CN102794363B - 一种覆盖件成形模具及其设计和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种覆盖件成形模具及其设计和使用方法，涉及柔性模具领域。所述覆盖件成形模具，包括凸模座、安装在所述凸模座上的凸模，所述模具还包括口部设有挡料块的凹模，该凹模内设有顶件板和凹模通气孔，所述模具还包括压料圈，所述凸模上设有凸模通气孔，该凸模通气孔与大气相通处设有单向压力控制阀，冲压时关闭。本发明模具具有凸模结构设计、制造简单，通用性强，模具的使用寿命大大提高，模具材料为工程塑料。制成的覆盖件精度高，成本低，制造周期短。本发明成形覆盖件的方法，精度高，成本低。

Description

一种覆盖件成形模具及其设计和使用方法

技术领域

本发明涉及模具领域，具体涉及一种覆盖件成形模具及其设计和使用方法。

背景技术

汽车或拖拉机车身上的大型覆盖件或其他形状类似于覆盖件的制品应用广泛，其形状理论上是由多个浅拉深变形或（及）局部胀形变形联合牵制而成，各变形区比较复杂，因而覆盖件的形状一般都有复杂的空间曲面，现常用刚性成形模具冲压成形，成形变形过程比较复杂，各处应力不均匀，容易产生较多的不合格品，而且生产成本较高，所以要改善模具的设计的难度以减少由于成形复杂而造成制品的破损；另一方面，加工制造过程中，上模与下模加工要求很高以保证冲压合模定位精度及制品质量，这也增加了模具各方面的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、冲压成形精度高、成本低的覆盖件成形模具及其设计和使用方法，模具材料为工程塑料尼龙66具有较好的强度、耐磨性、自润滑性等，模具本身制造周期大大缩短，使用寿命延长。覆盖件成形的方法，不需要凸、凹表面间的尺寸、形状的公母配合，只需要凹模精度而凸模表面设计、制造及其精度要求简单。该方法制品精度高，表面无痕迹，同时模具材料为性能良好的以塑代钢工程塑料制造使用成本相当低。

本发明的目的采用下述技术方案来实现。

一种覆盖件成形模具，包括凸模座、安装在所述凸模座上的凸模、压料圈、口部设有挡料块的凹模，该凹模内设有顶件板和凹模通气孔，所述凸模上设有凸模通气孔，该凸模通气孔与大气相通处设有单向压力控制阀；所述压料圈与凸模之间具有完全的密封配合，且在压料过程中无松脱现象；在凹模外侧设有背靠块式导向板和行程控制块。

所述凸模和凹模的材料为工程塑料。所述凸模和凹模的材料为尼龙66（或其他能够满足使用要求的工程塑料）。该材料具有突出的耐磨性：它的摩擦系数通常为0.1-0.3，约为酚醛塑料的1/4。巴氏合金的1/3，因此它是一种自润滑性材料。良好的机械性能: 它的表面硬度大，并具有较高的抗张性，抗弯曲强度和冲击强度及较高的延性，它的抗压强度与金属不相上下，它的疲劳强度与铸铁和铝合金等金属材料同等水平。优异的化学稳定性：它对化学物无论是弱碱、醇、酯、铜、碳氢化合物油脂均不受影响。广泛的耐寒耐热性：它在-60°C情况下能保持一定的机械强度，耐热温度在80-100°C。 比重轻：它的比重在1.05-1.15之间。

