【文章內(nèi)容簡介】 零件，如轎車的擋泥板、頂蓋、車門外板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、水箱蓋、行李箱蓋、骨架等[9,10]。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，它既是外觀裝飾性零件，又是封閉薄殼的受力零件。覆蓋件的制造是汽車車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 覆蓋件表面一般都具有裝飾性，除考慮好用、好修、好造外，要求美觀大方。車身覆蓋件多數(shù)是空間復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜，從而決定其沖壓成形過程中的變形復(fù)雜性，不易分析與掌握沖壓變形規(guī)律，而且出現(xiàn)的成形質(zhì)量問題也較多。覆蓋件有較高的連接要求、結(jié)構(gòu)尺寸較大、表面質(zhì)量要求高、剛性好等特點(diǎn)[11]。圖21是幾個(gè)典型的汽車覆蓋件簡圖。沖結(jié)構(gòu)形狀及尺寸上看，這類零件的主要特點(diǎn)有： 右側(cè)圍B柱外板 左后側(cè)圍外板 背門外板 背門內(nèi)板 頂蓋外板 駕駛室頂蓋縱梁支架圖21幾種典型的汽車覆蓋件簡圖① 零件總體尺寸大。如某車身頂蓋板沖壓所需坯料尺寸大2800mm2500mm；② 相對(duì)厚度小。～，相對(duì)板料在長度和寬度兩個(gè)方向的尺寸就很小了。③ 形狀復(fù)雜。車身覆蓋件形狀一般是許多形狀復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成，具有復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)，難以用簡單的幾何方程去描述。④ 輪廓帶有局部形狀 覆蓋件成形分類汽車覆蓋件的沖壓成形分類以零件上易破裂或起皺部位材料的主要變形方式為依據(jù),并根據(jù)成形零件的外形特征、變形量大小、變形特點(diǎn)以及對(duì)材料性能的不同要求,可將汽車覆蓋件沖壓成形分為五類:深拉深成形類、脹形拉深成形類、淺拉深成形類、彎曲成形類和翻邊成形類[10,11]。 覆蓋件的主要成形缺陷及防止措施由于覆蓋件形狀復(fù)雜，多為非軸對(duì)稱、非回轉(zhuǎn)體的復(fù)雜曲面形狀零件，因而決定了拉深時(shí)的變形不均勻，所以拉深時(shí)的起皺和開裂是主要成形障礙。①起皺及防皺措施 原因：覆蓋件的拉深過程中，當(dāng)板料與凸模剛開始接觸，板面內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，隨著拉深的進(jìn)行，當(dāng)壓應(yīng)力超過允許值時(shí)，板料就會(huì)失穩(wěn)起皺。 防皺措施： 解決的辦法是增加工藝補(bǔ)充材料或設(shè)置拉深筋。②開裂及防裂措施 原因：是由于局部拉應(yīng)力過大造成的，由于局部拉應(yīng)力過大導(dǎo)致局部大的脹形變形而開裂。位置:開裂主要發(fā)生在圓角部位，開裂部位的厚度變薄很大如凸模與坯料的接觸面積過小、拉深阻力過大等都有可能導(dǎo)致材料局部脹形變形過大而開裂 。防裂措施：為了防止開裂，應(yīng)從覆蓋件的結(jié)構(gòu)、成形工藝以及模具設(shè)計(jì)多方面采取相應(yīng)的措施。③覆蓋件的成形障礙的防止措施 覆蓋件的結(jié)構(gòu)上，可采取的措施有：各圓角半徑最好大一些、曲面形狀在拉深方向的實(shí)際深度應(yīng)淺一些、各處深度均勻一些、形狀盡量簡單且變化盡量平緩一些等。