汽车覆盖件模具设计（多工位）
摘 要：本文首先对其冲压工艺进行研究，确定其工艺方案为: 拉深、修边冲孔、修边、二次修边冲孔、翻边整形、侧冲孔及剖分 6 道工序，其中第 1 道工序采用两制件合并拉深，且进行对称拉深成形，即采用 “一出二” 的形式， 既提高了制件成形精度和表面质量，也提高了生产效率；再对制件进行模具设计，将修边 + 冲孔、修边两工序设置在同一副模具中，将二次修边 + 冲孔、翻边 + 整形、侧冲孔 + 剖分 3 个工序设置在同一副模具中，即采用多工位复合冲压模具，则可明显减少模具的数量，从而减少了成形设备和操作工人的数量，提高生产效率且降低生产成本。
关键词: 汽车覆盖件；冲压工艺；多工位复合成形；冲压模具
Auto Cover Die Design (Multistation)
Abstract: This paper first studies the stamping process, The process scheme is: deep process, side punching, trimming, secondary side punching, side shaping, side punching and section, The first process adopts the combined deepening of the two components, And make the symmetric pull-depth form, That is, to adopt the form of "one out and two", It both improves the manufacturing parts forming accuracy and surface quality, Also improved the production efficiency; Then make the mold design for the manufacturing parts, Set the trimming + punching and trimming processes in the same auxiliary mold, The three processes of secondary trimming + punching, edge turning + shaping, side punching + cross-section are set in the same auxiliary mold, That is, using the multiplex compound stamping mold, The number of the molds can be significantly reduced, This reducing the number of forming equipment and operators, Improve production efficiency and reduce production costs.
Key words: automobile cover parts; stamping process; multiposition composite forming; stamping mold
一、引言
汽车覆盖件具有板料薄、形状复杂和表面质量要求高等特点，板料在冲压成形时各部分应力很不均匀，所以成形需采用拉深、修边、冲孔、翻边、整形等多道工序完成。因此，合理设计各冲压工序及其模具是保证覆盖件成形质量和生产效率的关键。
在冲压生产中将几道工序放在同一副模具中完成，即采用多工位复合成形工艺，则可减少模具的数量、冲压设备和操作工人的数量，从而极大地提高生产效率和降低生产成本。
本文以企业的某个汽车覆盖件为例，介绍覆盖件多工位复合成形工艺及模具设计方法。
图 1 所示为某覆盖件的产品数模，制件的材料是 DC04 普通钢板，板料厚度是 1. 0 mm，制件要求各面衔接处平整光滑，且无擦伤、翘曲、皱纹和裂纹等缺陷，同时具有一定刚度和强度。
图 1 某覆盖件的产品图
二、制件的工艺分析及工艺方案确定
DC04 钢屈服强度为 189 MPa，抗拉强度为 327MPa，硬化指数为 0. 217，
各向异性指数为 1. 94， 具有良好的冲压成形性能。
拉深是成形的关键，它对覆盖件的质量、模具 结构和后续工序影响较大。本制件表面为非对 称、非回转的复杂曲面，如采用单件冲压成形，则 会受到较大的侧向力，从而在冲压时制件易发生滑 动，导致起皱和开裂。为保证制件表面质量和精度， 采用左、右对称布置且同时拉深成形。
拉深后采用修边工序，切除拉深工序中添加的工艺补充；制件上有孔，需安排冲孔工序；制件边缘为用于焊接的侧边，需安排翻边工序。
因此，根据制件的最终形状和工艺分析，确定其冲压方案为: 拉深—修边、冲孔—修边—修边、冲孔—翻边、整形—侧冲孔、分离 6 道工序。
三、制件的工艺设计
( 1) 工序 1：拉深。如图 2 所示，拉深主要考虑拉深方向、工艺补充、压料面以及拉深筋等。 先将制件上各孔填平并添设工艺补充面和拉深筋， 利用 CAE 软件模拟、分析和优化，通过反复修改工艺参数，保证凹模口四周的变形阻力和制件塑性变 形均匀，确保制件不发生拉裂和起趋等缺陷。
图 2 拉深工艺图
1． 板料线 2． 拉深筋 3． 分模线 4． 工艺补充面