一种所述覆盖件成形模具的设计方法，包括如下内容：

1）根据冲压件的形状、尺寸、材料得到变形抗力，并根据变形抗力确定如下参数：凸模、压料圈结构及其参数；冲压行程、冲压气压力大小、密闭空间尺寸；

首先要确保气压力能达到变形要求，即气压力要大于变形抗力；

A）变形应力分析、计算；对所需成形件作应力性质分析及其大小计算，求得在此条件下压力值PI，即气压力应达到的最小要求；

B）气压力计算和工作行程的确定；由等温气体方程确定冲压行程大小、压料圈的密闭高度；

气压力具体计算步骤如下：（i）初步计算出气压力的大小；设按常规方法所设计的模具凹模与凸模间所能形成的密闭空间最大体积为V0、压力为1个标准大气压P0，压缩后所能压缩的最终或最小体积为VI、压力为PI，PI即所需的拉深力时所需的气压力，则有PI*VI= P0*V0，由此可得PI= P0*V0/VI≈H0/（H0-HI），其中：H0是自密闭空间凸模所能达到的行程、HI是实际所确定的凸模工作行程；为了减少行程长度HI及保证PI值尽可能大，则尽可能使凸模行程HI接近冲压行程极限H0；（ii）初步计算后进行适当的调整：由于密封能力的问题PI是不可能达到计算值的；由于行程控制的问题VI不可能达到太小的程度，适当加一个调整系数K，取为K=0.85～0.95，即将H0向上调整6～17%，以保证冲压力超过拉深力；

根据所需的气压力确定出所需的压缩体积，由此根据材料相应的应变速率计算出相应的保压时间和冲压速率，制作出行程-时间曲线图；

2）确定模具结构尺寸；凸模部分以简单平面组成，同时能最大程度地达到自密封最大冲压行程；凸模总长度L应达到保证HI、凸模与压料圈上下间结构要求的垂直距离h及其安装于上模座的尺寸；压料圈总高度高于冲压行程极限H0，以使其口部可做成一定的倒角；凹模、顶件板尺寸仍按传统方法确定。

一种使用所述模具成形覆盖件的气压成形方法，包括如下过程:

（1）将毛坯放在凹模口上并定位；

（2）双动压力机先将压料圈压紧毛坯；

（3）压力机继续运动凸模下行冲压，由于凸模上的单向压力控制阀处于关闭状态，使凸模、毛坯及压料圈之间形成密闭空间，且该空间内的空气随凸模的下行被压缩，产生的气压使毛坯发生逐步变形贴合于凹模，最终完全压紧在凹模表面形成覆盖件；

（5）脱模。

脱模过程中，当所述密闭空间内的气压力小于0.9～1.1个标准大气压时，所述单向压力控制阀是打开状态。

采用本发明模具成形覆盖件的原理：利用自密闭气压成形原理。汽车或拖拉机甚至飞机以及其他类似车身机身上的大型覆盖件实质上可认为是由多个浅拉深件或局部胀形件所组成的，其相互间联合牵制形成一个整体，从结构上来说比较复杂，其制造常用刚性凸模成形模具冲压成形，考察一下该刚性凸模冲压成形的设计有如下特征：在冲压时由于动模、毛坯及压料圈等之间会形成一个比较封闭的空间，凸模的运动类似于液压缸的活塞运动，该空间随着冲压凸模的下行进一步减小而气压力却相应地线性增加，这样冲压就不能进行，为了保证泄压顺利，因此在凸模上都开有多个通气小孔；另一方面，在脱模时，由于凸模、制品、压料圈间处于无空气间隙真空状态不能脱模，所以该小孔也是保证回程时能够顺利脱模的必要结构。本发明的核心思想就是充分利用对该通气小孔的通断控制来实现自密闭空间的气压力控制，达到成形目的。该原理可与其他设计或制造方法、原理相互融合应用，如与超塑性气压成形原理形成新型的超塑性自密闭式气压成形原理等。

