工艺技术_汽车车身制造工艺介绍

1 汽车车身制造工艺汽车车身制造工艺汽车车身制造工艺汽车车身制造工艺 编制：罗 虹 2009。2 重庆大学汽车系重庆大学汽车系 第一章 绪论第一章 绪论 一、生产流程简介一、生产流程简介 ?轿车车身的生产流程轿车车身的生产流程 ?客车车身的生产流程客车车身的生产流程 ?车身制造的车身制造的“三大工艺三大工艺”：冲压，焊接，涂装。冲压，焊接，涂装。 汽车车身制造工艺汽车车身制造工艺 二、车身制造的生产方式及制造方法二、车身制造的生产方式及制造方法 1. 生产方式：生产方式： ?单件生产：小于单件生产：小于300辆辆/年；年； ?小批生产：小批生产：3003,000辆辆/年；年； ?中批生产：中批生产：3,00030,000辆辆/年；年； ?大批生产：大批生产：30,000150,000辆辆/年；年； ?大量流水生产：大于大量流水生产：大于150,000辆辆/年。年。 2. 制造方法制造方法 ?先进的制造工艺与合理的制造工艺先进的制造工艺与合理的制造工艺 ?单件生产：模具尽量简化，以钣金（手工）为主，设备用小冲床。刮腻 子。漆自然干燥。 单件生产：模具尽量简化，以钣金（手工）为主，设备用小冲床。刮腻 子。漆自然干燥。 ?小批生产：覆盖件的主要成形工序用简易模具（如用低熔点合金模）， 其它工序常用手工操作完成。焊装有固定的的装配台。零件互换性差。 表面处理用简易清洗室、喷漆室、烘干室，人工操作。 小批生产：覆盖件的主要成形工序用简易模具（如用低熔点合金模）， 其它工序常用手工操作完成。焊装有固定的的装配台。零件互换性差。 表面处理用简易清洗室、喷漆室、烘干室，人工操作。 ?中、大批生产： 覆盖件的冲压全用钢模。在冲压线上要承担数种冲压 件的生产。冲压设备有大型压力机。表面处理有较完整的油漆生产线。 工序间使用输送带、悬挂运输链等。生产过程部分采用机械化、半机械 化。 中、大批生产： 覆盖件的冲压全用钢模。在冲压线上要承担数种冲压 件的生产。冲压设备有大型压力机。表面处理有较完整的油漆生产线。 工序间使用输送带、悬挂运输链等。生产过程部分采用机械化、半机械 化。 ?大量流水生产：冲压件有相当部分是在通用或专用的、半自动化或自动 化的冲压生产线上生产。装配焊接、涂漆多是在专用生产线上进行，生 产线采用自动控制。 大量流水生产：冲压件有相当部分是在通用或专用的、半自动化或自动 化的冲压生产线上生产。装配焊接、涂漆多是在专用生产线上进行，生 产线采用自动控制。 第一章 绪论第一章 绪论 三、车身制造的特点三、车身制造的特点 ?品种多，生产性质复杂。品种多，生产性质复杂。 货车车身零件有400货车车身零件有400700种，轿车、客车500700种，轿车、客车500800种。此外，还有 200 800种。此外，还有 200300种标准件和非金属件。因此，材料品种规格多，制造加工工 种多。 300种标准件和非金属件。因此，材料品种规格多，制造加工工 种多。 ?质量要求高。质量要求高。 大型覆盖件形状复杂，表面质量要求高。装焊后，对形状的要 求，如门缝。 大型覆盖件形状复杂，表面质量要求高。装焊后，对形状的要 求，如门缝。 ?劳动强度大，不安全因素多。劳动强度大，不安全因素多。 冲压操作搬运量大。压力机操作危险性较大。冲压操作搬运量大。压力机操作危险性较大。 ?冲压重型设备多，厂房造价高。冲压重型设备多，厂房造价高。 与机械加工和装配相比，厂房造价高50%与机械加工和装配相比，厂房造价高50%100%。100%。 第一章 绪论第一章 绪论 复习思考题复习思考题 1.车身生产的主要工艺有哪些？车身生产的主要工艺有哪些？ 2.为什么说先进的制造工艺不一定是合理的制造工艺为什么说先进的制造工艺不一定是合理的制造工艺? 第一章 绪论第一章 绪论 第二章 车身冲压工艺第二章 车身冲压工艺 第一节 概述第一节 概述 一、 冲压一、 冲压 ?冲压冲压 ?板料在模具的作用下，其内力达到一定值时，某些部分就会产 生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定形状、尺寸 和性能的零件。 板料在模具的作用下，其内力达到一定值时，某些部分就会产 生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定形状、尺寸 和性能的零件。 ?冲压的特点冲压的特点 ?应用范围广应用范围广; ?生产效率高生产效率高; ?质量稳定质量稳定; ?省能省能; ?材料利用率高材料利用率高; ?制件表面质量好制件表面质量好; ?易于实现机械化、自动化易于实现机械化、自动化; ?模具技术要求高，制造周期长，成本高。模具技术要求高，制造周期长，成本高。 汽车车身制造工艺汽车车身制造工艺 2 二、冲压工序的基本分类二、冲压工序的基本分类 第一节 概述第一节 概述 ?按变形特点分为两 大类： 按变形特点分为两 大类： ?分离工序：分离工序： ?冲压制件与板料 沿要求的轮廓线 分离。 冲压制件与板料 沿要求的轮廓线 分离。 ?材料要发生破坏。材料要发生破坏。 ?成形工序：成形工序： ?工件在不发生破 坏的条件下产生 塑性变形。 工件在不发生破 坏的条件下产生 塑性变形。 第一节 概述第一节 概述 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 一、材料的质量和冲压性能一、材料的质量和冲压性能 ?