汽車制造工藝 4沖壓工藝

1、沖壓工藝 4.1 沖壓工藝概要 4.1.1 沖壓工藝概要 沖壓件一般是通過沖裁、拉延、切邊、沖 孔、復合沖裁、彎曲、復合屈曲等工序中的若 干種，沖壓成指定形狀。 沖壓工藝概要沖壓工藝概要 4.1.2 沖壓件 汽車沖壓件可分為車身沖壓件與車架、車輪 沖壓件兩大類。 1車身沖壓件 一般由0.61.2mm薄鋼板制成，厚度大于1.6mm 的 鋼板只用在需要增強的零件上，數(shù)量不多。拉延是車身件 成型方法的特點。 2車架、車輪沖壓件 一般由1.23.6mm 厚的鋼板制成，有時也使用 10mm左右的鋼板。厚板成型以彎曲為主，在很多情況下 不包括拉延成型。 類別 零件名稱件/輛 工序 數(shù) 機床噸位/t模座面積

2、模座面積/mm2 A 頂篷、擋泥板、外護板、 地板、保險杠、發(fā)動機 罩 812366001000 35002000 40002000 B 車門護板、車身內(nèi)護板、 行李箱蓋板、儀表板、 車輪罩蓋、擋板 202656400500 25001500 25001700 C 行李箱、側(cè)板、中間柱、 前柱、前側(cè)支架件 5036300400 21501200 21501500 D門鉸鏈板、前圍側(cè)護板20302625015001000 轎車車身沖壓件與所用壓力機規(guī)格轎車車身沖壓件與所用壓力機規(guī)格 4.1.3 沖壓生產(chǎn)線的控制 一般來說，沖壓生產(chǎn)線是針對產(chǎn)品零件而設計的， 生產(chǎn)量確定后即可算出沖壓設備負荷率。當

3、設 備負荷不平衡時，可更改設計或調(diào)整生產(chǎn)計劃 以求平衡。通常，沖壓生產(chǎn)時，根據(jù)后面工序 的要求，核定沖壓件庫存量與最佳生產(chǎn)批量， 并加以實施。 標準的線生產(chǎn)速度如下：(1)連續(xù)自動壓力 機7001200件/h；(2)順序加工沖壓線 1 2001300 件/h；(3)推桿式送料沖壓線 (AB 級)450700 件/h；(4)梭式送料沖壓線(AB 級)600900件/h。 4.2 沖 壓 材 料 4.2.1 沖壓材料的特性要求 沖壓用材料必須具備良好的拉延性、延展性、 彎曲性、凸緣拉伸性，以及上述的復合成型性。 如果當所選的材料與零件形狀、沖模設計和加 工條件不相適應時，將產(chǎn)生斷裂、折皺、成型不完

4、 整(氣眼、凸包、回彈)等缺陷。下圖表示沖壓成型 工藝體系與成型缺陷之間的關(guān)系。 沖壓成型疵病分類與沖壓工藝基礎沖壓成型疵病分類與沖壓工藝基礎 4.2.2 材料選定 沖壓用鋼板的選定大致可遵循下列順序： 1) 新設計的沖壓件與過去類似的沖壓件做對比 2) 試沖壓 3) 在生產(chǎn)準備階段掌握材料成型的難易程度 4) 對大量生產(chǎn)狀況的監(jiān)視與價值分析(VA) 4.2.3 冷軋鋼板 冷軋鋼板的厚度在0.153.2mm之間，這種 薄板的尺寸精度極高，具有美觀平滑的表面，以 及良好的機械性能和加工性，能夠完美的用作車 身護板。這類鋼板的屈服點低，成型性和形狀性 好，也便于使用。 4.2.4 熱軋鋼板 熱軋軟

5、鋼板與冷軋鋼板在成分上幾乎無差異， 但因制造工藝不同，其機械性能、表面狀況、尺 寸精度、平整度等都低。厚度為1.21.6mm的熱 軋軟鋼板主要用在下車身零件與內(nèi)護板，而要求 強度的車梁、底盤零件與車輪等則以汽車構(gòu)造用 的熱軋鋼板制造。 4.2.5 表面處理鋼板 目前，實際采用的表面處理鋼板有：金屬電鍍 鋼板、化學被膜生成處理鋼板、非金屬復層鋼板 等。 1金屬電鍍鋼板 電鍍包括鍍鋅、鍍鋁、鍍鉛錫合金等數(shù)種。廣泛使用 鍍鋅鋼板制造下部車身件、汽油箱、消聲器等汽車零件。 2非金屬復層鋼板 除正用在汽車內(nèi)飾件上的聚氯乙烯復層的鋼板和印有 花紋圖案的裝飾鋼板外，那些以提高沖壓加工潤滑性為目 的的潤滑處理

