第二章沖壓工藝

1、第二章沖 壓 工 藝第一節(jié) 汽車沖壓工藝的特點(diǎn)與地位一、沖壓技術(shù)在汽車制造業(yè)中的地位 沖壓是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法，這種加工方法通常是在冷態(tài)下進(jìn)行的，所以又稱冷沖壓，只有當(dāng)板料超過(guò)一定厚度或者為超強(qiáng)鋼板時(shí)，才有可能采用熱沖壓。 沖壓工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：沖壓工藝的主要優(yōu)點(diǎn)： 1、在模具的作用下，可以批量獲得精度高度一致的產(chǎn)品，提高零件制造的互換性，易于組織后續(xù)制造工藝； 2、材料利用率高，可沖壓形狀復(fù)雜的零件； 3、沖壓產(chǎn)品具有足夠高的精度和粗糙度； 4、能夠在結(jié)構(gòu)和工藝條件允許情況下，獲得較高強(qiáng)度和剛度的零件； 5、沖壓操作簡(jiǎn)單，工藝過(guò)程便于機(jī)械化和自動(dòng)化，生產(chǎn)率很高，故零件成本低

2、。一、沖壓技術(shù)在汽車制造業(yè)中的地位 以數(shù)量計(jì)，汽車上有60-70%的零件是用沖壓工藝生產(chǎn)的，其中典型的沖壓件有： 1、車身的內(nèi)、外覆蓋件和骨架件； 2、車架的縱梁、橫梁和保險(xiǎn)杠等； 3、車輪的輪輻、輪輞和擋圈等； 4、散熱器的散熱片、冷卻水管和儲(chǔ)水室等； 5、發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸墊、油底殼和濾清器等； 6、底盤上的制動(dòng)器零件、減震器零件等； 7、座椅的骨架、滑軌和調(diào)角器等； 8、車箱的側(cè)板和底板等； 9、車鎖及其他附件上的零件等。二、汽車制造業(yè)沖壓生產(chǎn)的特點(diǎn) （一）產(chǎn)品一）產(chǎn)品(沖壓件沖壓件)方面方面 1、汽車沖壓件尺寸大、形狀復(fù)雜。 2、汽車沖壓件配合精度、外觀質(zhì)量以及互換性要求高。 3、對(duì)于不同的

3、零件具有不同的工藝特點(diǎn)，所用的設(shè)備、模具、材料都不同。 （二）沖壓設(shè)備方面二）沖壓設(shè)備方面 汽車工業(yè)用的沖壓設(shè)備噸位大、臺(tái)面尺寸大、性能要求高、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。 （三）沖壓材料方面三）沖壓材料方面 1 1、沖壓材料的品種和規(guī)格很多。 2 2、鋼板(帶)的強(qiáng)度高、工藝性能好。 3 3、隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，新型沖壓材料快速出現(xiàn)。 （四）模具方面四）模具方面 汽車沖壓模具尺寸大、形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。 （五）生產(chǎn)和管理方面五）生產(chǎn)和管理方面 汽車生產(chǎn)的規(guī)模，多數(shù)是大批量生產(chǎn)，尤其是轎車生產(chǎn)。三、汽車工業(yè)是推動(dòng)沖壓技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力 1、加快了沖壓用鋼（材料）的快速發(fā)展； 2、促進(jìn)了沖壓設(shè)備發(fā)展；

4、3、促進(jìn)了沖壓工藝的發(fā)展和進(jìn)步； 4、加快沖壓模具制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。第二節(jié) 沖壓材料 一、汽車沖壓用鋼的性能要求 1、較高的強(qiáng)度、剛度指標(biāo)。 2、嚴(yán)格的幾何尺寸精度。 3、優(yōu)良的工藝性能。 4、良好的表面外觀質(zhì)量。 5、具有好的焊接性能、良好的涂漆性能。二、汽車沖壓用鋼板系列三、沖壓材料的成形性能 1、深拉延成形 2、脹形深拉成形 3、淺拉延成形 4、彎曲成形 5、翻邊成形 沖壓成形類別與性能指標(biāo)的關(guān)系第三節(jié) 汽車沖壓工藝設(shè)計(jì)一、沖壓工藝設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與要求1、沖壓工藝方案設(shè)計(jì) 沖壓工藝方案設(shè)計(jì)是針對(duì)給定的產(chǎn)品圖紙根據(jù)其生產(chǎn)批量的大小、沖壓設(shè)備的類型、規(guī)格、模具制造能力以及工人技術(shù)水平等具

