汽车制造工艺4冲压工艺

冲压工艺4.1冲压工艺概要4.1.1冲压工艺概要冲压件一般是通过冲裁、拉延、切边、冲孔、复合冲裁、弯曲、复合屈曲等工序中的若干种，冲压成指定形状。冲压工艺概要4.1.2冲压件汽车冲压件可分为车身冲压件与车架、车轮冲压件两大类。1．车身冲压件一般由0.6～1.2mm薄钢板制成，厚度大于1.6mm的钢板只用在需要增强的零件上，数量不多。拉延是车身件成型方法的特点。2．车架、车轮冲压件一般由1.2～3.6mm厚的钢板制成，有时也使用10mm左右的钢板。厚板成型以弯曲为主，在很多情况下不包括拉延成型。类别零件名称件/辆工序数机床吨位/t模座面积/mm2A顶篷、挡泥板、外护板、地板、保险杠、发动机罩8～123～6600～10003500×2000～4000×2000B车门护板、车身内护板、行李箱盖板、仪表板、车轮罩盖、挡板20～265～6400～5002500×1500～2500×1700C行李箱、侧板、中间柱、前柱、前侧支架件～503～6300～4002150×1200～2150×1500D门铰链板、前围侧护板20～302～62501500×1000轿车车身冲压件与所用压力机规格4.1.3冲压生产线的控制一般来说，冲压生产线是针对产品零件而设计的，生产量确定后即可算出冲压设备负荷率。当设备负荷不平衡时，可更改设计或调整生产计划以求平衡。通常，冲压生产时，根据后面工序的要求，核定冲压件库存量与最佳生产批量，并加以实施。标准的线生产速度如下：(1)连续自动压力机——700～1200件/h；(2)顺序加工冲压线——1200～1300件/h；(3)推杆式送料冲压线(AB级)——450～700件/h；(4)梭式送料冲压线(AB级)――600～900件/h。4.2冲压材料4.2.1冲压材料的特性要求冲压用材料必须具备良好的拉延性、延展性、弯曲性、凸缘拉伸性，以及上述的复合成型性。如果当所选的材料与零件形状、冲模设计和加工条件不相适应时，将产生断裂、折皱、成型不完整(气眼、凸包、回弹)等缺陷。下图表示冲压成型工艺体系与成型缺陷之间的关系。冲压成型疵病分类与冲压工艺基础4.2.2材料选定冲压用钢板的选定大致可遵循下列顺序：1)新设计的冲压件与过去类似的冲压件做对比2)试冲压3)在生产准备阶段掌握材料成型的难易程度4)对大量生产状况的监视与价值分析(VA)4.2.3冷轧钢板冷轧钢板的厚度在0.15～3.2mm之间，这种薄板的尺寸精度极高，具有美观平滑的表面，以及良好的机械性能和加工性，能够完美的用作车身护板。这类钢板的屈服点低，成型性和形状性好，也便于使用。4.2.4热轧钢板热轧软钢板与冷轧钢板在成分上几乎无差异，但因制造工艺不同，其机械性能、表面状况、尺寸精度、平整度等都低。厚度为1.2～1.6mm的热轧软钢板主要用在下车身零件与内护板，而要求强度的车梁、底盘零件与车轮等则以汽车构造用的热轧钢板制造。4.2.5表面处理钢板目前，实际采用的表面处理钢板有：金属电镀钢板、化学被膜生成处理钢板、非金属复层钢板等。1．金属电镀钢板电镀包括镀锌、镀铝、镀铅锡合金等数种。广泛使用镀锌钢板制造下部车身件、汽油箱、消声器等汽车零件。2．非金属复层钢板除正用在汽车内饰件上的聚氯乙烯复层的钢板和印有花纹图案的装饰钢板外，那些以提高冲压加工润滑性为目的的润滑处理钢板，以及提高抗蚀性的复层钢板也正在实用化或研制之中。然而，由于这类钢板冲压的疵病，导致焊接性降低，以及对涂漆的影响，选用时必须慎重。4.2.6其他材料由于美国安全标准的提高，以及要求生产出轻的减震性好的车身，现在已经开始采用加工性得到改善的低合金高强度钢板。此外，随着对汽车排气规定的严格化，提高了使用耐热材料的必要性，在排气净化装置中使用了不锈钢板。4.3冲模4.3.1冲模设计1．冲压工艺规程在冲压工艺规程中应标明冲压车间、冲压生产线、生产速度(单位时间的产量)、钢板级别与厚度、坯料尺寸、工序名称等。2．模具种类设计者根据工艺规程提出的要求，进行各道工序的模具设计。