冲压工艺与模具概述.pptx

冲压工艺冲压工艺(gngy)与模具与模具第一页，共51页。冲压冲压(chngy)技术发展技术发展冲压技术的真正发展，始于汽车的工业(gngy)化生产。20世纪初，研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开，关键问题是破裂、起皱与回弹。但对冲压技术的掌握基本上是经验型的。分析工具是经典的成形力学理论，能求解的问题十分有限，远不能满足汽车工业(gngy)的需求。60年代是冲压技术发展的重要时期，各种新的成形技术相继出现。尤其是成形极限图的提出，推动了板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的协调发展，成为冲压技术发展史上的一个里程碑。80年代有限元方法及CAD技术开始发展。90年代汽车冲压技术真正进入了分析阶段（数值模拟仿真及计算机应用技术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化）第二页，共51页。冲冲 压压 工工 艺艺冲压工艺设计是冲压与模具的核心技术，是衡量冲压技术的标志，是冲压成功的关键。冲压工艺根据通用的分类方法,可将冲压的基本工序分为材料的分离和成形(chn xn)两大类,每一类中又包括许多不同的工序。分离工序：第三页，共51页。冲冲 压压 工工 艺艺成形成形(chn xn)工序工序第四页，共51页。冲冲 压压 工工 艺艺冲压模具工序冲压模具工序(gngx)及略语：及略语：第五页，共51页。冲压工艺设计主要任务：冲压工艺设计主要任务：一是完成拉延一是完成拉延(l yn)件的设计件的设计 二是完成二是完成DL图（图（die Layout）的设计）的设计DL图（模具工艺构件图）内容：图（模具工艺构件图）内容：设定冲压工序的性质、工序数目、工序顺序和工序内容设定冲压工序的性质、工序数目、工序顺序和工序内容设定各工序的冲压方向和送料方向设定各工序的冲压方向和送料方向设定工艺排样和材料利用率设定工艺排样和材料利用率设定冲压设备、生产方式及流程设定冲压设备、生产方式及流程设计设计DL图、工艺卡和工艺指导书图、工艺卡和工艺指导书第六页，共51页。冲压工艺设计方法：冲压工艺设计方法：在对冲压零件特征分析、工艺模拟分析、工艺计算的基础上，遵循在对冲压零件特征分析、工艺模拟分析、工艺计算的基础上，遵循“高质量、高效率、低成本高质量、高效率、低成本”的总原则，精细设计冲压工艺。的总原则，精细设计冲压工艺。成双工艺、连续冲压工艺、拉延切角工艺、复合冲压工艺、往复冲成双工艺、连续冲压工艺、拉延切角工艺、复合冲压工艺、往复冲裁工艺、落料成形工艺、多次修边工艺、修边整形工艺、分次拉延裁工艺、落料成形工艺、多次修边工艺、修边整形工艺、分次拉延工艺、反拉延工艺、拉延槛、筋的应用、回弹变形的预测控制、工工艺、反拉延工艺、拉延槛、筋的应用、回弹变形的预测控制、工艺台阶的应用、工艺切口的应用等。艺台阶的应用、工艺切口的应用等。通常厚板料零件多采用：落料通常厚板料零件多采用：落料 成形成形 翻边翻边 冲孔的工艺冲孔的工艺过程。过程。薄板料且形状薄板料且形状(xngzhun)复杂零件：拉延复杂零件：拉延 修边修边 翻边翻边 整形整形 冲孔的工艺冲孔的工艺第七页，共51页。：覆盖件主要指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室和车身的一些零件，如轿车的挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、行李箱盖等。由于覆盖件的结构尺寸(ch cun)较大，所以也称为大型覆盖件。覆盖件成形工序：覆盖件的主要冲压工序有:落料、拉深、校形、修边、切断、翻边、冲孔等。覆盖件的结构特征 和一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、多为空间曲面且曲面间有较高的连接要求、结构尺寸(ch cun)较大、表面质量要求高、刚性好等特点。