本发明所述的原理具体到设计汽车覆盖件模具方法及过程，主要的问题实质上是冲压气压力及其冲压行程是否合适的问题或如何使之合适的问题，因此对具体的情况应具体分析并作一定的分类解决。即：气压力如果要满足所冲压拉深的覆盖件所需的应力大小或变形程度要求时，凸模采用什么样的结构最好以及行程大小是否在工作机的允许范围内；如果不在范围内是否可以通过改进设计来达到要求。现将其设计计算过程说明如下：A）变形应力分析、计算。应对所需成形件作详细的定性及定量分析。主要是应力性质分析及其大小计算，可以采用相关的计算机分析软件CAE完成，也可按照常规经验公式求得。进一步求得在此条件下压力值PI，这是气压力应达到的最小要求。B）气压力计算和工作行程的确定 由等温气体方程可知：密闭容器气压力的大小与所密封的空间成反比（用标准大气压为单位）。其依据是常温气体方程/质量守恒定律，即空气被压缩前后其压力与体积的乘积为常数（气压力单位为标准大气压）；另一方面，气压力所作用的面积在压缩前后不变，由此可确定冲压行程大小、压边压料圈的密闭高度。气压力具体计算步骤如下：（i）初步计算出气压力的大小。设按常规方法所设计的模具凹模与凸模间所能形成的密闭空间最大（初始）体积为V0、压力为P0（1个标准大气压），压缩后所能压缩的最终或最小体积为VI、压力为PI，PI即所需的拉深力时所需的气压力，则有PI*VI= P0*V0，由此可得PI= P0*V0/VI= V0/VI（标准大气压）≈HI/（H0-HI），其中：H0是自密闭空间凸模所能达到的行程、HI是实际所需确定的凸模工作行程。由此，为了减少行程长度HI及保证PI值尽可能大，则尽可能使凸模行程H0接近冲压行程极限H0，但尽可能不要接触和保证凸模设计的简化。（ii）调整。初步计算后进行适当的调整：由于密封能力的问题PI是不可能达到计算值的；由于行程控制的问题VI不可能达到太小的程度，所以应适当加一个调整系数K，取为K=0.85～0.95(密封程度好及冲压速度大时取大值)，即将HI向上调整6～17%左右，以保证冲压力超过拉深力。C）判断出气压力合适的程度，确定处理方法及设计或工作时应注意的问题。i）如果因为成形要求较低气压力能达到较大甚至于过大，则可以简化凸模、密封等的设计并一次成形；ii）如果因为覆盖件成形复杂、拉深成形较大，难以保证一次成形时，可分二次或多次冲压成形，不需要做二副模具，但需要二次冲压成形，其原理及方法是：模具设计时应以尽可能的简单平面组成凸模，同时又能最大程度地达到自密封最大冲压行程；当再一次冲压时，毛坯已经不是平板毛坯而是有拉深的毛坯，因为此时其V0值大大增大，则PI大增加，可以达到要求。如果出现这种情况也不能保证冲压力，则不能用此模具，所以对于深拉件可以直接以二次冲压成形所能达到的空间V0值计算即可判断；另外二次的拉深也可以实现复杂成形的整形。iii）与其他成形相结合形成新的成形机制。以上是在设计时通常要考虑的问题，也是常常要考虑的问题，在以上方法都不能解决的话则可以与其他方法来共同解决。如采用一定的外加气压加入自密封的空间可以产生出倍增于该外加气压值，从而达到所需的要求；又如与超塑性气压成形相结合，不用外加气压，只需要给毛坯及模具加热则可形成自密封式温变形或吹塑成形。

由以上工作原理及模具设计过程中的问题解决可知，本发明所述覆盖件的模具为正装（凸模在上，凹模在下的安装方式），压力机最好为双动压力机以保证精度。

本发明模具在应用中具有以下几个方面的优点：

1）凸模结构设计、制造简单：只要凸模下行至一定合模高度时气压力达到相当大能使覆盖件产生所需的变形，凸模无须与凹模相接触，因此本发明所设计的凸模的形状结构可以与覆盖件的表面形状无关，为了减少凸模行程可以设计成与覆盖件相关的廓形，并只需要用简单的平面组成即可；这样大大减少了模具设计制造成本和设计周期、安装调整时间；

2）凸模（现在实际上相当于一个活塞）、密闭空间部分可以做成通用性强的结构。材料的成形只与凹模有关，可以将凸模、密封部分做成某一类制品可以通用的尺寸形状结构，如车门，同类汽车的各种结构尺寸的车门在外形尺寸上都大同小异，因此可采用同样的密闭空间的尺寸而只需设计压料圈的形状尺寸，简单安装压料圈即可实现，这样也减少了模具设计制造成本和设计周期、安装调整时间，大约可以达到原来1/3~1/2时间周期；

3）整套模具的使用寿命大大提高。由于模具冲压过程为无接触冲压则模具表面不会产生机械冲击，材料变形对模具所引起的磨擦摩损相对于刚性凸、凹模来说要小得多，而冲击和磨损是刚性模具使用寿命降低的最重要原因；另一方面，该模具凹模表面重新加工可继续使用，工程塑料模具的维护成本较低。

