工艺技术_冲压工艺基础知识

材料知识 一 材料知识 板材分类 板材的分类 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 按生产方法分类 热轧钢板 冷轧钢板3 按表面特征分类 镀锌板 热镀锌板 电镀锌板 镀锡板 复合钢板 彩色 涂层钢板4 按用途分类 桥梁钢板 锅炉钢板 造船钢板 装甲钢板 汽车钢板 屋面钢板 结构钢板 电工钢板 硅钢片 弹簧钢板及其他5 按厚度分 厚板 4MM以上 中板 3 4MM 薄板 3MM以下 一 材料知识 钢板生产流程 一 材料知识 材料牌号命名方法 一 材料知识 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 力学性能指标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 单位为MPa 一般的 材料达到屈服强度 就开始伴随着永久的塑性变形 因此其是非常重要的指标 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 单位为MPa 一 材料知识 钢板的失效 汽车冲压钢板通常会发生时效 导致屈服强度上升 伸长率下降 加工过程中可能产生桔皮 表面粗糙等缺陷 因此需规定各牌号的拉伸应变痕保证时间 低碳钢板失效的一般现象 时效失效和表象失效 时效失效 由于时效的影响 钢板及钢带的力学性能会随着储存时间的延长而变差 如屈服强度和抗拉强度的上升 断后伸长率的下降 成形性能变差 出现拉伸应变痕等失效 表象失效 由于存储不当 造成钢板受潮生锈 外力破损 外力变形等失效 由于钢厂轧制过程工艺控制部分不足 导致钢板表面出现凹坑 结疤 裂纹 夹杂 划伤 压痕 麻点 辊印及氧化色等影响成形性及涂 镀附着力的缺陷 钢板厚度公差超差 拉伸试验 测定材料性能的基本手段 一 材料知识 力学性能指标 伸长率工程应力或名义应力工程应变或名义应变塑性应变材料的拉伸性能弹性应变材料的弹性性能 回复 se F Ao ee l lo lo eplastic lF lo wF wo eelastic lF l wF w 一 材料知识 力学性能指标 真实应变因为lo是通过无穷多个中间过程 才逐渐变成l 真实应变 无穷多个中间状态 数学积分 真实应变可加应变 CAE数值模拟中采用 eT ln l lo ln 1 ee 一 材料知识 力学性能指标 sT sT 1 ee 真实应力 体积不变原理 一 材料知识 力学性能指标 真实应力应变曲线 一 材料知识 力学性能指标 力学性能指标2 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 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 应变分量 三个主方向 主应变 材料拉伸方向的应变 maj l lo lo次应变 min w wo wo厚度方向应变 t t to to 一 材料知识 力学性能指标 厚向异性系数 R 轧制生产时 微观晶粒重组变形轧制方向材料延伸 厚度方向材料压缩R是宽度方向应变和厚度应变方向比值R越大 抵抗失稳变薄的能力 深拉延性能越好三个分量 R0 R45 R90 表示平面内各向异性 一 材料知识 力学性能指标 由试验测得的曲线 成形极限图的横纵坐标由次应变和主应变表示 FLD0 成形极限曲线和FLD上的主应变轴的交点应变为0的平面应变点影响重要的参数是厚度Keeler公式t 2 5mmFLD0 23 3 14 13xt x n 21 其中t的单位是mm 2 5 t 5 5mmFLD0 20 20 67xt 1 94xtxt x n 21 一 材料知识 力学性能指标 成形极限图FLD 一 材料知识 力学性能指标 FLD的分区 安全裕度严重减薄基本变形量允许增厚 一 材料知识 力学性能指标 工艺知识 二 工艺知识 冲压工艺流程 冲压工艺流程 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 