CN104226798A - 一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法 - Google Patents

Abstract

一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，属于板料成形领域。针对一套复杂车身覆盖件零件，将同种冲压工序分配到不同的加工步骤，同时充分利用一套模具的加工空间来组合零件不同位置的冲压工序，可以通过较少的冲压步骤完成整个零件的冲压加工；此外，在进行工序的分配时，将进行垂直冲压所需方向类似的结构的冲压加工尽量聚集到同一冲压步骤内，从而使得大部分修边和冲孔工序能在冲压方向上实现对零件的垂直加工以保证冲压精度；一些局部区域的垂直加工无法在冲压方向上实现时，则通过斜楔机构来保证冲压精度；合理的分配与组合工序，可以在保证零件冲压精度的前提下，简化模具结构、降低模具数量，从而节约生产成本、提高生产效率。

Description

一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法

技术领域

本发明专利涉及一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，属于板料成形领域。

背景技术

随着工业技术的迅速发展，人口和货物的流动日益加速，大大推动了汽车制造业的发展；而在一辆汽车的制造中，车身覆盖件的生产占据了较大的比重，随着人们生活水准的提高，汽车的安全性和舒适度要求也不断提高，从而使得车身的结构更加复杂，进而使得车身覆盖件的结构也变得更加复杂。

车身覆盖件的生产一般通过模具冲压实现，覆盖件零件的结构复杂度直接决定了生产工艺以及模具结构的复杂程度；覆盖件的多曲面、多特征结构的特点，使得覆盖件的冲压工序数量远超普通冲压件；若按一道工序一套模具来设计工艺，虽然简化了单个冲压步骤，但却使冲压步骤数量剧增而导致生产成本剧增，不符合企业“节约成本、增加利润”生产理念；因此，对于复杂覆盖件的冲压生产是通过多工序、多工位冲压模实现的，然而通过多工序组合以及多工位冲压模来生产复杂覆盖件却对生产工艺的排布和模具结构的设计提出了较高的要求，不合理的工艺排布会使得板料在冲压过程中的受力情况变得复杂，从而难以保证零件冲压精度，此外还会使模具结构复杂化，导致生产成本上升；因此，合理地分配与组合冲压工序于不同的冲压步骤中，有助于在保证零件冲压精度的前提下，减少冲压步骤、简化模具结构，从而提高生产效率、降低生产成本。

本发明针对一套复杂车身覆盖件零件，根据其结构特征合理地分配与组合冲压工序，即将同种冲压工序分配到不同的加工步骤，同时充分利用一套模具的加工空间来组合零件不同位置的冲压工序，可以通过较少的冲压步骤完成整个零件的冲压加工；此外，在进行工序的分配时，将进行垂直冲压所需方向类似的结构的冲压加工尽量聚集到同一冲压步骤内，从而使得大部分修边和冲孔工序能在冲压方向上实现对零件的垂直加工以保证冲压精度；一些局部区域的垂直加工无法在冲压方向上实现时，则通过斜楔机构来保证冲压精度；综上，合理的分配与组合工序，可以在保证零件冲压精度的前提下，简化模具结构、降低模具数量，从而节约生产成本、提高生产效率。

发明内容

一、技术方案

本发明提出了一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，针对所涉及覆盖件零件曲面多、特征结构多的特点，在对零件进行前期拉深面补充后，将后期的拉深、修边、冲孔、翻边、整形、剖分等工序进行合理地分配与组合，即将同种冲压工序分配到不同的加工步骤，同时充分利用一套模具的加工空间来组合零件不同位置的冲压工序，以5道冲压步骤完成零件的冲压，并将5道冲压步骤分配到3套模具上；相比于常规冲压方法，该冲压方法在保证零件冲压精度的前提下，减少了冲压步骤和模具数量，降低了生产成本、提高了生产效率。