材料应满足两个方面的要求：材料应满足两个方面的要求： ?零件（车身）的使用性能要求；零件（车身）的使用性能要求； ?冲压工艺的要求。冲压工艺的要求。 ?材料的冲压性能材料的冲压性能 ?材料的冲压性能指材料对冲压加工方法的适应能力。 包括：便于加工、易得高质量、生产率高、模具消耗低。 材料的冲压性能指材料对冲压加工方法的适应能力。 包括：便于加工、易得高质量、生产率高、模具消耗低。 ?决定冲压性能的因素：机械性能，化学成份，金相组织，表面质量， 尺寸精度。 决定冲压性能的因素：机械性能，化学成份，金相组织，表面质量， 尺寸精度。 ?材料的应力材料的应力-应变曲线应变曲线 ?弹性变形阶段：弹性变形阶段：=E 塑性变形阶段：塑性变形阶段：=Cn ?弹性极限弹性极限e， 屈服极限 ， 屈服极限s， 强度极限 ， 强度极限b； 第二章 车身冲压工艺第二章 车身冲压工艺 （一）机械性能（一）机械性能 1延伸率，均匀延伸率延伸率，均匀延伸率u ?延伸率是一个衡量材料塑性的指标。表示了材料的可能的变形量。延伸率是一个衡量材料塑性的指标。表示了材料的可能的变形量。 ?延伸率由拉伸试验确定延伸率由拉伸试验确定。 式中： 。 式中：l0为拉伸试验试件原长；为拉伸试验试件原长； l为为试件拉伸变形后的长度。试件拉伸变形后的长度。 ?l 为试件被拉断时的长度，为试件被拉断时的长度，称为称为总延伸率总延伸率（常称（常称延伸率延伸率）；）； ?l 为试件拉应力开始达到强度极限为试件拉应力开始达到强度极限b b时的长度，时的长度，称为称为均匀延伸率均匀延伸率， 记为 ， 记为u u。 2屈强比屈强比s/b ?屈强比屈强比是屈服极限是屈服极限s s与强度极限与强度极限b b的比值。的比值。 ?屈强比小，即屈服极限较小，强度极限较大，说明材料容易产生塑性变 形，不易回弹，且不易破裂。这对冲压成形是很有利的。 屈强比小，即屈服极限较小，强度极限较大，说明材料容易产生塑性变 形，不易回弹，且不易破裂。这对冲压成形是很有利的。 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 3硬化指数硬化指数n ?硬化效应硬化效应：金属材料在塑性变形过程中，强度指标（：金属材料在塑性变形过程中，强度指标（s s、b b）随变形 程度加大而增加的现象。 ）随变形 程度加大而增加的现象。 ?n为为硬化指数硬化指数。n越大，硬化程度越大。n越大，硬化程度越大。 ?硬化使冲压中不易出现局部的集中变形和破坏，能扩展变形区，增加变 形程度。但硬化后需要的变形力增大；限制进一步变形；翻边易开裂。 可在两次冲压工序之间加退火工序来消除硬化。 硬化使冲压中不易出现局部的集中变形和破坏，能扩展变形区，增加变 形程度。但硬化后需要的变形力增大；限制进一步变形；翻边易开裂。 可在两次冲压工序之间加退火工序来消除硬化。 4板厚方向性系数板厚方向性系数r ?材料在各个方向（三维方向）上的变形特性是不同的（各向异性）。材料在各个方向（三维方向）上的变形特性是不同的（各向异性）。 ?拉伸试验时，延伸率为20%时，宽度应变与厚度应变之比拉伸试验时，延伸率为20%时，宽度应变与厚度应变之比 式中：式中：B0、B为变形前、后的试样宽度；为变形前、后的试样宽度； t0、t为变形前、后的试样厚度。为变形前、后的试样厚度。 ?由于板料不同平面方向上的r值不同，通常取由于板料不同平面方向上的r值不同，通常取r r 为为 式中：式中：r为与轧制方向成为与轧制方向成方向上 所取试样的 方向上 所取试样的r值。值。 ?若r=1，材料为各向同性； 若r1，宽度方向上比厚度方向上更易变形，制件厚度变薄量小，对冲 压工艺有利。 若r=1，材料为各向同性； 若r1，宽度方向上比厚度方向上更易变形，制件厚度变薄量小，对冲 压工艺有利。 )/ln( )/ln( 0 0B tt BB r t = 4 2 45900 rrr r + = 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 5板平面方向性板平面方向性 ?材料在各个平面方向上的变形特性是不同的。如材料在各个平面方向上的变形特性是不同的。如r0、r45、r90一般不 相同。 一般不 相同。 ?表示板平面方向性常用表示板平面方向性常用r表示表示 ?r大，对冲压变形和冲压件质量都是不利的：拉延件口部形成突 耳；冲压不等厚；变形不均匀。 大，对冲压变形和冲压件质量都是不利的：拉延件口部形成突 耳；冲压不等厚；变形不均匀。 2 245 900 rrr r + = 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 3 （三）板料的尺寸精度，表面质量（三）板料的尺寸精度，表面质量 1厚度公差厚度公差 ?是板料的主要轧制精度指标。是板料的主要轧制精度指标。 ?这是对冲压影响最大的尺寸公差。模具间隙只适应于一定的板料厚 度，板料过薄，回弹严重；过厚，拉伤制件表面，甚至损坏模具。 同一板料厚度不均，超差严重，更难以保证冲压质量。 这是对冲压影响最大的尺寸公差。模具间隙只适应于一定的板料厚 度，板料过薄，回弹严重；过厚，拉伤制件表面，甚至损坏模具。 同一板料厚度不均，超差严重，更难以保证冲压质量。 2表面质量表面质量 要求：要求： ?