顶盖的冲压工艺

顶盖的冲压工艺
郑滢滢
【摘要】顶盖是最大的车身覆盖件之一,其冲压工艺生产中常含有拉伸、修边、冲孔、整形、侧修边、侧冲孔及侧整形等工序,非常具有代表性。

%Roof panel is one of the biggest covering parts of car body.The stamping process of
roof panel,which is very representative,always contains such processes as drawing、trimming、punching、pruning、side trimming、side punching and side pruning,etc.
【期刊名称】《模具制造》
【年(卷),期】2012(000)004
【总页数】5页(P47-51)
【关键词】顶盖;冲压工艺;成形分析;凸轮
【作者】郑滢滢
【作者单位】柳州职业技术学院机电工程系,广西柳州545006
【正文语种】中文
【中图分类】TG385.2
1 引言
以一微型面包车的顶盖为例进行冲压工艺分析，厂家要求该顶盖上自动冲压生产线，只能4个工序完成生产。

顶盖是白车身驾驶室中最大的外观件之一，零件本身的刚性较差，表面质量要求高。

在拉伸中应尽可能使材料得到充分地塑性变形，从而增大材料的延伸率和变薄率，提高其刚性。

图1 零件图
2 零件冲压工艺分析
零件图如图1所示，尺寸为2,100×1,080×245mm。

A段为车头部分，C段为车
尾部分，零件在车身坐标系下以X轴左右对称，即图1B处与图1D处对称。

以车身坐标的Z轴作为顶盖的冲压方向，利用AutoForm软件进行分析，在Display Backdraft下可看到图2所示K处为负角，即图1中的B、C、D 3段均
有负角。

图3、图4、图5分别是图1中所对应的A、B、C 3段，在Z轴作为顶盖的冲压
方向下，几个点的具体角度值（在AutoForm下用Tipping来观察冲压角度，大
于90°的面为负角面）。

B、D段左右对称，其工艺性质一致，因此仅对A、B、C 3段分别进行具体分析。

图2 成形分析
图3 A段成形分析
图4 B段分析
图5 C段分析
分析图1中的A段，见图3处。

此处立面上角度不超过90°，无负角整形，型面
边缘处角度为25°以上。

修边原则一，冲压角度在15°以下的大面才能用正修（即垂直修边），局部小面不超过25°也可正修；修边原则二，修边冲压工艺应尽量安排正修，不能正修的地方可作工艺面后再正修，最后翻整出所需的形状。

A段边缘处角度大于25°，拉伸后采取直接正修，则超过修边允许角度，毛刺较大，产品质量无法保证。

若采取侧修则需要凸轮，会使模具尺寸变大，增加材料成本，并且侧
修的刀口比正修刀口难加工、难研配，侧修的压料板比正修压料板难加工、难研配，侧修废料比正修废料难排出去。

在A段冲压内容不太多的情况下，特别是考虑到
此处无负角整形，结合以上原则，在拉伸时把A面压下去，作一个较平缓的面，
保证冲压角度为15°之内，再在后工序整形出零件所需的形状。

此处冲压工艺确定为：拉伸—修边—正向整形。

分析图1中的B段，见图4，此处边缘修边角度合乎正修要求，可以在拉伸后直
接修边，但立面上角度大部分在97°、98°左右，有冲压负角，要压出此处形状，
可有两种方法，方法一是摆冲压角度，将其调整到无负角，方法二是采用互动整形。

由于B处与D处对称，所以不论怎么旋转冲压角度，总有一边是负角，最终方法
一不可行，只能采用方法二互动整形。

此处冲压工艺确定为：拉伸→修边→互动整形的冲压顺序。

分析图1中的C段，见图5，此处形状最为复杂，是此顶盖工艺的难点和重点。

（1）此段立面上角度大部分大于90°小于122°，均为负角，需要互动斜楔整形。

（2）图5所示E处，修边线在立面上，如A段分析所述，若采用正修则毛刺较大，采用侧修有不少弊端。

最终确定把修边角度较大的立面抬起来，减少修边角度，然后在后序的斜楔整形中整回来。

（3）C段有6个孔在凸台上，由于此段有互动斜楔整形的内容，在整形中这些凸台都会有移位和变形，若将孔先冲出来，会在后序变形较大，不合要求，所以这些孔不能在第二序修边时直接冲出来，需在互动斜楔整形后再有冲孔工序。

