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冲压工艺,2011.10.18,目 录,前言 冷冲压生产流程 冷冲压工艺 冷冲压材料 冷冲压模具 冷冲压设备,前言,发达国家20世纪冲压技术发展的五个阶段 第一阶段：50年代以前，采用一台双动拉伸压力机打头和数台单动压力机组成冲压流水线，手工上、下料完成大型覆盖件的冲压生产。生产效率低，人身安全环境差，冲压制件质量差； 第二阶段：60年代，还是采用一台双动拉伸压力机打头和数台单动压力机组成冲压流水线。但为了降低体力劳动，减少操作人员人数，每台压力机都配备了下料机械手；,第三阶段： 70年代，为全自动冲压生产线，即多台压力机配备拆垛装置，上、下料机器人，压机中间翻转或穿梭传送装置等，再加上电控系统，就组成了1至2人操作的全自动冲压生产线； 第四阶段： 80年代，由于多工位压力机的出现，采用一台双动拉伸压力机和一台多工位压力机组成冲压生产线。多工位压力机的主夹板机械穿入双动压力机的模区，同时在双动压力机与多工位压力机之间配备有相应的翻转机械，以完成工件传递；,第五阶段： 进入90年代以来，数控液压气垫出现后，不再采用双动拉伸压力机作为冲压线的打头设备，而是将数控液压气垫装入大型多工位压力机的第一工位，只有一台大型多工位压力机械形成了柔性冲压生产单元。可进行柔性冲压生产的带数控的液压气垫的大型多工位压力机是大型轿车覆盖件的冲压成形发展方向，并具有最先进的技术水平，是当前世界大型轿车覆盖冲压技术的最高级发展阶段。,冷冲压生产流程,毛坯准备： 生产过程：,原材料入库,卷料开卷剪切包料的开包,表面覆盖件材料清洗（根据开卷设备）,中小件剪切,入毛坯库,毛坯配送到生产线,安装模具、调试首件合格,批量生产,检验,入合格件库/不合格件返工,冷冲压生产流程,部分过程图片,冷冲压生产流程,图片2,冷冲压生产流程,图片3,冷冲压生产流程,图片3,冷冲压生产流程,冷冲压工艺,1、冷冲压的定义 冷冲压是指在常温下，利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件的一种压力加工方法。,冷冲压工艺,2、冷冲压的特点 产品尺寸稳定 精度高 重量轻 刚度好 互换性好 高效低耗 操作简单 易于实现自动化,冷冲压工艺,3、冲裁的定义 分普通冲裁及精密冲裁 冲裁，在广义上讲，是分离工序的总称。它是利用模具使板料产生分离的冲压工序，简单的说它是利用冲模在压力机上使板料分离的一种冲压工序，它包括落料、冲孔、切断、修边、切口等多种工序，但一般来说主要是指落料、冲孔及修边工序。,冷冲压工艺,4、拉延的定义 拉延是利用专门的模具将冲裁或剪裁后的平板坯料制成开口空心件的一种冲压工艺方法； 用拉延工序，可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形、方盒形和其他不规则形状的薄板工序。 拉延所用的模具一般是由凸模、凹模和压边圈三部分组成。,冷冲压工艺,5、成形的定义 成形工艺是指用各种局部变形的方式来改变零件或坯料的形状的各种加工工艺方法。 成形工艺按塑性变形的特点，可分为压缩类成形与拉深类成形两类。压缩类成形工艺主要有缩口、外翻边；拉深类成形工艺主要有翻孔、内翻边、起伏、胀形、液压成形等。,冷冲压工艺,6、冲孔的定义 用冲模沿封闭曲线冲切，冲下部分是废料。用于制造各种形状的平板零件 7、落料的定义 用冲模沿封闭曲线冲切，冲下部分是零件。用于制造各种形状的平板零件,冷冲压工艺,8、切断的定义 用冲模沿不封闭曲线冲切产生分离 9、修边的定义 将成形零件的边缘修切整齐或切成一定形状 10、翻边的定义 把板料或半成品的边缘沿一定的曲线按一定的曲率成形成竖立的边缘,冷冲压工艺,10、整形的定义 为了提高已成形零件的尺寸精度或获得小的圆角半径而采用的成形方法 11、翻孔的定义 在预先冲孔的板料或半成品制成竖立的边缘,冷冲压工艺,12、弯曲的定义？ 把板料沿直线弯成各种形状，可以加工形状极为复杂的零件 。