工艺技术_钣金件工艺性概述

工艺性基础课程 钣金件工艺性概述 主讲人 工艺性基础课程 授课学时 2学时 课程任务 1 了解钣金件的工艺性概念 2 认识车身钣金件的四大工艺 3 掌握设计中四大工艺对钣金件约束参数 主要内容 本课程主要介绍了钣金件对钢板材料的要求和钣金件所要适应的四大工艺 课程情况总体简介 工艺性基础课程 第一章钣金件对钢板的要求 第二章钣金件的冲压工艺性 第三章钣金件的焊装工艺性 第四章钣金件的涂装和总装工艺性 总目录 工艺性基础课程 钣金件的工艺性 汽车车身是一个形状复杂的空间薄壁壳体 其主要零部件均由钢板冲压 焊接而成 同时又是内外饰 电器 动力 底盘的载体 所以车身必须有良好的冲压焊接工艺性 和良好的漆面附着力 又要能方便地装拆其他零件 钣金件的工艺性主要表现在钣金件的冲压性能 焊接装配性能 涂装性能 操作安全性 材料消耗和对材料性能的要求 第一章钣金件对钢板的要求 1 冲压加工对冲压件材料的要求 1 对材料性能的要求 用于冲裁加工的零件 应具有足够的塑性和较低的硬度有利于提高冲裁件的断面质量 用于弯曲成型的材料 要求具有足够的塑性 较低的屈服强度和较高的弹性模量 用于拉伸成型的材料 要求具有足够的塑性 低的屈服点和大的厚向异性系数 而硬度高的材料难于拉伸成型 第一章钣金件对钢板的要求 1 冲压加工对冲压件材料的要求 续 2 对材料表面质量的要求 板料的尺寸精度对冲压性能影响最大的是厚度公差 板料过薄则回弹难于控制 或出现压不实现象 板料过厚会拉伤制件表面 缩短模具寿命 甚至损坏模具和设备 表面光洁 不应有气泡 缩孔 划痕 麻点 裂纹 分层等缺陷 否则因应力集中而破裂 表面平整 如果表面瓢曲不平 在剪切或冲压时容易因定位不稳而出现废品 在冲裁时会因板料变形展开而损坏模具 在拉伸时可能使压料不均影响材料的流向而引起开裂或起皱 表面无锈 如果有锈不仅对冲压不利 损伤模具 而且后续的焊接和涂装 第一章钣金件对钢板的要求 2 材料的质量对冲压性能的影响 1 力学指标对冲压性能的影响 屈服极限 s 屈服极限小 材料容易屈服 则变形抗力小 产生相同变形所需的变形力小 压缩变形时 不易起皱 弯曲时变形回弹小 屈强比 s b 小则容易产生变形不易破裂 从开始产生屈服到拉裂有较大变形空间 延伸率 指试样拉断时的延伸率 试样开始颈缩时的延伸率称均匀延伸率 均匀延伸率值越大 表明板料的冲压成型性越好 第一章钣金件对钢板的要求 2 材料的质量对冲压性能的影响 续 1 力学指标对冲压性能的影响 硬化指数n 硬化指数n又称n值 亦称应变刚指数 它表示在塑性变形中材料的硬化程度 在延长类变形中 n值越大表明材料加工硬化严重 变形增长大 从而使变形趋于均匀 变薄减小 厚度均匀 表面质量好零件不易产生裂纹 所以n值越大 冲压性能越好 一般为0 18以上 厚向异性系数r 由于钢板结晶和板材轧制时出现纤维组织等因素 板料的塑性会因方向不同而出现差异 这种现象称各向异性 厚度方向的异性称厚向异性 r 1时 板料宽度方向比厚度方向容易变形 即不易变薄或增厚 增大r值板料不易拉裂 板平面各向异性系数 r 由于 r会增加成型工序的材料消耗等生产中尽量降低 r值 第一章钣金件对钢板的要求 2 材料的质量对冲压性能的影响 续 2 化学成分和金相组织对冲压性能的影响 钢中的碳 硅 磷 硫的含量增加 都会使材料的塑性降低 脆性增加 导致冲压性能变差 其中碳对材料的塑性影响最大 含碳量不超过0 05 0 15 的低碳钢具有良好的塑性 车身覆盖件大多采用这种优质碳素钢 钢板金相组织的晶粒大小也直接影响冲压性能 晶粒不均最易引起裂纹 粗大的晶粒在冲压时会在制件表面留下桔皮 影响表面质量 过小的晶粒会使钢板的塑性降低 在变形中的硬化作用下 会使材料的硬度 强度增加 容易造成冲压件开裂 