本发明所述的前期拉深面补充为如下操作：原始覆盖件零件为非规则形状，若不进行面补充则难以通过拉深得到精确的形状；分析原始两个覆盖件零件的结构特征，发现两者基本相同并且类似左右对称件，故在设计拉深面时将两者按左右对称件进行排样，如此保证了拉伸时较小的水平方向侧向力；首先进行内补充，将零件内部的孔通过光滑曲面弥补；然后外补充，首先确定压料面，由于零件的高度起伏不大，故将压料面置于同一平面内，此外覆盖件的冲压方向的选择要尽可能降低拉深高度，即覆盖件距离压料面的平均距离尽量小，有利于板料的拉深成形；在确定了零件的冲压方向和压料面的方向后，将零件边缘一些不利于成形的小角度飞边翻折，便于通过小曲率光滑曲面将零件与压料面连接，从而有助于成形时板料的流动，保证成形质量与精度；通过内补充和外补充，将两个零件弥补为一个完整的对称拉深件，可在一次拉深工序中成形出零件的大部分结构特征，使得后续工序只需修去多余部分和进行局部成形，以减少加工步骤和模具数量。

本发明所述的复杂覆盖件的冲压精度是通过如下方法实现的：由于对零件型面的垂直冲压能够保证加工精度，故在不同冲压步骤中设定不同的零件冲压方向，且在进行工序的分配时，将进行垂直冲压所需方向类似的结构的冲压加工聚集到同一冲压步骤内，如此使得大部分修边和冲孔工序在冲压方向上实现对零件的垂直加工，保证冲压精度；而一些局部区域的垂直加工无法在冲压方向上实现时，则辅以斜楔机构来实现垂直冲压以保证冲压精度。

本发明所述的后期的拉深、修边、冲孔、翻边、整形、剖分等工序经过合理地分配与组合，形成的5道冲压步骤为：步骤(A)为拉深工序；步骤(B)为修边一和冲孔一工序；步骤(C)为修边二、冲孔二和剖分工序；步骤(D)为翻边、整形和冲孔三工序；步骤(E)为修边三和冲孔四工序。

步骤(A)：拉深；在前期进行拉深面补充成为一个完整拉深件后，可先通过一道拉深工序成形出拉深件；在此道拉深工序中，通过压边圈与拉延筋以增大板料流动阻力，减少成形后零件的回弹；之所以本加工步骤只有拉深工序而无其他工序的原因如下，(1)拉深工序为成形整个零件的型面，这使得凸凹模的模面必须包含整个拉深件的形状，因此难以在凸凹模中加入其他冲压机构；(2)拉深工序的精度直接影响了后续所有工序的精度，故不在拉深工序中混入其他加工工序，如冲孔、修边等，以免影响拉深件冲压后的形状精度而导致最终零件的报废。

步骤(B)：修边一和冲孔一；通过冲压方向上的垂直冲裁将拉深件的大部分压料面和过渡面修去，完成修边一工序；零件冲压方向保持不变，通过型面定位，由于压料面与冲压方向基本垂直，且大部分过渡面的法向量与冲压方向夹角不大，故可在冲压方向对压料面和过渡面进行垂直修边，保证了修边质量，无锋利刃口，至于剩余的一些倾斜过渡面需要通过后续转变冲压方向来修去；通过冲裁修去两个零件间的过渡面的中间部分，剩余连接面用于保持零件的连接，便于零件的移动；拉深件四周的过渡面通过竖直方向的修边刀块切断后，“C”型废料随上模继续下移，然后被下方的废料刀切断为7块分别从四周排出模具；修边一工序结束后进行冲孔一工序，所选孔为可在冲压方向进行垂直冲裁的9个规则小圆孔，如此可以保证所冲孔的精度，由于这些孔用于后续的拉深件定位，故孔的精度决定了后续定位和其他加工工序的精度。