,冷冲压工艺,冲压工序名称及代号表,冷冲压工艺基础知识,冲压件生产过程实例 B11-行李仓盖外板 材料：DC06O5 0.8*1235*1580 OP10：拉延（压力机提供压力，模具工作部分形状，材料成形,冷冲压工艺基础知识,OP20修边,冷冲压工艺基础知识,OP30修边冲孔,冷冲压工艺基础知识,OP40翻边斜楔冲孔修边,冷冲压工艺基础知识,OP50翻边整形翻孔,冷冲压工艺基础知识,检验、装箱、入库,冷冲压工艺,一、普通冲裁过程分析 冲裁，在广义上讲，是分离工序的总称。 冲裁过程： （精密冲裁：汽车车身冲压件的生产中因精度原因不使用,在此不做叙述）,冷冲压工艺,1.冲裁变形过程分析 1.1冲裁过程 （1）弹性阶段 由于凸模所施加的压力，板料产生弹性弯曲，板料与凸凹模接触处形成很小的圆角，随着凸模继续压入，材料内的应力达到弹性极限。,冷冲压工艺,（2）塑性变形阶段 部分材料被挤入凹模，板料内部应力达到屈服极限，凸、凹模刃口处出现细微裂纹，说明材料开始破坏，因而塑性变形阶段告终。,冷冲压工艺,（3）断裂分离阶段 材料内部应力达到强度极限，凸凹模刃口处的裂纹不断向材料内部扩展，在凸、凹模间隙合理的情况下，上下裂纹重合，材料产生分离。 冲裁的过程中，变形是很复杂的，除了剪切变形外，还存在拉深、弯曲、横向挤压等变形，所以，冲裁件及废料的平面不平整，常有翘曲现象。,冷冲压工艺,1.2冲裁断面与间隙 一般冲裁断面明显分为三个特征区：圆角带、光亮带、断裂带； 圆角带与材料的硬度有关，软材料的圆角带大光亮带与材料的塑性有关，塑性好的材料，光亮带大断裂带与材料的塑性有关，塑性差的材料，断裂带大；,冷冲压工艺,间隙对制件断面质量的影响：,冷冲压工艺,可以从图中看出： （1）间隙过小 光亮带出现间断，且中间有毛刺出现，冲裁质量一般，严重时会在光亮带上产生撕裂； （2）间隙过大 光亮带很窄，严重时几乎消失，而断裂带很大，毛刺很大，极易产生撕裂。,冷冲压工艺,冲裁件的排样 在冲压零件的成本中，材料费用占50以上，因此材料的经济利用是个重要问题。 冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。排样不合理就会浪费材料， 衡量排样经济性的标谁是材料利用率，也就是工件的实际面积A0与板料面积A的比值，即 A0 材料利用率=-100 A,冷冲压工艺,其中板料面积A包括工件面积与废料面积， 废料分为工艺废料和结构废料两种。搭边和余料属于工艺废料； 冲孔废料属于结构废料，一般由工件的形状特点决定，不能改变。 搭边：排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料称为搭边。作用是补偿定位误差，保证冲出合格的样件；搭边还可以使条料具有一定的刚度，便于送料。,冷冲压工艺,废料的分类,冷冲压工艺,排样的种类 （1）有废料排样。我们目前的落料件基本都属于此种排样。例如：S11后地板后横梁横臂板、S11后底板后横梁直臂板、S11左/右前纵梁本体、B11控制臂上/下体。 （2）少废料排样。沿工件部分外形冲裁，只局部有搭边和余料。 （3）无废料排样。无任何搭边。,冷冲压工艺,排样示意图,冷冲压工艺,冲裁工序易发生的主要质量缺陷 少边 少孔 毛刺长 孔边变形 孔错位 ,冷冲压工艺,拉延成形 1.1 拉延 用于型面复杂、质量要求高冲压件，我们车身冲压件大中件是拉延而成的。 拉延分：单动 双动 三动 三种拉延形式 双动：侧围、内板、门外板等覆盖件 单动：加强板等中小件 三动：S11后地板等复杂形状件；,冷冲压工艺,1.2拉延变形的特点（对轴对称的零件） (1)其凸模、凹模与冲裁时不同，它们工作部分没有锋利的刃口，而是做成一定的圆角半径，并且其间隙也稍大于板料的厚度。在凸模的作用下，毛坯在凹模两端面和压边圈之间的缝隙中变形，并被拉入凸凹模之间的间隙里形成开口空心零件。 所以拉延时毛坯的外部环形部分是变形区，而底部通常是不参加变形的不变形区。