（4）C段所示F处为向上翻边。

一般向上翻边的模具结构是下模有凹模和活动压料板，由于冲孔凹模不可能在活动压料板上，如按此结构，往上翻边时不能进行冲孔。

但厂家要求此顶盖工艺只能4个工序加工，因此采用反向斜楔，向上翻、下
模凹模动，对应原活动压料板部分作成固定，冲孔凹模在这固定部分上。

不过模具结构会因此变复杂，尺寸会增大。

最终此处冲压工艺确定为：拉伸→修边→互动侧
整形→冲孔+上翻边，符合按4个工序设计的要求。

D处与B处对称，对D处不再赘述。

以上分析了各段所需的冲压内容和冲压顺序，下面对各个内容安排在哪一序进行进一步分析。

C处是有4个不同序的冲压内容，分别在4个工序完成。

而对于B、D 两处，拉伸和修边在第1工序、第2工序完成，现在的问题是互动侧整在哪一工
序完成，是在第3工序还是在第4工序；如果在第3工序侧整，此时C处也要互
动侧整，就会出现B、C、D相邻3段都要互动侧整，如何在3个方向上驱动，如何取放料，这在模具结构上是不能实现的。

这就决定了B、D两处互动侧整只能在第4工序完成。

对于A处，拉伸和修边在第1、第2工序完成，然后考虑整形工
序的安排，如果整形安排在第4工序完成，会造成该序工作内容太多，模具太复杂，还会造成第3工序工序只有C处互动侧整形工作，内容太少，模具和机床受
力偏心，因此A处将翻边整形安排在第3工序。

综上所述，该顶盖各序的冲压内容是：①第1工序为拉伸；②第2工序为修边冲孔；③第3工序为A处翻边整形及C处互动侧整形；④第4工序为C处冲孔上翻边及B、D处互动侧整形。

3 工艺补充数模的确定
（1）冲压方向的确定。

首先要确定数模基准点。

数模基准点必须靠近零件的重心且为整10或整5的数值。

根据产品数模的情况，把数模基准点选在车体坐标（X1640，Y0，Z1250）处。

综合考虑顶盖的形状和冲压内容，顶盖的冲压方向以车体坐标Z向为准。

（2）压料面的设定。

压料面对工艺补充很重要。

拉伸过程开始阶段，通过压料面与板料之间摩擦、相对滑动至最终产生符合数模要求的制件，压料面的好坏决定了拉伸是否成功。

要保证拉入凹模的材料不皱不裂，要求压料面光滑平顺，这是对压料面最基本的要求。

降
低压料面与原始零件的高度差即拉伸深度，可节省材料，但拉伸深度太低，会降低顶盖的刚性。

对顶盖这种较规则零件，拉伸深度一般取为30～40mm。

图6中处圈部分为工艺压料面，压料面基本结构的铺设由AutoForm软件完成。

AutoForm软件可以快速实现基于用户控制的压料面和工艺补充面的参数化设计
和修改，设定参数—分析计算—根据结果修改参数—重新分析计算，通过一系列反复模拟，直到最后得出理想的结果。

工艺压料面上细节部分的处理用UG、CATIA或其他3D软件来完成。

图6 压料面
（3）拉伸筋的设定。

在拉伸模中，一般会在压料面上布置拉伸筋。

拉伸筋的作用：①加进料阻力；②匀进料阻力；③大进料阻力以减少压料面积；④低压料面加工的要求；⑤定拉伸过程。

经验表明，某些拉伸件，不用拉伸筋也能成形，但形状不够稳定，刚性较差。

拉伸筋是否设置，设置位置、数量和形状等是拉伸成形中的重要问题。

拉伸筋一般有两种形状：半圆形和方槛形。

此次采用的是半圆形筋，它有利于数控加工和钳工配磨。

为调节各处的进料阻力，使进料均匀，会根据制件的形状，在压料面上布置1～2处拉伸筋，或不布置，具体尺寸如图7所示。

对于顶盖，若工艺补充只布置一条拉伸筋，材料的塑性变形不够，零件没有得到充分延展，其刚性会不足，因此采取A、B、D处两条拉伸筋，C处一边拉伸筋，见图6，并且两条拉
伸筋的深度不一样，内侧深6mm，外侧深3～4mm，满足拉伸筋内紧外松的要求。

