钣金件工艺性讲座-1

工艺性基础课程主讲人：工艺性基础课程授课学时：2学时课程任务：1.了解钣金件的工艺性概念；2.认识车身钣金件的四大工艺；3.掌握设计中四大工艺对钣金件约束参数。主要内容：本课程主要介绍了钣金件对钢板材料的要求和钣金件所要适应的四大工艺课程情况总体简介工艺性基础课程第一章钣金件对钢板的要求第二章钣金件的冲压工艺性第三章钣金件的焊装工艺性第四章钣金件的涂装和总装工艺性总目录工艺性基础课程钣金件的工艺性：汽车车身是一个形状复杂的空间薄壁壳体，其主要零部件均由钢板冲压、焊接而成，同时又是内外饰、电器、动力、底盘的载体；所以车身必须有良好的冲压焊接工艺性，和良好的漆面附着力，又要能方便地装拆其他零件。钣金件的工艺性主要表现在钣金件的冲压性能、焊接装配性能、涂装性能、操作安全性、材料消耗和对材料性能的要求。第一章钣金件对钢板的要求1.冲压加工对冲压件材料的要求1）对材料性能的要求。用于冲裁加工的零件，应具有足够的塑性和较低的硬度有利于提高冲裁件的断面质量。用于弯曲成型的材料，要求具有足够的塑性、较低的屈服强度和较高的弹性模量。用于拉伸成型的材料，要求具有足够的塑性、低的屈服点和大的厚向异性系数，而硬度高的材料难于拉伸成型。第一章钣金件对钢板的要求1.冲压加工对冲压件材料的要求（续）2）对材料表面质量的要求。板料的尺寸精度对冲压性能影响最大的是厚度公差。板料过薄则回弹难于控制，或出现压不实现象；板料过厚会拉伤制件表面，缩短模具寿命，甚至损坏模具和设备。表面光洁。不应有气泡、缩孔、划痕、麻点、裂纹、分层等缺陷。否则因应力集中而破裂。表面平整。如果表面瓢曲不平，在剪切或冲压时容易因定位不稳而出现废品，在冲裁时会因板料变形展开而损坏模具；在拉伸时可能使压料不均影响材料的流向而引起开裂或起皱。表面无锈。如果有锈不仅对冲压不利，损伤模具，而且后续的焊接和涂装。第一章钣金件对钢板的要求2.材料的质量对冲压性能的影响1）力学指标对冲压性能的影响。屈服极限σs。屈服极限小，材料容易屈服，则变形抗力小，产生相同变形所需的变形力小。压缩变形时，不易起皱。弯曲时变形回弹小。屈强比σs/σb。小则容易产生变形不易破裂，从开始产生屈服到拉裂有较大变形空间。延伸率δ。指试样拉断时的延伸率，试样开始颈缩时的延伸率称均匀延伸率。均匀延伸率值越大，表明板料的冲压成型性越好。第一章钣金件对钢板的要求2.材料的质量对冲压性能的影响（续）1）力学指标对冲压性能的影响。硬化指数n。硬化指数n又称n值，亦称应变刚指数，它表示在塑性变形中材料的硬化程度。在延长类变形中，n值越大表明材料加工硬化严重，变形增长大，从而使变形趋于均匀，变薄减小，厚度均匀，表面质量好零件不易产生裂纹。所以n值越大，冲压性能越好.一般为0.18以上。厚向异性系数r。由于钢板结晶和板材轧制时出现纤维组织等因素，板料的塑性会因方向不同而出现差异，这种现象称各向异性，厚度方向的异性称厚向异性。r1时，板料宽度方向比厚度方向容易变形，即不易变薄或增厚。增大r值板料不易拉裂。板平面各向异性系数△r。由于△r会增加成型工序的材料消耗等生产中尽量降低△r值。第一章钣金件对钢板的要求2.材料的质量对冲压性能的影响（续）2）化学成分和金相组织对冲压性能的影响。钢中的碳、硅、磷、硫的含量增加，都会使材料的塑性降低，脆性增加，导致冲压性能变差。其中碳对材料的塑性影响最大，含碳量不超过0.05%-0.15%的低碳钢具有良好的塑性。车身覆盖件大多采用这种优质碳素钢。钢板金相组织的晶粒大小也直接影响冲压性能。晶粒不均最易引起裂纹。粗大的晶粒在冲压时会在制件表面留下桔皮，影响表面质量。过小的晶粒会使钢板的塑性降低，在变形中的硬化作用下，会使材料的硬度、强度增加，容易造成冲压件开裂、回弹、扭曲或起皱。第一章钣金件对钢板的要求3.