拉深工藝方面，可采取的主要措施有：拉深方向盡量使凸模與坯料的接觸面積大、合理的壓料面形狀和壓邊力使壓料面各部位阻力均勻適度、降低拉延深度、開工藝孔和工藝切口等 （如圖22所示）。模具設(shè)計(jì)上，可采取設(shè)計(jì)合理的拉深筋、采用較大的模具圓角、使凸模與凹模間隙合理等措施。圖22工藝孔和工藝切口④汽車覆蓋件沖壓工藝的正確選擇從汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)依據(jù)到設(shè)計(jì)原則的分析，確定了正確的汽車覆蓋件沖壓工藝的方案，汽車整車外形是由許多輪廓尺寸較大且具有空間曲面形狀的覆蓋件焊接而成的。因此，此類覆蓋件與一般薄板沖壓件相比，具有材料相對(duì)厚度小，形狀復(fù)雜，尺寸精度和表面質(zhì)量都有較高要求。即覆蓋件表面平滑，棱線清晰，空間曲面形狀合理，不允許有皺紋，劃傷，拉毛等表面缺陷。而整車表面質(zhì)量的好壞取決于覆蓋件的沖壓。這就決定了覆蓋件拉深工藝的編制到?jīng)_壓模的設(shè)計(jì)，必須全面仔細(xì)地考慮，才能有效地避免覆蓋件的起皺、開裂、拉毛回彈現(xiàn)象。3覆蓋件沖壓成形工藝設(shè)計(jì) 覆蓋件的沖壓工藝包括拉深、修邊、翻邊等多道工序，確定沖壓方向應(yīng)從拉深工序開始，然后制定以后各工序的沖壓方向[10]。應(yīng)盡量將各工序的沖壓方向設(shè)計(jì)成一致。（1）選用合理經(jīng)濟(jì)的覆蓋件的材料　 汽車覆蓋件的拉深工藝是以金屬的塑性性能為基礎(chǔ)的沖壓加工方法，因此，一般選用屈服點(diǎn)σs和屈服強(qiáng)度比σs/σb較低，而伸長率δ、厚向異性指數(shù)n 較高的薄板材料。~，這些材料基本上能滿足拉深的表面質(zhì)量要求。（2）為了保證覆蓋件幾何形狀的一致性，不影響表面 質(zhì)量，應(yīng)盡可能在一道拉深工序中完成覆蓋件全部空間曲面形狀（包括筋條、鼓包等）（3）覆蓋件的拉深深度在符號(hào)產(chǎn)品尺寸的條件下盡可能平緩均勻，讓各處的變形程度趨于一致。（4）覆蓋件的主要結(jié)構(gòu)面上如果有急劇的凸凹槽和較深的鼓包等局部形狀。在制定拉深工藝時(shí)，可以加大過渡區(qū)域或過渡圓角、工藝切口等方法，改善材料的流動(dòng)和補(bǔ)充條件。（5）適當(dāng)?shù)卦O(shè)置拉深筋、拉深檻和合適的壓料面，達(dá)到完好的效果。（6）覆蓋件上的孔一般應(yīng)在零件拉深成形后沖、拉深方向的選擇(1)拉深沖壓方向?qū)畛尚蔚挠绊懲鼓Ｄ芊襁M(jìn)入凹模、對(duì)破裂和起皺的影響等。(2)拉深方向選擇的原則①保證能將拉深件的所有空間形狀（包括棱線、肋條、和鼓包等）一次拉深出來，不應(yīng)有凸模接觸不到的死角或死區(qū)。 如圖a，若選擇沖壓方向A，則凸模不能全部進(jìn)入凹模,造成零件右下部的a區(qū)成為“死區(qū)”,不能成形出所要求的形狀。選擇沖壓方向B后,則可以使凸模全部進(jìn)人凹模,成形出零件的全部形狀。 圖b)是按拉深件底部的反成形部分最有利干成形面確定的拉深方向,若改變拉深方向則不能保證90176。角。圖31拉深方向確定實(shí)例②有利于降低拉深件的深度。 拉深深度太深,會(huì)增加拉深成形的難度,容易產(chǎn)生破裂、起皺等質(zhì)量問題；拉深深度太淺,則會(huì)使材料在成形過程中得不到較大的塑性變形，覆蓋件剛度得不到加強(qiáng)。 ③盡量使拉深深度差最小。 以減小材料流動(dòng)和變形分布的不均勻性（如圖32)。圖32拉深深度與拉深方向④保證凸模開始拉深時(shí)與拉深毛坯有良好的接觸狀態(tài)。 開始拉深時(shí)凸模與拉深毛坯的接觸面積要大，接觸面應(yīng)盡量靠近沖模中心（如圖33）。