汽車覆蓋件沖壓模具設計及調試 本文結合東莞市長東模具有限公司多年來汽車模具設計與制造經驗，分析汽車覆蓋件模具的設計要點及主要的調試經驗，并對汽車覆蓋件五金模具在拉伸過程中容易出現的起皺和開裂現象進行了分析，從工藝分析、汽車模具結構設計及調試等幾個方面詳細說明了拉伸模設計及調試的重要性。關鍵詞：汽車覆蓋件 沖壓模具 汽車模具 汽車覆蓋件是組成汽車車身的薄板沖壓件，具有材料薄、形狀復雜、結構尺寸大及表面質量要求高等特點。形狀較復雜的汽車沖壓件要經過多道工序的沖壓才能完成，但是覆蓋件的質量好壞在很大程度上受拉伸模質量的控制，拉伸模是沖出高品質外觀件的關鍵，因此，大型覆蓋件汽車模具的設計和制造調試是汽車制造廠家和汽車沖壓模具制造廠家必須攻克的一道難題。 １ 大型覆蓋件沖壓模具的設計１．１ 拉伸件沖壓加工工藝方案的確定　　拉伸件的工藝性是編制覆蓋件沖壓工藝首先要考慮的問題，只有設計出一個合理的、工藝性好的拉伸件，才能保證在拉伸過程中不起皺、不開裂、少起皺、少開裂。覆蓋件拉伸工序的處理不僅是為拉伸工序建立良好的變形條件，而且要為以后的沖壓加工工序提供方便。所以在設計拉伸件時不但要考慮沖壓方向、壓料面的形狀、拉延筋的形狀及位置、工藝補充部分的合理性以及與下道沖壓加工工序之間的關系。　　（１）沖壓方向的確定。　　正確地確定拉伸方向不僅是獲得理想拉伸件的保證，而且將對后續工序的安排產生較大的影響，因此拉伸方向是確定拉伸件的第一要素。確定拉伸方向時主要考慮：保證凸模能順利進入凹模，且進入拉伸件的所有角落；開始拉伸時凸模與毛坯應盡量的使接觸面大，且接觸面應盡量位于沖模中心；壓料面各進料阻力應均勻。　　（２）合理增加工藝補充部分。　　汽車覆蓋件種類繁多，一些覆蓋件形狀復雜，結構不對稱，直接成形較困難，設置必要的工藝補充部分有利于改善拉伸件的工藝性，提高拉伸件的質量。工藝補充部分是拉伸件不可缺少的部分，在拉伸完成后又需要將它切掉，因此，確定拉伸件工藝補充部分應遵循以下原則：使拉伸深度盡量淺；盡量利于垂直修邊；工藝補充部分應盡量小。　　（３）壓料面形狀的確定。　　壓料面是五金模具工藝補充的一部分，在增加工藝補充時必須正確確定壓料面的形狀，使壓料面各部分的進料阻力均勻。要做到這一點，必須保證各方向的拉伸深度均勻，因為只有在壓邊圈將拉伸毛坯壓緊在凹模壓料面上，不形成皺紋或折痕，才能保證拉伸件不皺不裂。在確定壓料面形狀時要盡量降低拉伸深度，使形面平緩，由于凸模對拉伸毛壞要有一定的拉伸作用，所以必須保證壓料面展開長度比凸模展開長度短，材料才能產生拉伸，如果壓料面展開長度比凸模長，拉伸時可能會形成波紋或起皺。有些拉伸件即使作到了這一點，可是也不能保證最后不產生波紋或皺紋，因為從凸模接觸到毛坯開始拉伸，到最后結束拉伸的全過程中，在每一瞬間位置的壓料面展開長度比凸模表面形狀展開長度有長有短，短時凸模對毛坯有拉伸，長時則形成波紋或皺紋。在確定壓料面形狀時，還要特別注意壓料面夾角必須大于凸模表面夾角，才能避免產生波紋或皺紋。同時還要說明，這個夾角必須小于１８０°，如果壓料面是覆蓋件本身的凸緣部分，則凹模圓角Ｒ要根據具體情況確定，因覆蓋件圓角半徑一般都比較小，直接作為凹模圓角半徑不利于拉伸，必須加大才不會導致拉伸時起皺或破裂。加大后的圓角可通過以后的整形工序來達到產品的要求。　　（４）工藝切口和工藝孔的設置。　　