6、鋼板，以及提高抗蝕性的復層鋼板也正在實 用化或研制之中。然而，由于這類鋼板沖壓的疵病，導致 焊接性降低，以及對涂漆的影響，選用時必須慎重。 4.2.6 其他材料 由于美國安全標準的提高，以及要求生產(chǎn)出 輕的減震性好的車身，現(xiàn)在已經(jīng)開始采用加工性 得到改善的低合金高強度鋼板。此外，隨著對汽 車排氣規(guī)定的嚴格化，提高了使用耐熱材料的必 要性，在排氣凈化裝置中使用了不銹鋼板。 4.3 沖 模 4.3.1 沖模設計 1沖壓工藝規(guī)程 在沖壓工藝規(guī)程中應標明沖壓車間、沖壓生產(chǎn)線、 生產(chǎn)速度(單位時間的產(chǎn)量)、鋼板級別與厚度、坯料尺 寸、工序名稱等。 2模具種類 設計者根據(jù)工藝規(guī)程提出的要求，進行各道工序的

7、 模具設計。在成型方法方面，模具可分為拉延模、彎曲 模、沖裁模三類，而在模具構(gòu)造、工序類別和壓力機型 式等方面，上述三類模具還可以細分。 3模具構(gòu)造 模具構(gòu)造隨零件形狀、工藝、模具種類、自動化程度 等因素而異。下圖是以車門外護板為例，說明按工藝順序 排列的模具斷面結(jié)構(gòu)和零件簡圖。 4模具材料 材料選擇是根據(jù)成型特點和加工部位決定的，對于 模具的耐久性與壽命有很大影響。 沖 模 材 料使使 用用 部部 位位 1合金工具鋼SKD1、 SKD11、SKX4、 SKX44、SKS3、 SKS4 用在嚴重磨損部位(拉延防皺壓邊面，彎曲模塊、刀刃)，需 經(jīng)熱處理(根據(jù)使用要求進行鍍硬鉻、軟氮化處理、碳化物

8、 氣相沉積處理等) 2機器制造用碳素 鋼S55CS45C 用在成品裝置等輔助部分 3一般構(gòu)造用軋制 鋼SS41 用于卸料器、緩沖器、襯板、模架等 4灰口鑄鐵FC20、 FC25、FC30 用于一般零件、模架、底座、沖頭、上下模本體、其他零 件(用在無強度、剛度與耐磨性要求的部位) (用于對強度、剛度提出要求的部位) 5球墨鑄鐵FCD55 用于拉延、彎曲工序中需要強度、剛度、耐磨性的部位(底 座、沖頭、底座環(huán)、沖模固定板) 沖模材料及其用途沖模材料及其用途 5自動化與模具 由于引進了自動沖壓生產(chǎn)線，近年來搬運 自動化與無人管理化都有了進一步的發(fā)展，對 于模具綜合質(zhì)量的要求也就越嚴格和更加復雜 化

9、了。例如，需裝設保證安全的各種連鎖機構(gòu)、 零件送進與取出的檢測裝置、確定零件在模內(nèi) 位置的傳感器等，從而除了在成型性之外，還 在操作性方面對模具結(jié)構(gòu)提出要求。 4.3.2 模具制造 1模具制造工藝 一般來說，從粗加 工、精加工直到裝配的 所有工序可按下列順序 進行：(1)基準面切削加 工，(2)劃線，(3)機械 加工(通用機床切削 加工，仿形加工， 特殊加工(電火花加工)， (4)精加工(曲面粗精 加工，模具研配修 正)，(5)合模，(6)模具 裝配。 模具制造的一般工藝過程模具制造的一般工藝過程 按主模型進行曲面加工需用種種復制模型。此外， 在模具制造過程中還要使用外形樣板和劃線樣板。 2模

10、型 模型、樣板的典型實例模型、樣板的典型實例 4.4 沖 壓 工 藝 4.4.1 沖壓車間平面布置 沖壓車間內(nèi)部可按功能區(qū)分為四個部分：備 料工段 、伸壓工段、模具堆放處、模修工段， 必須使之具備相互協(xié)調(diào)的生產(chǎn)能力、面積和高效 率的產(chǎn)品流動方向。 4.4.2 車身零件的沖壓工藝 汽車車身零件大多數(shù)是0.71.2mm厚的鋼板 經(jīng)36道工序加工而成。 實例： 發(fā)動機罩內(nèi)板是經(jīng)四道工序成型，因為零件 上有大型孔，確定沖壓方式時，必須考慮到余料 利用，其加工工序如下圖所示。 a) 拉深拉深 b) 切邊切邊 c) 沖孔沖孔 d) 彎曲沖孔彎曲沖孔 發(fā)動機罩內(nèi)板的加工工序發(fā)動機罩內(nèi)板的加工工序 4.4.3