,冷冲压工艺,(2)毛坯变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩与径向伸长的变形。 (3)变形程度主要受毛坯传力区的承载能力的限制。 (4)厚度的变化，侧壁变厚，底部变薄。,冷冲压工艺,拉延成形示意图,冷冲压工艺,拉延工序易产生的质量缺陷： 1、外覆盖件：拉延不到底、起皱、缩颈、 开裂、变形、叠料、棱线不清晰、冲击痕、划伤、拉毛、双棱线、压痕、反弹、刚度不足； 2、内覆盖件及一般件：拉延不到底、起皱、缩颈、 开裂、叠料、拉毛、少料、反弹；,冷冲压工艺,翻边（孔）成形 翻边是将坯料上的孔或曲线外缘翻出凸缘的成形方法，可以分为翻孔和外缘翻边两种形式，这两种形式在变形性质，应力状态及生产上的应用都有所不同。 孔的翻边是在预先冲好孔的基础上，依靠材料的拉伸沿一定的曲线翻成竖立凸缘的冲压方法。 外缘翻边是沿毛坯曲边，借材料的拉伸或压缩，形成高度不一的竖边,冷冲压工艺,1.翻孔工艺变形特点 在翻孔过程中，材料沿切线方向伸长，材料厚度变薄，孔口处的纤维拉伸变形程度最大，变形最明显。 2翻孔间隙 翻孔过程中，材料沿周向伸长，其厚度沿翻孔的高度方向逐渐变薄，翻孔模凸、凹模之间的间隙应大于材料厚度，一般圆孔翻边凸、凹模之间的间隙（单边）可控制在（0.75-0.85）t，使直壁稍微变薄，以保证竖边成为直壁。,冷冲压工艺,3外缘翻边 外缘翻边分为外凸轮廓和内轮廓的翻边，外凸轮廓轮廓的翻边也叫压缩类的翻边，其变形性质和应力状态类似于不用压边圈的浅拉深，内轮廓的翻边也叫伸长类的翻边和孔的翻边类似。 4、翻边的常见的质量缺陷： 翻边角度不到位、翻边高度不到位、翻边拉毛、翻边裂等,冷冲压工艺,整形 是将以成形的工件校成准确的形状和尺寸的方法。 1拉深件的整形 带凸缘拉深件常因凸缘圆角半径（即凹模圆角半径）过小，拉伸时材料流动受阻而破裂，因此，拉深模需要加大凹模圆角半径，再通过整形减小圆角半径。 2弯曲件的整形 由于材料弯曲后产生回弹，影响了工件的形状和尺寸，对于精度要求很高的弯曲件，通过弯曲后再进行整形。 3质量缺陷：整形不到位（型面达不到产品要求）,冷冲压工艺,汽车覆盖件的特点：汽车覆盖件与一般冲压件相比，具有材料薄，形状复杂，多为空间曲面，结构尺寸大和表面质量要求高等特点。 在汽车覆盖件中，形状简单、深度浅的覆盖件一般采用单动压力机来成型；形状复杂、深度深的覆盖件必须采用双动压力机成型。这是因为单动压力机的压料力是靠机床下面的油缸或气垫获得的，油缸（或气垫）的压力和行程都比双动压力机小得多，它不能提供较大压料力和大行程的复杂深拉延件所需的成型力。其次，单动压力机所用拉延模的压料圈比较薄，刚性相对弱，亦不能适应复杂深拉延件的成型。,冷冲压工艺,轿车质量对覆盖件的要求： (1)尺寸和形状应符合检具和经过焊装合件匹配的样件。 (2)表面质量好。外覆盖件（尤其是轿车的外覆盖件）表面不允许有波纹、皱纹、凹痕、划伤、擦伤、压痕等缺陷，棱线应清晰、平直、曲面应圆滑、过渡均匀。 (3)刚性好。覆盖件在成形过程中，材料应有足够的塑性变形，以保证零件具有足够的刚性。 (4)良好的工艺性。覆盖件应具有良好的冲压工艺性能和焊接工艺性能，以降低冲压和焊装的生产成本。冲压工艺性，主要是看各工序，特别是拉深工序能否顺利进行、能否稳定生产。,冷冲压材料,一、车身材料种类 现在汽车车身主要的原材料是钢板，无论是承载式车身，非承载式车身。按照钢板的生产工艺分主要可分为热轧钢板和冷轧钢板两大类。 二、板材的分类和名称 1、板材是指各种形状的半成品，如：薄板、中板、厚板、窄带材、带材等。 2、按厚度分：厚板（4MM以上）、中板（3-4MM）、薄板（3MM以下） 3、按轧制状态分：热轧钢板、冷轧钢板,冷冲压材料,三、材料的表面状态质量要求 材料的表面必须是没有分层现象，并且表面没有明显的力学性能损伤。 材料的表面必须是光洁平整、无划痕、无杂质、无气孔和缩孔。 材料表面应无锈斑、无氧化皮及其他附着物。 在冷冲压生产中，选择表面质量好的材料，在变形过程中不易破裂，并且不易损伤模具和工具，可获得表面光洁，质量较好的冲压件。