工藝切口和工藝孔主要是針對一些局部變形劇烈或存在反拉伸的工件而采取的工藝手段，它必須分布在工藝補充上，在以后的修邊沖孔工序中能將它們去掉。工藝切口和工藝孔常設在拉應力最大的拐角處，且與局部凸起邊緣形狀相適應，以便材料合理流動。其位置、大小、數量、形狀需在拉伸模調試時確定。一般的工藝切口在汽車模具工作過程中沖出，有時也在落料或毛坯料上沖出，以改變成形時的應力狀態，使局部變形得以減輕。 ２ 覆蓋件沖壓模具結構設計２．１ 凸、凹模圓角半徑的確定　　凸、凹模圓角半徑的大小對于能否獲得理想的拉伸件起著很大的作用。覆蓋件拉伸常見的缺陷是拉裂和起皺，當凸模圓角半徑過小時，拉伸毛坯的直壁部分與底部的過渡區的彎曲變形加大，使危險斷面的強度受到削弱，而當凹模圓角半徑較小時，毛坯側壁傳力區的拉應力相應增大，這兩種情況都會使拉伸系數增大，板料的變形阻力增加，從而引起總的拉伸力的增加和模具壽命的降低。若凸模和凹模的圓角半徑過大，板料的變形阻力小，金屬的流動性好，但也會減小壓邊的有效面積，使制件容易起皺。因此確定凸、凹模半徑時必須與工件的變形特點、拉延筋及凸、凹模具圓角半徑的大小等因素綜合考慮。 ２．２ 拉延筋位置、數量的確定　　在覆蓋件汽車模具設計中，拉伸方向，工藝補充部分和壓料面的形狀是決定能否拉伸出滿意制件的先決條件，而拉延筋的設置則是必要條件，拉延筋的作用主要是增大全周或局部的材料變形阻力以控制材料的流入，提高制件的剛性，同時它也是防止覆蓋件起皺和開裂最有效的方法。　　拉延筋的數量及位置主要根據覆蓋件的外形及拉伸深度而定的，拉伸深度大的制件在直線部分一般要布置１～３根拉延筋，而在圓弧部位不設拉延筋；同一零件各部位拉伸深度相差較大時，在深的部位不設拉延筋，淺的部位需設拉延筋；在進料阻力小的部位設置拉延筋；在需要進料少的部位設置拉延筋；在容易起皺的部位設置拉延筋。拉延筋的方向一定要與拉伸毛坯的材料流動方向相垂直。拉延筋裝在壓邊圈壓料面上，還是裝在凹模壓料面上都不影響拉延筋的作用，但在壓力機上調整沖模時，一般不打磨拉延筋，所以要求拉延筋裝在上面壓邊圈的壓料面上，而拉延筋槽設置在下面凹模壓料面上，以便于打磨和研配。若壓料面就是覆蓋件本身的凸緣時，經常打磨凹模上的拉延筋槽，凹模壓料面的損耗就會越大，會影響拉伸深度。當損耗到一定程度時，則需要維修，這時拉延筋的布置就要考慮到維修的方便，若維修方便，拉延筋可安置在上面壓邊圈的壓料面上，若維修困難，則拉延筋應裝在下面凹模壓料面上，這樣則能減小凹模壓料面的損耗。 ３ 覆蓋件拉伸模的調試　　汽車覆蓋件拉伸模的模具調試對零件的質量也起著至關重要的作用，調試得好，不僅可以提高沖壓件的質量，還可以縮短模具的制造周期。五金模具調試的目的就是為了完善模具設計者的意圖，彌補模具設計和制造上存在的缺陷。由于拉裂和起皺是拉伸模的最主要缺陷，因此試模的關鍵就是要控制拉伸過程中材料的流動問題。因為材料流動過易則容易引起起皺，而材料流動困難則會造成制件拉裂，因此必須在二者之間找到一個平衡點。模具間隙的大小、壓邊力的大小、拉延筋的數量和位置等因素也都制約著拉裂和起皺的產生，下面僅談談在汽車模具調試過程中積累的一點經驗。　　（１）凸、凹模間隙的調整。　　在拉伸模的調試過程中，凸凹模間隙的可靠與否直接影響著拉伸件的質量。