回弹 扭曲或起皱 第一章钣金件对钢板的要求 3 材料的种类 08Al冲压件低碳钢 ST DC01 DC03 DC04 DC05 DC06冲压件冲压用 BLC BLD BUSD BUFD BSUFD冲压件高强度 BP DP BH BLa TRIP SAPH冲压件 结构件 冲压 第二章钣金件的冲压工艺性 室温下用压力机和模具使钢板材料分离或塑性变形 分离工序 成形工序 落料 冲孔 剪切 切口 切边 剖切 弯曲 拉深 翻边 胀型 整型等 分类 拉伸工艺 冲裁工艺 弯曲工艺 第二章钣金件的冲压工艺性 2 垂直型冲孔 是指冲模刃口 凸模和凹模 随上模的上下运动在竖直方向上进行冲孔 模具结构最简单 垂直于覆盖件的型面进行冲孔 最容易保证冲孔质量 应优先选择 3斜面上冲孔 由于产品某些功能要求不得不在斜面上设计冲孔 一般要求为 当冲孔直径d 5 时 5 当5 d 15 15 当15 d 20 时 20 d 20 时 25 但最大的 不大于30 为孔径中心线 即冲孔方向 与型面方向的夹角 冲裁工艺性 一 覆盖件上冲孔方向的选择 1 一般情况下 冲孔应尽量设计在一个面上 不要横跨二个面 已改善模具刃口的寿命 第二章钣金件的冲压工艺性 4 横跨两个面上的冲孔 因某些功能要求必须分别在两个面上冲同一个孔时 则要留有接刀口尺寸 一般为0 7 1 如门内板锁孔 二 普通冲裁件最小冲孔尺寸由于受到凸模强度的限制 冲孔时孔的尺寸不宜过小 自由凸模和护套凸模冲孔的最小尺寸见表 第二章钣金件的冲压工艺性 三 普通冲裁件冲孔间距和孔边距冲孔边缘离外形的距离 孔边距 过小时影响冲件的质量甚至模具刃口 冲裁件的孔间距在复合模中直接影响凹模刃口间的强度和凸模的紧固方式 冲裁件的孔与孔之间 孔与边之间距离A 2t 并不小于3 4mm 第二章钣金件的冲压工艺性 四 普通冲裁件孔壁距在弯曲件和拉深件上冲孔 孔的边缘与工件直壁之间应保持一定的距离 能有效地防止凸模单边受力 孔壁距要求见图4 4 第二章钣金件的冲压工艺性 五 普通冲裁件圆角半径冲裁件直线 曲线连接成各种形状时 连接处一般应有合适的圆角半径 冲裁件的最小圆角半径件见下表4 12 第二章钣金件的冲压工艺性 六 普通冲裁件凹凸部分尺寸冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小 应避免过长的悬壁与狭槽 以便增大 相应部位的刃口强度 冲裁件凸出和凹入部分的尺寸见表4 13 七 工艺缺口的合理性工艺缺口置于工件拐角平直处 距拉延圆角3 5 弯曲件的工艺性 具有足够的塑性 屈强比 第二章钣金件的冲压工艺性 一 弯曲件的材料 脆较大的材料 则最小相对弯曲半径 屈服点与弹性模量的比值 则有利于弯曲成形和工件质量的提高 小 小 大 回弹大 不利于成形 弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径 否则 要多次弯曲 增加工序数 也不宜过大 因为过大时 受到回弹的影响 弯曲角度与弯曲半径的精度都不易保证 第二章钣金件的冲压工艺性 二 弯曲件的结构 2 弯曲件的形状一般要求弯曲件形状对称 弯曲半径左右一致 则弯曲时坯料受力平衡而无滑动 第二章钣金件的冲压工艺性 二 弯曲件的结构 续 3 弯曲件直边高度弯曲件的直边高度不宜过小 其值应为h r 2t 第二章钣金件的冲压工艺性 二 弯曲件的结构 续 4 防止弯曲根部裂纹的工件结构在局部弯曲某一段边缘时 为避免弯曲根部撕裂 应减小不弯曲部分的长度B 使其退出弯曲线之外 即b r 如上页图a 或在弯曲部分与不弯曲部分之间切槽 或在弯曲前冲出工艺孔 第二章钣金件的冲压工艺性 二 弯曲件的结构 续 5 弯曲件孔边距离 第二章钣金件的冲压工艺性 二 弯曲件的结构 续 当t 