冲压工艺基础知识

材料知识一、材料知识----板材分类板材的分类1、板材是指各种形状的半成品，如：薄板、中板、厚板、窄带材、带材等。2、按生产方法分类：热轧钢板、冷轧钢板3、按表面特征分类:镀锌板（热镀锌板、电镀锌板）、镀锡板、复合钢板、彩色、涂层钢板4、按用途分类:桥梁钢板、锅炉钢板、造船钢板、装甲钢板、汽车钢板、屋面钢板、结构钢板、电工钢板（硅钢片）、弹簧钢板及其他5、按厚度分：厚板（4MM以上）、中板（3-4MM）、薄板（3MM以下）一、材料知识----钢板生产流程一、材料知识----材料牌号命名方法一、材料知识----力学性能指标强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。力学性能指标1屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。一、材料知识----钢板的失效汽车冲压钢板通常会发生时效，导致屈服强度上升，伸长率下降，加工过程中可能产生桔皮，表面粗糙等缺陷，因此需规定各牌号的拉伸应变痕保证时间。低碳钢板失效的一般现象：时效失效和表象失效时效失效：由于时效的影响，钢板及钢带的力学性能会随着储存时间的延长而变差，如屈服强度和抗拉强度的上升，断后伸长率的下降，成形性能变差、出现拉伸应变痕等失效。表象失效：由于存储不当，造成钢板受潮生锈、外力破损、外力变形等失效；由于钢厂轧制过程工艺控制部分不足，导致钢板表面出现凹坑、结疤、裂纹、夹杂，划伤、压痕、麻点、辊印及氧化色等影响成形性及涂、镀附着力的缺陷；钢板厚度公差超差。拉伸试验--测定材料性能的基本手段一、材料知识----力学性能指标•伸长率•工程应力或名义应力•工程应变或名义应变•塑性应变–材料的拉伸性能•弹性应变–材料的弹性性能(回复)se=F/Aoee=（l-lo)/loeplastic=(lF–lo)/(wF-wo)eelastic=(lF–l)/(wF–w)一、材料知识----力学性能指标•真实应变–因为lo是通过无穷多个中间过程，才逐渐变成l。–真实应变（无穷多个中间状态，数学积分）•真实应变可加应变（CAE数值模拟中采用）eT=ln(l/lo)=ln(1+ee)一、材料知识----力学性能指标sT=sT(1+ee)真实应力（体积不变原理）eecoAAflAreaCurrentForceStresssCauchyStressTruees1'eollLengthCurrentLengthinChangeStrainTruee1lnlntsdeseeoeAfseees1)1ln(ee一、材料知识----力学性能指标真实应力应变曲线一、材料知识----力学性能指标力学性能指标2应变强化指数n：钢材在拉伸中实际应力－应变曲线的斜率。其物理意义是，n值高，表示材料在成形加工过程中变形容易传播到低变形区，而使应变分布较为均匀，减少局部变形集中现象，因此,n值对拉延胀形非常重要。塑性应变比r值：r值表示钢板拉伸时，宽度方向与厚度方向应变之比值。r值越大，表示钢板越不易在厚度方向变形（越不容易开裂），深冲性越好。应变分量(三个主方向)–主应变(材料拉伸方向的应变)εmaj=(l–lo)/lo–次应变εmin=(w-wo)/wo–厚度方向应变εt=(t-to)/to一、材料知识----力学性能指标•厚向异性系数（R）–轧制生产时，微观晶粒重组变形–轧制方向材料延伸，厚度方向材料压缩–R是宽度方向应变和厚度应变方向比值–R越大，抵抗失稳变薄的能力，深拉延性能越好–三个分量：R0，R45，R90，–表示平面内各向异性一、材料知识----力学性能指标•由试验测得的曲线，成形极限图的横纵坐标由次应变和主应变表示。•FLD0－成形极限曲线和FLD上的主应变轴的交点–应变为0的平面应变点–影响重要的参数是厚度•Keeler公式•–t2.5mm–FLD0=(23.3+(14.13xt))x(n/21)•其中t的单位是mm。