圖33 凸模開始拉深時(shí)與拉深毛坯的接觸狀態(tài)示意圖、壓料面的設(shè)計(jì) 正確確定壓料面的形狀：　 壓料面是覆蓋件工藝補(bǔ)充面的一個(gè)組成部分，即位于凹模圓角半徑以外的那一部分毛坯[9]。拉深前，壓料圈將要拉深的毛坯壓緊在凹模壓料面上，不形成皺紋或折痕，在拉深過程中，壓料面逐步進(jìn)入凹模型腔內(nèi)。同時(shí)，盡可能降低拉深深度，保證進(jìn)入凹模里的材料不皺不裂，獲得合格的拉深件。因此，確定壓料面要做到如下幾點(diǎn)：① 壓料面盡可能為平面、圓柱面、圓錐面或曲率很小的雙曲面等可展面，當(dāng)毛坯被壓緊時(shí)，不應(yīng)該產(chǎn)生皺紋或扭曲現(xiàn)象，以便材料向凹模內(nèi)順利流動(dòng)。② 壓料面與拉深凸模的形狀應(yīng)保持一定的幾何關(guān)系。保證在拉深過程毛坯始終處于拉脹狀態(tài)，拉入凹模內(nèi)的材料不會(huì)“多料”，也就不會(huì)產(chǎn)生皺紋。為此，必須滿足如下關(guān)系：　LL1，αβ式中L——凸模形狀展開長度　　　　L1——凹?？谝詢?nèi)壓撩面展開長度　　　　α——凸模夾角　　　　β——壓料面夾角　　明確壓料面展開長度與圖模展開長度的關(guān)系 凸模夾角與壓料面夾角的關(guān)系③ 同時(shí)，為了使壓料可靠，壓料面與拉深方向之間的夾角θ一定是θ≥600=900最理想的狀態(tài)。 壓料面是工藝補(bǔ)充部分組成的一個(gè)重要部分，即凹模圓角半徑以外的部分。壓料面的形狀不但要保證壓料面上的材料不皺，而且應(yīng)盡量造成凸模下的材料能下凹以降低拉深深度，更重要的是要保證拉入凹模里的材料不皺不裂。因此，壓料面形狀應(yīng)由平面、圓柱面、雙曲面等可展面組成，如圖34示。 確定壓料面形狀必須考慮以下幾點(diǎn)： （1）降低拉深深度 圖35示是降低拉深深度的示意圖。 （2）凸模對(duì)毛坯一定要有拉伸作用 只有使毛坯各部分在拉深過程中處于拉伸狀態(tài)，并能均勻地緊貼凸模，才能避免起皺，如圖36 平面；2圓柱面；3圓錐面；4直曲面圖34料面形狀1 壓邊圈；2凹模；3凸模圖35 壓料面與沖壓方向的關(guān)系圖36毛坯成拉伸狀態(tài)工藝補(bǔ)充面的作用在于改善拉深覆蓋件拉深時(shí)的工藝條件，使材料各處變形均勻，也是拉深后修邊和翻邊工序的需要。因工藝補(bǔ)充面在拉深后被修掉，所以盡量少用工藝補(bǔ)充面，為了節(jié)約材料。同時(shí)，尺寸滿足的情況下，盡量采用淺拉深，讓制件容易成形。工藝補(bǔ)充面就可以改善了拉深條件。拉深件無直壁部分，在拉深過程中斜壁部分容易起皺形成波紋。如在拉深件工藝補(bǔ)充面上直壁段，在拉深此段時(shí)增大改善拉深條件可增大進(jìn)料阻力，使毛坯緊貼凸模成形，這樣減少或消除斜壁的起皺。為了實(shí)現(xiàn)覆蓋件的拉深，需要將覆蓋件的孔、開口、壓料面等結(jié)構(gòu)根拉深工序的要求進(jìn)行工藝處理，這樣的處理稱為工藝補(bǔ)充。如圖37的工藝補(bǔ)充。 工藝處理的內(nèi)容包括：確定壓料面形狀、工藝補(bǔ)充、翻邊的展開、沖工藝孔和工藝切口等內(nèi)容，是針對(duì)拉深工藝的要求對(duì)覆蓋件進(jìn)行的工藝處理措施。：（1）內(nèi)孔封閉補(bǔ)充原則（為防止開裂采用與沖孔或工藝切口除外）；（2）簡化拉深件結(jié)構(gòu)形狀原則（如圖38）（3）對(duì)后工序有利原則（如對(duì)修邊、翻邊定位可靠，模具結(jié)構(gòu)簡單）圖37工藝補(bǔ)充示意圖　　 a) 　　 　　 b) 　 c) a)簡化輪廓形狀；b)增加局部側(cè)壁高度；c)簡化壓料面形狀圖38簡化拉深件結(jié)構(gòu)形狀、拉深筋設(shè)置拉深筋在汽車覆蓋件的拉深成形中占有非常重要的地位。在很多情況下，拉深筋的設(shè)置是否合理甚至決定著沖壓成形的成敗。