步骤(C)：修边二、冲孔二和剖分；转变零件冲压方向，通过先前所冲定位孔定位拉深件；通过在该步骤冲压方向上的垂直冲裁将两个零件中较小零件的“D”型过渡面修去一半，剩余部分由于倾斜度较大需通过转变冲压方向来冲裁，并且留有一部分补充面也是为了稳定零件结构，便于后续整形和翻边；另外通过斜楔机构对剩余的局部过渡面进行垂直冲裁修去，由于采用垂直冲裁可保证修边的质量，综上完成修边二工序；由于相对于步骤(B)转换了冲压方向，在该方向上可对一些水平面上的孔进行垂直冲裁，除此之外，通过斜楔机构冲裁以垂直冲裁来保证部分倾斜面上孔的精度和质量，合理的分散加工位以充分利用模具空间，综上完成冲孔二工序；在完成修边二和冲孔二工序后，中间冲裁刀块继续下行将剩余的两零件间连接面完全冲去以分离两零件，此处将两零件剖分是因为在连接状态下无法通过竖直冲压方向上凸模的下行来完成剩余的翻边与冲裁，必须采用大量斜楔结构而使得模具结构复杂，故在修去大部分过渡面后将两零件剖分。

步骤(D)：整形、翻边和冲孔三；再次转变零件的冲压方向后，通过先前所冲定位孔定位零件；合模压紧将先前由于修边导致零件整体结构的轻微变形消去，此外局部形状精度要求较高处需通过整形刀块单独整形来保证该处结构的形状精度，完成整形工序；先前在拉深面补充时消去的大角度飞边在此工序中通过翻边成形；由于步骤(C)中的剖分工序，两零件分开，分别调整两零件位置，使得可在冲压方向上同时完成两零件上两个椭圆孔和两个长条状孔的垂直冲裁，保证冲孔精度，综上完成冲孔三工序。

步骤(E)：修边三和冲孔四：再次转变零件的冲压方向，通过先前所冲定位孔定位零件；在冲压方向上通过凸模下移对将较小零件的“D”型补充面的剩余部分垂直冲裁修去；由于转换了冲压方向，剩余的大型非规则孔和小型圆孔也可通过垂直冲裁完成，保证了孔的冲裁精度。

所述的所述的5道加工步骤分配到3套模具，具体为：步骤(A)在一套拉深模上完成；步骤(B)在一套修边冲孔模上完成；步骤(C)、步骤(D)、步骤(E)在一套三工位复合模上完成；原因如下：加工步骤(A)由于所需冲压力较大，故将其单独至于一套拉深模内；加工步骤(B)由于为大块修边，模具零件较大且数量较多使得模具结构所占空间较大，此外为环状修边，对于冲压力的平衡要求较高，若和其他步骤至于同一模具则难以保证冲压时力的平衡，故将将其单独至于一套修边冲孔内；加工步骤(C)、(D)、(E)主要为小块修边和冲孔，所需冲压力较小，故将它们至于一套三工位复合模内有助于节约模具数量、降低制造成本。

在完成前期拉深面补充后，合理地分配与组合后期的拉深、修边、冲孔、翻边、整形、剖分等工序形成5道冲压步骤，在3套模具上完成了两个复杂覆盖件零件的冲压，该冲压方法相比于常规冲压方法有以下特点： 

(1) 高精度：通过在不同冲压步骤中设定不同的零件冲压方向，实现在各冲压方向上对零件大部分特征结构的垂直加工，保证了所冲孔的形状与位置精度，也保证了修边的质量，减少了锋利刃口；对于无法在冲压方向上实现垂直加工的局部结构，则通过斜楔结构机械加工，来保证冲压精度；

(2) 高效率；在每道加工步骤内，充分利用模具空间，尽量完成本冲压方向上可完成的冲压加工，此外辅以斜楔机构将一些局部特征机构的加工穿插在各加工步骤中，故可以通过5道加工步骤完成常规冲压方法中数倍加工步骤才能完成的加工，大大提高了生产效率；

(3) 低成本：由于绝大部分特征结构的冲压可在各步骤的冲压方向上实现垂直加工，减少了为保证冲压精度所需的斜楔机构的数量，从而精简了模具结构；将5道加工步骤合理的分配到3套模具中，减少了模具数量；综上，大大降低了模具设计与制造成本。

