车身制造工艺

1汽车车身制造工艺汽车车身制造工艺编制：罗虹2009。2重庆大学汽车系第一章绪论一、生产流程简介¾轿车车身的生产流程¾客车车身的生产流程¾车身制造的“三大工艺”：冲压，焊接，涂装。汽车车身制造工艺二、车身制造的生产方式及制造方法1.生产方式：z单件生产：小于300辆/年；z小批生产：300~3,000辆/年；z中批生产：3,000~30,000辆/年；z大批生产：30,000~150,000辆/年；z大量流水生产：大于150,000辆/年。2.制造方法z先进的制造工艺与合理的制造工艺z单件生产：模具尽量简化，以钣金（手工）为主，设备用小冲床。刮腻子。漆自然干燥。z小批生产：覆盖件的主要成形工序用简易模具（如用低熔点合金模），其它工序常用手工操作完成。焊装有固定的的装配台。零件互换性差。表面处理用简易清洗室、喷漆室、烘干室，人工操作。z中、大批生产：覆盖件的冲压全用钢模。在冲压线上要承担数种冲压件的生产。冲压设备有大型压力机。表面处理有较完整的油漆生产线。工序间使用输送带、悬挂运输链等。生产过程部分采用机械化、半机械化。z大量流水生产：冲压件有相当部分是在通用或专用的、半自动化或自动化的冲压生产线上生产。装配焊接、涂漆多是在专用生产线上进行，生产线采用自动控制。第一章绪论三、车身制造的特点z品种多，生产性质复杂。货车车身零件有400~700种，轿车、客车500~800种。此外，还有200~300种标准件和非金属件。因此，材料品种规格多，制造加工工种多。z质量要求高。大型覆盖件形状复杂，表面质量要求高。装焊后，对形状的要求，如门缝。z劳动强度大，不安全因素多。冲压操作搬运量大。压力机操作危险性较大。z冲压重型设备多，厂房造价高。与机械加工和装配相比，厂房造价高50%~100%。第一章绪论复习思考题1.车身生产的主要工艺有哪些？2.为什么说先进的制造工艺不一定是合理的制造工艺?第一章绪论第二章车身冲压工艺第一节概述一、冲压¾冲压z板料在模具的作用下，其内力达到一定值时，某些部分就会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。¾冲压的特点z应用范围广;z生产效率高;z质量稳定;z省能;z材料利用率高;z制件表面质量好;z易于实现机械化、自动化;z模具技术要求高，制造周期长，成本高。汽车车身制造工艺2二、冲压工序的基本分类第一节概述¾按变形特点分为两大类：z分离工序：‹冲压制件与板料沿要求的轮廓线分离。‹材料要发生破坏。z成形工序：‹工件在不发生破坏的条件下产生塑性变形。第一节概述第二节冲压用材料一、材料的质量和冲压性能¾材料应满足两个方面的要求：z零件（车身）的使用性能要求；z冲压工艺的要求。¾材料的冲压性能z材料的冲压性能指材料对冲压加工方法的适应能力。包括：便于加工、易得高质量、生产率高、模具消耗低。z决定冲压性能的因素：机械性能，化学成份，金相组织，表面质量，尺寸精度。¾材料的应力-应变曲线z弹性变形阶段：σ=Eε塑性变形阶段：σ=Cεnz弹性极限σe，屈服极限σs，强度极限σb；第二章车身冲压工艺（一）机械性能1．延伸率δ，均匀延伸率δuz延伸率是一个衡量材料塑性的指标。表示了材料的可能的变形量。z延伸率由拉伸试验确定。式中：l0为拉伸试验试件原长；l为试件拉伸变形后的长度。zl为试件被拉断时的长度，δ称为总延伸率（常称延伸率）；zl为试件拉应力开始达到强度极限σb时的长度，δ称为均匀延伸率，记为δu。2．屈强比σs/σbz屈强比是屈服极限σs与强度极限σb的比值。z屈强比小，即屈服极限较小，强度极限较大，说明材料容易产生塑性变形，不易回弹，且不易破裂。这对冲压成形是很有利的。第二节冲压用材料3．硬化指数nz硬化效应：金属材料在塑性变形过程中，强度指标（σs、σb）随变形程度加大而增加的现象。zn为硬化指数。n越大，硬化程度越大。z硬化使冲压中不易出现局部的集中变形和破坏，能扩展变形区，增加变形程度。