覆盖覆盖(fgi)(fgi)件部分件部分第八页，共51页。覆盖件的成形特点1.成形工序多：拉深为关键工序；2.拉深是复合成形：常采用一次拉深；3.拉深时变形不均匀：工艺补充、拉深筋；4.大而稳定(wndng)的压边力：双动压机、多连杆机械压力机；5.优质钢材：高强度、高质量、抗腐蚀的钢板；第九页，共51页。1.3覆盖件的成形分类 汽车覆盖件的冲压成形分类以零件上易破裂或起皱部位材料的主要变形方式为依据,并根据成形零件的外形特征(tzhng)、变形量大小、变形特点以及对材料性能的不同要求,可将汽车覆盖件冲压成形分为五类:深拉深成形类、胀形拉深成形类、浅拉深成形类、弯曲成形类和翻边成形类。第十页，共51页。覆盖件的主要成形障碍及其防止措施覆盖件的主要成形障碍及其防止措施 由于覆盖件形状复杂，多为非轴对称、非回转由于覆盖件形状复杂，多为非轴对称、非回转体的复杂曲面形状零件，因而决定了拉深时的变形不均体的复杂曲面形状零件，因而决定了拉深时的变形不均匀，所以拉深时的起皱和开裂是主要成形障碍。匀，所以拉深时的起皱和开裂是主要成形障碍。原因：原因：覆盖件的拉深过程中，当板料与凸模刚开始接覆盖件的拉深过程中，当板料与凸模刚开始接触，板面内就会产生压应力，随着拉深的进行，当压应触，板面内就会产生压应力，随着拉深的进行，当压应力超过允许值时，板料就会失稳起皱力超过允许值时，板料就会失稳起皱(如图如图1)1)。防皱措施：防皱措施：解决的办法是增加解决的办法是增加(zngji)(zngji)工艺补充材料或设工艺补充材料或设置拉深筋。置拉深筋。第十一页，共51页。图图1 1 覆盖件拉深覆盖件拉深过过程示意程示意图图a)a)坯料坯料(p lio)(p lio)放入；放入；b)b)压边压边；c)c)板料与凸模接触；板料与凸模接触；d)d)材料拉入；材料拉入；e)e)压压型；型；f)f)下止点；下止点；g)g)卸卸载载第十二页，共51页。原因：原因：是由于局部拉应力过大造成的，由于局部拉应力过大导致局部大的胀形变形是由于局部拉应力过大造成的，由于局部拉应力过大导致局部大的胀形变形(bin xng)而开裂。而开裂。位置位置:开裂主要发生在圆角部位，开裂部位的厚度变薄很大如凸模与坯料的接触面积过小、拉深阻力过大等都有开裂主要发生在圆角部位，开裂部位的厚度变薄很大如凸模与坯料的接触面积过小、拉深阻力过大等都有可能导致材料局部胀形变形可能导致材料局部胀形变形(bin xng)过大而开裂过大而开裂。防裂措施：防裂措施：为了防止开裂，应从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设计多方面采取相应的措施。为了防止开裂，应从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设计多方面采取相应的措施。第十三页，共51页。(1)覆盖件的结构上，可采取的措施有：覆盖件的结构上，可采取的措施有：各圆角半径最好大一些、曲面形状各圆角半径最好大一些、曲面形状(xngzhun)在拉深方在拉深方向的实际深度浅一些、各处深度均匀一些、形状向的实际深度浅一些、各处深度均匀一些、形状(xngzhun)尽量简单且变化尽量平缓一些等。尽量简单且变化尽量平缓一些等。(2)拉深工艺方面，可采取的主要措施有：拉深工艺方面，可采取的主要措施有：拉深方向尽量使凸模与坯料的接触面积大、合理的压料面拉深方向尽量使凸模与坯料的接触面积大、合理的压料面形状形状(xngzhun)和压边力使压料面各部位阻力均匀适度、降和压边力使压料面各部位阻力均匀适度、降低拉延深度、开工艺孔和工艺切口等低拉延深度、开工艺孔和工艺切口等（如图（如图2）。）。(3)模具设计上模具设计上 可采取设计合理的拉深筋、采用较大的模具圆角、使凸模可采取设计合理的拉深筋、采用较大的模具圆角、使凸模与凹模间隙合理等措施。与凹模间隙合理等措施。第十四页，共51页。图图2 2 工工艺艺(gngy)(gngy)孔和工孔和工艺艺(gngy)(gngy)切口切口第十五页，共51页。