表面光洁。表面缺陷易产生应力集中而引起破开裂。表面光洁。表面缺陷易产生应力集中而引起破开裂。 ?表面平整。瓢曲不平影响定位；冲裁时因板料展开损坏模具。表面平整。瓢曲不平影响定位；冲裁时因板料展开损坏模具。 ?表面无锈。损伤模具；影响制件表面质量。表面无锈。损伤模具；影响制件表面质量。 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 （二）化学成分，金相组织（二）化学成分，金相组织 1化学成分化学成分 碳、硅、磷、硫含量增加，塑性会降低，脆性增加。碳、硅、磷、硫含量增加，塑性会降低，脆性增加。 2金相组织金相组织 ?要求晶粒均匀。晶粒大小不均匀最易开裂。要求晶粒均匀。晶粒大小不均匀最易开裂。 ?晶粒大小适当。晶粒粗大，制件表面出现晶粒大小适当。晶粒粗大，制件表面出现“桔皮桔皮”；过小，塑性降低。；过小，塑性降低。 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 二、冲压用钢板二、冲压用钢板 （一）优质碳素结构钢板（一）优质碳素结构钢板 ?按钢板的拉延级别分类按钢板的拉延级别分类 ZF用于拉延最复杂零件；用于拉延最复杂零件； t2mm冷轧板分为三级：冷轧板分为三级：HF用于拉延很复杂零件；用于拉延很复杂零件； F用于拉延复杂零件；用于拉延复杂零件； Z最深拉延级；最深拉延级； t4mm冷、热轧板分为三级：冷、热轧板分为三级：S深拉延级；深拉延级； P普通拉延级；普通拉延级； t=414m热轧板分为三级：热轧板分为三级：W冷弯成形级。冷弯成形级。 ?按钢板的表面质量分类按钢板的表面质量分类 分为四组： 分为四组： 特别高级的精整表面； 特别高级的精整表面； 高级的精整表面； 高级的精整表面； 较高级的精整表面； 较高级的精整表面； 普通的精整表面。普通的精整表面。 ?按钢板轧制尺寸精度（厚度公差）分类按钢板轧制尺寸精度（厚度公差）分类 A高级精度；高级精度； B较高级精度；较高级精度； C一般精度。一般精度。 ?标记标记 例：例： B1.0751500GB708-88 20FGB13237-91 钢板钢板 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 （二）镀锌钢板（二）镀锌钢板 ?电镀锌电镀锌钢板表面细腻，价格贵。钢板表面细腻，价格贵。 ?热镀锌热镀锌 ?纯锌镀锌板纯锌镀锌板 ?锌铁合金镀锌板生产时用高温加热，使锌层与钢基板合金化反应， 锌层更致密，耐腐性、涂装性、焊接性提高。 锌铁合金镀锌板生产时用高温加热，使锌层与钢基板合金化反应， 锌层更致密，耐腐性、涂装性、焊接性提高。 （三）高强度钢板（三）高强度钢板 ?把屈服强度在把屈服强度在210-550MPa范围内的钢板称为高强度钢，屈服强度大 于 范围内的钢板称为高强度钢，屈服强度大 于550MPa的钢板称为超高强度钢。的钢板称为超高强度钢。 ?包括包括BH钢（烘烤硬化钢）、双相钢（烘烤硬化钢）、双相DP钢、相变诱导塑性钢（钢、相变诱导塑性钢（TRIP）、 微合金 ）、 微合金M钢、贝氏体钢和马氏体钢、高强度无间隙固熔钢、贝氏体钢和马氏体钢、高强度无间隙固熔IF钢。钢。 ?超高强度钢采用热冲压 工艺。超高强度钢采用热冲压 工艺。 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 三、钢板的冲压性能试验三、钢板的冲压性能试验 为确切反映钢板的冲压性能，除拉伸试 验外，广泛采用冲压工艺性能模拟试验。 为确切反映钢板的冲压性能，除拉伸试 验外，广泛采用冲压工艺性能模拟试验。 （一）冷弯试验（一）冷弯试验 ?按规定的弯心直径d，将试样弯曲按规定的弯心直径d，将试样弯曲 180，无裂纹为合格。，无裂纹为合格。 ?t2mm时，时，d=0； t2mm时，时，d=t。 ?冷弯试验检验材料的弯曲性能。冷弯试验检验材料的弯曲性能。 （二）杯突试验（二）杯突试验(胀形试验，顶压试验胀形试验，顶压试验) ?用球面凸模顶压试件至出现裂纹。用球面凸模顶压试件至出现裂纹。 ?压入深度（杯突深度）反映了材料的胀 形性能。 压入深度（杯突深度）反映了材料的胀 形性能。 第二节 冲压用材料第二节 冲压用材料 第三节 冲裁第三节 冲裁 广义上，冲裁就是分离工序。一般而言，冲 裁就是冲孔和落料。 广义上，冲裁就是分离工序。一般而言，冲 裁就是冲孔和落料。 一、冲裁过程分析一、冲裁过程分析 （一）冲裁过程（一）冲裁过程 1）弹性变形阶段：）弹性变形阶段： 材料压缩和弯曲变形。材料内应力在弹性 极限内。 材料压缩和弯曲变形。材料内应力在弹性 极限内。 2）塑性变形阶段：）塑性变形阶段： 模具间隙内，材料除有内应力超过屈服极 限，材料硬化剪切变形外，同时伴有弯曲和 拉伸变形。内应力超过屈服极限，材料硬化 加剧，直至凸凹模两刃口附近由于应力集中 出现细裂纹。 模具间隙内，材料除有内应力超过屈服极 限，材料硬化剪切变形外，同时伴有弯曲和 拉伸变形。内应力超过屈服极限，材料硬化 加剧，直至凸凹模两刃口附近由于应力集中 出现细裂纹。 3）断裂分离阶段：）断裂分离阶段： 上下裂纹延伸，重迭(一般不重合)后，剪 切分离。 上下裂纹延伸，重迭(一般不重合)后，剪 切分离。 第二章 车身冲压工艺第二章 车身冲压工艺 4 一、冲裁过程分析一、冲裁过程分析 （二）冲裁件断面（二）冲裁件断面 ?