5、體生產(chǎn)要素，從對(duì)產(chǎn)品圖的沖壓工藝性分析入手，經(jīng)過(guò)必要的工藝計(jì)算，制定出合理的工藝方案，最后編寫出沖壓工藝卡的全過(guò)程。2、沖壓模具設(shè)計(jì) 沖壓模具設(shè)計(jì)則是依據(jù)所制定的沖壓工藝規(guī)程，仔細(xì)考慮毛坯的定位、出件和廢料排除等問(wèn)題以及模具的制造維修方便性、操作安全可靠性等因素后設(shè)計(jì)構(gòu)思出與沖壓設(shè)備相適應(yīng)的模具總體結(jié)構(gòu)。然后，繪制出模具總裝圖和所有非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的整個(gè)設(shè)計(jì)繪圖過(guò)程。3、沖壓工藝設(shè)計(jì)的基本要求 （1） 材料利用率要高； （2） 考慮工廠的具體生產(chǎn)條件，制定的工藝方案要技術(shù)上先進(jìn)可行，經(jīng)濟(jì)上合理； （3） 工序組合方式和工序編排順序要符合沖壓變形規(guī)律，能保證沖制出合格的工件； （4） 工序數(shù)量盡可能

6、少，生產(chǎn)效率高； （5） 制定的工藝規(guī)程要便于生產(chǎn)的組織與管理。4、沖壓模具設(shè)計(jì)的基本要求 （1） 模具應(yīng)保證沖制出的零件符合圖紙的形狀、尺寸及精度要求； （2） 模具結(jié)構(gòu)選擇時(shí)注意工序的先后順序； （3） 確定方案和結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，制造維修方便、成本低； （4） 模具使用壽命長(zhǎng)，能滿足沖壓工藝規(guī)程規(guī)定生產(chǎn)批量的要求； （5） 模具操作方便、安全可靠、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、與工人技術(shù)水平相適應(yīng)。5、沖壓工藝設(shè)計(jì)的一般程序 （1）分析沖壓件的技術(shù)要求，查閱沖壓工藝設(shè)計(jì)必需的原始資料； （2）分析零件的沖壓工藝與相關(guān)零件的裝配關(guān)系與裝配要求； （3）進(jìn)行必要的工藝分析和計(jì)算，選擇一個(gè)較為合理的工藝方案

7、； （4）確定模具結(jié)構(gòu)形式； （5）選擇沖壓設(shè)備； （6）編寫沖壓工藝過(guò)程卡片； （7）繪制模具裝配圖和零件圖，并完成必要的校核和審批程序； （8）編制沖模關(guān)鍵零件的加工工藝及相關(guān)說(shuō)明； （9）編制沖模驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和使用管理規(guī)定。6、沖壓工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)注意的問(wèn)題 （1）產(chǎn)品零件的質(zhì)量和尺寸精度要求； （2）產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、形狀等對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性； （3）企業(yè)的沖壓生產(chǎn)設(shè)備以及模具加工能力； （4）生產(chǎn)成本和工藝成本； （5）生產(chǎn)綱領(lǐng)； （6）零件所需原材料性能、規(guī)格及當(dāng)前市場(chǎng)供應(yīng)狀況； （7）企業(yè)管理水平。二、沖壓工藝方法1、開卷與校平 開卷和校平屬于汽車沖壓工藝前板料預(yù)處理工藝，通常與剪

