工艺技术_冲压工艺培训教材

第二章冲压工艺 第一节汽车冲压工艺的特点与地位 一 冲压技术在汽车制造业中的地位冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法 这种加工方法通常是在冷态下进行的 所以又称冷冲压 只有当板料超过一定厚度或者为超强钢板时 才有可能采用热冲压 冲压工艺的主要优点 1 在模具的作用下 可以批量获得精度高度一致的产品 提高零件制造的互换性 易于组织后续制造工艺 2 材料利用率高 可冲压形状复杂的零件 3 冲压产品具有足够高的精度和粗糙度 4 能够在结构和工艺条件允许情况下 获得较高强度和刚度的零件 5 冲压操作简单 工艺过程便于机械化和自动化 生产率很高 故零件成本低 一 冲压技术在汽车制造业中的地位以数量计 汽车上有60 70 的零件是用冲压工艺生产的 其中典型的冲压件有 1 车身的内 外覆盖件和骨架件 2 车架的纵梁 横梁和保险杠等 3 车轮的轮辐 轮辋和挡圈等 4 散热器的散热片 冷却水管和储水室等 5 发动机的气缸垫 油底壳和滤清器等 6 底盘上的制动器零件 减震器零件等 7 座椅的骨架 滑轨和调角器等 8 车箱的侧板和底板等 9 车锁及其他附件上的零件等 二 汽车制造业冲压生产的特点 一 产品 冲压件 方面1 汽车冲压件尺寸大 形状复杂 2 汽车冲压件配合精度 外观质量以及互换性要求高 3 对于不同的零件具有不同的工艺特点 所用的设备 模具 材料都不同 二 冲压设备方面汽车工业用的冲压设备吨位大 台面尺寸大 性能要求高 生产效率高等特点 三 冲压材料方面1 冲压材料的品种和规格很多 2 钢板 带 的强度高 工艺性能好 3 随着汽车技术的发展 新型冲压材料快速出现 四 模具方面汽车冲压模具尺寸大 形状和结构复杂等特点 五 生产和管理方面汽车生产的规模 多数是大批量生产 尤其是轿车生产 三 汽车工业是推动冲压技术发展的强大动力1 加快了冲压用钢 材料 的快速发展 2 促进了冲压设备发展 3 促进了冲压工艺的发展和进步 4 加快冲压模具制造技术的发展和进步 第二节冲压材料 一 汽车冲压用钢的性能要求1 较高的强度 刚度指标 2 严格的几何尺寸精度 3 优良的工艺性能 4 良好的表面外观质量 5 具有好的焊接性能 良好的涂漆性能 二 汽车冲压用钢板系列 三 冲压材料的成形性能 1 深拉延成形2 胀形 深拉成形3 浅拉延成形4 弯曲成形5 翻边成形冲压成形类别与性能指标的关系 第三节汽车冲压工艺设计 一 冲压工艺设计的基本内容与要求1 冲压工艺方案设计冲压工艺方案设计是针对给定的产品图纸根据其生产批量的大小 冲压设备的类型 规格 模具制造能力以及工人技术水平等具体生产要素 从对产品图的冲压工艺性分析入手 经过必要的工艺计算 制定出合理的工艺方案 最后编写出冲压工艺卡的全过程 2 冲压模具设计冲压模具设计则是依据所制定的冲压工艺规程 仔细考虑毛坯的定位 出件和废料排除等问题以及模具的制造维修方便性 操作安全可靠性等因素后设计构思出与冲压设备相适应的模具总体结构 然后 绘制出模具总装图和所有非标准零件图的整个设计绘图过程 3 冲压工艺设计的基本要求 1 材料利用率要高 2 考虑工厂的具体生产条件 制定的工艺方案要技术上先进可行 经济上合理 3 工序组合方式和工序编排顺序要符合冲压变形规律 能保证冲制出合格的工件 4 工序数量尽可能少 生产效率高 5 