2mm时 当t 2mm时 第二章钣金件的冲压工艺性 二 弯曲件的结构 续 6 增添连接带和定位工艺孔 增添连接带和定位工艺孔的弯曲件 拉深件的工艺性 一般 第二章钣金件的冲压工艺性 一 拉深件的公差等级 拉深件壁厚公差要求一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律 拉深件的尺寸精度应在T13级以下 不宜高于IT11级 据统计 不变薄拉深 壁的最大增厚量约为 0 2 0 3 最大变薄量约为 0 10 0 18 为板料厚度 1 拉深件形状应尽量简单 对称 尽可能一次拉深成形 2 需多次拉深的零件 在保证必要的表面质量前提下 应允许内 外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹 3 在保证装配要求的前提下 应允许拉深件侧壁有一定的斜度 第二章钣金件的冲压工艺性 二 拉深件的结构工艺性 4 拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足 0 5 或 第二章钣金件的冲压工艺性 二 拉深件的结构工艺性 续 5 拉深件的底与壁 凸缘与壁 矩形件四角的圆角半径应满足 0 5 2 3 否则 应增加整形工序 6 拉深件不能同时标注内外形尺寸 带台阶的拉深件 其高度方向的尺寸标注一般应以底部为基准 第二章钣金件的冲压工艺性 二 拉深件的结构工艺性 续 带台阶拉深件的尺寸标注 用于拉深的材料一般要求具有较好的塑性 低的屈强比 大的板厚方向性系数和小的板平面方向性 第二章钣金件的冲压工艺性 三 拉深件的材料 第三章钣金件的焊接工艺性 车身结构设计时 除了要考虑零件的冲压工艺性外 还要考虑零部件的焊装工艺性 影响装焊工艺性的主要因素有部件分块 接头型式 焊点布置和其他一些工艺性问题 焊接结构工艺性焊接结构工艺性是指钣金结构件在焊接夹具上组合拼装后 实施焊接的难易程度 零件良好的焊接结构应能满足材料较省 工序较少 夹具加工较易 寿命较高 操作较方便及产品质量稳定等要求 第三章钣金件的焊接工艺性 一 部件分块车身覆盖件的分块 应该在冲压工艺允许的前提下 零件越少越好 这样可以减少焊接面和装配误差 车身上所有的孔洞 如门框和前后风窗框都是非常重要的装焊部位 要求这些门框洞尽量采取整体结构 若孔洞部分采用双层结构 则至少一层为整体结构 以减少装焊误差 二 结构的工艺性在焊接结构设计时 应该贯彻 对称地布置焊缝 焊点 并避免汇交 聚集 重迭 次要的焊缝 焊点可中断 主要的焊缝 焊点应连接 1 点焊接头形式及焊接空间在零件设计时 点焊接头应尽可能设计成敞开式 同时还要考虑周边空间 以保证焊钳能够接近 附图5 1点焊接头形式 第三章钣金件的焊接工艺性 敞开式半敞开式封闭式 图5 1点焊接头型式 2 焊接边宽度两个 或三个 相焊接零件的焊接边重叠部分的直边宽度 一般应不小于13mm 且相焊接零件的焊接边要平齐 因冲压或装配等工艺要求 允许1 2个焊点焊接处焊接边的宽度为10 13mm 具体参照表5 1及图5 2 若板材为不同厚度组合 按较薄的板选取 第三章钣金件的焊接工艺性 表5 1电阻点焊的焊点尺寸 3 覆盖件焊接面要求平整 不允许存在皱折 回弹等质量问题 4 覆盖件的焊接面要尽量布置在平直面上 非焊接面要留足够的空间 以免零件间相互干涉 第三章钣金件的焊接工艺性 5焊点间距的合理性在实际生产中 当焊接小尺寸零件时 可参考表5 2中的数据 在焊接大尺寸零件时 点距可以适当加大 一般不小于40 50mm 在有些非受力的部位 则焊点的距离还可以加大到70 80mm 板厚t 焊点直径d 设计时可选取的最小焊点直径dmin及焊点间的最小距离e 详见图5 3 5 4 5 5及表5 2 