冲冲 压压 工工 艺（实例艺（实例(shl)）拉延切角、工艺拉延切角、工艺(gngy)切口切口第十六页，共51页。冲冲 压压 工工 艺（实例艺（实例(shl)）CAE分析分析(fnx)安全(nqun)破裂起皱 回弹第十七页，共51页。汽车覆盖件模具制造的发展：汽车覆盖件模具制造的发展：二十世纪中期二十世纪中期:手工设计手工设计,手工制泥模手工制泥模,手工制模型样手工制模型样架架,手工制大量研配检验样板手工制大量研配检验样板,大量人工修磨模具大量人工修磨模具.二十世纪后期二十世纪后期:CAD设计设计,手工制泥模手工制泥模,手工制模型样手工制模型样架架,大量使用大型仿形铣床及大型加工设备大量使用大型仿形铣床及大型加工设备,使用激使用激光切割机加工研配检验样板光切割机加工研配检验样板,采用研配压力机修磨模采用研配压力机修磨模具具.二十一世纪初二十一世纪初:采用采用CAD/CAM 软件软件 设计模具设计模具,开始开始(kish)推行推行“无纸模具设计和制造无纸模具设计和制造”这一研究和这一研究和开发项目开发项目,计算机输入产品模型，生成高质量实体模计算机输入产品模型，生成高质量实体模型型.CAD/CAM技术的推广已由技术的推广已由“甩图板甩图板”阶段跨入阶段跨入到了深化应用阶段到了深化应用阶段.第十八页，共51页。Delcam 方案是使用模具镶块向导程序“Die Wizard“.该程序可自动寻找产品模型的分模线并自动将模块分为合适(hsh)尺寸的两部分，自动产生高质量的分模面，自动分离型芯和型腔。“Die Wizard”技术的应用，更大大提高企业工艺编制的效率和准确性,可以对产品开发数据进行有效的管理,提高模具设计速度和管理效率从根本上降低模具制造企业的成本.目前法国CATIA公司开发的大型CAD/CAE/CAM一体化软件V5R17已广泛应用于航空汽车制造业设计,不久将用于模具制造,因一体化特性,将使模具分析、设计、制造更方便快捷.第十九页，共51页。二十世纪中后期，制造模具的手段主要是依赖普通的机械加工设备，对于形状复杂的模具则是依靠钳工的技能来完成，优秀的模具钳工在模具企业内起着决定性的作用，竞争的焦点(jiodin)在于谁有能力把模具生产出来.到了二十一世纪，CAD/CAM技术，数控加工技术及EDM加工技术逐步被广泛应用，制造出模具已经不是问题，CAD/CAM技术及数控技术的应用水平是衡量模具生产的主要内容，是模具发展的一次大变革.目前汽车大型覆盖件模具的生产基本都建立了一完全针对模具制造的 CAD/CAE 软件系统，该系统采用了综合实体造型和曲面造型优势的混合建模方法,能快速有效地产生和分析来自不同客户的复杂模具曲面。第二十页，共51页。大型覆盖件设计制造要求大型覆盖件设计制造要求1.冲压件的三维数模和产品图纸为模具设计的依据冲压件的三维数模和产品图纸为模具设计的依据.2.所采用的一系列成型手段必须为冲压件服务所采用的一系列成型手段必须为冲压件服务,不允不允许互相干涉和重复许互相干涉和重复.3.模具所使用的材料及其加工必须符合模具所使用的材料及其加工必须符合(fh)冲压件冲压件生产纲领和模具寿命要求生产纲领和模具寿命要求.4.保证零件（拉延的凹模、凸模、压边圈、成型块、保证零件（拉延的凹模、凸模、压边圈、成型块、切刀等）技术工艺可靠切刀等）技术工艺可靠,定位准确定位准确,操作方便、安全并操作方便、安全并且无堆焊修复缺陷且无堆焊修复缺陷.5.必须参照压力机设备参数必须参照压力机设备参数(台面尺寸、闭合高度、台面尺寸、闭合高度、公称压力、气顶缸位置数量压力、定位装夹位置公称压力、气顶缸位置数量压力、定位装夹位置)设设计制造模具计制造模具.第二十一页，共51页。6.模具零部件应定位准确,考虑防松、防崩、防脱落、防翻、防冲击等措施.7.在模具设计制造(zhzo)中必须考虑铸造工艺性、加工工艺性和维修方便性.8.在模具从设计制造(zhzo)到验收的过程中，应以零件为单位建立模具档案(缺陷风险分析纪录,模具设计会签记录，会议纪要，更改记录,试模记录，模具铸件质保书，冲压零件检测记录，模具刃口材料及硬度，模具检查记录等)第二十二页，共51页。