断面分四个部分：断面分四个部分： ?塌角塌角是凸模压入材料时，刃口附近的 材料被牵连拉入变形的结果。 是凸模压入材料时，刃口附近的 材料被牵连拉入变形的结果。 ?光亮带光亮带是在塑性变形过程中由凸、 凹模挤压切入材料所形成。其表面质量 最佳。 是在塑性变形过程中由凸、 凹模挤压切入材料所形成。其表面质量 最佳。 ?剪裂带剪裂带是材料剪断分离时形成的。 表面粗糙，不与板平面垂直。 是材料剪断分离时形成的。 表面粗糙，不与板平面垂直。 ?毛刺毛刺是在材料出现微裂纹时形成的， 随凸模下行被拉长。 是在材料出现微裂纹时形成的， 随凸模下行被拉长。 第三节 冲裁第三节 冲裁 二、冲裁模间隙二、冲裁模间隙 模具间隙是指凸、凹模之间的距离。模具间隙是指凸、凹模之间的距离。 （一）冲裁模间隙对冲裁件质量的影响（一）冲裁模间隙对冲裁件质量的影响 1对冲裁件断面的影响对冲裁件断面的影响 ?间隙较大(小)：材料受到的拉应力较大(小) ，(不)易产生裂纹，塑 性变形阶段短。光亮带较小(大) ，剪裂带、塌角、毛刺较大(小) 。 翘曲较(不)显著。 间隙较大(小)：材料受到的拉应力较大(小) ，(不)易产生裂纹，塑 性变形阶段短。光亮带较小(大) ，剪裂带、塌角、毛刺较大(小) 。 翘曲较(不)显著。 ?间隙太小：上下裂纹中间的部分受到二次剪切，形成第二个光亮带， 毛刺也增大。 间隙太小：上下裂纹中间的部分受到二次剪切，形成第二个光亮带， 毛刺也增大。 ?间隙太大：上下裂纹 中间的部分被拉断， 毛刺、塌角大，断面 斜度大。 间隙太大：上下裂纹 中间的部分被拉断， 毛刺、塌角大，断面 斜度大。 ?间隙合适：上下裂纹 基本重合。光亮带约 占1/3，毛刺、塌角及 断面斜度也不太大。 间隙合适：上下裂纹 基本重合。光亮带约 占1/3，毛刺、塌角及 断面斜度也不太大。 第三节 冲裁第三节 冲裁 2对冲裁件尺寸精度的影响对冲裁件尺寸精度的影响 ?间隙较大：材料受到的拉应力较大；板料翘曲较严重。间隙较大：材料受到的拉应力较大；板料翘曲较严重。 ?由受拉伸变形产生的弹性恢复，导致落料尺寸变小（小于凹模尺 寸），冲孔尺寸变大（大于凸模尺寸）。 由受拉伸变形产生的弹性恢复，导致落料尺寸变小（小于凹模尺 寸），冲孔尺寸变大（大于凸模尺寸）。 ?由翘曲变形产生的弹性恢复，导致落料尺寸变大（大于凹模尺 寸），冲孔尺寸变小（小于凸模尺寸）。与上是相反的。 由翘曲变形产生的弹性恢复，导致落料尺寸变大（大于凹模尺 寸），冲孔尺寸变小（小于凸模尺寸）。与上是相反的。 ?间隙较小：材料受到的挤压力较大，弹性恢复导致落料尺寸变大（大于 凹模尺寸），冲孔尺寸变小（小于凸模尺寸）。 间隙较小：材料受到的挤压力较大，弹性恢复导致落料尺寸变大（大于 凹模尺寸），冲孔尺寸变小（小于凸模尺寸）。 （二）冲裁模间隙对冲裁力的影响（二）冲裁模间隙对冲裁力的影响 ?间隙较小时，由于材料受到的弯矩和拉伸较小，不易形成裂纹，故所需 冲裁力较大。一般而言，间隙越大，冲裁力越小。但总的来说，间隙对 冲裁力的影响不大。 间隙较小时，由于材料受到的弯矩和拉伸较小，不易形成裂纹，故所需 冲裁力较大。一般而言，间隙越大，冲裁力越小。但总的来说，间隙对 冲裁力的影响不大。 ?间隙对卸料力、推件力的影响较大。间隙对卸料力、推件力的影响较大。 第三节 冲裁第三节 冲裁 （三）冲裁模间隙对模具寿命的影响（三）冲裁模间隙对模具寿命的影响 ?冲裁模具失效形式：冲裁模具失效形式：磨损，变形，崩刃，凹模口胀裂。磨损，变形，崩刃，凹模口胀裂。 ?间隙对模具寿命的影响很大间隙对模具寿命的影响很大 ?间隙较小时，冲压及卸料推件时工件与凸模、工件与凹模及卸 料推件时摩擦大，易磨损。模具刃口受压较严重，易使其变形、 崩刃。 间隙较小时，冲压及卸料推件时工件与凸模、工件与凹模及卸 料推件时摩擦大，易磨损。模具刃口受压较严重，易使其变形、 崩刃。 ?较大的间隙可延长模具寿命。较大的间隙可延长模具寿命。 （四）冲裁模间隙的确定（四）冲裁模间隙的确定 ?主要考虑断面质量和模具寿命这两个因素。主要考虑断面质量和模具寿命这两个因素。 ?断面质量要求高，选较小的间隙；模具寿命长，选较大的间隙。断面质量要求高，选较小的间隙；模具寿命长，选较大的间隙。 第三节 冲裁第三节 冲裁 三、冲裁力的确定三、冲裁力的确定 冲压力在塑性变形阶段结束时达到最大值，此为冲裁力。冲压力在塑性变形阶段结束时达到最大值，此为冲裁力。 1. 冲裁力冲裁力 ?按抗剪强度计算冲裁力按抗剪强度计算冲裁力P： P=kLt 式中：式中：L为冲裁周边长度；为冲裁周边长度；t为材料厚度；为材料厚度；为抗剪强度；为抗剪强度；k为系数。为系数。 ?斜刃冲模冲裁力斜刃冲模冲裁力P PS S再乘一小于1的系数再乘一小于1的系数k：PS=kP 2. 卸料力、推件力、顶件力卸料力、推件力、顶件力 ?卸料力：将工件从凸模上卸下的力；卸料力：将工件从凸模上卸下的力； ?推件力：将落料从凹模顺冲压方向推出的力；推件力：将落料从凹模顺冲压方向推出的力； ?顶件力：将落料从凹模逆冲压方向顶出的力。 上述力通常是由冲压设备提供的，有的是在冲压过程中提供的，有的是 在压力机滑块回程中提供的。前者需在选择设备时加以考虑。 顶件力：将落料从凹模逆冲压方向顶出的力。 上述力通常是由冲压设备提供的，有的是在冲压过程中提供的，有的是 在压力机滑块回程中提供的。