冷冲压的定义 原材料 板料和卷料 入库 开卷线 大件清洗涂油 小件开卷剪切 冲压生产线 安装模具 调试首件合格 投入批量生产 合格件防锈 入库 冷冲压的基本分类 冷冲压概括起来分两大类 分离工序和成形工序 二 工艺知识 冲压成形的特点 冲压加工方法的特点 1 冲次快 效率高 特别是大量生产其效率尤其显著 2 精度高 冲压加工能获得较为复杂的几何形状和尺寸 3 材料利用率高 是一种无切削加工 只有少量的切边废料 4 操作简便 省时省力 容易掌握 二 工艺知识 冲压工序分类 根据材料的变形特点分 分离工序 成形工序1 分离工序 是指坯料在冲压力作用下 变形部分的应力达到强度极限 b以后 使坯料发生断裂而产生分离 分离工序主要有落料 冲孔 切断 修边等 二 工艺知识 冷冲压分类 二 工艺知识 冷冲压分类 2 成形工序 是指坯料在冲压力作用下 变形部分的应力达到屈服极限 s 但未达到强度极限 b 使坯料产生塑性变形 成为具有一定形状 尺寸与精度制件的加工工序 成形工序主要有拉延 翻边 整形 翻孔 弯曲等 二 工艺知识 冷冲压分类 二 工艺知识 拉延工艺 2 1拉延 利用模具使平面毛坯变成为开口的空心零件的冲压工艺方法 二 工艺知识 拉延工艺 根据成形设备的不同 拉延分双动拉延和单动拉延 二 工艺知识 各工序代号及名称 各工序代号及名称 与冲压相关的英文 二 工艺知识 冲压工艺编制 以某车型翼子板为例 规划生产线信息 输入 分析 平面孔数 位置 负角检查形状 深度 3 纵壁孔数 位置 4 修边条件检查 二 工艺知识 冲压工艺编制 侧冲孔 直冲孔 整形 45 确认孔与孔的加工方式是否有干涉 如干涉就要分序 翻边 侧冲孔 如果轮罩处有向内的翻边需要研讨5工序 模具结构是否能实现 二 工艺知识 冲压工艺编制 1 Blank 翼子板的最终工法 2 Draw S A 3 TrimCamTrim Sep 4 FlangeRestrikeCamForm 5 PICamPICamForm 二 工艺知识 DL图 DL图 DieLayout图又称工法图 DL图决定如下内容 2 模具的结构复杂程度及合理性 1 冲压件质量能否保证 3 模具系数即冲压件的工序数 4 冲压车间的物流规划 5 冲压生产线的负荷 6 材料利用率指标 二 工艺知识 DL图 DL图包括的内容 1 冲压工艺流程图 1 冲压件的工序数 3 每工序的上料方向及冲压方向 4 冲压件的工艺路线及毛坯尺寸 2 每工序的完成的内容 二 工艺知识 DL图 2 制件主左俯视图及断面细节分析 1 各工序间冲压方向的旋转角度 2 复杂部位的成形细节 3 侧冲侧修的斜楔角度 3 冲压废料流向图 清楚表示两次或多次修边废料的流向问题 二 工艺知识 DL图 4 C H孔 C P点坐标表及各工序工作内容表示线 二 工艺知识 冲压工艺编制 工艺编制的简单原则 1 在保证满足要求的前提下 能采用成形工艺不采用拉延工艺 能采用开口拉延的制件不用闭式拉延 采用浅拉延工艺能满足要求不采用深拉延工艺 从成本的角度考虑 2 冲压工艺编制要考虑车型的规划纲领 从材料利用率的角度考虑 3 冲压工艺编制要考虑生产线的要求 从生产的角度考虑 工艺编制的简单原则 加落料工序 二 工艺知识 冲压工艺编制 A 同一零件的不同部位宽度差别超过30 左右时考虑加落料模 否则成型困难 B 提高材料利用率 C 成型前的板料相对于成型后的零件有大面积未参与成型 二 工艺知识 模具尺寸的预估 拉延模 修边冲孔 翻边整形 二 工艺知识 模具尺寸的预估 备注 模具高度根据工艺路线的压机参数确定 修边冲孔类模具同时考虑废料的排出需要 二 工艺知识 模具重量的预估 模具重量 L W H 比重 K 备注 L W H单位要统一且为国际制单位 模具重量是模具发包估算价格的重要依据 模具知识 三 模具知识 概述 模具是冲压生产的基础 也是一种成本很高的工装 车型开发费用的五分之一会投在模具开发上 模具的制造水平直接影响到了产品的质量和企业的经济效益 概述 三 模具知识 模具类型介绍 模具类型介绍 