绘制汽车车身覆盖件冲压综合工序图的方法

  冲    压成形汽车车身覆盖件是采用压力机上安装大型冲模，通过冲裁展开料，拉延成形，修边冲孔，翻边整形等程序冲压而成。如何处置各道程序的成形內容，以及所采取的方式方法，是成形合格的车身覆盖件的关键。我们把这一工程称为它们的综合工序图(DL图)或工法图或加工要领图的设计。DL 图或工法图或加工要领图是大型冲模结构设计要实现的目标，这个目标出现差错,  大型冲摸结构设计再完善也多半会报废重来。

    汽车车身覆盖件的成形方法是沿用了阶梯式矩盒形件拉延成形的变形理论基础，再演变发展而成的一种独特的成形方法。

 a)车门內板拉延件     b)阶梯式矩盒形拉延件

(图一)拉延件的对照图

    如(图一) 所示,a为车门內板,b为阶梯式矩盒形件。将车门內板附加工艺补充面之后, 就变成了一个可拉延成形的冲压件,它与矩盒形拉延件多么相似。图中A和a同属于圆筒形拉延件圆筒壁的拉延变形区;B和b也同属于直边部拉弯之弯曲变形区,都属于类同的塑性变形方法。如(图一)所示,C和c也同是阶梯形状，变形性质也是类同的。无任工艺补充面如何变换，其拉延成形的基本点並没有甚么多大的改变。

    (图一)a）还说明，任何汽车车身覆盖件均可以通过增加工艺补充面的方法演变成拉延制件，而覆盖件的主体双曲面形状均是在拉延模內一次拉延成形的，只有这样才能获得准确形状的覆盖件。因而拉延成形制件是覆盖件成形的主体，也是覆盖件成形成败的关键。

    满足汽车车身设计要求的覆盖件，往往不可能是理想的拉延制件，但是通过某些形状的变换之后，就成为了较理想的拉延制件了。这些变换应该在后续的工序工程中再成形回复为覆盖件，而再成形时不仅成形形状准确，还要不再使已成形好的覆盖件主体形状发生意外变形。具体的变换內容如下：

（1）关于覆盖件上的孔洞：

    在拉延制件上，孔洞一般都要事先堵补起来，待拉延成形之后，在事后的工序工程中再冲出。如果事先就有孔洞存在，拉延过程中必将在孔洞处出现应力集中的现象，造成制件拉破而导致拉延成形失败。但是某些大的窗洞和门洞，又不宜都堵补起来，它还可以被拉延成形所借用。例如：

[1]门框洞：

    如(图二) 所示，我们若要把门洞堵补起来，则在拉延过程中产生拉延和反拉延，在变形过程中要产生这么大的塑性流动变形量几乎是不可能的。若我们像(图二 )那样,事先

(图二) 汽车车身侧围门框拉延模结构图

    开一个比门洞小一点的工艺孔,內外压紧板料进行拉延,则门框即可顺利拉延成功。这种工艺的实現还归功于摸具结构采用了液氮气缸，因为它有足够的压边力来满足成形工艺的要求。

[2]窗框洞:

    如(图三) 所示,我们若要把窗洞堵补起来, 在拉延过程中同样产生塑性流动变形量过大的拉延和反拉延现象。我们只好在拉延窗包时，先冲切口，再继续拉延窗包，则门的窗框才可拉延成功。

(图三)车门外板拉延模结构图                                

（2）关于阻碍拉延成形的翻边：

    例如(图四)的前轮翼外板，它的A处和B处都有一个倒钩边和一个垂直边。这些边是不可能在拉延制件里一次拉延成形的。我们对这些边就要作一些有利于拉延成形的变换，

  (图四) 前轮翼外板拉延制件草图

    像(图四)中点划线所示。这种变换要求修边之后通过翻边或斜契翻边而成形。并且不再引起前轮翼外板主曲面发生意外变形。

    由于轮廓线A和轮廓线B都不可能是直线，而且多办会是曲线。如果是凸曲线，翻边的变形边会使钢板产生压缩变形；如果是凹曲线，翻边的变形边会使钢板产生拉伸变形。这些变形均是由弹性变形和塑性变形所组成，其中弹性变形将会产生残留的内应力，这种内应力会使原来拉延变形好的主曲面重又发生意外变形，丧失了主曲面的尺寸精度。因此，我们一方面设法减小这种内应力（即把一部分翻边变形高度移致拉延变形之中，减小翻边变形的翻边高度，也就是减小翻边变形量，减小了这种内应力），我们另一方面可以在拉延变形中将要发生翻边变形的曲面有意变换成波浪曲面（即它在翻边时也会减小拉伸变形量，减小了这种内应力），我们另一方面还可以通过翻边模凹模块模口高低形状的变化将集中的内应力扩散开来，都会同样得到减小内应力减小意外变形的效果。后面我们还要详细叙述这一要点。

