第5讲：汽车零部件的锻压技术

TSINGHUAUNIVERSITY第5讲汽车零部件的锻压技术TSINGHUAUNIVERSITY•概述•一、锻造•二、板料冲压•二、汽车车身冲压件材料•三、汽车覆盖件的冲压工艺•四、汽车制造中冲压工艺的新发展TSINGHUAUNIVERSITY概述•汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形。TSINGHUAUNIVERSITY4金属塑性成形：–在外力作用下金属材料通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。–在工业生产中又称为金属压力加工，分为：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等。锻压：–是锻造Forging与冲压Stamping的总称。–对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状，改善性能，用以制造机械零件或毛坯的成形加工方法。TSINGHUAUNIVERSITY5常用的压力加工方法a）自由锻b）模锻c）板料冲压d）挤压e）轧制f）拉拔TSINGHUAUNIVERSITY6塑性加工的特点：–改善金属的组织、提高力学性能•金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。•在零件设计时，若正确选用零件的受力方向与锻造流线方向，可以提高零件的抗冲击性能。–材料的利用率高•金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。–较高的生产率•塑性加工一般是利用压力机和模具进行的，生产效率高。例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍。–毛坯或零件的精度较高•应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形部分可不经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精密锻造后只需磨削便可达到所需精度。TSINGHUAUNIVERSITY7材料：钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力加工。用途：–承受冲击或交变应力的重要零件（如机床主轴、齿轮、曲轴、连杆等），都应采用锻件毛坯。–在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到广泛应用。•例如，飞机上的塑性成形零件占总质量的85%；汽车、拖拉机上的锻件质量占总质量的60%~80%。缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特别复杂（特别是内腔形状复杂）或体积特别大的零件或毛坯。TSINGHUAUNIVERSITY8•锻造发展可概括为“精、省、净”。–早期手工锻打制作成品，仅是“成形”简单制品。–精：后来用机器锻造，可以在一定程度上通过模具控制形状和尺寸，但主要为后续的加工制造毛坯。–省：20世纪50～60年代，针对“肥头大耳”问题，提倡发展“少无切削加工”。–净：20世纪80～90年代，明确提出“精密成形”或“精确成形”，大力发展“净形制造”技术。TSINGHUAUNIVERSITY9•“锻打”发展到“塑性加工”，是一个从“表象”到“本质”，从“经验”到“规律”的漫长的认识过程。•面向21世纪信息时代，塑性加工仍将是制造金属零件的基本方式之一。–据统计，全世界生产的钢材约有75％要经过塑性加工制成成品。TSINGHUAUNIVERSITY一、锻造ForgingTSINGHUAUNIVERSITY•锻造Forging：–在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。–工（模）具一般作直线运动。•应用：形状简单，强韧性要求高的制件–锻造后，成分均匀，组织致密，晶粒细化，强韧性提高。–固态成形，制件形状受限制。TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY图号:1403503406名称:奔驰支撑臂图号:1403503506名称:奔驰支撑臂图号:1403503606名称:奔驰支撑臂图号:4D0407693E/694E名称:左转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:4D0407151P名称:转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407505K/506K名称:右转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407509E/510E名称:左转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407317D/318D名称:连接杆图号:31123757623/624名称:宝马外支架图号:1633330001名称:奔驰控制臂图号:1403503406名称:奔驰支撑臂图号:1403503506名称:奔驰支撑臂图号:1403503606名称:奔驰支撑臂图号:4D0407693E/694E名称:左转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:4D0407151P名称:转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407505K/506K名称:右转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407509E/510E名称:左转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407317D/318D名称:连接杆图号:31123757623/624名称:宝马外支架图号:1633330001名称:奔驰控制臂图号:1403503406名称:奔驰支撑臂图号:1403503506名称:奔驰支撑臂图号:1403503606名称:奔驰支撑臂图号:4D0407693E/694E名称:左转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:4D0407151P名称:转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407505K/506K名称:右转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407509E/510E名称:左转向控制臂车型:奥迪A4、A6、8/帕萨特4图号:8D0407317D/318D名称:连接杆图号:31123757623/624名称:宝马外支架图号:1633330001名称:奔驰控制臂TSINGHUAUNIVERSITY1.