目前 汽车覆盖件模具主要类型包括 落料模 拉延模 修边冲孔模 斜楔修边冲孔模 翻边 整形模等 三 模具知识 模具类型介绍 模具类型介绍 按冲压工序组合方式分 有单工序的简单模和多工序的复合模 级进模等 三 模具知识 模具结构 模具结构 一般模具的组成1 工作零件包括凸模和凹模等零件 2 定位零件主要包括挡料销 定位销 侧刃等零件 3 压料 卸料 顶料零件主要包括卸料板 顶料器 气动顶料装置等零件 4 导向零件包括导柱 导套 导板等零件 5 支持零件包括上 下模板和凸凹模固定板等零件 6 紧固零件包括内六角螺钉 卸料螺钉等零件 模具结构 三 模具知识 模具结构 一般模具的组成7 缓冲零件包括卸料弹簧 聚氨脂橡胶和氮气缸等 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 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 一般采用氮气弹簧 工作限制器 主要作用是限制凸凹模的吃入深度 三 模具知识 模具结构 三 模具知识 典型模具结构 典型模具结构 47 1 冲裁模冲裁是利用模具产生分离的一种冲压工序 从广义上讲 冲裁是分离工序的总称 它包括落料 冲孔 切断 切口 修边等多种分离工序 在冲压工艺中 冲裁的用途最为广泛 它既可以直接冲出所需形状的成品工件 又可以为其它成形工序如拉深 弯曲 成形等制备毛坯 三 模具知识 典型模具结构 典型模具结构 48 落料冲孔模典型结构分析 模具总装图 图示为一典型的落料冲孔复合模 采用导柱导套加导向板导向 挡料销定位 卸料板加弹性树脂加卸料螺钉的弹性卸料装置 三 模具知识 典型模具结构 典型模具结构 49 模具结构图解 三 模具知识 典型模具结构 50 2 拉深模 Draw 缩写DR 拉深是利用专用模具将平板毛坯制成空心件的一种冲压工艺方法 拉深又称拉延 压延 用拉深方法可以制成筒形 阶梯形 锥形 球形和其它不规则形状的薄壁零件 拉深件材料消耗小 零件强度和刚度高 工件精度也较高凸模 凹模工作表面的技术要求 凸 凹模加工后的表面 不允许有影响使用的砂眼 缩孔 裂纹和机械损伤等缺陷 凹模工作表面和型腔表面的粗糙度数值一般要求为Ra0 8 m 而凹模圆角处的表面粗糙度数值一般要求为Ra0 4 m 目的是降低径向拉应力 保证拉深顺利进行 三 模具知识 典型模具结构 51 下图是一典型二次拉深模结构图 三 模具知识 典型模具结构 52 3 弯曲及翻边模 弯曲是将金属材料弯成一定角度 曲率和形状工件的冲压工艺方法 弯曲所用材料有板料 棒料 管材和型材 弯曲件的形状一般有V形 U形和L形 为保证弯曲件的精度 弯曲模的结构应考虑以下几点 1 有合适的定位装置 保证毛坯能准确 可靠的定位 2 模具结构应能保证毛坯在弯曲时不产生滑动和偏移 3 制造 维修和使用简单 方便 三 模具知识 典型模具结构 53 从模具结构上看分为上翻边和下翻边 从翻边区域的变形情况看分为伸长翻边和压缩翻边 伸长翻边料不足 压缩翻边料多余 所以对伸长翻边一般在拉延造型上增加储料筋 以弥补伸长翻边料的不足 对于压缩翻边尽量减小翻边的高度 或局部增加工艺缺口等 三 模具知识 典型模具结构 54 4 复合模 复合模是在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道以上冲压工序的模具 前面冲裁模中介绍的切边冲孔模也属于复合模类型 复合模与单工序模相比 生产效率和冲压件精度高 但模具结构复杂 下图所示为成形 冲孔 切断复合模 该模具的凸凹模7和凹模6对落料平片进行成形 冲孔凸模5进行冲孔 切断凸模4切断成二个工件 顶出机构由打棒1 推板2和二块形状相同顶板3组合而成 三 模具知识 典型模具结构 55 三 模具知识 典型模具结构 典型模具结构 56 5 覆盖件模具 覆盖件模具的精度要求高 结构复杂 并对材质有较高的要求 一般采用铸件结构 铸件筋厚有特别要求 例 三 模具知识 典型模具结构 57 冲压类型 正装拉延 ToggleDraw 