若板材为不同厚度组合 按较薄的板选取 特殊情况下必须超出表5 2规定设计点焊接头时应经与客户工艺人员商讨 表5 2电阻点焊的焊点尺寸 6点焊零件的板材层数及料厚比点焊零件的板材的层数一般为2层 最多三层 点焊接头各层板材的料厚比应在1 3 3之间 如因结构要求确需3层焊接 首先应检查料厚比 如果合理可以焊接 如果不合理 应考虑开工艺孔或工艺缺口 错开焊点 以保证点焊处料厚比在允许的范围内 7零件定位 夹紧是否方便可靠在零件的设计时 应考虑合适的焊接夹具定位孔和定位基准面 以便设计制造低成本 高质量的焊接定位夹具 尽量利用凸包 切口来代替样板定位 这不但能方便操作和提高效率 而且有利于产品质量的提高 8CO2气体保护焊焊接加工工艺a 检查焊接空间是否合理 焊接间隙最大应在0 5 0 8MM b 检查可见区域内焊接处是否开有塞焊工艺孔及凹坑 以保证焊接后有较好的外观质量 塞焊工艺孔尺寸一般取 10左右 三 其他装焊的工艺性1 对于某些有外观有求的车身外覆件 其点焊表面不允许有凹坑 在产品结构设计中 应考虑在固定点焊机上或采用单面焊枪来完成焊接 所要求的表面应能与下电极相接触 因为这时采用大平面的电极 以而使点焊凹陷不明显 2 焊接辅具的选用在车身装焊工艺中 由于结构形式不同 需使用各种各样的焊接辅具 如焊钳 选用这些焊接辅具的品种 尽量利用标准的或适用的焊接辅具也是衡量车身结构工艺性的一项内容 如大批量生产中采用大焊钳来焊接某个件 而在小批量生产中 这焊钳是不经济的 应尽量采用适用的焊接辅具或其它方法 3标准件的使用在车身上要尽量采用相同的标准件 焊接螺母 螺钉 以利于减少装焊工艺的工种和管理工作 车身涂装是对汽车车身起防腐烛保护作用和装饰作用 车身涂料涂在车身表面时 能生成坚韧 耐磨 附着力强 具有各种颜色和防锈 耐潮湿 耐高温等多种功能的涂膜 还有些涂料还能起防震 隔热作用 一 涂装前车身工艺要求1 检查白车身的焊接质量 外覆盖件的表面质量是否符合图纸要求 2 检查各开闭件总成 车身本体 骨架构件上 应有涂装工艺孔 眼或相应的切口 应齐全 面积足够 在车身零部件的最低位置处 应开设不同形状 面积足够大的流水 液 孔 眼或者相应的工艺切口 以便在实施涂装前 采用机械处理和酸洗磷化处理的方法 去除油污 锈蚀 焊渣等 其表面应达到清洁 无锈 不挂水珠等要求 并使这些化学溶液能顺利地从这些工艺开口中流出去 3 进入自动化的涂装流水线前 完成涂装前的准备工作 发动机盖与车体简单铰接后 用铁钩固定住 呈一定的开启状态 车门总成或推拉门总成与车门框简单铰接后 用铁钩固定住 呈约1 4的开启状态 行李箱盖与后围框简单铰接后 用铁钩固定住 呈约1 6的开启状态 铰接后的 四门二盖总成 将一起进入酸洗 磷化 电泳浸漆流水线 有规律地起伏 流转 运行 这些化学溶液和油漆液体能迅速方便地从车身构件的工艺切口处流入流出 而不会滞留在车身构件的内部 不然的话 将会影响车身的油漆质量的 二 涂装工艺要求1前处理工艺焊装后 清理 脱脂 水洗 表调 磷化 水洗 钝化 去离子水洗磷化膜特点 磷比例越高 与阴极电泳配套性能越好 2 车身底漆工艺底漆是直接涂布在经过表面处理的车身表面上的第一道漆 是每个涂层基础 它对车身防锈烛和整个涂层的经久耐用起主导作用 如电泳底漆 涂层厚度 20 m 阴极电泳底漆适用于轿车车身的底漆涂装 TQ2甲 阴极电泳底漆所用的成膜聚合物是阳离子型树酯 最常用的树酯有环氧树酯和聚酰胺树酯等 3 车身中涂和面漆工艺要求具有极优良的装饰性 耐候性和耐水性 适应于各种气候条件 要求面漆漆膜外观 光滑平整 无颗粒 光亮如镜 光泽不低于90 高级轿车 中涂层是在底漆的基础上进行喷涂 中涂层厚度 40 50 m 车身面漆是涂装的最后一道油漆 也是最关键的 漆膜厚度 60 80