附图说明

图1为覆盖件零件图；

图2为拉深件示意图；

图3为拉深模示意图；

图4为步骤(B)示意图；

图5为修边冲孔模示意图；

图6为步骤(C)示意图；

图7为步骤(D)示意图；

图8为步骤(E)示意图；

图9为三工位复合模示意图；

附图中：1-零件A，2-零件B，3-压料面，4-过渡面，5-连接面，6-废料A，7-废料B，8-废料C，9-废料D，10-废料E，11-废料F，12-废料G，13-废料H，14-定位孔，15-小孔冲头A，16-冲裁刀块A，17-废料刀，18-修边刀块A，19-修边刀块B，20-修边刀块C，21-修边刀块D，22-修边刀块E，23-修边刀块F，24-修边刀块G，25-孔A，26-孔B，27-孔C，28-孔D，29-孔E，30-废料L，31-废料I，32-废料N，33-废料K，34-废料M，35-废料J，36-整形A，37-飞边A，38-飞边B，39-孔F，40-孔G，41-整形B，42-废料O，43-孔H，44-孔I，45-孔J，46-孔K，47-孔L，48-孔M，49-冲头H，50-斜楔机构A，51-斜楔机构B，52-斜楔机构C，53-整形刀块A，54-冲头B，55-冲头C，56-冲头D，57-斜楔机构F，58-修边刀块J，59-冲头E，60-斜楔机构G，61-斜楔机构H，62-斜楔机构I，63-斜楔机构J，64-冲头F，65-冲头G，66-整形刀块B，67-翻边刀块B，68-翻边刀块A，69-斜楔机构D，70-斜楔机构E，71-冲头I，72-修边刀块I，73-冲裁刀块B，74-修边刀块H，75-冲裁刀块C。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法作进一步说明。

如图1所示为本发明所涉及的复杂车身覆盖件零件，分为零件A和零件B，由图可知，该零件为多曲面结构，表面特征结构复杂，包括大小各异的规则孔与非规则孔，如何在保证零件冲压精度的前提下尽量减少加工步骤与模具数量以提高生产效率、降低成本，必须合理地分配与组合各冲压工序。

如图2所示为对零件进行拉深面补充；将零件A1和零件B2按左右对称件排样；对零件进行内补充，将零件内部的规则孔和非规则孔通过光滑曲面弥补；对零件进行外补充，在根据拉深工序中平均冲压深度尽可能小的要求下选定了压料面3和零件的相对位置后，通过补冲连接面5、过渡面4使得零件和压料面形成一个完整的拉深件结构。

如图3所示为拉深工序所在的模具一；在完成零件的拉深面补充后形成一个典型的拉深件结构，通过凸凹模合模完成拉深工序使其成形。

如图4、5所示为修边一和冲孔一工序，及其所在的模具二；在成形完拉深件后，零件冲压方向不变，通过型面定位将其放置模具下模表面；模具合模，上模将拉深件压紧在下模上，随后修边刀块A18、修边刀块B19、修边刀块C20、修边刀块D21、修边刀块E22、修边刀块F23、修边刀块G24形成的组合式修边刀块将零件周围的大部分压料面和过渡面冲裁，“C”型废料在修边刀块驱使下被下方的废料刀17切断，分成废料A6、废料B7、废料C8、废料D9、废料E10、废料F11、废料G12七块分别从模具周围排出；冲裁刀块A16与修边刀块同时下行，将一半连接面冲去，形成废料H13从下模内部排出；综上完成修边一工序；在修边一工序完成后，小孔冲头A15随上滑块继续下行，对板料进行垂直冲裁，冲出定位孔14用于后续零件定位。