前者需在选择设备时加以考虑。 第三节 冲裁第三节 冲裁 四、冲裁件的结构工艺性四、冲裁件的结构工艺性 ?要求：要求： ?冲孔形状尽量简单。以方便模具制造。冲孔形状尽量简单。以方便模具制造。 ?避免过长的悬臂、狭槽。悬臂、狭槽的宽度要大于2倍料厚，以增加 模具相应部位的强度。 避免过长的悬臂、狭槽。悬臂、狭槽的宽度要大于2倍料厚，以增加 模具相应部位的强度。 ?孔与孔之间距离不能过小，要大于2倍料厚，且大于34mm。以增加模 具相应部位的强度，避免制件相应部位变形破坏。 孔与孔之间距离不能过小，要大于2倍料厚，且大于34mm。以增加模 具相应部位的强度，避免制件相应部位变形破坏。 ?冲裁轮廓线转角处圆角尽量大。以使模具在热处理时和使用时不易损 坏。 冲裁轮廓线转角处圆角尽量大。以使模具在热处理时和使用时不易损 坏。 ?冲孔尺寸不能过小，孔径应大于料厚（对于低碳钢），以保证模具强 度。 冲孔尺寸不能过小，孔径应大于料厚（对于低碳钢），以保证模具强 度。 ?外形应便于排料，尽可能减少废料。外形应便于排料，尽可能减少废料。 第三节 冲裁第三节 冲裁 5 第四节 弯曲第四节 弯曲 一、概述一、概述 弯曲是将板料沿直线弯成一定形状。弯曲是将板料沿直线弯成一定形状。 ?弯曲分为弯曲分为 ?压弯压弯在普通冲压机上进行；在普通冲压机上进行； ?折弯折弯在折弯机上进行，用于弯曲线很长的情况；在折弯机上进行，用于弯曲线很长的情况； ?滚弯滚弯在滚弯机上进行；在滚弯机上进行； ?拉弯拉弯将板料在拉伸状态下进行弯曲，用于弯曲半径大的零件，以防止 回弹。 将板料在拉伸状态下进行弯曲，用于弯曲半径大的零件，以防止 回弹。 第二章 车身冲压工艺第二章 车身冲压工艺 二、弯曲变形分析二、弯曲变形分析 （一）变形过程（一）变形过程 ?自由弯曲：自由弯曲： 弯曲半径由大变小，至板料与凸模三点接触；板料直边部分开始反 向弯曲； 弯曲半径由大变小，至板料与凸模三点接触；板料直边部分开始反 向弯曲； ?校正：校正： 让圆角及直边部分与模具全部靠紧。让圆角及直边部分与模具全部靠紧。 第四节 弯曲第四节 弯曲 （二）变形特点（二）变形特点 弯曲件分为两个部分：圆角、直边。弯曲件分为两个部分：圆角、直边。 ?变形区主要在圆角部分，直边部分基本上不变形。变形区主要在圆角部分，直边部分基本上不变形。 ?变形区内，外区伸长，内区缩短，其间为一长度不变的中性层。变形区内，外区伸长，内区缩短，其间为一长度不变的中性层。 ?相对弯曲半径相对弯曲半径r/t较小时，变形区变薄。较小时，变形区变薄。 ?变形区断面：窄板变形区断面：窄板(B3t)为内宽、外窄；宽板为内宽、外窄；宽板(B3t)为矩形。为矩形。 第四节 弯曲第四节 弯曲 （三）应力与应变状态（三）应力与应变状态 ?切向：切向： ?应力应力1 1、应变、应变1 1 比其它方向的都大； 比其它方向的都大； ?内区为压缩应力、压缩应变；外区为拉伸应力、拉伸应变。内区为压缩应力、压缩应变；外区为拉伸应力、拉伸应变。 ?厚度方向：厚度方向： ?应力应力3 3 为压应力（外区的材料有向内区移动的趋势）。 为压应力（外区的材料有向内区移动的趋势）。 ?应变应变3 3 是内区为拉伸应变，外区为压缩应变。 是内区为拉伸应变，外区为压缩应变。 ?宽度方向：宽度方向： 1）窄板：）窄板： ?应力应力2 2 接近零； 接近零； ?应变应变2 2 是内区为拉伸应 变，外区为压缩应变。 是内区为拉伸应 变，外区为压缩应变。 2）宽板：）宽板： ?应力应力2 2 是内区为压缩应 力，外区为拉伸应力； 是内区为压缩应 力，外区为拉伸应力； ?应变应变2 2 接近零。 接近零。 第四节 弯曲第四节 弯曲 三、弯曲件的回弹三、弯曲件的回弹 ?弯曲件的主要质量问题：弯曲件的主要质量问题： 回弹，弯裂，偏移。回弹，弯裂，偏移。 ?回弹：回弹： 材料的变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。外力拆消后，塑性变形 保持，而弹性变形消失产生回弹。 材料的变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。外力拆消后，塑性变形 保持，而弹性变形消失产生回弹。 ?回弹角：回弹角： 常用常用回弹角回弹角来表示回弹程度。来表示回弹程度。 =0 回弹角回弹角越大，回弹程度越严重。越大，回弹程度越严重。 第四节 弯曲第四节 弯曲 ?影响回弹的因素影响回弹的因素 1）材料的机械性能 屈服极限较大，或弹性模量E较小，或硬 化指数较大时， 1）材料的机械性能 屈服极限较大，或弹性模量E较小，或硬 化指数较大时，较大。 2）相对弯曲半径 较大。 2）相对弯曲半径r/t r/t越大，弯曲件的变形程度越小，其中弹 性变形比例越大，故越大。 3）弯曲中心角 弯曲中心角是圆角部分对应的角度，该值 越大，变形区越长，各部分回弹的累积使 越大，弯曲件的变形程度越小，其中弹 性变形比例越大，故越大。 3）弯曲中心角 弯曲中心角是圆角部分对应的角度，该值 越大，变形区越长，各部分回弹的累积使 越大。 4）弯曲 冲压力超过弯曲变形所需力时，就是对弯 曲件进行校正。校正力越大，回弹角越小。 5）弯曲件形状 形状复杂的弯曲件，由于各部分的互相牵 制，回弹角会减小。如 越大。 