若調整不當，在間隙大的一側，拉伸件的側壁容易起皺，甚至在周邊會出現波浪形缺陷；而在間隙小的一側則會由于受到過度擠壓而造成局部板料過薄，增大拉伸力，導致工件拉裂。此外，不均勻的間隙還可能導致拉伸件側壁上產生拉痕。對于對稱或封閉式的拉伸模，生產時避免上述現象發生的正確操的作方法是在壓力機工作臺上安裝模具時，先用固定螺釘將上模固定在壓力機滑塊上，而將下模簡單固定在壓力機工作臺墊板上（不擰緊下模壓板螺栓），并且將壓力機滑塊的下死點位置向上調一點，以免合模時五金模具頂死，然后開動壓力機，讓滑塊空行程數次，最后將滑塊降至下死點停止，重新擰緊下模固定螺栓，再開始試模即可保證五金模具凸凹模周邊間隙均勻。　　（２）壓邊力的調整。　　壓邊力的調節主要是指應用雙動壓力機進行拉伸的情況，較大的壓邊力可以防止起皺，提高拉伸件的剛性，而壓邊力較小則會使工件起皺。由于一些復雜的拉伸件結構不對稱，各處變形不均勻，若采用相同的壓邊力，使材料周邊阻力相同，勢必會在工件變形小的部位起皺，而在變形劇烈的部位產生拉裂現象。雙動拉伸壓力機的外滑塊在４個懸掛點與連桿機構連接，各點可用機械方法使各點壓邊力得到調節，形成有利于金屬各向流動的變形條件。如果掌握雙動拉伸壓力機的工作、結構原理，根據拉伸件各處的變形程度調節壓邊力，使各處保持與變形相適應的進料阻力，就會有效的抑制起皺和拉裂現象的發生。　　（３）壓料面間隙的調整。　　在壓料力不易控制的情況下，采取調整拉伸間隙的辦法可消除因材料厚度變化而引起的壓料力的變化對材料變形的不利影響，壓料面間隙的調整主要有以下兩種方法：如圖１所示采用里緊外松的原則，在凹模口處，直線彎曲變形區和伸長變形區應允許壓料面有里緊外松現象，材料在變形過程中料厚不變或變薄，這樣就造成了壓料間隙相對的變大，實際上相當于減小了壓料力。當板料流過緊區時壓邊圈就減弱了壓料作用，而里緊外松的壓料面則可以均衡壓料力。隨著材料的流動，壓邊圈始終保持著壓料作用，防止起皺等缺陷的產生。如圖２為采用里松外緊的原則，在壓縮變形區中，材料處于徑向受拉，切向受壓的應力狀態，毛坯在圓周方向上產生壓縮變形。隨著材料的流動，料厚有增大的趨勢，這樣會使壓料面間隙相對減小進而增大進料阻力，材料在拉應力的作用下易于破裂。因此在調模具壓料面間隙時應采用里松外緊的方法，消除材料厚度增加對材料變形的不利影響。 　　（４）拉伸坯料的剪切。　　在汽車模具調試過程中，對于一些結構不對稱的覆蓋件，由于其拉伸時各處的變形不均勻，因而工件在凹模周圍各處進料阻力不同，除采用拉延筋進行控制，還須根據各處變形的特點，在拉伸前對板料進行適當的剪切或落料，剪切或落料必須按照以下原則進行：　　（１）坯料的表面積約等于工件的表面積。　　（２）坯料的形狀應與工件橫截面形狀相似。　　（３）坯料輪廓應該是光滑的流線型，不能有突起和尖角，通常變形量較大處的法蘭邊可留得小一些，變形量較小處的法蘭邊可留得大一些，使進料阻力與變形程度相協調。另外，試沖要按照從小到大的原則，即對于易裂的地方先用小坯料，若起皺則將材料放大。　　總之，隨著汽車行業的不斷進步，對汽車外覆蓋件的外觀質量的要求也越來越高，這就要求汽車模具設計、制造人員不斷地提高設計和制造水平，同時要積累有豐富的調模經驗，這樣才能制造、調試出合格的汽車模具，從而獲得理想的沖壓件，提高汽車的外觀質量。

東莞市長東模具有限公司專業從事五金模具設計、制造，自主開發設計制作4米的汽車模具及家電產品五金模具。