（3）关于反拉延包的应用：

     例如(图五)的侧围外板，它在a和b处有明显的台阶，如果像a那样不作任何处理，

(图五)乘用车（面包车）侧围外板拉延制件草图

    阶梯处的皺纹不可避免；如果像b那样在工艺面上增设一个反拉延包，则皺纹就不会发生。

    反拉延包的处置方式很多，后面还要详细阐述。

    综合上述，我们把覆盖件转换成拉延制件，就是综合工序图(DL图)工程设计的重中之重。我们如何得到优良的拉延制件呢？我们将从它的塑性变形的理论基础，它沿用的变形准则，“补充工艺压料面型面”的建立与要点，和它的变形程度的校核等方面来阐述它的成形（或称变形）的设计规律。

一, 塑性变形的理论基础

    覆盖件在拉延模具里拉伸时，板材包络凸模表面的每一点都应该承受双轴向拉伸应力，例如（图六）中的c点，σc就应该是双轴向拉伸应力。它由如下应力所组成：

（图六）拉延件各部位的应力应变状态图

  式中：

σv—由于拉延变形而产生的法向拉伸应力；

σm—由于压边圈和凹模夹紧而产生的磨擦阻力之应力。

σv=2K∫abkgds      

  式中：

     K—塑性常量；

a—材料与凹模口接触的一点；

b—   钣材毛坯材料边缘上的一点；

kg—通过a，b点滑移线的短程曲率；

ds—滑移线微元。

 σm=q.F/s.t

    式中：

     q ___单位面积上的压边力;

     F___压边面积;

     S—凹模口周长；

     t—材料厚度。

    拉伸应力σc 应该大于材料的屈服强度，同时还应小于材料的强度极限，这样才能产生较好的塑性变形。若σc小于屈服强度，c点的钣材只能产生弹性变形，易于出现回弹现象；若σc大于强度极限，c点的钣材就要出现破裂。在决定拉延制件的工艺面（工艺补充形状）时，就应该使σc达到理想的塑性状态。

    例如（图七）所示的车门外护板，覆盖件曲面已构成双轴向拉伸应力状态，但是如何使

    （图七）车门外板拉延分析图：a—材料与凹模口接触的一点；b—钣材毛坯材料边缘上的一点；

    c— 凸模起始接触毛坯材料的一点；h—材料塑性流动变形所形成的拉延深度；

    J—钣材在压边圈夹紧后凸模尚未拉延时起始位置；l—压边面宽度。

    凸模接触毛坯材料的各点都处于双轴向拉伸应力σc，达到良好的塑性状态呢？我们常常

     采用以下一些方法：

（1）选择合适a—b间的距离尺寸，使拉延变形过程中所产生的变形阻力σv达至σc，

形成σc大于屈服强度，并且小于强度极限。它还必须是双轴向的面拉伸应力状态，所有凸模接触毛坯材料的点都应该是如此。其一：就是选择好拉延展开料，展开料的选择除了符合拉延制件构成的尺寸之外，还得考虑它是否产生了足够的变形阻力σv(或σc),使包络凸模表面的各点σc均达到屈服强度状态,从而形成永久变形。增大展开料来满足塑性变形

    要求的方法是不经济的，也是不适合采用的。其二：就是选择好拉延深度h，它不仅决定了a—b间的距离尺寸，使起始拉延所产生的变形阻力σv(或σc)足够，而且还能使拉延过程中任何时刻产生的变形阻力σv(或σc)都足够。

    h值沿凹模口一週是可以变化的，由此决定了工艺压料面的形状，例如（图八）所示。

a）较正确的工艺压料面    b）不适合的工艺压料面

（图八）载重车前翼子板拉延工艺分析图

    图中a）所描述的h是变化的，压料面比凸模面平坦，起始拉延时凸模接触毛坯材料于c点，尔后凸模向下拉伸均是向四周扩展，钣材包络凸模上的每个点都会受到双轴向拉伸变形。因而能够获得光洁的拉延制件。图中b）所描述的h是不变化的（或是覆盖件自身的形状），此时凸模面比压料面平坦，起始拉延时凸模接触毛坯材料于c1和c2两点，尔后凸模向下拉伸，c1和c2两点间内就会形成多余的材料，成形到最后钣材必将受到压缩变形而产生折皱，达不到光洁拉延的效果。