( 2) 工序 2：修边 + 冲孔。如图 3 所示，此工序将拉深后的工艺补充面切除。由于此拉深件四周修边的面不在同一平面内，修边方向不一致，则需要分不同工序进行修边；为了避免修边后制件的边界不出现锐角，经分析需进行 3 次修边。确定修边方向主要考虑两点: 尽量采用垂直修边，这样模具结构最简单；保证修边质量良好，若修边方向与制件型面法线方向间的夹角过大，修边时会产生撕裂现象；同时，当凸、凹模刃口部位成锐角时，模具易损坏［8］。因此，本拉深件的修边均采用垂直修边，且修边方向与制件型面法线方向间的夹角均小于 15°。具体过程是：为了使修边废料能顺利地排出，在修边模上均匀布置 3 把废料刀将切下的补充面切断成 5 块废料 1，2，3，4，5 ( 图 3 中 1 ～ 5) ， 并从各自侧面自动滑落，同时冲出下道工序的定位 孔 a、b。
图 3 修边 + 冲孔工艺图
( 3) 工序 3：修边。如图 4 所示，此工序将修边和冲工艺孔后的工序件再一次修边，即以工艺孔 a、b 定位，修去斜面上 6、7、8 ( 图 4 ) 这 3 块废料。由于本工序的 3 块废料所处的面同上一道工序中的修边面不在同一平面上，因此在切除这 3 块废料时要调整修边方向。若将此工序与上一道工序合并，需要采用斜楔机构，必将增大模具的复杂程度。
图 4 修边工艺图
( 4) 工序 4：修边 + 冲孔。如图 5 所示，此工序进行最后一次修边，并冲型面上 4 个孔，其过程是: 以型面定位，切除剖分处废料 9，同时冲出c、f 圆孔和 d、e 两异形孔，由于本工序和第 3 工序修边方向不在同一平面， 若将两道工序合并， 会使制件修边精度降低；如将第 2、4 道工序合并，会导致废料切除后无法自动滑落，且使模具会变得复杂。
( 5) 工序 5：翻边 + 整形。如图 6 所示，此工序将上道工序件进行翻边整形。制件完成了外侧修边和正面冲孔后，材料会产生内应力，导致法兰产生一定的回弹，而且制件边缘为竖起的焊接面，要求精度较高，因此在修边后须对制件进行翻边整形。 具体过程是: 对制件侧壁的圆角和轮廓进行整形， 同时对上述 4 道工序中制件产生的回弹进行整形， 且对侧边进行翻边，保证制件形状精度；为了保证制件侧面孔的形状和位置精度，需在制件侧壁形状翻边后再在下一道工序中进行侧冲孔。
图 5 二次修边 + 冲孔工艺图
图 6 翻边 + 整形工艺图
( 6) 工序 6：侧冲孔 + 剖分。如图 7 所示，此工序将翻边整形好的工序件进行侧冲孔和剖分。具体过程是: 冲出两制件侧壁上的 6 个侧孔，由于侧孔的轴线与冲压方向的夹角大于 30°，因此本工序需要采用斜楔机构进行侧冲孔，同时沿着剖分线将制件剖分成两个左右对称的制件。
图 7 侧冲孔 + 分离工艺图
四、制件各工序模具的结构设计
如果每道工序各采用 1 副模具，则需要 6 副冲压模具。如将修边冲孔和二次修边两序合并在同 1 副模具中，将修边冲孔、翻边整形和侧冲孔、分离这 3 个工序合并在同一副模具中，则需要 3 副模具， 这样就可节省 3 副模具，提高了效率，节约了成本。
（一）拉深模结构设计
本制件采用单动拉深，且一次性拉深出主要轮廓形状；为防止一次拉深深度过深，导致侧壁破裂， 将压料面做成 S 形，可降低拉深深度；拉深模采用一出二的形式并进行对称拉深，使得压力中心与模具中心重合，提高模具使用寿命。
（二）工序 2 和工序 3 合模的结构设计
将 2 个工序合模后分别完成修边冲孔与二次修边两道工序。上、下模均设计成镶块形式，如图 8 所示为该模具的下模装配图，如图 9 所示为该模具的上模装配图。上、下模架采用锥形定位器定位。修边过程中要先用压料芯压料，然后再进行修边。此两序合模采用导板和导柱 － 导套复合导向。修边冲孔工序的废料面积较大，需采用 3 个废料切刀进行切断，二次修边工序的废料面积较小，无需分块。
图 8 两序合模下模装配图
1． 修边冲孔凸模 2． 二次修边凸模
图 9 两序合模上模装配图
1． 二次修边凹模 2． 修边冲孔凹模
（三）工序 4、工序 5、工序 6 合模的结构设计
将 3 个工序 4、5、6 合模可分别完成修边冲孔、翻边整形和侧冲孔、分离 3 道工序。如图 10 所示为该模具的下模装配图，如图 11 所示为该模具的上模装配图。上、下模架采用锥形定位器定位。修边过程中要先用压料芯压料，然后再进行修边、翻边整形和剖分。此三序合模采用导板和导柱 － 导套复合导向，侧冲孔采用斜楔机构。
图 10 三工序合模下模装配图
1． 三次修边凸模 2． 翻边整形凸模 3． 侧冲孔、剖分凸模
图 11 三工序合模上模装配图
1． 三次修边凹模 2． 翻边整形凹模 3． 侧冲孔、剖分凹模
五、结论
( 1) 本文的制件拉深模采用一出二形式且对称拉深，有利于提高覆盖件的生产效率，同时有利于压力中心的居中，保证拉深件质量，提高模具寿命。
( 2) 采用将多道工序放在同一副模具上设计， 其中第 2 和第 3 道工序放在同一副模具上； 第 4、5、6 这 3 道工序用一副模具完成，减少了模具数量，从而减少了冲压设备和操作工人的数量，也极 大提高了制件的生产效率。
( 3) 采用将复杂修边工序分 3 次修边，既提高制件修边精度，又简化了模具结构，且废料易于排出，从而提高冲压模具的使用安全和生产效率。
( 4) 通过翻边整形工序校正前 4 道工序制件中产生的回弹，并消除了部分残余应力，提高了制件的形状精度。
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