制定的工艺规程要便于生产的组织与管理 4 冲压模具设计的基本要求 1 模具应保证冲制出的零件符合图纸的形状 尺寸及精度要求 2 模具结构选择时注意工序的先后顺序 3 确定方案和结构应尽可能简单 制造维修方便 成本低 4 模具使用寿命长 能满足冲压工艺规程规定生产批量的要求 5 模具操作方便 安全可靠 工人劳动强度低 与工人技术水平相适应 5 冲压工艺设计的一般程序 1 分析冲压件的技术要求 查阅冲压工艺设计必需的原始资料 2 分析零件的冲压工艺与相关零件的装配关系与装配要求 3 进行必要的工艺分析和计算 选择一个较为合理的工艺方案 4 确定模具结构形式 5 选择冲压设备 6 编写冲压工艺过程卡片 7 绘制模具装配图和零件图 并完成必要的校核和审批程序 8 编制冲模关键零件的加工工艺及相关说明 9 编制冲模验收标准和使用管理规定 6 冲压工艺设计中应重点注意的问题 1 产品零件的质量和尺寸精度要求 2 产品零件设计的结构 形状等对冲压工艺的适应性 3 企业的冲压生产设备以及模具加工能力 4 生产成本和工艺成本 5 生产纲领 6 零件所需原材料性能 规格及当前市场供应状况 7 企业管理水平 二 冲压工艺方法1 开卷与校平开卷和校平属于汽车冲压工艺前板料预处理工艺 通常与剪切和下料工序一道在生产线上完成 其工艺内容是将钢厂供应的卷筒板料进行开卷 整平后按照冲压工艺要求剪断成一定尺寸规格的料坯 常见板料开卷和下料参数 2 冲裁冲裁是利用冲裁模使板料产生分离的一种冲压工艺 主要包括落料 冲孔 切口 修边 剖切 切断等多种具体工序内容 1 影响冲裁件尺寸精度的主要因素1 冲裁模的制造精度 2 工件材料的力学性能 3 工件的相对厚度 4 冲裁模间隙 5 冲裁件的尺寸与形状 表2 6冲裁模制造精度与冲裁件尺寸精度之间的关系 2 影响冲裁件断面质量的主要因素如果冲模间隙选取合理 冲裁时板料在上 下刃口处所产生的裂纹就能重合 冲下的工件虽有一定锥度但比较光滑 冲模间隙过大或者过小均会对冲裁件断面质量产生影响 图2 3间隙对冲裁断面的影响 3 影响冲裁件毛刺的主要因素凸模或凹模磨损后变钝 其刃口处形成圆角 冲裁时工件的边缘就会出现毛刺 4 冲裁模间隙的确定1 计算法 表2 6h0 t与 的近似值 2 经验法 5 冲裁力的计算 其中 P为冲裁力 k 系数 一般取1 3 L 冲裁件的冲裁周边长度 t 板料厚度 冲裁件的材料的抗剪强度 3 弯曲弯曲是利用设备或专用工具使金属板料 管料 棒料或型材在模具中弯成一定曲率 一定角度和形状的变形工艺 如图2 4所示 图2 4弯曲变形工艺过程 1 弯曲工艺的常见质量问题1 弯曲回弹2 弯曲裂纹3 弯曲偏移图2 5弯曲偏移 2 最小弯曲半径的计算1 影响最小弯曲半径的因素 弯曲件材料的力学性能 弯曲线的方向 板材的表面质量和侧面质量 弯曲中心角的大小 2 最小弯曲半径的确定表2 7不同材料及状况下的最小弯曲半径值 3 弯曲件的结构工艺性1 弯曲件的形状应对称 如图2 6 a b c 2 弯曲件的圆角半径应大于板料许可的最小弯曲半径 3 弯曲件的直边高度不宜过小 其值应为 图2 7 4 在弯曲带孔工件时 如果孔的位置处于弯曲变形区 则孔要发生变形 5 在局部弯曲某一段边缘时 为避免角部形成裂纹 可预先切出工艺槽 见图2 8或如图2 9 a 6 边缘部分有缺口的弯曲件 图2 9 b 图2 6弯曲件形状及其偏移现象 图2 7弯曲件直边高度 图2 