–2.5t5.5mm–FLD0=(20+(20.67xt-1.94xtxt))x(n/21)一、材料知识----力学性能指标成形极限图FLD一、材料知识----力学性能指标FLD的分区•安全裕度•严重减薄•基本变形量•允许增厚一、材料知识----力学性能指标工艺知识二、工艺知识----冲压工艺流程冲压工艺流程冷冲压是指在常温下，利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件的一种压力加工方法。冷冲压的定义原材料（板料和卷料）入库→开卷线→大件清洗涂油、小件开卷剪切→冲压生产线→安装模具、调试首件合格→投入批量生产→合格件防锈→入库冷冲压的基本分类冷冲压概括起来分两大类：分离工序和成形工序二、工艺知识----冲压成形的特点冲压加工方法的特点1)冲次快，效率高，特别是大量生产其效率尤其显著；2)精度高，冲压加工能获得较为复杂的几何形状和尺寸；3)材料利用率高，是一种无切削加工，只有少量的切边废料；4)操作简便，省时省力，容易掌握；二、工艺知识----冲压工序分类根据材料的变形特点分：分离工序、成形工序1、分离工序：是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限σb以后，使坯料发生断裂而产生分离。分离工序主要有落料、冲孔、切断、修边等。二、工艺知识----冷冲压分类二、工艺知识----冷冲压分类2、成形工序：是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使坯料产生塑性变形，成为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序。成形工序主要有拉延、翻边、整形、翻孔、弯曲等。二、工艺知识----冷冲压分类二、工艺知识----拉延工艺2.1拉延：利用模具使平面毛坯变成为开口的空心零件的冲压工艺方法。二、工艺知识----拉延工艺根据成形设备的不同，拉延分双动拉延和单动拉延二、工艺知识----各工序代号及名称各工序代号及名称与冲压相关的英文二、工艺知识----冲压工艺编制以某车型翼子板为例规划生产线信息输入分析２、平面孔数、位置１、负角检查形状、深度3、纵壁孔数、位置4、修边条件检查二、工艺知识----冲压工艺编制侧冲孔直冲孔整形≒45确认孔与孔的加工方式是否有干涉，如干涉就要分序翻边侧冲孔如果轮罩处有向内的翻边需要研讨5工序模具结构是否能实现二、工艺知识----冲压工艺编制1、Blank翼子板的最终工法2、Draw(S/A)3、TrimCamTrimSep4、FlangeRestrikeCamForm5、PICamPICamForm二、工艺知识----DL图DL图----DieLayout图又称工法图DL图决定如下内容2、模具的结构复杂程度及合理性1、冲压件质量能否保证3、模具系数即冲压件的工序数4、冲压车间的物流规划5、冲压生产线的负荷6、材料利用率指标二、工艺知识----DL图DL图包括的内容•1、冲压工艺流程图1、冲压件的工序数。3、每工序的上料方向及冲压方向。4、冲压件的工艺路线及毛坯尺寸。2、每工序的完成的内容。二、工艺知识----DL图2、制件主左俯视图及断面细节分析1、各工序间冲压方向的旋转角度。2、复杂部位的成形细节。3、侧冲侧修的斜楔角度。3、冲压废料流向图清楚表示两次或多次修边废料的流向问题二、工艺知识----DL图4、C/H孔、C/P点坐标表及各工序工作内容表示线二、工艺知识----冲压工艺编制工艺编制的简单原则1、在保证满足要求的前提下，能采用成形工艺不采用拉延工艺，能采用开口拉延的制件不用闭式拉延；采用浅拉延工艺能满足要求不采用深拉延工艺。从成本的角度考虑2、冲压工艺编制要考虑车型的规划纲领。从材料利用率的角度考虑3、冲压工艺编制要考虑生产线的要求。