除前述覆盖件模具设计制造要求外,还需下列特殊要求:1.要求同一自动生产线上的模具闭合(b h)高度尽量一致.同一件号零件的模具闭合(b h)高度必须一致 .2.同一零件的整套模具送料高度必需一致（保证机械化生产自动取件顺畅）.3.冲压自动线都采用移动工作台装夹模具.所以设计模具时必须在所有气垫顶棒都放置的情况下移动工作台能正常工作.第二十三页，共51页。4.模具结构除了设置外导向（正常的导向外），自动(zdng)线模具还应在相应工序设置椎式导正结构，保证上下模导正精度可靠合理.5.自动(zdng)线模具定位均采用快速定位,模具快速定位孔（槽）应布置在具有良好目视条件的地方，以方便模具的安装.6.自动(zdng)线模具一般都采用自动(zdng)夹紧装置，采用机床自动(zdng)夹紧时，应根据机床夹紧要求进行设计.7.必须重点考虑修边冲孔废料的排除方式.第二十四页，共51页。制造工艺复杂.(立体曲面,精度光洁度要求高)模具调整较复杂.(形状复杂,落料尺寸修边尺寸需试验才能决定)轮廓尺寸大,需要有大型加工设备.生产技术准备(zhnbi)工作复杂.一个汽车覆盖件零件,往往需通过数套冲模冲压才能完成.而这套冲模,一方面其形状都要符合于同一主模型另一方面各套冲模在制造工艺上有一定依赖关系.一个汽车覆盖件各套冲模的一般制造顺序是:拉延模 切边模翻边模 修边整型模.第二十五页，共51页。拉延模是关键.原因是:下道工序的模具必须用它的冲件作为立体样板,进行制造，能否冲压出合格产品拉延是万事开头难的第一关.例如GC-1轿车侧围外板,除落料在开卷落料线完成外,还需4套冲模完成,其4套冲模的工序关系为拉延-切边冲孔-整形冲孔翻边-整形翻边。精度要求高的模具需要使用高精度的数控机床加工，而且模具材质、成形工艺都有严格要求，还需使用CAD/CAE/CAM模具技术去设计、分析.制造厂家应具备数控加工中心、电火花、线切割机床及数控仿型铣设备(shbi)，高精度磨床，高精度三座标测量仪，计算机设计及相关软件等.一般大型汽第二十六页，共51页。车身覆盖件模具要考虑机床是否有压边机构，甚至边润滑剂、多工位级进等.除冲压吨位外还要考虑冲次、送料装置、机床及模具保护装置等.因汽车行业的迅速发展,汽车生产自动化程度越来越高,液压压力机,双动压床已远远跟不上批量冲压件生产需要.目前汽车厂冲压件生产均采用大台面单动多连杆机械压力机.而大部分汽车冲压件由于成型时有特殊要求,因而诞生了许多汽车模具新工艺:斜锲切边,斜锲冲孔,斜锲翻边,汽缸旋转翻边以及气辅成型，氮气(dn q)缸等先进的工艺.第二十七页，共51页。发动机盖拉延发动机盖拉延(l yn)(l yn)工序工序 第二十八页，共51页。工艺工艺(gngy)补补充充 工艺补充是拉延(l yn)件不可缺少的组成部分，是指为了顺利拉延(l yn)成型出合格的制件，而在冲压件的基础上所添加的那部分材料，用以满足拉延(l yn)、压料面和修边等工序的要求。这部分材料仅仅是冲压成型需要而不是零件所需要的，故在拉延(l yn)成型后的修边工序中需将工艺补充切除掉。大多数汽车车身覆盖件都需要添加工艺补充后才能设计成能拉延(l yn)成型的冲压件，这是覆盖件冲压工艺设计的重要内容，也是与普通简单拉延(l yn)件拉延(l yn)工艺设计的主要不同点。工艺补充部分有两大类：外部工艺补充、内部工艺补充。工艺工艺(gngy)分分析析 第二十九页，共51页。外部外部(wib)工艺补充工艺补充压料面压料面 压料面是指板料在凹模圆角以外的法兰部分，工件本体部分或工艺补充部分组成，其应是平面或曲率较小的曲面，不允许有大的起伏或拐点在拉延成型过程中，压料面的材料被逐渐拉入凹模型腔内，转化为覆盖(fgi)件形状。压料面与凸模形状保持一定几何关系，保证在拉延过程中板料处于张紧状态，并能平稳地包拢凸模，防止起皱破裂。第三十页，共51页。覆盖件拉延(l yn)成型时，在压料面上敷设拉延(l yn)筋或拉延(l yn)槛，对改变进料阻力，调整进料速度使之均匀和防止起皱具有明显的效果。