自由锻OpenDieforging–概念：只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下砧间对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件。•自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。–分类：•锤上自由锻：中小锻件•液压机上自由锻：大型锻件TSINGHUAUNIVERSITY–特点：•金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制。•工艺灵活，所用设备和工具简单、通用性强，成本低。•锻件精度较低，加工余量较大，生产率低，•其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。–应用•一般只适合于单件、小批量生产。•自由锻也是锻制大型锻件的唯一方法。TSINGHUAUNIVERSITY自由锻生产过程TSINGHUAUNIVERSITY自由锻锤•空气锤的吨位：以其工作活塞、锤杆和上抵铁等落下部位的质量表示。TSINGHUAUNIVERSITY自由锻变形工序•基本工序下料Cropping镦粗Compression拔长Drawingout冲孔Punching弯曲Bending切割Cutting扭转Twisting错移Offset•辅助工序倒棱Chamfering压肩Necking压痕Indentation•精整工序TSINGHUAUNIVERSITY自由锻件的变形工艺•选择依据：–主要取决于锻件的形状特征，–还要考虑尺寸、技术要求以及自由锻变形工序特点。TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY2.模锻DieForging•概念：–利用模具使坯料变形而获得锻件。–在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。–在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。TSINGHUAUNIVERSITY•弯曲连杆锻模（下模）与模锻工序•1—拔长模膛2—滚挤模膛3—终锻模膛4—预锻模膛5—弯曲模膛TSINGHUAUNIVERSITY–优点：生产效率高。可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件。锻件表面质量好，节约材料和切削加工工时。操作简便，质量易于控制，易实现机械化、自动化。缺点受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下。需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投资大，能量消耗大。锻模制造工艺复杂，制造成本高、周期长。应用：适用于大批量或较大批量生产的条件TSINGHUAUNIVERSITY锤上模锻DieForging锻模结构TSINGHUAUNIVERSITY•制坯模膛Blocker：使坯料预变形而达到合理分配，使其形状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。•模锻模膛DieCavityofDieforging：使坯料变形到锻件所要求的形状和尺寸。•预锻模膛BlockingImpression和终锻模膛FinishImpression:对于形状复杂、精度要求较高、批量较大的锻件，还要分为预锻模膛和终锻模膛。TSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITYTSINGHUAUNIVERSITY热模锻压力机上模锻DieForgingonDropPress曲柄压力机（简称曲柄压力机）TSINGHUAUNIVERSITY•曲柄压力机:CrankPress•楔式热模锻压力机。TSINGHUAUNIVERSITY特点：•工作时震动和噪音小，劳动条件大为改善。•便于实现机械化和自动化，且具有很高的生产率。•锻件的精度高，其公差、余量和模锻斜度比锤上模锻小。•变形应逐步进行。•设备结构复杂，造价高，而且由于滑块的行程和压力不能在锻造过程中调节，因而不能进行拔长、滚压等制坯工步，必须配备制坯工步的专用设备。TSINGHUAUNIVERSITY平锻机上模锻DieForgingonUpsettingMachineTSINGHUAUNIVERSITY•平锻机上模锻过程1-固定凹模2-活动凹模3-冲头4-挡板5-坯料TSINGHUAUNIVERSITY•平锻机锻造的锻件示例•主要以局部镦粗为主，也可进行压肩、冲孔、弯曲和切断等工步。•最适合的锻件是带头部的半轴类和有孔（通孔或不通孔）的锻件。•简单锻件只需一个工步完成。•复杂锻件，坯料可按顺序放入几个模膛中逐步变形而获得锻件。TSINGHUAUNIVERSITY螺旋压力机上模锻DieForgingonFlyPress•利用飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的变形能进行锻造。–摩擦螺旋压力机：机械摩擦传动–液压螺旋压力机：液压传动。TSINGHUAUNIVERSITY•摩擦螺旋压力机TSINGHUAUNIVERSITY•摩擦压力机锻造特点•具有锻锤和压力机双重工作特性。–行程速度0.5~1.0m/s，介于模锻锤和曲柄压力机之间。–有一定的冲击作用，且滑块行程和打击能量可控，与锻锤相似。–坯料变形中的抗力由封闭框架承受，有压力机的特点。•工艺适用性好：既可完成镦粗、成形、弯曲、预锻、终锻等成形工序，又可进行校正、精整、切边、冲孔等后续工序的操作。•承受偏心载荷的能力差，一般只进行单模膛锻造。•由于打击速度比锻锤低，较适合要求变形速度低的有色合金的模锻。•压力机工作台下装有顶出装置，很适合于模锻带有头部和杆部的回转体小锻件。•有效机械效率低，生产率不高，吨位较小TSINGHUAUNIVERSITY•摩擦压力机锻造锻件TSINGHUAUNIVERSITY3.胎模锻–胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易。–胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产模锻件的工艺方法，因此胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。–适合于中、小批量生产小型多品种的锻件,特别适合于没有模锻设备的工厂。TSINGHUAUNIVERSITY4、锻件结构工艺性•锻件的结构在保证其使用性能的前提下，必须符合锻造生产工艺的特点