倒装拉延 InvertedDraw 三 模具知识 典型模具结构 58 覆盖件模具斜楔机构 沿着冲压方向不能完成的工序 靠斜楔改变运动方向的工序 分为侧修边 C TR 侧冲孔 C PI 侧翻边 C FL 侧整型 C RES 等 这类模具的特点是结构复杂 对加工 装配 调试等的要求高 侧翻边和侧整型模具还要考虑制件的取出问题 翻边或整型的下模一般做成双活机构 三 模具知识 典型模具结构 59 下图是典型覆盖件拉延模三维模具结构图 拉延模三维总装图 三 模具知识 典型模具结构 60 下模三维图 三 模具知识 典型模具结构 三 模具知识 模具表面处理技术 为提高模具的质量 使用寿命和降低生产成本 各种模具表面处理技术被广泛应用 通过改变模具表层的成分 组织 性能 从而大幅度地改善和提高模具的表面性能 如硬度 耐磨性 摩擦性能等其他性能 从而实现模具寿命的提高 表面处理技术的分类 模具表面处理技术 三 模具知识 模具表面处理技术 TD模具表面处理技术 TD表面覆层处理技术是热扩散法碳化物覆层处理 ThermalDiffusionCoatingProcess 的简称 1972年由日本 株 丰田中央研究所开发出来的1973年日本TOYOTA及美国的其它汽车公司开始将这项技术应用于汽车模具中其原理是 将工件置于硼砂 或其他 熔盐的混合物中 通过高温热扩散作用 在工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层 目前国内外应用最广的是碳化钒 VC 覆层 由于这些碳化物具有很高的硬度 HV 2800 3200 和更严密的组织 所以经过TD处理的汽车模具性能大幅提高 具有极高的耐磨性 抗咬合性 拉伤 耐蚀性 据资料统计 日本大批量生产的模具 85 以上是经过TD处理的 三 模具知识 模具表面处理技术 TD处理的工艺流程 外观及尺寸检查 外观有无缺陷 测量镶块尺寸便于吊装 打磨 抛光 打磨缺陷 有特殊时进行抛光 脱脂及装吊 去除工件表面油脂 将工件装到工件架上 零件预热 改变基体组织结构及减少工件的变形 TD覆层处理 处理温度850 1100 采用硼砂盐浴 淬火 提高基体的力学性能 获得必要的硬度 回火 消除工件的应力 清理 洗 去除工件表面的硼砂盐 抛光 去除工件表面的氧化物及粘附物 检验 三 模具知识 模具表面处理技术 TD处理的条件 模具TD处理获得良好处理品质的三个前期条件 1 模具材料条件 国产材料务必区分Cr12Mo1V1 Cr12MoV Cr12 三 模具知识 模具表面处理技术 2 模具前期热处理条件 精加工 热处理 合模 TD处理 装配 前期热处理要求 真空淬火处理 必须是高温淬火高温回火 如果对TD处理后尺寸要求很精密的模具 前期热处理必须由和胜公司处理 三 模具知识 模具表面处理技术 3 TD处理前模具机械加工要求 避免焊接 补焊 尤其不同种材质焊接 避免内尖角 直角 保证3 5以上的R角加工 避免孔壁过薄 避免前期热处理开裂 模具工作面抛光Ra0 8以下 4 TD处理后的品质标准 旧膜模具需要TD处理 则需要知道原旧膜表面处理种类 TD CVD PVD 镀铬 质量知识 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常见缺陷及产生原因 1 落料冲孔 修边 缺陷 毛刺过大 变形 表面划伤 尺寸不符 少孔等 1 毛刺过大 凸凹模间隙过大或过小 刃口磨损 导向精度差 凸凹模位置不同心等 2 变形 孔距太小 压料板与凹模型面配合不好 间隙过大等 3 表面划伤 操作时有拖 拉等现象 板料在剪切过程中划伤等 4 尺寸不符 上料不到位 定位装置损坏或松动 位置窜动等 5 少孔 冲头折断 冲头长度不够等 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常见缺陷及产生原因 2 拉延缺陷 拉裂 起皱 表面拉伤 波浪 鼓包 凹坑 麻点等 1 拉裂 凸凹模R角半径过小 压边力过大 材料成形性能差或材料尺寸偏大 凸凹模间隙小 润滑不当 