敷设拉延(l yn)筋的主要作用：（1）增加局部区域的进料阻力，使整个拉延(l yn)件进料速度达到平衡状态。（2）加大拉延(l yn)成型的内应力，提高覆盖件的刚性。（3）加大径向拉应力，减少切向压应力，延缓或防止起皱。拉延(l yn)筋的断面形状为半圆形，拉延(l yn)槛的阻力更大，它多用在深度浅的拉延(l yn)件上。拉延拉延(l yn)筋筋第三十一页，共51页。发动机盖拉延发动机盖拉延(l yn)(l yn)工序工序 凹模凹模 压边圈压边圈 凸模凸模导导向向(do xin)装装 置置导导向向(do xin)装装 置置第三十二页，共51页。车身车身(ch shn)侧围结构侧围结构分析分析第三十三页，共51页。冲孔冲孔(chn kn)工艺过程：工艺过程：第三十四页，共51页。冲孔冲孔(chn kn)模结模结构分析构分析第三十五页，共51页。第三十六页，共51页。方孔凸模方孔凹模第三十七页，共51页。异 性(yxng)孔凸模第三十八页，共51页。模具的工作模具的工作(gngzu)过程：过程：凸模滑块斜楔第三十九页，共51页。行李箱盖切边工艺行李箱盖切边工艺(gngy)分分析析第四十页，共51页。切边工艺切边工艺(gngy)分析：分析：第四十一页，共51页。结构结构(jigu)分析分析第四十二页，共51页。结构结构(jigu)分析分析第四十三页，共51页。结构结构(jigu)分析分析第四十四页，共51页。切边模的类型切边模的类型(lixng)按切边面形状：平面切边模、曲面切边模按切边面形状：平面切边模、曲面切边模按切边方向分：垂直切边模按切边方向分：垂直切边模是指切边凸（凹）模沿垂直方向作上下运动的切是指切边凸（凹）模沿垂直方向作上下运动的切 边加工。垂直切边所用模具结构简单、废料处理也比较方便。边加工。垂直切边所用模具结构简单、废料处理也比较方便。水平水平(shupng)切边模切边模是指切边凸（凹）模沿水平是指切边凸（凹）模沿水平(shupng)方向运动方向运动的切边加的切边加 工。凸（凹）工。凸（凹）模的水平模的水平(shupng)方向运动可以通过斜楔机构或通过模具上加装水平方向运动可以通过斜楔机构或通过模具上加装水平(shupng)方向方向 运动的液压缸来实现。运动的液压缸来实现。倾斜切边模倾斜切边模是指切边凸（凹）模沿与垂直方向成一定角度的是指切边凸（凹）模沿与垂直方向成一定角度的 方向运动的切边加工。凸（凹）模的倾斜方向运动可以通过斜楔方向运动的切边加工。凸（凹）模的倾斜方向运动可以通过斜楔 机构或通过模具上加装倾斜方向运动的液压缸来实现。机构或通过模具上加装倾斜方向运动的液压缸来实现。第四十五页，共51页。行李箱盖整形行李箱盖整形(zhng xng)工艺分工艺分析析第四十六页，共51页。整形工艺整形工艺(gngy)分分析：析：第四十七页，共51页。整形整形(zhng xng)模结模结构分析构分析第四十八页，共51页。整形模结构整形模结构(jigu)分分析析第四十九页，共51页。动画演示动画演示(ynsh)部分部分1、板料拉延变形、板料拉延变形2、侧围板料拉延的变形过程、侧围板料拉延的变形过程3、车顶盖冲天窗孔、车顶盖冲天窗孔4、冲孔工序、冲孔工序(gngx)二维模拟二维模拟5、发动机盖拉延、发动机盖拉延6、后备箱盖的切边与冲孔、后备箱盖的切边与冲孔7、拉延工序、拉延工序(gngx)二维模拟二维模拟8、模具上的废料刀、模具上的废料刀9、切边工序、切边工序(gngx)二维模拟二维模拟10、斜楔机构、斜楔机构 第五十页，共51页。汽车模具的设计制造是科技含量很高的产业汽车模具的设计制造是科技含量很高的产业(chny),具有很强的专业知识具有很强的专业知识,而我现在对模具工业的认识仅是皮毛上的一点认识而我现在对模具工业的认识仅是皮毛上的一点认识,掌握一定的模具基本知识掌握一定的模具基本知识对我们实际工作中对我们实际工作中(整车工艺整车工艺,模具维护，模具寿命模具维护，模具寿命,质量检验质量检验)是有好处的是有好处的.希望能同大家共同学习、进步。希望能同大家共同学习、进步。谢谢谢谢 结束语结束语第五十一页，共51页。