如图6所示为修边二、冲孔二和剖分工序；转换零件冲压方向，通过冲孔一工序所冲定位孔14定位；由于转变了冲压方向，修边刀块H74和冲裁刀块C75随滑块下行，对过渡面，包括废料K33和N32，进行垂直冲裁；同时滑块推动斜楔结构A50和斜楔结构E70对废料M34和废料L30进行垂直修边；综上完成修边二工序；随后滑块继续下行，推动冲头H49和冲头I71对孔A25和孔E29进行垂直冲裁，同时分别推动斜楔结构B51、斜楔结构C52、斜楔结构D69对孔B26、孔C27、孔D28进行垂直冲压，综上完成冲孔二工序；最后，冲裁刀块B73和修边刀块I72在滑块的带动下垂直冲裁修去废料I31和废料J35来分离零件A1和零件B2，完成剖分工序。

如图7所示为整形、翻边和冲孔三工序；再次转换零件冲压方向，通过冲孔一工序所冲定位孔定位；合模压紧后，通过型面将先前由于修边和冲孔导致零件外形的轻微变形消去，整体整形；由于转变了冲压方向，合模后，翻边刀块A68和B67完成飞边A37和B38的翻边加工；在翻边工序进行同时，整形刀块A53和B66随滑块下移完成局部结构整形A36和整形B41的整形工序；随后，冲头B54随滑块下移完成孔F39的垂直冲裁，冲头C55随滑块下移完成孔G40的垂直冲裁，如此完成了冲孔三工序。

如图8所示为修边三和冲孔四工序；再次转换零件冲压方向，通过冲孔一工序所冲定位孔14定位，合模；修边刀块J58随滑块下移对废料O42进行垂直冲裁，完成修边三工序；随后，冲头D56随滑块下移完成孔K46的垂直冲裁，冲头E59随滑块下移完成孔H43的垂直冲裁，冲头F64随滑块下移完成孔L47的垂直冲裁，冲头G65随滑块下移完成孔M48的垂直冲裁；同时，斜楔机构F57、斜楔机构G60、斜楔机构H61随滑块下移完成孔I44的冲裁，斜楔机构I62和斜楔机构J63随滑块下移完成孔J45的冲裁，综上完成冲孔四工序。

如图9所示为加工步骤C、D、E所在的模具三，在滑块下移过程中同时完成步骤C、D、E的冲压加工。

Claims (6)

1.一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，基于所涉及零件的结构特征，该方法所需的操作包括前期的拉深面补充，后期的拉深、修边、冲孔、翻边、整形、剖分等冲压工序，其特征在于：后期的拉深、修边、冲孔、翻边、整形、剖分等工序经过合理地分配与组合，即以“冲压方向上的垂直加工”原则为导向，将各种冲压工序分配到不同的加工步骤，同时充分利用一套模具的加工空间来组合零件不同位置的冲压工序，5道冲压步骤完成整个零件的冲压加工，并将5道冲压步骤分配到3套模具上；相比于常规冲压方法，该方法在保证零件冲压精度的前提下减少了加工步骤和模具数量，提高了生产效率、降低了生产成本，具体步骤如下；

(A) 拉深：在将零件补充为完整拉深件后，通过凸凹模合模基本成形出零件的绝大部分形状，完成拉深工序；剩余零件局部结构的成形需通过后续的翻边和整形来完成；

(B) 修边一和冲孔一：通过型面定位拉深件并合模夹紧后，修边刀块随滑块下移对拉深件四周可进行垂直冲裁的压料面和过渡面进行垂直冲裁，同时冲裁刀块垂直冲裁以修去一半连接面，随刀块下移的大块废料随后被废料刀切成7块从四周排出模具，完成修边一工序；修边一工序完成后，在拉深件表面上曲率较小的大块曲面中所选择的9个可在此冲压方向上进行垂直冲裁的规则小圆孔作为定位孔，冲头下移对其进行垂直冲裁以完成加工，综上完成冲孔一工序，所冲定位孔用于后续工序的定位；