但硬化后需要的变形力增大；限制进一步变形；翻边易开裂。可在两次冲压工序之间加退火工序来消除硬化。4．板厚方向性系数rz材料在各个方向（三维方向）上的变形特性是不同的（各向异性）。z拉伸试验时，延伸率为20%时，宽度应变与厚度应变之比式中：B0、B为变形前、后的试样宽度；t0、t为变形前、后的试样厚度。z由于板料不同平面方向上的r值不同，通常取r为式中：rα为与轧制方向成α°方向上所取试样的r值。z若r=1，材料为各向同性；若r＞1，宽度方向上比厚度方向上更易变形，制件厚度变薄量小，对冲压工艺有利。)/ln()/ln(00BttBBrt==εε4245900rrrr++=第二节冲压用材料5．板平面方向性z材料在各个平面方向上的变形特性是不同的。如r0、r45、r90一般不相同。z表示板平面方向性常用Δr表示zΔr大，对冲压变形和冲压件质量都是不利的：拉延件口部形成突耳；冲压不等厚；变形不均匀。2245900rrrr−+=Δ第二节冲压用材料3（三）板料的尺寸精度，表面质量1．厚度公差z是板料的主要轧制精度指标。z这是对冲压影响最大的尺寸公差。模具间隙只适应于一定的板料厚度，板料过薄，回弹严重；过厚，拉伤制件表面，甚至损坏模具。同一板料厚度不均，超差严重，更难以保证冲压质量。2．表面质量要求：z表面光洁。表面缺陷易产生应力集中而引起破开裂。z表面平整。瓢曲不平影响定位；冲裁时因板料展开损坏模具。z表面无锈。损伤模具；影响制件表面质量。第二节冲压用材料（二）化学成分，金相组织1．化学成分碳、硅、磷、硫含量增加，塑性会降低，脆性增加。2．金相组织z要求晶粒均匀。晶粒大小不均匀最易开裂。z晶粒大小适当。晶粒粗大，制件表面出现“桔皮”；过小，塑性降低。第二节冲压用材料二、冲压用钢板（一）优质碳素结构钢板¾按钢板的拉延级别分类ZF——用于拉延最复杂零件；t＜2mm冷轧板分为三级：HF——用于拉延很复杂零件；F——用于拉延复杂零件；Z——最深拉延级；t＜4mm冷、热轧板分为三级：S——深拉延级；P——普通拉延级；t=4~14m热轧板分为三级：W——冷弯成形级。¾按钢板的表面质量分类分为四组：Ⅰ——特别高级的精整表面；Ⅱ——高级的精整表面；Ⅲ——较高级的精整表面；Ⅳ——普通的精整表面。¾按钢板轧制尺寸精度（厚度公差）分类A——高级精度；B——较高级精度；C——一般精度。¾标记例：B－1.0×75×1500－GB708-8820－Ⅱ－F－GB13237-91钢板第二节冲压用材料（二）镀锌钢板¾电镀锌钢板表面细腻，价格贵。¾热镀锌z纯锌镀锌板z锌铁合金镀锌板生产时用高温加热，使锌层与钢基板合金化反应，锌层更致密，耐腐性、涂装性、焊接性提高。（三）高强度钢板z把屈服强度在210-550MPa范围内的钢板称为高强度钢，屈服强度大于550MPa的钢板称为超高强度钢。z包括BH钢（烘烤硬化钢）、双相DP钢、相变诱导塑性钢（TRIP）、微合金M钢、贝氏体钢和马氏体钢、高强度无间隙固熔IF钢。z超高强度钢采用热冲压工艺。第二节冲压用材料三、钢板的冲压性能试验为确切反映钢板的冲压性能，除拉伸试验外，广泛采用冲压工艺性能模拟试验。（一）冷弯试验z按规定的弯心直径d，将试样弯曲180°，无裂纹为合格。zt＜2mm时，d=0；t＞2mm时，d=t。z冷弯试验检验材料的弯曲性能。（二）杯突试验(胀形试验，顶压试验)z用球面凸模顶压试件至出现裂纹。z压入深度（杯突深度）反映了材料的胀形性能。第二节冲压用材料第三节冲裁广义上，冲裁就是分离工序。一般而言，冲裁就是冲孔和落料。一、冲裁过程分析（一）冲裁过程1）弹性变形阶段：材料压缩和弯曲变形。材料内应力在弹性极限内。2）塑性变形阶段：模具间隙内，材料除有内应力超过屈服极限，材料硬化剪切变形外，同时伴有弯曲和拉伸变形。内应力超过屈服极限，材料硬化加剧，直至凸凹模两刃口附近由于应力集中出现细裂纹。3）断裂分离阶段：上下裂纹延伸，重迭(一般不重合)后，剪切分离。