4）弯曲 冲压力超过弯曲变形所需力时，就是对弯 曲件进行校正。校正力越大，回弹角越小。 5）弯曲件形状 形状复杂的弯曲件，由于各部分的互相牵 制，回弹角会减小。如U形件比形件比V形件的回弹 小。 6）模具间隙 对于 形件的回弹 小。 6）模具间隙 对于U形件，模具间隙越小，对直边部分 的作用越大，回弹越小。 形件，模具间隙越小，对直边部分 的作用越大，回弹越小。 第四节 弯曲第四节 弯曲 6 ?控制回弹的措施控制回弹的措施 ?加强弯曲件变形部位的刚度。如压制 加强筋，翻边，用较小的弯曲半径等。 加强弯曲件变形部位的刚度。如压制 加强筋，翻边，用较小的弯曲半径等。 ?增强校正作用。如调整压力机下止点 位置，延长校正保压时间，在模具圆 角处凸起。 增强校正作用。如调整压力机下止点 位置，延长校正保压时间，在模具圆 角处凸起。 ?增大模具弯曲角（回弹补偿角）。增大模具弯曲角（回弹补偿角）。 第四节 弯曲第四节 弯曲 ?控制回弹的措施控制回弹的措施(续续) ?对板料施加纵向压力；。对板料施加纵向压力；。 ?采用软凹模，直边部分无变形，无 回弹。 采用软凹模，直边部分无变形，无 回弹。 ?采用拉弯工艺。使内、外区都有拉 伸变形，回弹方向一致，回弹角小。 采用拉弯工艺。使内、外区都有拉 伸变形，回弹方向一致，回弹角小。 第四节 弯曲第四节 弯曲 四、最小相对弯曲半径四、最小相对弯曲半径 ?相对弯曲半径相对弯曲半径r/t、最小相对弯曲半径、最小相对弯曲半径rmin/t ?用用r/t 表示坯料的弯曲变形程度。表示坯料的弯曲变形程度。 ?用用rmin/t 表示坯料不产生弯曲裂纹的弯曲变形极限。表示坯料不产生弯曲裂纹的弯曲变形极限。 ?影响影响rmin/t 的因素：的因素： 1）材料的机械性能 塑性越好，变形程度越大， ）材料的机械性能 塑性越好，变形程度越大， rmin/t 越小。越小。 2）弯曲线方向 与板料轧制方向垂直时， ）弯曲线方向 与板料轧制方向垂直时， rmin/t 最小。最小。 3）板料边缘断面质量 边缘毛刺使弯曲时应力集中，易破裂。应使毛刺在弯曲变形区内 侧（切向受压），或先去除毛刺。 ）板料边缘断面质量 边缘毛刺使弯曲时应力集中，易破裂。应使毛刺在弯曲变形区内 侧（切向受压），或先去除毛刺。 4）弯曲中心角 弯曲中心角越小，变形区的切向长度越小，直边对变形区变形程 度的减小作用越大， ）弯曲中心角 弯曲中心角越小，变形区的切向长度越小，直边对变形区变形程 度的减小作用越大， rmin/t 越小。越小。 5）板料厚度 厚度越小，切向应变在厚度方向上的变化梯度越大，与变形最大 的外表面相邻的部分变形较小，起到阻止外表面产生局部不稳定变形 的作用， ）板料厚度 厚度越小，切向应变在厚度方向上的变化梯度越大，与变形最大 的外表面相邻的部分变形较小，起到阻止外表面产生局部不稳定变形 的作用， rmin/t 越小。越小。 第四节 弯曲第四节 弯曲 五、弯曲件毛坯尺寸的确定五、弯曲件毛坯尺寸的确定 ?按应变中性层长度来确定毛坯长度按应变中性层长度来确定毛坯长度 根据应变中性层长度不变的特点。根据应变中性层长度不变的特点。 ?应变中性层一般不在材料厚度方向的中心。当变形程度小(应变中性层一般不在材料厚度方向的中心。当变形程度小(r/t 大)时， 应变中性层在材料厚度方向的中心；当变形程度较大( 大)时， 应变中性层在材料厚度方向的中心；当变形程度较大(r/t 小)时，应变 中性层在材料厚度方向靠内侧偏移。 小)时，应变 中性层在材料厚度方向靠内侧偏移。 ?中性层半径中性层半径=r+Kt 。其中中性层位移系数K见表2-8。其中中性层位移系数K见表2-8。 ?由中性层半径由中性层半径，可算出毛坯长度，可算出毛坯长度L。 ?根据变形前后材料体积不变来确定毛坯长度根据变形前后材料体积不变来确定毛坯长度 ?此法用于当圆角半径很小（此法用于当圆角半径很小（r/t0.3）时。）时。 ?毛坯长度毛坯长度L计算式：计算式： L=l+xt 式中：式中：l为弯曲件各直边长度和；为弯曲件各直边长度和；x为系数，可取为系数，可取0.40.5；t为毛坯厚度。为毛坯厚度。 第四节 弯曲第四节 弯曲 六、弯曲力的计算六、弯曲力的计算 ?自由弯曲力自由弯曲力 ?V形件：形件： P=0.6KBt2b/(r+t) ?U形件：形件： P=0.7KBt2b/(r+t) ?校正弯曲力校正弯曲力 P校校=qF 单位校正压力单位校正压力q q 根据材料及材料厚度确定。根据材料及材料厚度确定。 ?选设备时按校正弯曲力选择，同时还要考虑顶件 力或压料力（冲压时将毛坯压住的力，压住毛坯 是使其在弯曲时受到拉伸作用）。 选设备时按校正弯曲力选择，同时还要考虑顶件 力或压料力（冲压时将毛坯压住的力，压住毛坯 是使其在弯曲时受到拉伸作用）。 第四节 弯曲第四节 弯曲 七、弯曲件的结构工艺性七、弯曲件的结构工艺性 ?要求：要求： 1）圆角半径不能小于最小弯曲半径）圆角半径不能小于最小弯曲半径rmin（或不 能小于最小相对弯曲半径 （或不 能小于最小相对弯曲半径rmin/t）。）。 2）弯曲件的直边长度不能过小，也不能让直 边侧面的斜边到达变形区。直边过小，则 支承长度不够，弯矩不够。如零件要求短 直边，可压弯后再切短直边，或先在弯曲 线上压槽（以减小所需弯矩）。 ）弯曲件的直边长度不能过小，也不能让直 边侧面的斜边到达变形区。直边过小，则 支承长度不够，弯矩不够。