(C) 修边二、冲孔二和剖分：转变零件冲压方向，通过定位孔定位；一些在修边一工序中由于冲压方向问题而无法进行垂直冲裁的过渡面，在冲压方向的改变后可通过垂直冲裁修去；剩余的过渡面由于其法向与冲压方向夹角较大，无法通过垂直冲裁修边，故通过斜楔机构来完成该倾斜过渡面的垂直冲裁，综上完成修边二工序；在该冲压方向上可通过冲头下行对部分水平面上的孔进行垂直冲裁，此外通过斜楔机构完成部分倾斜面上孔的垂直冲裁，综上完成冲孔二工序；对两个零件间由于修边一工序而剩余的连接面进行垂直冲裁以分开两零件，便于后续分别设置两零件的冲压方向以有利于加工，综上完成剖分工序；

(D) 整形、翻边和冲孔三：再次转变零件冲压方向，通过定位孔定位；合模压紧后通过型面修正由于先前加工导致的零件轻微变形，此外一些形状精度要求较高处需通过整形刀块沿冲压方向对其整形，保证其形状精度，综上完成整形工序；在拉深面补充中为形成拉深件而消去的飞边，合模后通过翻边刀块在冲压方向上成形飞边以满足零件结构要求，完成翻边工序；在步骤(C)的冲孔二工序中，由于两个零件相连而无法通过垂直冲裁完成的4个非规则孔，在剖分工序后两个零件分离，可针对冲压方向安排各零件的位置，使得均分在两个零件上的4个非规则孔可在相同冲压方向上完成垂直冲裁，无需斜楔结构，综上完成冲孔三工序；

(E) 修边三和冲孔四：再次转变零件冲压方向，通过定位孔定位；为了保证步骤(D)中整形工序的精度而未修去的过渡面可在此冲压方向上通过垂直冲裁修去，完成修边三工序；且由于冲压方向的改变，剩余孔在该冲压方向上可通过垂直冲裁冲出，以完成冲孔四工序。

2.根据权利要求1所述的一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，其特征在于：所述的保证零件冲压精度是通过在不同冲压步骤中设定不同的零件冲压方向和辅以斜楔机构来实现的；通过工序分配，将进行垂直冲压所需方向类似的结构的冲压加工尽量聚集到同一冲压步骤内，从而使得大部分修边和冲孔工序能在冲压方向上实现对零件的垂直加工以保证冲压精度；一些局部区域的垂直加工无法在冲压方向上实现时，则通过斜楔机构来保证冲压精度。

3.根据权利要求1所述的一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，其特征在于：所述的前期拉深面补充按如下操作；由于两零件的外形与结构特征相似，故可按对称件来排样；通过内补充将零件表面的规则孔与非规则孔弥补以形成完整面结构；通过外补充将连接面、压料面和过渡面补充完全；连接面用于两个零件间的光滑过渡；基于平均拉深深度最小原则选择压料面；通过翻折将零件周围的一些飞边向压料面所在平面靠近，便于形成平滑的过渡面；综上可形成一个完整的拉深件结构。

4.根据权利要求1所述的一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，其特征在于：所述的冲孔工序分为四道加工分布在四道冲压步骤内，即冲孔一位于步骤(B)、冲孔二位于步骤(C)、冲孔三位于步骤(D)、冲孔四位于步骤(E)，将数量多且排布密集的孔的加工分布到不同加工步骤，可以在保证冲孔精度前提下简化冲孔机构，从而简化模具结构来降低生产成本；所述的修边工序分为三道加工分布在三道冲压步骤内，即修边一位于步骤(B)、修边二位于步骤(C)、修边三位于步骤(E)，以实现零件不同位置的修边均为垂直加工，保证修边精度。

5.根据权利要求1所述的一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，其特征在于：所述的5道加工步骤分配到3套模具具体为，步骤(A)在一套拉深模上完成；步骤(B)在一套修边冲孔模上完成；步骤(C)、步骤(D)、步骤(E)在一套三工位复合模上完成；以三套模具完成所有加工，从而减少模具数量以降低生产成本。

6. 根据权利要求1所述的一套复杂车身覆盖件零件的高效精确冲压方法，其特征在于：步骤（D）中所述的4个非规则孔指两个椭圆孔和两个长条状孔。