11、 車架、底盤母件的沖壓工藝 (1) 后橋殼經(jīng)一次拉深成型還達不到精度要求，需 經(jīng)整形。切邊時，零件應橫放，必須注意切刃 強度與廢料處理。 (2) 懸架零件不希望在工序之間翻轉(zhuǎn)，但考慮到切 刃的強度，在第五道工序中又不得不翻轉(zhuǎn)。此 外，為了提高材料利用率而采用連續(xù)模。下圖 為其加工過程。 懸架零件的加工過程懸架零件的加工過程 a) 切口落料切口落料 b) 拉深拉深 c) 整形整形 d) 切邊切邊 e) 沖孔沖孔 f) 孔翻邊孔翻邊 4.4.4 沖壓設備 用 途分 類臺 數(shù)備備 注注 坯料剪切沖壓前處理 落料生產(chǎn)線 剪切生產(chǎn)線 龍門剪切機 多圓剪切機 鋼板平整機 鋼板清洗機 鋼板翻轉(zhuǎn)機 4 3 6

12、 1 2 1 2 包括梯形落料生產(chǎn)線 沖壓加工(拉深沖孔彎曲等) 大型壓力機 (噸位： 4001500t) 中型壓力機 (噸位： 300500t) 小型壓力機 (噸位： 50250t) 連續(xù)自動壓力機 高速自動壓力機 80(13) 62(9) 33 2 2 1.一般由36臺壓力 機組成生產(chǎn)線 2.( )為雙動壓力機 模具修理用模具修理用壓力機2油壓驅(qū)動 皮料處理打包機6油壓驅(qū)動 轎車沖壓車間設備轎車沖壓車間設備 4.4.5 沖壓自動化 自動化種類與自動化裝置自動化種類與自動化裝置 4.4.6 附屬設備 1可動式模座 2廢料處理裝置 3安全裝置壓力機 4.5 沖壓件質(zhì)量控制 一般來說，保證質(zhì)量的

13、方法有精度檢驗與 外觀檢驗兩種。根據(jù)檢查結(jié)果迅速采取下列措 施：沖壓零件的手工修整，模具的修補，甚至 改變模具的設計與制造方法。 4.5.1 精度檢驗 精度檢驗一般在檢驗夾具上進行，測定的 主要項目有：外形尺寸、表面位置、孔的位置、 壓肩位置、拉深線位置、各主要斷面等。 檢驗夾具檢驗夾具 4.5.2 外現(xiàn)檢驗 外觀檢驗是一種靠手摸、目視的感覺檢驗， 用以發(fā)現(xiàn)：歪扭、拉長、沖撞線、粘著、折皺、 裂紋、滑移線錯動、壓痕與麻點、彎曲錯邊、毛 刺等缺陷。 車門護板與保險杠的外觀疵病示例車門護板與保險杠的外觀疵病示例 1棱線錯動；棱線錯動；2歪扭；歪扭；3回彈；回彈；4麻點；麻點；5沖撞線；沖撞線； 6

14、拉延缺陷；拉延缺陷；7拉長；拉長；8折皺；折皺；9彎曲錯邊彎曲錯邊 4.6 汽車車身覆蓋件沖壓 工藝 4.6.1 汽車車身覆蓋件沖壓成型特點 1車身覆蓋件的特點 1) 形狀復雜 2) 外形尺寸大 3) 表面質(zhì)量要求高 4) 要求足夠的剛度 5) 要有良好的成型工藝性 2車身覆蓋件沖壓成型特點 車身覆蓋件的質(zhì)量要求和結(jié)構(gòu)特點決定了其 沖壓成型特點，主要有以下幾個方面： 1)一次拉深成型 要求以最小的拉深深度，最少的沖壓工序和盡可 能簡單的模具結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)覆蓋件的沖壓成型。 2)拉脹復合成型 通常，除了內(nèi)凹形輪廓(如L形輪廓)對應的壓料面 外，壓料面上坯料的變形為拉深變形(徑向為拉應力， 切向為壓應