从生产的角度考虑工艺编制的简单原则----加落料工序二、工艺知识----冲压工艺编制A、同一零件的不同部位宽度差别超过30%左右时考虑加落料模，否则成型困难。B、提高材料利用率。C、成型前的板料相对于成型后的零件有大面积未参与成型。二、工艺知识----模具尺寸的预估①拉延模②修边冲孔翻边整形二、工艺知识----模具尺寸的预估备注：模具高度根据工艺路线的压机参数确定，修边冲孔类模具同时考虑废料的排出需要。二、工艺知识----模具重量的预估模具重量＝L・W・H・比重・K备注：L/W/H单位要统一且为国际制单位模具重量是模具发包估算价格的重要依据。模具知识三、模具知识----概述模具是冲压生产的基础，也是一种成本很高的工装,车型开发费用的五分之一会投在模具开发上；模具的制造水平直接影响到了产品的质量和企业的经济效益。概述三、模具知识----模具类型介绍模具类型介绍目前,汽车覆盖件模具主要类型包括：落料模、拉延模、修边冲孔模、斜楔修边冲孔模、翻边、整形模等。三、模具知识----模具类型介绍模具类型介绍按冲压工序组合方式分，有单工序的简单模和多工序的复合模、级进模等三、模具知识----模具结构模具结构一般模具的组成1、工作零件包括凸模和凹模等零件。2、定位零件主要包括挡料销、定位销、侧刃等零件。3、压料、卸料、顶料零件主要包括卸料板、顶料器、气动顶料装置等零件。4、导向零件包括导柱、导套、导板等零件。5、支持零件包括上、下模板和凸凹模固定板等零件。6、紧固零件包括内六角螺钉、卸料螺钉等零件。模具结构三、模具知识----模具结构一般模具的组成7、缓冲零件包括卸料弹簧、聚氨脂橡胶和氮气缸等。8、安全零件及其它辅助零件主要有安全侧销、安全螺钉、工作限制器、存放限制器、上下料架、废料滑槽、起重棒、吊耳等。安全侧销：主要作用是防止上模压料板紧固螺钉松动或断裂，导致压料板落下，造成人员、工装的重大损失。存放限制器：主要作用是防止模具弹性元件长期受压而失效和防止刃口长期接触影响刃口的寿命。（一般采用氮气弹簧）工作限制器：主要作用是限制凸凹模的吃入深度。三、模具知识----模具结构三、模具知识----典型模具结构典型模具结构471）冲裁模冲裁是利用模具产生分离的一种冲压工序。从广义上讲，冲裁是分离工序的总称，它包括落料、冲孔、切断、切口、修边等多种分离工序。在冲压工艺中，冲裁的用途最为广泛，它既可以直接冲出所需形状的成品工件，又可以为其它成形工序如拉深、弯曲、成形等制备毛坯。三、模具知识----典型模具结构典型模具结构48落料冲孔模典型结构分析模具总装图图示为一典型的落料冲孔复合模，采用导柱导套加导向板导向，挡料销定位，卸料板加弹性树脂加卸料螺钉的弹性卸料装置三、模具知识----典型模具结构典型模具结构49模具结构图解三、模具知识----典型模具结构502）拉深模（Draw，缩写DR）拉深是利用专用模具将平板毛坯制成空心件的一种冲压工艺方法，拉深又称拉延、压延。用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形和其它不规则形状的薄壁零件。拉深件材料消耗小，零件强度和刚度高，工件精度也较高凸模、凹模工作表面的技术要求：凸、凹模加工后的表面，不允许有影响使用的砂眼、缩孔、裂纹和机械损伤等缺陷；凹模工作表面和型腔表面的粗糙度数值一般要求为Ra0.8μm,而凹模圆角处的表面粗糙度数值一般要求为Ra0.4μm，目的是降低径向拉应力，保证拉深顺利进行。三、模具知识----典型模具结构51下图是一典型二次拉深模结构图三、模具知识----典型模具结构523）弯曲及翻边模弯曲是将金属材料弯成一定角度、曲率和形状工件的冲压工艺方法，弯曲所用材料有板料、棒料、管材和型材。弯曲件的形状一般有V形、U形和L形。为保证弯曲件的精度，弯曲模的结构应考虑以下几点：1、有合适的定位装置，保证毛坯能准确、可靠的定位。2、模