4）密封运动需要对模具进行润滑以及耐磨性等要求，同时由于气压成形所施加的力是一个逐渐变化无突变、冲击，所以模具材料选用具有低密度、较高强度且能自润滑、还能随相当的冲击的工程塑料尼龙66来实现是完全能满足要求的，这样成本包括制造、使用成本都会有相当明显的降低。

5）如果因为覆盖件成形复杂、拉深成形较大，难以保证一次成形时，可分二次或多次冲压成形；另外二次的拉深也可以实现复杂成形的整形。

6）因为在冲压时冲模向下运动到凸模等重量与气压力平衡时在脱模时气压力一直存在，一直到气压力不能支撑住凸模等的重量及相关摩擦力后，才需要脱模力，因此该模具具有节能降耗的优点。

7）与其他成形相结合形成新的成形机制。如采用一定的外加气压加入自密封的空间可以产生出倍增于该外加气压值；又如与超塑性气压成形相结合，给毛坯及模具加热则可形成自密封式温变形或吹塑成形本发明所涉及的覆盖件的生产也属于软模生产，具有气压成形的特点，简化模具设计，特别是凸模或动模部分的设计。

本发明成形覆盖件的方法，精度高，成本低。

附图说明

图1本发明模具结构简图（开模状态）；图2模具工作过程示意图，其中：A-模具恰好处于形成自密闭空间（PO，V0）初始时位置状态图；B-模具拉深终了时空间（PI，VI）状态图；其中，1—凸模座，2—凸模，3—压料圈，4—挡料块，5—压料圈底脚，6—行程控制块，7—凹模，8—凹模通气孔，9—凸模通气孔，9′—单向压力控制阀，10—背靠块式导向板，11—毛坯，12—顶件板，13-口部。

图3行程曲线示意图。

具体实施方式

实施例1 本发明覆盖件成形模具的结构及参数设计

本发明覆盖件可以是用于汽车、拖拉机或飞机以及其他类似车身机身上的大中小型覆盖件。如图1所示，该覆盖件成形模具，包括凸模座1、安装在凸模座上的凸模2，压料圈3、口部13设有挡料块4的凹模7，该凹模7内设有顶件板12和凹模通气孔8，所述凸模2上设有凸模通气孔9，该凸模通气孔9与大气相通处设有单向压力控制阀9′；所述压料圈3与凸模2之间具有完全的密封配合，且在压料过程中无松脱现象；在凹模7外侧设有背靠块式导向板10和行程控制块6。在压料圈3下端设有用来与凹模7口部配合的压料圈底脚5。

挡料块4起初起定位毛坯的作用，行程控制块6为了防止过行程，凸、凹模间的运动导向由背靠块式导向板10完成，顶件板12在加工完成后脱模同时顶起制品以保证取料。

在凸模2下行冲压过程中，凸模2、压料圈3和毛坯之间能形成密闭空间，其中的空气随凸模的下行被压缩而能产生所需的气压冲压力，在该气压力作用下毛坯产生所需的成形变形，即自密闭气压成形原理。由于气压成形所施加的力是一个逐渐变化无突变、冲击，所以模具材料也可以选用具有一定强度的工程塑料如尼龙66来实现，这样其成本包括制造、使用成本都会有相当明显的降低。凸模的只需要根据毛坯的大概廓形由简单的平面组合而成，以保证冲压能达到最大压力值的行程最小又能实现精密成形、整形的要求，这样就相应节约了模具的材料、减少模具规格尺寸和总冲压行程及能耗。

自密闭气压成形原理利用模具与毛坯之间所形成的密闭空间内气压力使毛坯发生所需的变形，可通过精密设计出新型的冲压成形拉深模具结构满足实际需要，并可在此基础上，如有必要也可与其他工艺方案一起组合、融合设计出具有经济性和精确度较高的模具。覆盖件材料大部分为深冲压薄钢板材和轧制薄钢板08号各级别，厚度<3mm,强度极限274～412MPa,屈服强度227MPa，延伸率30～44%。该模具的结构分析及其设计思路仍然按照常规关于覆盖件分析方法包括其工艺过程等去完成，模具结构设计上主要变化在于凸模结构、运动行程及其密封部分所应达到的精度要求的实现，对于各种不同复杂程度成形要求的覆盖件采取不同的处理方法，现将具体的设计方式表达如下：