,冷冲压材料,四、表征钢板的主要力学性能指标 强度: 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为Mpa 1、屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号s表示 2、抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号b表示,冷冲压材料,3、伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，称为伸长率。用符号表示。伸长率反映了材料塑性的大小，伸长率越大，材料的塑性越大。 4、应变强化指数n：钢材在拉伸中实际应力应变曲线的斜率。其物理意义是，n值高，表示材料在成形加工过程中变形容易传播到低变形区，而使应变分布较为均匀，减少局部变形集中现象，因此n值对拉延胀形非常重要。 5、塑性应变比r值：r值表示钢板拉伸时，宽度方向与厚度方向应变比之比值。r值越大，表示钢板越不易在厚度方向变形（越不容易开裂），深冲性越好,冷冲压材料,五、钢板表面质量,冷冲压材料,六、钢强化因素 一般的，材料的性能由组织（结构）决定，组织由成分（工艺）决定，他们之间构成一个四面体）。钢板也是这样，钢板的强化主要是靠成分和组织，下面拿加磷钢和烘烤硬化钢举例说明。 加磷钢：一般的，强化钢板的元素主要有C、Mn、Ti、Nb、Al等，有害的元素主要是P和S。实际上P的强化作用非常明显，仅次于C，但是数量要达到0.04以上才能使强化作用超过有害的部分，体现出强化作用。加磷钢正是基于这种原理制造的。主要有B170P1, B210P1, B250P1, B180P2(BP340), B220P2(BP380)等。,冷冲压材料,烘烤硬化钢 烘烤硬化钢是指在低碳或者超低碳钢中保留一定量的固溶碳原子，必要时加入磷等固溶强化元素来提高强度，钢板成形后经过涂漆烘烤处理后强度进一步提高，同时这种钢板具有很好的成形性能。主要有：B140H1、B180H1、B180H2等；,冷冲压材料,加强后的各项指标参数,冷冲压材料,七、冲压所用的材料应具备基本条件 冲压材料必须便于加工，容易得到高质量和高精度的冲压件。 冲压材料应便于提高生产效率，即一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度要足够大。 材料对模具的损耗及磨损要低，并且不易出现废品,冷冲压材料,七、冲压所用的材料应具备基本条件 （4）还应具有： 材料应具有良好的塑性：较高的伸长率和断面收缩率，较低的屈服点和较高的抗拉强度 。 材料应具有光洁平整无缺陷损伤的表面状态。表面状态好的材料，加工时不易破裂，不容易擦伤模具，制成的制品零件表面状态好。 材料厚度的公差应符合国家规定的标准； 材料应对机械接合及继续加工（如焊接、抛光等工序）有良好的适应性能。,冷冲压材料,1、B170P1、B210P1、B250P1、B180H1、B140H1等 2、DC01、DC03、DC04（O5）、DC05、DC06（O5）等 3、DC56D+Z 、 DC54D+Z等 4、 SPHC、SPHD、SPHE等 5、BLC、BLD、BUSD、BUFD、BSUFD等 6、SAPH370、SAPH400、SAPH440等 7、BP340、BP380、BSC2、BSC3等,八、公司经常使用的材料,冷冲压材料,九、钢材的是生产工艺 冷轧钢板生产工艺（宝钢）：矿石高炉炼铁转炉炼钢连铸（板坯）热连轧酸洗冷连轧连续退火（热镀锌）卷取/其他（电镀锌/纵剪成带/横剪成板/）； 热轧钢板生产工艺（宝钢）：矿石高炉炼铁转炉炼钢连铸（板坯）除鳞精轧冷却卷取热轧卷矫直/纵剪/横剪；,冷冲压材料,十、常见钢板的表面缺陷 按规定，热轧钢板的表面不得有裂纹、结疤、折叠、气泡、分层和夹层等对使用有害的缺陷。但允许有深度（或高度）不超过厚度公差一半的麻点、凹陷、划痕等轻微、局部的缺陷，并保证钢板的最小厚度。 