料各部位的变形阻力，控制材料流入，提高拉深稳定性，增加制件刚度，避免起皱和破裂现象发生。

在汽车覆盖件拉深时，拉深方向、工艺补充部分和压料面形状，是能否获得满意拉深件的先决条件，而合理布置的拉深筋或拉深槛则是必要条件，是防止覆盖件起皱和破裂最有效的方法。

(2) 拉深筋的布置

拉深筋的布置非常重要，如果布置不合理，会加剧起皱和破裂现象。应注意以下几点： ① 必须在对材料流动状况进行仔细分析后，再确定拉深筋的布置方案。 ② 直壁部位拉深进料阻力较小，可放1～2条拉深筋；圆角部位拉深进料阻力较大，可不放拉深筋。当两处拉深深度相差较大时，其相邻部位，在拉深深度浅的一边可放一条拉深筋，深的一边则不放。

③ 在圆弧等容易起皱的部位，应适当放拉深筋。

④ 一般将拉深筋设置在上面压料圈的压料面上，而将拉深筋槽设置在下面凹模的压料面上，以便于拉深筋槽的打磨和研配（在压力机上调整模具时，一般不打磨拉深筋）。

(3) 拉深筋的种类和结构尺寸

① 图7—25所示为各种拉深筋的结构图。

② 拉深筋的宽度W根据拉深件的大小常取12㎜或16㎜；拉深筋的长度L在图样上不标注，制作时一般取500mm左右，直线部分取长些，曲线部分取短些。当W＝12mm时，紧固螺钉中心距取100mm；当W＝16mm时，取150mm；螺钉紧固后，其头部须打磨成拉深筋一致形状，如图7-25e)所示。

③ 拉深筋的结构尺寸，如表7—5所示。 ④ 拉深槛的结构与尺寸，如图7-26所示。 表 7—5 拉深筋的结构尺寸 mm

5. 通气孔设计

覆盖件拉深模的凸、凹模都必须考虑设置通气孔。

图7-25

拉深筋结构图

图7-26 拉深槛

(1)通气孔的型式

通常在凹模底面相应位置铸孔、钻孔或铣槽，在凸模上相应位置钻孔，如图7—27a)所示。通气孔的数量一般为2—6个，孔的大小、位置视覆盖件形状、尺寸及模具的结构特点而定。一般铸孔的直径为Φ60～Φ120mm，直接钻孔的直径为Φ3～Φ10㎜。

(2) 通气孔的设置原则

① 凸、凹模上、下成形处不设。 ② 曲率半径小、材料流动大处不设。

③ 外板的凹模，通气孔面斜度在5/1000以下时可设通气孔。 ④ 通气孔的面积约为凸模面积的1.5％左右。

⑤当通气孔位于上模时，还要采取加气管或盖板等措施，防止灰、沙等杂物进入，如图7—27b)、c)所示。

图7-27 通气孔的设置

a) 凹模铸孔 b) 上模加管 c) 上模加盖

外板A≥50㎜ 内板A≤50㎜ B＝10～20㎜

6. 工艺孔设计

工艺孔就是为了生产和制造过程的需要，在工艺上增设的孔，而非产品制件上有的孔。通常工艺孔有以下两种型式：

⑴ 定位用工艺孔

有些覆盖件形状比较平缓，或受冲压方向的限制，无法利用拉深件侧壁及拉深筋、槛作为后续工序的定位，而必须利用工艺孔来定位。工艺孔的位置应设在以后要切掉的工艺补充部分上，一般都设在压料面上，并且在拉深完成以后冲出。其数量一般在两个或两个以上。

⑵ 研磨用工艺孔

覆盖件往往需要经过拉深、切边、冲孔、翻边等多道工序才能完成。在模具制造时，为使后工序模具的研磨更加快速准确，减小孔与形状的位置公差，常采用在全工序中设置二处研磨用工艺孔的方法。当拉深模调试合格后，一般在合格的拉深件形状面比较平缓且突出的地方冲出Φ10mm的研磨用工艺孔，并在后续各工序模具相应位置装上Φ10mm销钉进行定位，如图7-28所示。当研磨完成后，再将销钉拔掉。研磨工艺孔的孔位公差为±0.01mm。