如零件要求短 直边，可压弯后再切短直边，或先在弯曲 线上压槽（以减小所需弯矩）。 3）避免局部弯曲。局部弯曲时，弯曲根部易 裂。应采取的措施。 ）避免局部弯曲。局部弯曲时，弯曲根部易 裂。应采取的措施。 4）孔不设在变形区内或变形区附近。否则弯 曲时孔会变形。为避免靠近变形区的孔变 形，可在弯曲线上先冲工艺孔或切工艺 槽，也可先弯曲，后冲孔。 ）孔不设在变形区内或变形区附近。否则弯 曲时孔会变形。为避免靠近变形区的孔变 形，可在弯曲线上先冲工艺孔或切工艺 槽，也可先弯曲，后冲孔。 5）弯曲件形状应对称。不对称，弯曲时因摩 擦力不等，板料会滑动，必须考虑压料或 定位。 ）弯曲件形状应对称。不对称，弯曲时因摩 擦力不等，板料会滑动，必须考虑压料或 定位。 第四节 弯曲第四节 弯曲 7 第五节 拉延第五节 拉延 拉延将可展开面毛坯冲压成不可展开面制件。拉延将可展开面毛坯冲压成不可展开面制件。 ?拉延件类型拉延件类型 ?直壁旋转体（筒形）直壁旋转体（筒形） ?曲面旋转体曲面旋转体 ?直壁非旋转体（盒形）直壁非旋转体（盒形） ?曲面非旋转体曲面非旋转体 第二章 车身冲压工艺第二章 车身冲压工艺 一、直壁类零件的拉延一、直壁类零件的拉延 （一）圆筒形零件拉延的变形分析（一）圆筒形零件拉延的变形分析 ?变形变形 圆形板料在凸模作用下，进入凹模成形。圆形板料在凸模作用下，进入凹模成形。 ?底部底部OCD：基本不变形； 侧壁 ：基本不变形； 侧壁CDFE：已变形区； 法兰 ：已变形区； 法兰ABFE：主要变形区。：主要变形区。 ?在变形区，切向（圆周方向）尺寸逐渐缩小， 径向尺寸拉长，向中心移动进入凸凹模间隙形 成侧壁。 在变形区，切向（圆周方向）尺寸逐渐缩小， 径向尺寸拉长，向中心移动进入凸凹模间隙形 成侧壁。 ?在凹模圆角处，材料弯曲变形，进入凹模后， 反向弯曲变直。在凸模圆角处，也有类似的双 向弯曲。 在凹模圆角处，材料弯曲变形，进入凹模后， 反向弯曲变直。在凸模圆角处，也有类似的双 向弯曲。 ?侧壁上部变厚，下部变 薄，下部圆角处最薄（由于 受拉作用力最大，时间最 长），是拉裂的危险部位。 侧壁上部变厚，下部变 薄，下部圆角处最薄（由于 受拉作用力最大，时间最 长），是拉裂的危险部位。 第五节 拉延第五节 拉延 ?应力状态应力状态 ?底部：切向受拉、径向受拉。底部：切向受拉、径向受拉。 ?侧壁：单向受拉。侧壁：单向受拉。 ?法兰：切向受压，径向受拉。法兰：切向受压，径向受拉。 ?起皱起皱 ?法兰部分切向受压失稳。材料厚度越小，变形 程度越大（小直径的深筒形），越易起皱。 法兰部分切向受压失稳。材料厚度越小，变形 程度越大（小直径的深筒形），越易起皱。 ?轻微起皱，材料进入凹模后，在侧壁上部留下 皱痕，影响制件表面质量。严重起皱，材料不 能拉入凸凹模间隙中，毛坯拉断。 轻微起皱，材料进入凹模后，在侧壁上部留下 皱痕，影响制件表面质量。严重起皱，材料不 能拉入凸凹模间隙中，毛坯拉断。 ?质量问题质量问题 ?拉裂拉裂 ?起皱起皱 第五节 拉延第五节 拉延 （二）圆筒形零件的拉延工艺参数（二）圆筒形零件的拉延工艺参数 1. 拉延系数拉延系数 ?拉延系数拉延系数m是拉延后的筒形直径是拉延后的筒形直径d与毛坯直 径 与毛坯直 径D的比值：的比值：m=d/D ?拉延系数拉延系数m表示了材料的变形程度。表示了材料的变形程度。m越 小，变形程度越大。 越 小，变形程度越大。 ?m过小，变形区易起皱。过小，变形区易起皱。 m过小，传力区变形太大导致拉裂。过小，传力区变形太大导致拉裂。 ?深筒零件可进行多次拉延。每次拉延的拉延 系数 深筒零件可进行多次拉延。每次拉延的拉延 系数m可较大。可较大。 ?选择拉延系数考虑的因素：选择拉延系数考虑的因素： 1）材料的机械性能屈强比）材料的机械性能屈强比s/b较小，或强度较高，可选较小的较小，或强度较高，可选较小的m。 2）材料的相对厚度相对厚度）材料的相对厚度相对厚度t/D较大，因不易起皱，可选较小的较大，因不易起皱，可选较小的m。 3）模具圆角凸、凹模圆角半径较大，材料在该处的弯曲变形较小，传 力区传递的拉力小，不易拉裂，可选较小的 ）模具圆角凸、凹模圆角半径较大，材料在该处的弯曲变形较小，传 力区传递的拉力小，不易拉裂，可选较小的m。 4）润滑毛坯与凹模、毛坯与压料圈润滑减摩，降低侧壁的拉应力，可 选较小的 ）润滑毛坯与凹模、毛坯与压料圈润滑减摩，降低侧壁的拉应力，可 选较小的m。因毛坯与凸模之间的摩擦力起到传递冲压力，从而减小 危险断面的拉应力的作用，常采用 。因毛坯与凸模之间的摩擦力起到传递冲压力，从而减小 危险断面的拉应力的作用，常采用“单面润滑法单面润滑法”。 第五节 拉延第五节 拉延 2. 拉延力拉延力 拉延力、压料力是拉延设备选择的主要依据之一。拉延力、压料力是拉延设备选择的主要依据之一。 ?拉延力计算的经验公式：拉延力计算的经验公式： Pi=ditbKi 式中式中ii为第为第ii次拉延；次拉延；di为拉延件危险区直径。为拉延件危险区直径。Ki是系数，i根据拉延系数是系数，i根据拉延系数m，毛坯 的相对厚度 ，毛坯 的相对厚度t/D，查表确定。，查表确定。 3. 毛坯尺寸的确定毛坯尺寸的确定 ?按照拉延件表面积与毛坯表面积相等的原则 确定毛坯尺寸。 按照拉延件表面积与毛坯表面积相等的原则 确定毛坯尺寸。 ?计算时，考虑加上切边余量。