冷轧和热轧钢板的任何表面缺陷的存在，特别是超出标准允许的表面缺陷，都会成为影响零件冲压开裂、涂漆质量和车身外观质量的直接原因。,冷冲压材料,十一、钢板的化学成分及作用 (1)碳。碳是钢中的一种最基本的元素，它提高钢板的强度，特别是抗拉强度。 (2)硅。硅能提高冷轧钢板的强度。 (3)锰。可防止钢过氧化和冷轧钢板边部避免产生龟裂的有利作用。 (4)磷。具有良好的冷轧退火功能。但磷有冷脆性，对焊接性能也有不利影响。 (5)硫。对冲压有害无益的元素。 (6)铝。防止钢板时效、作为强脱氧剂、有利于深冲性能。,冷冲压模具,模具一般由以下部分组成： 1、工作零件 如：凸模、凹模等，主要完成材料的分离或成形。 2、定位零件 如：挡料销、定位销、定位挡板等，主要是用来定位坯料在模具中的正确位置。 3、压料、卸料与顶料零件 如：压料板、卸料板(上模）、顶出器(下模）、压边圈等，主要是起把制件和废料与模具分离的作用，在拉延模中的压边力圈还防止失稳和起皱作用。,冷冲压模具,4、导向零件 如：导柱、导套、导板等，主要是 保证使上、下模的正确运动。 5、支持零件如：上、下模板和凹、凸模固定板等，主要是起连接和固定工作零件的作用。 6、紧固零件 如：内六角螺钉、卸料板螺钉、拔销等，主要是起联接和紧固各类零件使之成为一体的作用。,冷冲压模具,7、缓冲零件 如：钢丝弹簧、聚氨脂橡胶弹簧等，主要是利用其弹力起到卸、退料的作用。 8、安全零件及其它辅助零件 主要有安全侧销、安全螺钉、工作限制器、存放限制器、上下料架、废料滑槽、起重棒、吊耳等。,冷冲压模具,重要安全零件： 安全侧销：主要作用是防止上模压料板紧固螺钉松动或断裂，导致压料板落下，造成人员、工装的重大损失。 存放限制器：主要作用是防止模具弹性元件长期受压而失效和防止刃口长期接触影响刃口的寿命。（一般采用聚氨脂橡胶） 工作限制器：主要作用是限制凸凹模的吃入深度。,冷冲压工装,1,双动模,单 动,冷冲压工装,模具安装,换 模,冷冲压工装,冷冲压设备,一、 冲压中心设备 1、开卷剪切机及剪板机 2、起重行车 3、压力机 4、皮带运输机 5、上料小车 6、电动模具板料转运车 7、模具清洗机及钻床等,冷冲压设备,二、压力机型号： 1、LD4-1250/750、LD4-800/500、J47-600/400等 双动四点多连杆机械闭式压力机； 2、JE39-1000、J39-900、JF39-800等 单动四点机械闭式压力机； 3、J36-800、J36-630E、J36-400G等 单动双点机械闭式压力机 4、JH23-100、JH23-80 曲柄机械开式小冲床,冷冲压设备,三、设备结构：为立式上传动全钢结构 设备特点：精 大 稀 主要由机身、滑块、移动工作台、气垫、微调系统、传动系统、润滑系统、空气管路系统、电气控制系统等部分组成 。 压力机制造是国内具有先进制造技术的济二集团，其电气控制系统采用日本欧姆龙生产的PLC，昭和公司生产的电子凸轮开关。实现双回路控制。电气安全技术采用了光电保护、设备的安全性和可靠性达到了国内先进水平 。,塑料成型模具简介,一、模具的分类,金属模具：汽车外壳、金属饭盒、纪念币 塑料模具：家电产品的塑料外壳等 橡胶模具：轮胎、橡胶密封圈等 玻璃模具：玻璃瓶 石膏模具：石膏像等 木模型：用于铸造翻砂的模型,二、塑料的特点 1、易于成型，设计的自由度高； 2、塑料品种多；透明、不透明、软的、硬的； 3、比其他材料轻； 4、导热性低； 5、耐水性优，不生锈；耐化学药品，不腐蚀； 6、加工性能好，能耗低； 7、容易与其他材料复合、粘接； 8、易燃烧，膨胀系数大，尺寸稳定性差； 9、表面硬度低，易划伤。,三、塑料模具的分类 1、塑料注射模具 （1）模具,（2）设备,1、塑料注射模具,1、塑料注射模具,（3）特点 可以生产形状复杂、强度高的制品； 制件均匀、尺寸精密； 可以多型腔生产； 制品可带有嵌件； 自动化程度高； 对塑料的适应性强（热塑性塑料、热固性塑料均可使用注射生产）。,1、塑料注射模具,（4）基本动作过程 1、合模，注射装置前进,（4）基本动作过程,2 、