另外需注意的是，在拉深模结构上应考虑使得冲工艺孔产生的废料易于排出。

图 7-28 研磨销结构尺寸

7. 其它应注意事项

①覆盖件拉深模的凸模、凹模、压料圈等主要零件一般都为铸件。为了既减轻模具重量，又保证模具强度，常将这些铸件的非重要部位挖空，而在受力部位添加立肋增强。

③ 模具装夹槽覆盖件模具一般是使用T形螺栓装夹固定在工作台上的，模具装夹槽与工作台T形槽相对应，用于安装T形螺栓。

③安全台位于上、下模接合面之间，用于安装限位块、导柱、导套等部件，模具越大，要求安全台的尺寸越大，数量越多。其尺寸如图7-29所示；

图 7-29 模具安全台的设置

④起重棒和翻转机构为便于覆盖件模具的吊运和安装，一般在铸件上要铸出起重棒，其

尺寸按表7-6选取。当模具零件重量超过20kg时，应设置起吊螺孔，用于安装起吊螺钉。为便于模具的装配和维修还应设置灵巧方便的翻转机构。

表 7－6 起重棒尺寸

直径d/mm 允许负荷/t 25 1 32 1.5 40 2.5 50 4 68 6 80 10 注:按每个起重棒可起重计算选用.下模按全模质量计算确定.

7.3.2 覆盖件切边模设计及典型结构 1．覆盖件切边的特点

覆盖件的切边通常在拉深成形后进行，是覆盖件冲压加工中非常重要的一道工序，一般是不可缺少的。

覆盖件切边模是用于将经拉深、成形、弯曲后工件的边缘及中间部分实现分离的冲裁模。其与普通落料模、冲孔模有很大不同的，主要体现在覆盖件的切边线多为较长的不规则轮廓，工件经拉深变形后形状复杂，模具刃口冲切的部位，可能是任意的空间曲面，而且冲压件往往有不同程度的弹性变形，冲裁分离过程通常存在较大的侧向力等等。这使得对覆盖件切边模的设计制造提出了更高的要求。因此，切边模有如下特点：

（1） 凸、凹模工作部分一般是采用拼块结构，为了节约模具钢，有的还采用堆焊刃口结构，图7-30为拼块的结构形式。

（2） 冲压往往是多方向的。根据切边拼块运动的方向有三种切边，即垂直切边、水平切边、倾斜切边，如图7-31所示，要据零件的形状，有的零件只要一个方向的切边，有的则需要两个方向或以上的切边。如图7-31b所示。水平切边和倾斜切边需要斜楔滑块机构，为此，必须正确设计计算斜楔滑块角度和行程关系，斜楔滑块角度和力的关系，以及斜楔滑块结构和滑块复位机构的设计。

图7-30

为拼块的结构形式

图7-31 切边方向示意

（3） 采用废料切刀装置，但废料切刀结构不同于前面所述的标准结构，而是采用拼块式废料刀。其上模是利用凹模拼块的接合面（该面高出凹模面）作为废料刀一个刃口，下模在凸模拼块之外相应处装一个废料切刀，如图7-32 所示。图中a=2~3mm，b=6-8mm，c≥t，（t为材料厚度），h=4-5mm，l1=10mm，l2=30-40mm。

废料切刀沿工件周围布置一圈，其布置的位置及角度应有利于废料滑落而离开模具工作部位。为了便于清除废料，一般采用倒装式模具。

图7-32 废料切刀

2．切边模典型结构

图7-33为垂直切边冲孔复合模，该模具属于斜面（钝角）、平面垂直切边，水平面上垂直冲孔。同样道理，根据零件形状及孔位置的需要，也有倾斜冲孔，水平冲孔和在小于30度斜面上垂直冲孔。

