汽车覆盖件拉伸模设计工艺CAD探讨

1 概述

    汽车覆盖件是指汽车车身内外表面的蒙皮零件。因其形状复杂、表面质量要求高、外形尺寸大等特点，使得汽车覆盖件成为板料成形领域最难成形的零件。覆盖件模具是生产汽车车身的主要工艺设备，与一般冲压模具相比，覆盖件模具具有形状复杂，多为立体曲面，轮廓尺寸大，表面质量要求高，采用薄壁厢式结构，以及成本高等特点。一个汽车覆盖件零件，往往需要经过拉延、修边、冲孔、翻边、整形、成形、折边等多道工序才能完成，其中拉延成形是制造覆盖件的关键变形方式。拉延模设计、制造的是否合理，直接关系到汽车覆盖件的成形质量、材料利用率、生产效率和制造成本；同时，拉延成形得到的中间过渡零件又是翻边模、修边模设计、制造的依据。因此拉延模是汽车覆盖件成形的首要模具。

    CAD技术是一项划时代的新技术，汽车覆盖件模具工艺设计与CAD技术的有机结合可以缩短模具设计周期，提高设计质量，降低模具设计与制造成本和设计人员的劳动强度。

2 覆盖件拉延模类型与适用范围

    覆盖件拉延模是保证覆盖件成形质量的冲压工艺设备。拉延模根据压力方式可分为单动拉延模和双动拉延模。对于一般成形难度的覆盖件，可采用单动拉延模，双动拉延模的结构、工艺补充部分和压料面的形状等，都和一般的单动压力机的拉延模不同，而这些又是直接影响拉延成败与质量优劣的重要因素。在设计拉延模时应考虑模具结构紧凑、轻巧、导向可靠、人工送料和取件方便、安全可靠。具体拉延工艺的制订应综合考虑覆盖件成形难度和生产设备条件。

3 工艺设计制造流程

图1 工艺设计制造流程图

    工艺设计流程具体分析如下：

    3.1 根据产品图及产品冲压工艺设计，进行详细的车身产品工艺性分析。

    为了实现拉延或创造良好的拉延条件，必须合理考虑冲压方向、工艺补充部分形状以及压料面形式、拉延筋布置等重要工艺因素。其中包括利用计算机进行的工艺补充面三维设计。

    3.2 在满足产品使用的前提下，将过剩的质量要求及时反馈给产品设计部门，进行研讨，力争把产品完善到最简单、最合理的工艺要求，以克服产品的过剩质量，减少不必要的工装投入。

    3.3 利用计算机进行车身产品的冲压工艺性分析，进行图面形状的分析探讨和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握产品使用性能要求的前提下，考虑用户使用和维修，利用塑性加工原理、冲压工艺知识和模具设计结构的有关知识，设计冲压工艺过程图。在设计过程中，同时要分析冲压工艺方案，发现不足之处，进行必要的修正。

    3.4 模具设计人员按照冲压工艺过程图的基本要求进行模具设计，模具CAD设计包括上、下模座，工作部分零件，导向部件，定位零件和进出料装置等设计。数控编程和模型人员按照冲压工艺过程图和模具图进行数控编程和模型制造，最后按照冲压工艺过程模具图要求进行机械加工和模具装配调试，最终调试出合格的产品。

4 顶盖的拉延模工艺分析与设计

    4.1 根据用户提供的顶盖实型和数据进行分析，选择重要的加工型面，以确定拉延方向、送料方向和加工工序。顶盖各个冲压工序的冲压方向，应能满足该工序冲压成形的需要。必要时，各工序的冲压方向可以不一样,但是，在能满足冲压工艺要求的前提下，应尽可能使各个工序的冲压方向一致或少变化，以减少操作上和生产准备工作的复杂性。由顶盖的特点，确定拉延为一个方向，后序为另一个方向。

    4.2 利用CAD技术进行工艺补充部分设计和压料面的设计：以Unigraphics软件的曲面造型功能，采用基于事例的设计方法对工艺补充部分和压料面进行设计，设计后完成了工艺补充面的曲面创建，而压料面的拉延筋形状是用Unigraphics的三维立体造型功能得到的。

    4.2.1 工艺补充部分的设计

    零件外形见图2。

图2 汽车顶盖

    4.2.1.1 分析：从计算机上观察，形面起伏浅，为使零件达到产品设计的刚度，板料必须经过充分的塑性变形和硬化，所以采用双动拉延；顶盖后部有内凹部分，因此应工艺补充出一定的余量，使凸模能进入凹模。工艺补充是拉延工艺不可缺少的部分，拉延后又需要将它们修切掉，所以工艺补充部分应尽量减少，以提高材料的利用率。工艺补充部分除考虑拉延工艺和压料面的需要外，还要考虑修边和翻边工序的要求、修边方向应尽量采取垂直修边。

    同时，为了研模定位，全工序设置两处研模用工艺孔，此工艺孔设置在形状面比较平缓的地方。

    4.2.1.2 创建：工艺补充部分的设计是一个创造性的过程，因此需要人的直觉判断和经验判断，按照工艺补充部分的设计要求，在顶盖模型的翻边线处，利用Unigraphics的曲线延伸功能，按曲面原有的趋向线方向进行曲面延伸处理，以生成所需的工艺延伸面。工艺补充部分的侧壁型面一般采用拔模角曲面来生成，因为这一部分型面的形状一般与某一方向成一定的或变化的角度，是一种典型的锥形直纹面。