材料的种类08Al冲压件低碳钢（ST）DC01、DC03、DC04、DC05、DC06冲压件冲压用：BLC、BLD、BUSD、BUFD、BSUFD冲压件高强度：BP、DP、BH、BLa、TRIP、SAPH冲压件、结构件冲压：第二章钣金件的冲压工艺性室温下用压力机和模具使钢板材料分离或塑性变形。分离工序：成形工序：落料、冲孔、剪切、切口、切边、剖切弯曲、拉深、翻边、胀型、整型等分类：拉伸工艺、冲裁工艺、弯曲工艺第二章钣金件的冲压工艺性2.垂直型冲孔：是指冲模刃口（凸模和凹模）随上模的上下运动在竖直方向上进行冲孔。模具结构最简单，垂直于覆盖件的型面进行冲孔，最容易保证冲孔质量，应优先选择。3斜面上冲孔：由于产品某些功能要求不得不在斜面上设计冲孔。一般要求为：当冲孔直径d≤5㎜时，α﹤5°；当5㎜﹤d≤15㎜α﹤15°；当15㎜﹤d＜20㎜时α﹤20°；d≥20㎜时，α﹤25°(但最大的α不大于30°，α为孔径中心线（即冲孔方向）与型面方向的夹角)。冲裁工艺性：一.覆盖件上冲孔方向的选择：1.一般情况下，冲孔应尽量设计在一个面上，不要横跨二个面，已改善模具刃口的寿命。第二章钣金件的冲压工艺性4.横跨两个面上的冲孔：因某些功能要求必须分别在两个面上冲同一个孔时。则要留有接刀口尺寸，一般为0.7～1㎜（如门内板锁孔）。二、切边及冲孔角度的规定：1)斜面部位的切边斜面修边有三种情况，要想顺利切割必须满足以下各条件。满足斜面修边的最小角度，根据下图所示：第二章钣金件的冲压工艺性三、普通冲裁件冲孔间距和孔边距冲孔边缘离外形的距离（孔边距）过小时影响冲件的质量甚至模具刃口，冲裁件的孔间距在复合模中直接影响凹模刃口间的强度和凸模的紧固方式。冲裁件的孔与孔之间，孔与边之间距离A≥2t，并不小于3-4mm第二章钣金件的冲压工艺性四、正修时允许修边的最大倾斜角，根据下图所示第二章钣金件的冲压工艺性五、冲孔时最大冲裁角度的规定（图中的角度指冲压方向与面法向的夹角）第二章钣金件的冲压工艺性六、定位孔的相关规定：料厚小于1.2时必须要求3度以内冲孔，料厚大于等于1.2小于1.4时2度以内冲孔，料厚大于等于1.4时必须1度以内冲孔。同时保证在同一工序完成。冲头设计为Φd+0.05安装孔的相关规定：Φ20以上（包含Φ20）孔冲头设计Φd+0.2，Φ20以下的孔冲头设计Φd+0.1七、拉伸翻边与收缩翻边的常用对策：1)拉伸翻边。拉伸翻边易出现的问题：开裂，回弹。对策：第一是在拉延序加余肉造型积料补偿，第二将拉延深度加高，尽量减小翻边量，第三是更改产品加缺口。第二章钣金件的冲压工艺性七、拉伸翻边与收缩翻边的常用对策：1)拉伸翻边。拉伸翻边易出现的问题：开裂，回弹。对策：第一是在拉延序加余肉造型积料补偿，第二将拉延深度加高，尽量减小翻边量，第三是更改产品加缺口。第二章钣金件的冲压工艺性2)收缩翻边。收缩翻边易出现的问题：起皱，回弹。对策：第一是将拉延深度加高，尽量减小翻边量。第二是拉延造型尽量接近产品，减小变形量。第三是更改产品加缺口。典型件的工艺性第二章钣金件的冲压工艺性一、典型件翻边整形设置参考图梁类件，易回弹件整形对策：第二章钣金件的冲压工艺性第二章钣金件的冲压工艺性第二章钣金件的冲压工艺性第二章钣金件的冲压工艺性二.根据成型方法的分类张出，成型-是拉着制品成型的方法，用压边圈固定制品流入面使用材料的流入最小化。制品是材料自体变薄，以自体伸率伸长且成型。此时材料要是材料全体被固定不能伸长的话会发生不良现象（划痕，裂痕）的情况多。-主要利用在主要必要强性，因内部形象少而没必要材料流入的外板件形象，为了省材料在内板件上使用的情况也有。-要提高压边圈的压力是有界限，为了张出成型有利用伸长成型的情况。第二章钣金件的冲压工艺性一般情况下决定材料的流放为5mm以内，伸率适用为3%~5%程度。材料流入为5mm以上的情况提高压边圈压，调整内部形象的R，使材料全体伸长均匀。-张出成型的情况还要考虑材料伸长的方向。主张力和辅张力差异大的情况成型后板件的强性会弱要特别注意。特别是门板的情况会受到大影响，设计时要注意。第二章钣金件的冲压工艺性第二章钣金件的冲压工艺性伸长成型-是张出成型的一种，可说是将张出成型极大化。