计算时，考虑加上切边余量。 第五节 拉延第五节 拉延 4. 压料力压料力 ?弹性压料装置弹性压料装置 ?弹簧顶件器弹簧顶件器 ?橡胶顶件器橡胶顶件器 ?气垫气垫 ?压料力压料力 Q=Fq 对于不同的钢板，不同的厚度，取不同单位面积 压料力 对于不同的钢板，不同的厚度，取不同单位面积 压料力q值。值。 ?刚性压料装置刚性压料装置 是双动压力机的压料方式。是双动压力机的压料方式。 第五节 拉延第五节 拉延 8 （二）盒形零件的拉延（二）盒形零件的拉延 1. 拉延变形特点拉延变形特点 ?直边部分的成形是弯曲，圆角部分的成形是拉延。实际上各部分连在 一起，两种变形互相影响。 直边部分的成形是弯曲，圆角部分的成形是拉延。实际上各部分连在 一起，两种变形互相影响。 ?圆角部分材料进入凹模的流动阻力较大，流速较低，圆角部分的材料 有向直边转移的趋势。亦即直边部分材料的较高流速对圆角部分的材 料流动有带动作用。 圆角部分材料进入凹模的流动阻力较大，流速较低，圆角部分的材料 有向直边转移的趋势。亦即直边部分材料的较高流速对圆角部分的材 料流动有带动作用。 ?用网格线观察变形情况：用网格线观察变形情况： 1）直边部分：）直边部分： ?横向（周向）上：有横向压缩。 中间部分压缩量小，邻近圆角的 部分压缩量大。 横向（周向）上：有横向压缩。 中间部分压缩量小，邻近圆角的 部分压缩量大。 ?高度（径向）方向上：有纵向拉 伸。下部伸长量小，上部伸长量 小。中间部分伸长量小，邻近圆 角的部分伸长量大 高度（径向）方向上：有纵向拉 伸。下部伸长量小，上部伸长量 小。中间部分伸长量小，邻近圆 角的部分伸长量大 2）圆角部分）圆角部分 ?圆周方向上：下部网格宽度小， 上部网格宽度大。致使径向网格 线不是等距平行，而是下窄上宽。 圆周方向上：下部网格宽度小， 上部网格宽度大。致使径向网格 线不是等距平行，而是下窄上宽。 第五节 拉延第五节 拉延 2. 盒形拉延件的极限变形程度盒形拉延件的极限变形程度 ?用用相对高度相对高度H/r 来表示盒形件的变形程度。来表示盒形件的变形程度。 最大相对高度最大相对高度就是其极限变形程度。就是其极限变形程度。 ?最大相对高度最大相对高度H/r与相对圆角半径与相对圆角半径r/B有关，有关，r/B越大，直边所占部分相 对越小，对圆角部分的变形程度的缓解作用越小，极限变形程度就越 小，即最大相对高度较小。 越大，直边所占部分相 对越小，对圆角部分的变形程度的缓解作用越小，极限变形程度就越 小，即最大相对高度较小。 3. 盒形件毛坯形状、尺寸的确定盒形件毛坯形状、尺寸的确定 较浅的盒形件 需多次拉延的较 深的方盒形件 对角部圆角较大 的较深的矩形盒 较浅的盒形件 需多次拉延的较 深的方盒形件 对角部圆角较大 的较深的矩形盒 第五节 拉延第五节 拉延 二、曲面形状零件的拉延二、曲面形状零件的拉延 ?变形区：变形区： 除压料圈下的法兰部分外，凸模下的 部分也是变形区。 除压料圈下的法兰部分外，凸模下的 部分也是变形区。 ?变形机理：变形机理： 在纬向尺寸不变化（即拉延前后直 径不变）的 在纬向尺寸不变化（即拉延前后直 径不变）的F点为分界圆。点为分界圆。 ?法兰法兰AB部分：是一拉一压应力状态，为 拉延成形机理。 部分：是一拉一压应力状态，为 拉延成形机理。 ?分界圆外分界圆外FB部分：纬向尺寸变小，经向 尺寸变大；纬向受压、经向受拉（一压 一拉）的应力状态。为内部（凹模内） 的拉延成形。 部分：纬向尺寸变小，经向 尺寸变大；纬向受压、经向受拉（一压 一拉）的应力状态。为内部（凹模内） 的拉延成形。 ?分界圆内分界圆内FO部分：经向和纬向的尺寸都 变大（按体积不变，可知厚度变薄）； 双向受拉的应力状态。为胀形成形机理。 部分：经向和纬向的尺寸都 变大（按体积不变，可知厚度变薄）； 双向受拉的应力状态。为胀形成形机理。 ?起皱：起皱： 悬空部分易起皱。悬空部分易起皱。 第五节 拉延第五节 拉延 第六节 其它成形工艺第六节 其它成形工艺 一、胀形一、胀形 主要用平板毛坯的局部成形，如在冲压件上压制凹坑、凸台、加强 筋、文字符号标记等。 主要用平板毛坯的局部成形，如在冲压件上压制凹坑、凸台、加强 筋、文字符号标记等。 ?变形区：变形区： 胀形的毛坯外径较大，超过凹模孔径胀形的毛坯外径较大，超过凹模孔径3倍以上，毛坯外环处的切向压 缩阻力很大，为强区。而凸模直接作用下的毛坯部分则为弱区，为主要 变形区。材料不向变形区流动，也不向变形区外转移。变形区表面积增 大，厚度减小。 倍以上，毛坯外环处的切向压 缩阻力很大，为强区。而凸模直接作用下的毛坯部分则为弱区，为主要 变形区。材料不向变形区流动，也不向变形区外转移。变形区表面积增 大，厚度减小。 ?应力状态：应力状态： 变形区处于双向拉伸应力状态。变形区处于双向拉伸应力状态。 第二章 车身冲压工艺第二章 车身冲压工艺 ?特点：特点： 1）表面质量好；不起皱，表面光滑。）表面质量好；不起皱，表面光滑。 2）回弹小，制件形状稳定，尺寸精度较高。）回弹小，制件形状稳定，尺寸精度较高。 ?质量问题：质量问题： 胀裂。当胀形深度过大，变形超过极限就会破裂。胀裂。当胀形深度过大，变形超过极限就会破裂。 ?胀形深度胀形深度 ?凸模圆角半径较大，胀形深度可较大；凸模圆角半径较大，胀形深度可较大； ?材料的塑性（延伸率）越好，胀形深度可较大；材料的塑性（延伸率）越好，胀形