在成型方法方面，模具可分为拉延模、弯曲模、冲裁模三类，而在模具构造、工序类别和压力机型式等方面，上述三类模具还可以细分。3．模具构造模具构造随零件形状、工艺、模具种类、自动化程度等因素而异。下图是以车门外护板为例，说明按工艺顺序排列的模具断面结构和零件简图。4．模具材料材料选择是根据成型特点和加工部位决定的，对于模具的耐久性与寿命有很大影响。冲模材料使用部位1．合金工具钢SKD1、SKD11、SKX4、SKX44、SKS3、SKS4用在严重磨损部位(拉延防皱压边面，弯曲模块、刀刃)，需经热处理(根据使用要求进行镀硬铬、软氮化处理、碳化物气相沉积处理等)2．机器制造用碳素钢S55CS45C用在成品装置等辅助部分3．一般构造用轧制钢SS41用于卸料器、缓冲器、衬板、模架等4．灰口铸铁FC20、FC25、FC30用于一般零件、模架、底座、冲头、上下模本体、其他零件(用在无强度、刚度与耐磨性要求的部位)(用于对强度、刚度提出要求的部位)5．球墨铸铁FCD55用于拉延、弯曲工序中需要强度、刚度、耐磨性的部位(底座、冲头、底座环、冲模固定板)冲模材料及其用途5．自动化与模具由于引进了自动冲压生产线，近年来搬运自动化与无人管理化都有了进一步的发展，对于模具综合质量的要求也就越严格和更加复杂化了。例如，需装设保证安全的各种连锁机构、零件送进与取出的检测装置、确定零件在模内位置的传感器等，从而除了在成型性之外，还在操作性方面对模具结构提出要求。4.3.2模具制造1．模具制造工艺一般来说，从粗加工、精加工直到装配的所有工序可按下列顺序进行：(1)基准面切削加工，(2)划线，(3)机械加工(①通用机床切削加工，②仿形加工，③特殊加工(电火花加工))，(4)精加工(①曲面粗精加工，②模具研配修正)，(5)合模，(6)模具装配。模具制造的一般工艺过程按主模型进行曲面加工需用种种复制模型。此外，在模具制造过程中还要使用外形样板和划线样板。2．模型模型、样板的典型实例4.4冲压工艺4.4.1冲压车间平面布置冲压车间内部可按功能区分为四个部分：备料工段、伸压工段、模具堆放处、模修工段，必须使之具备相互协调的生产能力、面积和高效率的产品流动方向。4.4.2车身零件的冲压工艺汽车车身零件大多数是0.7～1.2mm厚的钢板经3～6道工序加工而成。实例：发动机罩内板是经四道工序成型，因为零件上有大型孔，确定冲压方式时，必须考虑到余料利用，其加工工序如下图所示。a)拉深b)切边c)冲孔d)弯曲冲孔发动机罩内板的加工工序4.4.3车架、底盘母件的冲压工艺(1)后桥壳经一次拉深成型还达不到精度要求，需经整形。切边时，零件应横放，必须注意切刃强度与废料处理。(2)悬架零件不希望在工序之间翻转，但考虑到切刃的强度，在第五道工序中又不得不翻转。此外，为了提高材料利用率而采用连续模。下图为其加工过程。悬架零件的加工过程a)切口落料b)拉深c)整形d)切边e)冲孔f)孔翻边4.4.4冲压设备用途分类台数备注坯料剪切冲压前处理落料生产线剪切生产线龙门剪切机多圆剪切机钢板平整机钢板清洗机钢板翻转机4361212包括梯形落料生产线冲压加工(拉深冲孔弯曲等)大型压力机(吨位：400~1500t)中型压力机(吨位：300~500t)小型压力机(吨位：50~250t)连续自动压力机高速自动压力机80(13)62(9)33221.一般由3~6台压力机组成生产线2.()为双动压力机模具修理用模具修理用压力机2油压驱动皮料处理打包机6油压驱动轿车冲压车间设备4.4.5冲压自动化自动化种类与自动化装置4.4.6附属设备1．可动式模座2．废料处理装置3．安全装置压力机4.5冲压件质量控制一般来说，保证质量的方法有精度检验与外观检验两种。根据检查结果迅速采取下列措施：冲压零件的手工修整，模具的修补，甚至改变模具的设计与制造方法。4.5.1精度检验精度检验一般在检验夹具上进行，测定的主要项目有：外形尺寸、表面位置、孔的位置、压肩位置、拉深线位置、各主要断面等。