定位不准 凸凹模R角或拉延筋不顺 拉毛等 2 起皱 凸凹模R角半径过大 压边力过小 材料尺寸偏小 凸凹模间隙太大 润滑过甚 定位不准 拉延筋布置不良 高度不够等 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常见缺陷及产生原因 2 拉延缺陷 拉裂 起皱 表面拉伤 波浪 鼓包 凹坑 麻点等 3 表面拉伤 模具工作表面有伤痕 材料表面有缺陷 润滑油中有杂质或废屑等 4 波浪 鼓包 凹坑 麻点 压边力小 润滑不当 模具型腔脏 材料表面脏 透气孔堵塞 模具型面不平 润滑油脏等 冲压常见缺陷及产生原因 3 翻边缺陷 翻边不垂直 翻边高度不一致 翻边拉毛等 1 翻边不垂直 凸凹模间隙过大 2 翻边高度不一致 凸凹模间隙不均匀 定位不准 落料件尺寸不准 3 翻边拉毛 刃口有伤痕 零件表面有杂质 刃口硬度太低 4 翻边开裂 修边时毛刺大 凸凹模间隙太小 翻边处形状有突变 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常见缺陷及产生原因 4 回弹 扭曲产生原因 1 回弹 弹性变形的回复结果 2 扭曲 不均匀塑性变形区释放残余应力的卸载过程各方向的回弹量不一造成扭曲后果造成冲压件尺寸精度与产品设计不符 四 质量知识 缺陷及产生原因 残余应力造成扭曲 冲压常见缺陷及产生原因 4 回弹 扭曲解决措施 1 调整产品设计 增加型面筋等 2 调整模具圆角半径 半径越小回弹越小 3 增加整形工序 对产品进行校形 4 工艺方法 变压边力 回弹补偿法 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常见缺陷及产生原因 5 产品刚性不足 软 产生原因 1 材料本身强度差 2 板料变形量不足解决措施 1 材质变更 采用强度相对较高的材料 2 调整压边或拉延筋等 调整拉延模面设计 拉延深度 工艺补充 使板料充分变形 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常见缺陷及产生原因 6 滑移线和冲击痕 外观件 产生原因产品或者模具设计不合理 导致板料在成形过程中在圆角处发生板料流动 产生滑移线解决措施 1 产品结构变更 增大圆角半径 增大面夹角 2 调整拉延模面设计 改善接触状态 3 工艺设计时调整冲压方向 进料阻力 改善滑移状态 四 质量知识 缺陷及产生原因 1 滑移线移动4 0mm 2 滑移线移动8 8mm 3 滑移线移动15 3mm 发展趋势 五 发展趋势 自动化线及设备方面 传统的冲压设备采用单机连线的生产方式 缺乏灵活性是这一生产方式的明显缺陷 另外 压力机的工作曲线不可变化 这些与车型批量大 品种变化快的发展趋势的矛盾将会日渐突显 五 发展趋势 自动化线及设备方面 大型多工位压力机集机械 电子 控制和检测技术为一体 可实现全自动 智能化 操作安全 生产率高 制件质量高 综合成本低 满足了汽车工业大批量生产的需要 五 发展趋势 自动化线及设备方面 采用伺服驱动技术的伺服压力机将液压力机的灵活性与机械压力机的高效率结合起来 同时 它在冲压过程中实现冲压运动和冲裁力的无级调节 使压力机的工作曲线与各种不同应用机匹配 五 发展趋势 自动化线及设备方面 图1最简单的输送系统示意图 图2曲张式横杆输送系统示意图 图3快速横杆式输送系统示意图 五 发展趋势 新材料的应用 碰撞安全法则的提高特别是欧洲小型车的吸能要求耐久性要求油价的提升小发动机日受关注轻量化趋势 五 发展趋势 新材料的应用 国外高强板料的制造技术日趋完善 板金成型技术亦有大幅度提高 驱动高度钢板广泛的应用 上图为日本对高强度钢板将来应用情况进行地预测 随着时间的推移更高级别的高强度钢板将得到更加广泛的应用 五 发展趋势 新材料的应用 汽车轻量化的要求推动了铝合金和镁合金等轻金属的应用 与普通钢板制造车身相比 用铝制造车身 不但重量减轻了一半 抗腐蚀性及回收性能也更优于钢 但是 铝镁合金的应用目前还面临着很多技术瓶颈未解决 因而还未能得到