-一般使用在强性不足的ROOF等中，HOOD，DOOR等是增加制品以外的形象且材料消耗大，一般有品质线等能够确保强性，所以不使用。-在内板中将制品以外的形象长度做小，为了极大化材料利用率而使用的情况也有。-使用在内板件的情况因2次成型为张出成型，因此不能使用在形象深的制品中，主要使用在形象浅的开产品上（移动产品：后背箱，顶盖）。-基本的原理如下。1阶段:上下型压边圈压住材料。第二章钣金件的冲压工艺性2阶段:在上下型压边圈压住材料的状态下上型滑块下来时上下压边圈同时下降形成拉延成型。此时上型压边圈压力要比下型压边圈压力大才能形成正长的伸长成型。第二章钣金件的冲压工艺性第二章钣金件的冲压工艺性3阶段:拉延成型完成后继续在压边圈压住的状态下上型压边圈压缩时上模下降。此时不发生材料流入只靠材料自体的伸率成型。外板件要控制材料的流入才能确保强性。一般确保表面伸率为2~3%设定拉延长度。外门的情况在30mm左右的深度中表现出主力和辅助力最大为确保最好的强性。判断材料的流入是否控制的最好方法是比较上下压边圈固定材料的状态和制品完成后的状态确认量是否为5mm以内。第二章钣金件的冲压工艺性第三章钣金件的焊接工艺性外板件中FENDER,SIDEOUTER等成型深度深的部品表面伸率若超过5%以上的话，材料的厚度会变薄，容易发生波段。因表面的凹凸，段差，深度等表面长度发生差异多的部位，在制品外侧增加余肉或层，减小表面长度取消材料流入量的急剧变化。外板件的情况从最初接触往左右拉近来的材料的长度发生差异的话，最初接触面多近来的一侧因滑而发生线推移，在涂装后也会有留下线的情况。要防止线推移现象就应使左右两边拉近来的材料一样的设定压料面。第三章钣金件的焊接工艺性第三章钣金件的焊接工艺性外板件的情况设定时考虑到制品的强性的张出成型。（虽根据2~3以上的伸率设计拉伸是盼望的，但是像SIDEOUTER,FENDER等一样成型深度深的部品拉伸5%以上的情况，因材料变薄容易发生波段，所以要材料流入的过程中成型。内板件的情况使表面的伸率达到2~3%设定凸模分模线及压料面。第三章钣金件的焊接工艺性因制品表面的凹凸形象及成型深度的差异表面长度的变化严重的情况容易发生褶皱，所以要考虑到余肉，拉延筋，层拉延等缩小表面长度的差异。第三章钣金件的焊接工艺性修边或切断的面以修边工序的压机方向为基准设定为外板件上,下±15度,内板件上,下±25度才能防止因毛边的不良现象。超过此条件时考虑侧切。焊接结构工艺性焊接结构工艺性是指钣金结构件在焊接夹具上组合拼装后，实施焊接的难易程度。零件良好的焊接结构应能满足材料较省、工序较少、夹具加工较易、寿命较高、操作较方便及产品质量稳定等要求。第三章钣金件的焊接工艺性一、部件分块车身覆盖件的分块，应该在冲压工艺允许的前提下，零件越少越好，这样可以减少焊接面和装配误差。车身上所有的孔洞，如门框和前后风窗框都是非常重要的装焊部位，要求这些门框洞尽量采取整体结构，若孔洞部分采用双层结构，则至少一层为整体结构，以减少装焊误差。二、结构的工艺性在焊接结构设计时，应该贯彻“对称地布置焊缝、焊点，并避免汇交、聚集、重迭，次要的焊缝、焊点可中断，主要的焊缝、焊点应连接。1.点焊接头形式及焊接空间在零件设计时，点焊接头应尽可能设计成敞开式,同时还要考虑周边空间，以保证焊钳能够接近。（附图5-1点焊接头形式）第三章钣金件的焊接工艺性敞开式半敞开式封闭式图5-1点焊接头型式2.焊接边宽度两个（或三个）相焊接零件的焊接边重叠部分的直边宽度,一般应不小于13mm，且相焊接零件的焊接边要平齐。因冲压或装配等工艺要求，允许1-2个焊点焊接处焊接边的宽度为10-13mm。具体参照表5-1及图5-2（若板材为不同厚度组合，按较薄的板选取）：第三章钣金件的焊接工艺性板厚(最薄板)tmm焊点直径dmm焊点到边缘最小距离fmm焊接边最小宽度mm0.6-0.795.0-6.05100.8-1.395.5-6.55