切边或切边冲孔模一般以导柱导套导向。 7.3.3 覆盖件翻边模设计及典型结构

汽车覆盖件的翻边一般是其冲压成形的最后工序，翻边质量的好坏将直接影响汽车整车的装配精度和质量。翻边工序除了要满足覆盖件的装配尺寸要求外，还要改善切边工序造成的变形，提高覆盖件的刚性。覆盖件的翻边轮廓多是立体不规则的形状，材料的变形过程复杂多变。这给翻边模的设计制造提出了较高的要求，进行翻边模设计时应充分考虑翻边方向、制件定位方式、模具刃口分块、模具的结构型式、模具的制造、使用及维修等多方面的因素。

图7-32 切边冲孔模

1. 覆盖件翻边模的分类

⑴ 垂直翻边模：翻边凹模刃口沿上下方向垂直运动。

⑵ 斜楔翻边模：翻边凹模刃口沿水平或倾斜方向运动。需要斜楔机构将压力机滑块的垂直方向运动，转变为凹模刃口沿翻边方向运动。

⑶ 垂直斜楔翻边模：凹模刃口既有上下垂直方向运动，又有水平或倾斜方向运动。 2. 覆盖件翻边模结构设计要点 ⑴ 翻边凹模镶块交接部位的设计

覆盖件翻边通常包括轮廓外形的翻边和窗口封闭内形的翻边。翻边位置沿制件外形或内形的边缘呈立体不规则分布，一般由一个方向的运动来完成翻边是不可能的，而必须由两个

或两个以上不同的运动方向的翻边凹模共同完成翻边，因此覆盖件翻边模的凹模通常是由几组沿不同方向运动的凹模组成。各组凹模的局部结构型式，一般也如切边模采用镶块式结构，其设计方法可参照前节所叙。覆盖件翻边凹模设计的关键是如何对沿不同方向运动的各组凹模镶块的交接部位进行处理。

① 对轮廓外形翻边时交接部位的处理方法。其交接部位多数是设在变形较大的拐角区域，材料主要受压缩变形。拐角处不采用单独凹模镶块翻边，因此成为翻边的交接部位。该部位翻边成形的方法是：先由—个方向的运动进行翻边，形成有利于后续翻边的过渡形状，接着由另一个方向的运动重复一次翻边，使积瘤消除，从而达到较好的翻边质量。必须仔细考虑两组凹模镶块交接部位的形状，有时甚至需要试验确定。

② 对窗口内形翻边时交接部位的处理方法。其交接部位一般设在平滑、变形较小的四边上，材料主要受拉伸变形。拐角处与四边均采用单独凹模镶块翻边，因此在拐角凹模镶块与四边凹模镶块之间形成交接部位。该部位翻边成形的方法是：先由拐角凹模镶块翻边，接着由四边的凹模镶块重复一次翻边，这样既可消除过渡形状的积瘤，又使凹模镶块最后形成一个完整的凹模形状来限制材料变形，从而达到较好的翻边质量。 翻边凹模镶块交接部位的设计，其具体结构可参看典型结构示例。

⑵ 轮廓外形翻边凸模扩张结构的设计

工件翻边后，尤其是水平或倾斜翻边后，由于翻边凸缘的妨碍，工件可能会取不出来。对于轮廓外形翻边，通常要采用翻边凸模扩张结构，即在翻边凹模翻边时，翻边凸模先扩张成一个完整的刃口形状，而在翻边完成后，翻边凸模再缩小，让开翻边后的工件凸缘，使工件可以取出。翻边凸模扩张结构的动作一般通过斜楔机构来实现。其具体结构可参见典型结构示例。

３．覆盖件翻边模典型结构

图7-33为两边向内水平翻边模，上模下行，压料板1首先把工件紧紧压在凸模座2上，接着凸模在中间斜楔7作用下扩张到翻边位置后不动，翻边凹模镶块6与滑块5一起在斜楔3的推动下向内翻起，上模下行，凹模在弹簧9作用下复位，凸模也在弹簧作用下向内收缩，取出工件。

图7-32 双边向内水平翻边模

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