8、切和下料工序一道在生產(chǎn)線上完成。其工藝內(nèi)容是將鋼廠供應(yīng)的卷筒板料進(jìn)行開卷、整平后按照沖壓工藝要求剪斷成一定尺寸規(guī)格的料坯。 常見板料開卷和下料參數(shù)2 2、沖裁、沖裁 沖裁是利用沖裁模使板料產(chǎn)生分離的一種沖壓工藝，主要包括落料、沖孔、切口、修邊、剖切、切斷等多種具體工序內(nèi)容。（1）影響沖裁件尺寸精度的主要因素 1）沖裁模的制造精度； 2）工件材料的力學(xué)性能； 3）工件的相對(duì)厚度； 4）沖裁模間隙； 5）沖裁件的尺寸與形狀。表2-6 沖裁模制造精度與沖裁件尺寸精度之間的關(guān)系（2）影響沖裁件斷面質(zhì)量的主要因素 如果沖模間隙選取合理，沖裁時(shí)板料在上、下刃口處所產(chǎn)生的裂紋就能重合，沖下的工件雖有一定錐度

9、但比較光滑。沖模間隙過(guò)大或者過(guò)小均會(huì)對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量產(chǎn)生影響。圖2-3 間隙對(duì)沖裁斷面的影響（3）影響沖裁件毛刺的主要因素 凸模或凹模磨損后變鈍，其刃口處形成圓角，沖裁時(shí)工件的邊緣就會(huì)出現(xiàn)毛刺。（4）沖裁模間隙的確定 1）計(jì)算法表2-6 h0/t與的近似值 2）經(jīng)驗(yàn)法（5）沖裁力的計(jì)算其中，P為沖裁力； k系數(shù)，一般取1.3； L沖裁件的沖裁周邊長(zhǎng)度； t板料厚度； 沖裁件的材料的抗剪強(qiáng)度。3、彎曲 彎曲是利用設(shè)備或?qū)Ｓ霉ぞ呤菇饘侔辶?、管料、棒料或型材在模具中彎成一定曲率、一定角度和形狀的變形工藝，如圖2-4所示。圖2-4 彎曲變形工藝過(guò)程（1）彎曲工藝的常見質(zhì)量問(wèn)題 1） 彎曲回彈 2） 彎

10、曲裂紋 3） 彎曲偏移 圖2-5 彎曲偏移（2）最小彎曲半徑的計(jì)算 1） 影響最小彎曲半徑的因素 彎曲件材料的力學(xué)性能。 彎曲線的方向。 板材的表面質(zhì)量和側(cè)面質(zhì)量。 彎曲中心角的大小。 2） 最小彎曲半徑的確定表2-7 不同材料及狀況下的最小彎曲半徑值 （3）彎曲件的結(jié)構(gòu)工藝性 1）彎曲件的形狀應(yīng)對(duì)稱。如圖2-6 (a)(b)(c) 。 2）彎曲件的圓角半徑應(yīng)大于板料許可的最小彎曲半徑。 3）彎曲件的直邊高度不宜過(guò)小。其值應(yīng)為(圖2-7)。 4）在彎曲帶孔工件時(shí)，如果孔的位置處于彎曲變形區(qū)，則孔要發(fā)生變形。 5）在局部彎曲某一段邊緣時(shí)，為避免角部形成裂紋，可預(yù)先切出工藝槽，見圖2-8或如圖2-

11、9(a) 。 6）邊緣部分有缺口的彎曲件。圖2-9（b）。圖2-6 彎曲件形狀及其偏移現(xiàn)象圖2-7 彎曲件直邊高度圖2-8 增加工藝槽及轉(zhuǎn)移彎曲線 圖2-9 沖工藝孔和切除連接帶表2-8 金屬?gòu)澢某叽缇缺?-9 金屬?gòu)澢慕嵌裙?、拉深工藝 （1）拉深工藝的基本原理 拉深（又稱拉延）是利用拉深模將沖裁或剪裁后所得到的平板坯料制成開口空心件的一種沖壓方法。 圖2-9 拉深工作示意圖1凸模 2壓邊圈 3凹模 4平板坯料 5拉深件 （2）拉深過(guò)程中的起皺、厚度變化和硬化 1）起皺。拉深時(shí)凸緣部分受切向壓應(yīng)力的作用，如果材料較薄，凸緣部分剛度不夠，當(dāng)切向壓應(yīng)力足夠大時(shí)，凸緣部分材料便會(huì)產(chǎn)生受