因此，拉深筋的設(shè)計(jì)是汽車覆蓋件拉深件設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要內(nèi)容。由于拉深毛坯實(shí)際受到的力與拉深筋的參數(shù)有著很大的關(guān)系：拉深筋高度越高，拉深筋的圓弧半徑越小，筋與壓料面間的過渡圓角半徑越小，都會(huì)使得毛坯受到的徑向拉應(yīng)力增加。所以說，拉深筋的設(shè)計(jì)要考慮選擇哪種類型的拉深筋、如何布置拉深筋、以及拉深筋的各參數(shù)的大小如何確定等問題。1）拉深筋在覆蓋件拉深成形中的作用在拉深件的成形過程中，毛坯受的力一部分來源于沖壓設(shè)備傳遞給凸模的作用力，一部分來源于壓料面的作用力，其中壓料面作用力占有較大的比例。而壓料面的作用力的大小主要是由拉深筋的參數(shù)決定的。因此，在汽車覆蓋件的成形中，拉深筋起著舉足重輕的作用：（1）增大進(jìn)料阻力。壓料面上的毛坯在通過拉深筋時(shí)要經(jīng)過數(shù)次彎曲和反彎曲，使毛坯向凹模內(nèi)流動(dòng)的阻力大大增加，也使凹模內(nèi)部的毛坯在較大的拉力作用下產(chǎn)生較大的塑性變形，從而可以提高覆蓋件的剛度和減少由于變形不足而產(chǎn)生的回彈、松弛、扭曲、波紋及收縮等，防止拉深成形時(shí)懸空部位的起皺和畸變。（2）調(diào)節(jié)進(jìn)料阻力的分布。通過改變壓料面上不同部位拉深筋的參數(shù)，可以改變不同部位的進(jìn)料阻力的分布，從而控制壓料面上各部位材料向凹模內(nèi)流動(dòng)的速度和進(jìn)料量，滿足毛坯塑性變形和塑性流動(dòng)的要求，調(diào)節(jié)拉深件各變形區(qū)的拉力及其分布，使各變形區(qū)按需要的變形方式、程度變形。（3）可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)進(jìn)料阻力的大小。（4）降低對(duì)壓料面的要求。減少壓料面積，減少毛坯材料的消耗。（5）降低對(duì)壓邊力的要求。（6）拉深筋外側(cè)已經(jīng)起皺的板料通過拉深筋時(shí)可以得到一定程度矯平。2）拉深筋的種類根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的情況，拉深筋可以分為鑲?cè)胧嚼罱詈驼w切削式拉深筋（此形式優(yōu)先使用）兩類。每類從筋數(shù)量上又可以分為單筋和重筋兩種。根據(jù)斷面形狀，拉深筋又可分為圓筋（包括半圓筋、劣半圓筋和優(yōu)半圓筋）、矩形筋、三角筋和拉深檻等。單筋中，一般情況下，圓筋產(chǎn)生的阻力最小，拉深檻產(chǎn)生的阻力較大，常用于允許有較大進(jìn)料量的沖壓成形工藝或沖壓成形部位。而矩形筋、三角筋產(chǎn)生的阻力更大，一般用于不允許進(jìn)料或只允許少量進(jìn)料沖壓件的成形部位。重筋包括雙筋和三重筋，本身形式多為圓筋。在相同幾何參數(shù)的前提下，重筋產(chǎn)生的阻力要大于單筋，三重筋要大于雙筋。因此重筋多用于需要拉深筋阻力較大的成形工藝或沖壓件中不允許進(jìn)料或少量進(jìn)料的部位。但有的情況下，雖然沖壓件的某些部位允許有較大的進(jìn)料量，但為了保證毛坯進(jìn)入凹模時(shí)的平整，也可以設(shè)置高度較小的重筋。由于拉深筋比拉深檻在采用的數(shù)量、形式及調(diào)節(jié)阻力等方面都更靈活方便，因此應(yīng)用比較廣泛。在拉深成形中使用最多的是圓形筋和矩形筋。圖39中給出了三種筋的斷面形狀和各部分尺寸標(biāo)注： 圖39常用拉深筋種類3）拉深筋的設(shè)計(jì)（1）拉深筋形式的確定 在設(shè)置拉深筋時(shí)，選擇單筋還是雙筋除