1．自密闭空间的形成及其密封设计。

现有技术中，为了保证冲压顺利，凸模通气孔9是与外界相通的。本发明由于自密闭的需要,在凸模通气孔9与外界相通处安装一个单向压力控制阀9′。在凸模2向下运动时单向压力控制阀9’处于断的状态，不能通气；脱模时，单向压力控制阀9’打开，凸模2与大气相通。这样，保证凸模2在冲压时能产生气压力，而在脱模时保证制品不粘连凸模2，影响精度。凸模2冲压成形过程如下：图1所示位置为脱模完成为下一次冲压循环准备好的状态，凹模7口上放入毛坯11，由挡料块4定位，双动液压机首先通过外滑块作用将压料圈3通过压料圈底脚5压紧于毛坯11上；其后，凸模2由图1所示位置向下运动，当动行到图2所示凸模2处于压料圈3口部时（当然也可根据情况设计得低一些再密闭），凸模2、毛坯及压料圈3之间恰能开始形成密闭空间（V0，P0），此时图中凸模2的运动类似于液压缸的活塞运动，该空间V0随着冲压凸模2的下行进一步减小而气压力P0却相应地线性增加。开始时由于凸模2等运动部件的质量较大，而气压力较小，此时凸模2运动速度较快，但为防止过快可在行程-曲线上设计一限速行程开关。这样毛坯11在气压力作用下冲压就开始进行，当达到屈服极限后，成形过程真正开始，根据行程-时间曲线对凸模2的运动实行控制，随着冲压的继续进行，其间凹模通气孔8与外界一直相通，最后所成形的制品11’紧紧地压在凹模7表面，而凸模2与毛坯之间有一定的间隙，此时的密闭空间有（VI，PI），如图3所示；冲压完成实现保压后脱模，此时凸模2返回。由于凸模2、压料圈3间总有一定的泄气，所以防止脱模时凸模返回到近压料圈口时气压由正转负制品11’被反向吸向凸模2，使制品11’的精度受到影响，当到达压料圈3口部下某一位置时需要补充空气来有助于脱模，所以凸模通气孔9处的单向压力控制阀9′打开通气，凸模2顺利脱模。本发明在充分利用凸模通气小孔9的单向压力控制阀9′来形成密闭空间的同时，也需要密闭空间具有一定的气密性。为了保证自密闭空间的密封性，须采用相应的密封方式。但无论哪种情况都需设计导向结构如导轨、导向板等。对于一次成形的小型覆盖件的模具所用的压料圈3和凸模2较小，可在凸模2前端设计装有密封圈，不设计也可；压料圈3如果为一整体则只需用间隙或过渡配合与凸模实现密封设计，如由多个的侧边块拼凑、镶嵌等方式联接而成，拼块间密封较为简单，可采用密封胶直接贴合压紧即可，然后再与凸模形成配合密封设计；另外在加工过程中要保证充分的润滑，润滑油采用润滑脂或运动粘度大的机油等，这也能保证一定的密封。

2．有关模具设计的计算及其参数选择

 本发明所述的自密闭气压成形技术在模具设计的应用：主要根据冲压件的形状、尺寸、材料等分析出变形抗力，并据此设计或确定如下参数：凸模、压料圈结构及其参数；冲压行程、冲压气压力大小、密闭空间尺寸等。

首先要确定气压力是否能达到变形要求，即气压力要大于变形抗力，并保证冲压气压力及其冲压行程合适的问题；如果不合适，则应能采取一定的设计方法使之合适，因此对具体的情况应具体分析并作一定的分类解决。

现将其设计计算过程说明如下：

A）变形应力分析、计算。应对所需成形件作详细的定性及定量分析。主要是应力性质分析及其大小计算，精度要求较高的或方便的话可以采用相关的计算机分析软件CAE如PRO/E、UG等CAD/CAE/CAM完成；由于涉及气压力则可以采用FLUENT等软件来完成，这些相关的研究公开发表在许多的刊物上，这里不再详述；当然也可按照常规经验公式求得。进一步求得在此条件下压力值PI，这是气压力应达到的最小要求。