15、力)，而坯料輪廓內(nèi)部(尤其是中心區(qū)域)的變 形為脹形變形(徑向和切向均為拉應力)，如下圖所示。 車身覆蓋件不同部位的變形性質(zhì)車身覆蓋件不同部位的變形性質(zhì) 3) 局部成型 當輪廓內(nèi)部有局部形狀(突起或凹進)的零件沖 壓成型時，壓料面上的坯料由于受到壓邊圈的壓 力，隨著拉深凸模的下行，首先產(chǎn)生變形并向凹 模內(nèi)流動，在凸模下行到一定深度時，局部形狀 便開始成型，并在成型終了時全部貼模。 4) 變形路徑變化 覆蓋件沖壓成型時，內(nèi)部的坯料并不是同時 貼模，而是隨著拉深過程的進行而逐步貼模。即 坯料在整個沖壓成型中的變形路徑(2/1)不是一 成不變的，而是變路徑的。 5) 變形趨向性的控制 控制覆蓋件沖壓

16、成型變形趨向的主要措施是確定 合理的沖壓方向、壓料面，合理設計并敷設拉深筋。 4.6.2 覆蓋件沖壓基本工序及沖壓工 藝方案的確定 1覆蓋件沖壓工藝的基本工序及其安排 覆蓋件沖壓工藝的基本工序有：落料、拉深、整形、 修邊、翻邊和沖孔等。根據(jù)實際生產(chǎn)需要和可能性可將 一些工序合并，如落料拉深、修邊沖孔、修邊翻邊、翻 邊沖孔等。 2沖壓工藝方案設計 1) 準備工作 (1) 查閱相關(guān)資料。 (2) 對零件圖和拉深件圖進行分析。 2) 應考慮的主要因素 (1) 生產(chǎn)綱領(lǐng) (2) 零件的形狀復雜程度，輪廓尺寸大小，板料的 厚度和性質(zhì)，以及對零件質(zhì)量、精度和使用性 能的要求等。 (3) 現(xiàn)有的設備條件和生

17、產(chǎn)技術(shù)水平，模具設計與 制造的技術(shù)水平與能力，以及生產(chǎn)技術(shù)準備周 期等。 4.6.3 車身覆蓋件拉深件設計 1拉深件形狀構(gòu)成及各部分的變形特點 1) 拉深件的形狀構(gòu)成 覆蓋件拉深件形狀的構(gòu)成覆蓋件拉深件形狀的構(gòu)成 2) 各組成部分的變形特點 (1) 在壓料凸緣上，徑向是拉應力狀態(tài)； 切向則視拉深凹模洞口的形狀而定。 (2) 在凹圓角處其變形基本上與壓料凸緣處相似。 (3) 在側(cè)壁上，材料在經(jīng)壓料凸緣和凹圓角的變 形以后，根據(jù)側(cè)壁形狀的不同會出現(xiàn)不同的應 力狀態(tài)。 (4) 在凸圓角上變形和側(cè)壁相仿。 (5) 底部若是平面則基本上不變形；底部若是曲 面或帶有形狀復雜的反拉深部分，則應對其變 形情況

18、做具體分析。 2.拉深方向的選擇 確定拉深方向時必須考慮以下幾點： (1) 首先保證拉深凸模能夠進入凹模。 1. (2) 保證凸模與坯料有良好的拉深初始接觸 狀態(tài)，這樣能減少坯料與凸模的相對滑動， 有利于毛坯的變形，并能顯著提高沖壓件的 表面質(zhì)量。 3壓料面與工藝補充的設計 1) 工藝補充的作用及對覆蓋件拉深成型的影 響 工藝補充部分有兩大類： (1) 內(nèi)工藝補充，即在零件內(nèi)部的工藝補充， 即通過填補內(nèi)部孔洞來創(chuàng)造適合于拉深的良好 條件； (2) 外工藝補充，即在零件沿外輪廓邊緣展開 (含翻邊展開部分)的基礎上添加的工藝補充部 分。 2) 工藝補充的設計原則 (1) 內(nèi)孔封閉補充原則。 (a) 內(nèi)部不開工藝孔內(nèi)部不開工藝孔 (b)開工藝孔的實例開工藝孔的實例 工藝補充上預沖孔或工藝切口示例工藝補充上預沖孔或工藝切口示例 (2) 簡化拉深件結(jié)構(gòu)形狀原則。 (a) 簡化零件輪廓形狀簡化零件輪廓形狀 (b) 增加局部側(cè)壁高度增加局部側(cè)壁高度 (c) 簡化壓料面形狀簡化壓料面形狀 工藝補充簡化拉深件形狀和壓料面形狀工