图7 拉伸筋a——用两条拉伸筋 b——用一条拉伸筋
（4）CH孔和到底标记的设置。

到底标记是用来在检查模具在成形或拉伸是否到达底部的结构。

它一般设计两处，且两处距离要尽量大，到底标记一般放在废料区或零件不重要的表面上，不能放在
影响外观的顶盖外板上。

此次设计2个φ30mm平台来放置到底标记，并将其设在零件的废料区。

CH孔是合模基准孔，它的主要作用是作为研配后序模具型面时使用，以确保前序压出形状面与后序模具型面一致。

CH孔一般设置两处，并尽量放在平坦的地方，与冲压方向一致，两个CH孔的距离尽量远一点。

图8为此顶盖实际的到底标记和CH孔布置、拉伸筋布置及板料图。

可以看到，右下的那个到底标记是装在冲孔位置，正好是在废料区。

图8 OP10工法图
（5）过拉伸（OVERDRAW）。

外板件的棱线处圆角多处较小，多小于R4。

如果对这么小的圆角不作处理而直接进行拉伸，制件会出现开裂或有凹陷（即暗伤），如果让钳工手工处理，会造成棱线不顺，产品外观质量不合要求。

在工艺时做出OVERDRAW造型，适当加大该处圆角，放大圆角使拉伸成功后，在整形工序中将实际所需的R角整形出来。

OVERDRAW可避免造成双线现象和提高R角部位（即成形圆角特别小的部位）成形的可行性。

图9所示的A线部分即为OVERDRAW的部分，拉伸时把上面的面（深色）部分延长1mm，拉伸圆角适当加大，最终形状在后序侧整时压合。

（6）CAE分析结果。

由于零件对称，B、D俩段结果一样，故只显示一半。

图10为裂皱的基本情况，图11表示材料变薄率，可以看出基本上超过了0.04，零件的刚性有保证。

图9 CAE分析图
4 冲压工艺方案
由于顶盖上自动化冲压生产线，采用机器人自动取送料，相邻各序之间零件必须转180°送料，如图12所示（括号内为使用机床吨位）。

综合以上分析，各序工作内容如下：
（1）1/4 DR（拉伸）。

如图8，拉伸工序注意分模线、拉伸筋、CH孔和到底标记的布置，并考虑顶杆的
布置，使顶杆位置尽量接近分模线。

（2）2/4 TR+PI（修边+冲孔）。

图13为2/4修边冲孔工法简图，各段废料刀有标识，使废料排出顺畅。

图10 CAE分析图1
图11 CAE分析图2
图12 送料图
图13 OP20工法图
（3）3/4 RST+CRST（整形+侧整形）。

图14为3/4工序简图，本工序A处采用正整，由于零件翻边整形常有回弹，此处预留3°工艺回弹余量。

本序C处用互动凸轮侧整形，考虑零件翻边处角度最大为122°，选用180°-122°-3°（回弹角度）=55°凸轮来侧整形，具体表达可见图15a、图15b。

图15b是图15a的局部放大图，它们表达了3/4互动侧整和回弹角度情况，图15c表达了OVERDRAW=1mm。

图14 OP30工法图
图15 工法图
（4）4/4 FL+CRST+PI（上翻边+侧整形+冲孔）。

图16为本序的工作内容。

C段上翻边结构为反向斜楔结构，其截面图为图15b所示，互动斜楔在竖直方向上运动。

而B处的情况可参看图17，侧整凸轮采用75°
自制凸轮，并设置回弹角2°，互动中的驱动结构是在水平方向即0°向上运动。

图16 OP40工法图
5 结束语
随着人们生活水平的日益提高，对汽车的各方面都提出了更高的要求，作为汽车生
产中不可缺少的模具生产，其工法、设计、加工等各个步骤需要更加科学、严谨、安全以适应客户的不同需求及更高要求。

图17 工法图
参考文献
[1] 王孝培.冲压手册[M].北京：机械工业出版社，1988.。