B）气压力计算和工作行程的确定 由等温气体方程可知：密闭容器气压力的大小与所密封的空间成反比（用标准大气压为单位）。其依据是常温气体方程/质量守恒定律，即空气被压缩前后其压力与体积的乘积为常数（气压力单位为标准大气压）；另一方面，气压力所作用的面积在压缩前后不变，由此可确定冲压行程大小、压边压料圈的密闭高度。气压力具体计算步骤如下：（i）初步计算出气压力的大小。设按常规方法所设计的模具凹模与凸模间所能形成的密闭空间最大（初始）体积为V0、压力为P0（1个标准大气压），压缩后所能压缩的最终或最小体积为VI、压力为PI，PI即所需的拉深力时所需的气压力，则有PI*VI= P0*V0，由此可得PI= P0*V0/VI= V0/VI（标准大气压）≈H0/（H0-HI），其中：H0是自密闭空间凸模所能达到的行程、HI是实际所确定的凸模工作行程。由此，为了减少行程长度HI及保证PI值尽可能大，则尽可能使凸模行程HI接近冲压行程极限H0，但尽可能不要接触和保证凸模设计的简化。（ii）调整。初步计算后进行适当的调整：由于密封能力的问题PI是不可能达到计算值的；由于行程控制的问题VI不可能达到太小的程度，所以应适当加一个调整系数K，取为K=0.85～0.95(密封程度好及冲压速度大时取大值)，即将H0向上调整6～17%左右，以保证冲压力超过拉深力。

3．判断出气压力合适的程度，确定处理方法及设计或工作时应注意的问题。

覆盖件的结构多种多样，可以简单地分为浅、深拉深件，其中： i）浅拉深件因为成形要求较低气压力能达到较大甚至于过大，则可以简化凸模、密封等的设计并一次成形；ii）深拉深件因为覆盖件成形复杂、拉深成形较大，难以保证一次成形时，可分二次或多次冲压成形，但不需要做二副模具，其原理及方法是：凸模部分设计时应以尽可能的简单平面组成，同时又能最大程度地达到自密封最大冲压行程；当再一次冲压时，毛坯已经不是平板毛坯而是有拉深的毛坯，因为此时其V0值大大增大，所以对于深拉件可以直接以二次冲压成形所能达到的空间V0值计算即可判断是不是要二次拉深，则PI大增加，可以达到要求。另外二次的拉深也可以实现复杂成形的整形。iii）如果出现采用以上方法也不能保证冲压力，则与其他成形相结合形成新的成形机制。如采用一定的外加气压加入自密封的空间可以产生出倍增于该外加气压值，从而达到所需的要求；又如与超塑性气压成形相结合，不用外加气压，只需要给毛坯及模具加热则可形成自密封式温变形或吹塑成形。

4．行程-时间曲线的确定及其控制

由等温气体方程可得：PI*VI=…=P2*V2=P1*V1=P0*V0≈P0*Vi*H0/（H0-Hi），（Hi为中间行程，i=1，2，…，I)，则先根据所需的气压力确定出所需的压缩体积，由此根据材料相应的应变速率可计算出相应的保压时间和冲压速率，即可制作出行程-时间曲线图，如图3所示。开始时气压力小凸模速度大，后适当减小速度并保压一定时间，分段数根据制品的复杂程度而定，通过该曲线可实现冲压-保压等多次循环,以保证变形的顺利进行。根据中间Hi各值，在冲压行程设置行程开关，控制液压机内滑块的行程，实现分段速度控制。其控制实际上也是控制液压机的泵的进出油的流量实现速度控制，所以可采用变量泵或流量控制阀来实现控制，控制台可由可编程控制器PLC作为主控制单元来完成。这不是本发明的重点，这里不再详述。

5.确定模具结构尺寸；凸模部分以简单平面组成，同时能最大程度地达到自密封最大冲压行程；凸模总长度L应达到保证HI、凸模与压料圈上下间结构要求的垂直距离h及其安装于上模座的尺寸；压料圈总高度高于冲压行程极限H0，以使其口部可做成一定的倒角；凹模、顶件板尺寸仍按传统方法确定。