第二章车身冲压工艺4一、冲裁过程分析（二）冲裁件断面¾断面分四个部分：z塌角是凸模压入材料时，刃口附近的材料被牵连拉入变形的结果。z光亮带是在塑性变形过程中由凸、凹模挤压切入材料所形成。其表面质量最佳。z剪裂带是材料剪断分离时形成的。表面粗糙，不与板平面垂直。z毛刺是在材料出现微裂纹时形成的，随凸模下行被拉长。第三节冲裁二、冲裁模间隙模具间隙是指凸、凹模之间的距离。（一）冲裁模间隙对冲裁件质量的影响1．对冲裁件断面的影响z间隙较大(小)：材料受到的拉应力较大(小)，(不)易产生裂纹，塑性变形阶段短。光亮带较小(大)，剪裂带、塌角、毛刺较大(小)。翘曲较(不)显著。z间隙太小：上下裂纹中间的部分受到二次剪切，形成第二个光亮带，毛刺也增大。z间隙太大：上下裂纹中间的部分被拉断，毛刺、塌角大，断面斜度大。z间隙合适：上下裂纹基本重合。光亮带约占1/3，毛刺、塌角及断面斜度也不太大。第三节冲裁2．对冲裁件尺寸精度的影响z间隙较大：材料受到的拉应力较大；板料翘曲较严重。‹由受拉伸变形产生的弹性恢复，导致落料尺寸变小（小于凹模尺寸），冲孔尺寸变大（大于凸模尺寸）。‹由翘曲变形产生的弹性恢复，导致落料尺寸变大（大于凹模尺寸），冲孔尺寸变小（小于凸模尺寸）。与上是相反的。z间隙较小：材料受到的挤压力较大，弹性恢复导致落料尺寸变大（大于凹模尺寸），冲孔尺寸变小（小于凸模尺寸）。（二）冲裁模间隙对冲裁力的影响z间隙较小时，由于材料受到的弯矩和拉伸较小，不易形成裂纹，故所需冲裁力较大。一般而言，间隙越大，冲裁力越小。但总的来说，间隙对冲裁力的影响不大。z间隙对卸料力、推件力的影响较大。第三节冲裁（三）冲裁模间隙对模具寿命的影响z冲裁模具失效形式：磨损，变形，崩刃，凹模口胀裂。z间隙对模具寿命的影响很大‹间隙较小时，冲压及卸料推件时工件与凸模、工件与凹模及卸料推件时摩擦大，易磨损。模具刃口受压较严重，易使其变形、崩刃。‹较大的间隙可延长模具寿命。（四）冲裁模间隙的确定z主要考虑断面质量和模具寿命这两个因素。z断面质量要求高，选较小的间隙；模具寿命长，选较大的间隙。第三节冲裁三、冲裁力的确定冲压力在塑性变形阶段结束时达到最大值，此为冲裁力。1.冲裁力z按抗剪强度计算冲裁力P：P=kLt式中：L为冲裁周边长度；t为材料厚度；τ为抗剪强度；k为系数。z斜刃冲模冲裁力PS再乘一小于1的系数k：PS=kP2.卸料力、推件力、顶件力z卸料力：将工件从凸模上卸下的力；z推件力：将落料从凹模顺冲压方向推出的力；z顶件力：将落料从凹模逆冲压方向顶出的力。上述力通常是由冲压设备提供的，有的是在冲压过程中提供的，有的是在压力机滑块回程中提供的。前者需在选择设备时加以考虑。第三节冲裁四、冲裁件的结构工艺性¾要求：z冲孔形状尽量简单。以方便模具制造。z避免过长的悬臂、狭槽。悬臂、狭槽的宽度要大于2倍料厚，以增加模具相应部位的强度。z孔与孔之间距离不能过小，要大于2倍料厚，且大于3~4mm。以增加模具相应部位的强度，避免制件相应部位变形破坏。z冲裁轮廓线转角处圆角尽量大。以使模具在热处理时和使用时不易损坏。z冲孔尺寸不能过小，孔径应大于料厚（对于低碳钢），以保证模具强度。z外形应便于排料，尽可能减少废料。第三节冲裁5第四节弯曲一、概述弯曲是将板料沿直线弯成一定形状。¾弯曲分为z压弯在普通冲压机上进行；z折弯在折弯机上进行，用于弯曲线很长的情况；z滚弯在滚弯机上进行；z拉弯将板料在拉伸状态下进行弯曲，用于弯曲半径大的零件，以防止回弹。第二章车身冲压工艺二、弯曲变形分析（一）变形过程¾自由弯曲：弯曲半径由大变小，至板料与凸模三点接触；板料直边部分开始反向弯曲；¾校正：让圆角及直边部分与模具全部靠紧。第四节弯曲（二）变形特点弯曲件分为两个部分：圆角、直边。z变形区主要在圆角部分，直边部分基本上不变形。z变形区内，外区伸长，内区缩短，其间为一长度不变的中性层。z相对弯曲半径r/t较小时，变形区变薄。z变形区断面：窄板(B＜3t)为内宽、外窄；宽板(B＞3t)为矩形。第四节弯曲（三）应力与应变状态¾