12、壓失穩(wěn)，在凸緣的整個(gè)周圍產(chǎn)生波浪形的連續(xù)彎曲，這就稱為起皺，如圖2-10所示。 圖2-10 拉深件的起皺防止起皺的主要措施如下：1）采用壓邊圈。2）選擇合適的變形程度。3）采用拉深筋。4）采用反拉深。圖2-11 拉深模上拉深筋的結(jié)構(gòu)示意圖1壓邊圈 2凹模 3凸模 4拉深筋圖2-12 反拉深模具結(jié)構(gòu)圖 2）板料厚度的變化。在拉深過(guò)程中，拉深件壁厚會(huì)隨著拉深過(guò)程發(fā)生變化。筒形件拉深過(guò)程中壁厚沿高度方向的變化情況如圖2-13所示。 圖2-13 常溫下拉深過(guò)程中沿高度方向厚度和硬度的變化 3）拉深時(shí)的硬化現(xiàn)象。由于拉深時(shí)將產(chǎn)生很大程度的塑性變形，常溫下毛坯經(jīng)過(guò)拉深過(guò)程中將引起加工硬化，強(qiáng)度和硬度顯著提

13、高、塑性降低。如圖2-13所示。（3）拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性。 1）拉深件的形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單對(duì)稱。 2）拉深件凸緣的外輪廓最好與拉深部分的輪廓形狀相似。如圖2-14（a）拉深比較困難。 3）拉深件的圓角半徑要合適。如圖2-14（b）所示。 4）拉深件底部孔的大小要合適。如圖2-14（b）所示，。 5）拉深件的精度要求不宜過(guò)高。 6）拉深件的尺寸標(biāo)注應(yīng)符合工藝要求。圖2-14 拉深件的結(jié)構(gòu)工藝性4、其它沖壓工藝 （1）脹形工藝圖2-15 固體凸模脹形1上凹模 2分塊凹模 3下凹模 4錐形塊 5坯料 圖2-16 軟模脹形1凸模 2凹模 3制件 4聚氨酯橡膠 5外套圖2-17 液壓脹形圖2-18 縮口成形

14、工藝1推桿 2凹模 3凹模固定板 4緊固套 5彈性?shī)A套 6支座 （2）縮口工藝（3）翻邊工藝圖2-19 圓孔的翻邊工藝第四節(jié) 汽車典型零件的沖壓工藝一、汽車覆蓋件沖壓工藝 覆蓋件的成形一般由落料（或剪切）、拉深、修邊、翻邊、整形、沖孔、彎曲、脹形、切口等基本工序按需要排列組合而成，典型結(jié)構(gòu)的覆蓋件一般需要4-6道工序。如某車型的前排前地板，它由4道沖壓成形工序完成：第一道為拉深工序；第二道為切邊、沖孔工序；第三道為沖孔、翻邊工序；第四道為沖孔工序。二、汽車車架沖壓工藝 1、車架縱梁沖壓工藝 （1）沖裁落料 （2）成形 （3）縱梁沖壓工藝質(zhì)量控制 2、車架橫梁沖壓工藝圖2-22某型號(hào)車架縱梁的展

15、開尺寸示意圖圖2-22 某車型縱梁的波紋區(qū)圖2-23氣墊壓力小而造成斷面負(fù)回彈圖2-24 凸模地面形狀三、精密沖裁技術(shù)在汽車零件生產(chǎn)上的應(yīng)用 圖2-25 精沖時(shí)的作用力圖2-26 汽車上部分精沖件第五節(jié) 沖壓模具和沖壓設(shè)備一、沖壓模具 1、沖壓模具的種類 2、模具構(gòu)造二、沖壓設(shè)備 1、落料剪切生產(chǎn)線 2、壓力機(jī) 3、沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線 4、附屬設(shè)施圖2-28 汽車外板落料剪切生產(chǎn)線圖2-29 龍門剪床圖2-30 后出料開式可傾壓力機(jī)圖2-31雙柱式壓力機(jī)圖2-32 J45-315A單點(diǎn)雙動(dòng)拉深壓力機(jī)圖2-34 半自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線1板料送料器 2擺臂 3翻轉(zhuǎn)器 4壓力機(jī)的送料與操作 5皮帶式輸送機(jī)6滑板 7皮帶輸送機(jī) 8平直卸料器 9將工件送至下道