实施例2 使用本发明模具成形覆盖件的方法

使用本发明模具成形覆盖件的气压成形方法，包括如下过程:

（1）将毛坯放在凹模口上并定位；

（2）双动压力机先将压料圈压紧毛坯；

（3）压力机继续运动凸模下行冲压，由于凸模上的单向压力控制阀处于关闭状态，使凸模、毛坯及压料圈之间形成密闭空间，且该空间内的空气随凸模的下行被压缩，产生的气压使毛坯发生逐步变形贴合于凹模，最终完全压紧在凹模表面形成覆盖件；

（5）脱模。脱模过程中，当所述密闭空间内的气压力小于0.9～1.1个标准大气压时，所述单向压力控制阀是打开状态。

Claims (4)

1.一种覆盖件成形模具，包括凸模座、安装在所述凸模座上的凸模、压料圈、口部设有挡料块的凹模，该凹模内设有顶件板和凹模通气孔，其特征在于：所述凸模上设有凸模通气孔，该凸模通气孔与大气相通处设有单向压力控制阀；所述压料圈与凸模之间具有完全的密封配合，且在压料过程中无松脱现象；在凹模外侧设有背靠块式导向板和行程控制块。

2.根据权利要求1所述覆盖件成形模具，其特征在于：所述凸模和凹模的材料为工程塑料。

3.一种权利要求1所述覆盖件成形模具的设计方法，其特征在于该方法包括如下内容：

1）根据冲压件的形状、尺寸、材料得到变形抗力，并根据变形抗力确定如下参数：凸模、压料圈结构及其参数；冲压行程、冲压气压力大小、密闭空间尺寸；

首先要确保气压力能达到变形要求，即气压力要大于变形抗力；

A）变形应力分析、计算；对所需成形件作应力性质分析及其大小计算，求得在此条件下气压力值PI，即气压力应达到的最小要求；

B）气压力计算和工作行程的确定；由等温气体方程确定冲压行程大小、压料圈的密闭高度；

气压力具体计算步骤如下：（i）初步计算出气压力的大小；设按常规方法所设计的模具凹模与凸模间所能形成的密闭空间最大体积为V0、气压力为1个标准大气压P0，压缩后所能压缩的最终或最小体积为VI、气压力为PI，PI即所需的拉深力时所需的气压力，则有PI*VI= P0*V0，由此可得PI= P0*V0/VI≈P0*H0/（H0-HI），其中：H0是自密闭空间凸模所能达到的行程、HI是实际所确定的凸模工作行程；为了减少行程长度HI及保证PI值尽可能大，则尽可能使凸模行程HI接近冲压行程极限H0；（ii）初步计算后进行适当的调整：由于密封能力的问题PI是不可能达到计算值的；由于行程控制的问题VI不可能达到太小的程度，适当加一个调整系数K，取为K=0.85～0.95，即将H0向上调整6～17%，以保证冲压力超过拉深力；

根据所需的气压力确定出所需的压缩体积，由此根据材料相应的应变速率计算出相应的保压时间和冲压速率，制作出行程-时间曲线图；

2）确定模具结构尺寸；凸模部分以简单平面组成，同时能最大程度地达到自密封最大冲压行程；凸模总长度L应达到保证HI、凸模与压料圈上下间结构要求的垂直距离h及其安装于上模座的尺寸；压料圈总高度高于冲压行程极限H0，以使其口部可做成一定的倒角；凹模、顶件板尺寸仍按传统方法确定。

4.一种使用权利要求1所述模具成形覆盖件的气压成形方法，其特征在于包括如下过程:

（1）将毛坯放在凹模口上并定位；

（2）双动压力机先将压料圈压紧毛坯；

（3）压力机继续运动凸模下行冲压，由于凸模上的单向压力控制阀处于关闭状态，使凸模、毛坯及压料圈之间形成密闭空间，且该空间内的空气随凸模的下行被压缩，产生的气压使毛坯发生逐步变形贴合于凹模，最终完全压紧在凹模表面形成覆盖件；

（5）脱模。