8增加工艺槽及转移弯曲线图2 9冲工艺孔和切除连接带 表2 8金属弯曲件的尺寸精度 表2 9金属弯曲件的角度公差 4 拉深工艺 1 拉深工艺的基本原理拉深 又称拉延 是利用拉深模将冲裁或剪裁后所得到的平板坯料制成开口空心件的一种冲压方法 图2 9拉深工作示意图1 凸模2 压边圈3 凹模4 平板坯料5 拉深件 2 拉深过程中的起皱 厚度变化和硬化1 起皱 拉深时凸缘部分受切向压应力的作用 如果材料较薄 凸缘部分刚度不够 当切向压应力足够大时 凸缘部分材料便会产生受压失稳 在凸缘的整个周围产生波浪形的连续弯曲 这就称为起皱 如图2 10所示 图2 10拉深件的起皱 防止起皱的主要措施如下 1 采用压边圈 2 选择合适的变形程度 3 采用拉深筋 4 采用反拉深 图2 11拉深模上拉深筋的结构示意图1 压边圈2 凹模3 凸模4 拉深筋 图2 12反拉深模具结构图 2 板料厚度的变化 在拉深过程中 拉深件壁厚会随着拉深过程发生变化 筒形件拉深过程中壁厚沿高度方向的变化情况如图2 13所示 图2 13常温下拉深过程中沿高度方向厚度和硬度的变化 3 拉深时的硬化现象 由于拉深时将产生很大程度的塑性变形 常温下毛坯经过拉深过程中将引起加工硬化 强度和硬度显著提高 塑性降低 如图2 13所示 3 拉深件的结构工艺性 1 拉深件的形状应尽量简单对称 2 拉深件凸缘的外轮廓最好与拉深部分的轮廓形状相似 如图2 14 a 拉深比较困难 3 拉深件的圆角半径要合适 如图2 14 b 所示 4 拉深件底部孔的大小要合适 如图2 14 b 所示 5 拉深件的精度要求不宜过高 6 拉深件的尺寸标注应符合工艺要求 图2 14拉深件的结构工艺性 4 其它冲压工艺 1 胀形工艺 图2 15固体凸模胀形1 上凹模2 分块凹模3 下凹模4 锥形块5 坯料 图2 16软模胀形1 凸模2 凹模3 制件4 聚氨酯橡胶5 外套 图2 17液压胀形 图2 18缩口成形工艺1 推杆2 凹模3 凹模固定板4 紧固套5 弹性夹套6 支座 2 缩口工艺 3 翻边工艺 图2 19圆孔的翻边工艺 第四节汽车典型零件的冲压工艺 一 汽车覆盖件冲压工艺覆盖件的成形一般由落料 或剪切 拉深 修边 翻边 整形 冲孔 弯曲 胀形 切口等基本工序按需要排列组合而成 典型结构的覆盖件一般需要4 6道工序 如某车型的前排前地板 它由4道冲压成形工序完成 第一道为拉深工序 第二道为切边 冲孔工序 第三道为冲孔 翻边工序 第四道为冲孔工序 二 汽车车架冲压工艺1 车架纵梁冲压工艺 1 冲裁落料 2 成形 3 纵梁冲压工艺质量控制2 车架横梁冲压工艺 图2 22某型号车架纵梁的展开尺寸示意图 图2 22某车型纵梁的波纹区 图2 23气垫压力小而造成断面负回弹 图2 24凸模地面形状 三 精密冲裁技术在汽车零件生产上的应用 图2 25精冲时的作用力 图2 26汽车上部分精冲件 第五节冲压模具和冲压设备 一 冲压模具1 冲压模具的种类2 模具构造二 冲压设备1 落料剪切生产线2 压力机3 冲压自动生产线4 附属设施 图2 28汽车外板落料剪切生产线 图2 29龙门剪床 图2 30后出料开式可倾压力机 图2 31双柱式压力机 图2 32J45 315A单点双动拉深压力机 图2 34半自动冲压生产线1 板料送料器2 摆臂3 翻转器4 压力机的送料与操作5 皮带式输送机6 滑板7 皮带输送机8 平直卸料器9 将工件送至下道工序 图2 33四柱式油压