检验夹具4.5.2外现检验外观检验是一种靠手摸、目视的感觉检验，用以发现：歪扭、拉长、冲撞线、粘着、折皱、裂纹、滑移线错动、压痕与麻点、弯曲错边、毛刺等缺陷。车门护板与保险杠的外观疵病示例1—棱线错动；2—歪扭；3—回弹；4—麻点；5—冲撞线；6—拉延缺陷；7—拉长；8—折皱；9—弯曲错边4.6汽车车身覆盖件冲压工艺4.6.1汽车车身覆盖件冲压成型特点1．车身覆盖件的特点1)形状复杂2)外形尺寸大3)表面质量要求高4)要求足够的刚度5)要有良好的成型工艺性2．车身覆盖件冲压成型特点车身覆盖件的质量要求和结构特点决定了其冲压成型特点，主要有以下几个方面：1)一次拉深成型要求以最小的拉深深度，最少的冲压工序和尽可能简单的模具结构来实现覆盖件的冲压成型。2)拉胀复合成型通常，除了内凹形轮廓(如L形轮廓)对应的压料面外，压料面上坯料的变形为拉深变形(径向为拉应力，切向为压应力)，而坯料轮廓内部(尤其是中心区域)的变形为胀形变形(径向和切向均为拉应力)，如下图所示。车身覆盖件不同部位的变形性质3)局部成型当轮廓内部有局部形状(突起或凹进)的零件冲压成型时，压料面上的坯料由于受到压边圈的压力，随着拉深凸模的下行，首先产生变形并向凹模内流动，在凸模下行到一定深度时，局部形状便开始成型，并在成型终了时全部贴模。4)变形路径变化覆盖件冲压成型时，内部的坯料并不是同时贴模，而是随着拉深过程的进行而逐步贴模。即坯料在整个冲压成型中的变形路径(2/1)不是一成不变的，而是变路径的。5)变形趋向性的控制控制覆盖件冲压成型变形趋向的主要措施是确定合理的冲压方向、压料面，合理设计并敷设拉深筋。4.6.2覆盖件冲压基本工序及冲压工艺方案的确定1．覆盖件冲压工艺的基本工序及其安排覆盖件冲压工艺的基本工序有：落料、拉深、整形、修边、翻边和冲孔等。根据实际生产需要和可能性可将一些工序合并，如落料拉深、修边冲孔、修边翻边、翻边冲孔等。2．冲压工艺方案设计1)准备工作(1)查阅相关资料。(2)对零件图和拉深件图进行分析。2)应考虑的主要因素(1)生产纲领(2)零件的形状复杂程度，轮廓尺寸大小，板料的厚度和性质，以及对零件质量、精度和使用性能的要求等。(3)现有的设备条件和生产技术水平，模具设计与制造的技术水平与能力，以及生产技术准备周期等。4.6.3车身覆盖件拉深件设计1．拉深件形状构成及各部分的变形特点1)拉深件的形状构成覆盖件拉深件形状的构成2)各组成部分的变形特点(1)在压料凸缘上，径向是拉应力状态；切向则视拉深凹模洞口的形状而定。(2)在凹圆角处其变形基本上与压料凸缘处相似。(3)在侧壁上，材料在经压料凸缘和凹圆角的变形以后，根据侧壁形状的不同会出现不同的应力状态。(4)在凸圆角上变形和侧壁相仿。(5)底部若是平面则基本上不变形；底部若是曲面或带有形状复杂的反拉深部分，则应对其变形情况做具体分析。2.拉深方向的选择确定拉深方向时必须考虑以下几点：(1)首先保证拉深凸模能够进入凹模。(2)保证凸模与坯料有良好的拉深初始接触状态，这样能减少坯料与凸模的相对滑动，有利于毛坯的变形，并能显著提高冲压件的表面质量。3．压料面与工艺补充的设计1)工艺补充的作用及对覆盖件拉深成型的影响工艺补充部分有两大类：(1)内工艺补充，即在零件内部的工艺补充，即通过填补内部孔洞来创造适合于拉深的良好条件；(2)外工艺补充，即在零件沿外轮廓边缘展开(含翻边展开部分)的基础上添加的工艺补充部分。2)工艺补充的设计原则(1)内孔封闭补充原则。(a)内部不开工艺孔(b)开工艺孔的实例工艺补充上预冲孔或工艺切口示例(2)简化拉深件结构形状原则。(a)简化零件轮廓形状(b)增加局部侧壁高度(c)简化压料面形状工艺补充简化拉深件形状和压料面形状(3)保证良好的塑性变形条件，有些覆盖件深度较浅、曲率较小，但轮廓尺寸较大(如发动机盖板)，必须保证坯料在拉深成型过程中有足够的塑性变形量，方能保证其有较好的形状精度和刚度。(a)实例一(