汽车车身冲压工艺质量控制与分析毕业设计.docx

成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院毕业设计汽车车身冲压工艺质量控制与分析专业： 汽车制造与装配 班级： 512888 姓名： 晓风 学号： 111111 指导老师：蒋兴 二零一五年六月摘要本文通过对汽车车身冲压工艺质量控制与分析，对汽车整车制造厂冲压工艺流程，工艺特点有着详细的介绍。并且阐述汽车冲压件质量控制对汽车整车质量的作用和意义，分析影响汽车白车身冲压件质量的因素，以及控制的措施和应用方法，对覆盖件生产工艺过程的详细介绍，并且结合个人的社会实践经验，分析工具在白车身冲压质量控制的应用方法等。汽车在生活中是人们出行的主要交通工具，随着社会的发展和科技的进步，汽车制造业的发展方向已经被发达国家及部分新兴工业国家在未来发展的主要方向，也被作为其国民经济支柱产业。通过对汽车车身冲压工艺质量控制与分析，不仅提高冲压件的质量，同时还提高整车的品质。关键词：冲压，质量控制，覆盖件ABSTRACTThis article through to the car body stamping process quality control and analysis, Stamping process to vehicle manufacturers, Process characteristics with detail, And automotive stamping parts quality control function and meaning of the quality of vehicle, Analysis of the influencing factors on the quality of the car white body stamping parts, As well as the control measures and application of the method. The covering parts production process in detail, And combining with the personal experience of social practice. Analysis tools in white body stamping application of quality control, etc. Car in the life is the main transport people travel. With the development of the society and the progress of science and technology. The development direction of automobile manufacturing industry has been developed countries and some emerging industrial countries the main direction of development in the future. Also referred to as the national economy pillar industry.Through to the automobile body stamping process quality control and analysis, not only improve the quality of stamping parts.At the same time also improves the quality of the vehicleKeywords: stamping, quality control, covering parts42第一章 绪论1.1引言 我国汽车工业从无到有，从小到大，发展成为一个完整的工业体系。自2001年底加入WTO后，我国经历了汽车工业发展的黄金十年，2001至2010年我国汽车产销量年均复合增长率分别达到22.80%和22.55%，并与2009年成为世界第一汽车产销大国。2011年，受宏观调控、鼓励政策退出、北京等城市限购等多方面因素影响，我国汽车产销量同比增速分别回落至 0.84%和 2.45%。自2012 年起，我国汽车市场逐渐回暖，至 2013 年，我国汽车产销量均突破 2000万辆，连续第五年蝉联全球第一。虽然汽车的产量很高，但是车身制造技术一直是我国汽车工业中的最薄弱的环节，而车身制造技术同时又是整体制造技术中一个重要的环节，一个汽车总厂实际出的产品就是车身，车身质量的好坏，直接影响到整车的部品的装配精度，因此，重视车身制造技术的研究和分析，是作为一个车身工艺人员的必要工作和任务。1.2研究背景及意义 在汽车行业快速发展的今天,汽车生产商厂家越来越重视冲压件的质量。因为外观质量的好坏，不仅仅体现了产品制造水平，同时也是汽车品牌的体现，企业形象的体现，随着汽车的大力发展，大众消费者对质量安全的要求不断提高，因此冲压件工艺质量控制非常重要。汽车覆盖件主要是由薄板冲压而成，具有材料薄，形状复杂，结构尺寸大的特点。汽车覆盖的好坏直接决定了最终产品的外观质量，安全质量等。因此了解汽车车身冲压工艺质量控制的因素，从而采取办法来提高冲压件的质量，就成为获得理想汽车的关键。影响冲压件的因素特别多，除了工件自身的结构特点外，模具对冲压件也起着至关重要的作用。同时结合现场设备，原料及环境等因素进行分析，减少废品率的产生，进而使车身冲压工艺质量控制。1.3 汽车车身冲压工艺质量控制的发展现状及趋势目前，汽车工业已成为众多国家的支柱性产业，是当今世界衡量一个国家发展水平的标志之一。汽车工业发展的国际化决定了振兴我国汽车工业的必由之路为参与国际竞争，我国汽车参与国际竞争的最大问题之一，就是汽车质量问题。汽车冲压件是汽车结构和外观质量的基础，要提高整车质量就要从基础开始瞄准世界先进水平，掌握发展趋势，形成适合我国汽车工业发展的体系。汽车车身冲压工艺质量控制技术的发展是随着汽车技术的发展而不断更新完善的，车身板件冲压是汽车车身质量的关键和基础，合理的冲压工艺不但能提高生产效率，还能够提高冲压件的质量。生产效率的影响因数很多，除了管理上的因素外，还有很多是技术上的因素。随着各项工业逐步和电气化、自动化的结合。特别是汽车的自动化、大批量生产，汽车已经成了人们生活中的主要交通工具。其中，汽车覆盖件的质量，除了美观，更重要的是还关系着人们的生命安全，在汽车生产中，汽车车身覆盖件的制造作为汽车生产的第一步，更成为保证汽车质量的基础。随着社会的进步和科技的发展，越来越多的新技术和专业检测被应用于现代化生产冲压件质量控制中。1.4 本文研究的主要内容本文主要通过介绍汽车整车制造厂冲压工艺流程和工艺特点，影响汽车覆盖件冲压质量的因素和控制措施。以及质量分析工具在覆盖件冲压控制中的应用，汽车覆盖件冲压质量分析与控制案例，从而汽车车身冲压工艺质量提高。第二章 汽车整车制造厂冲压工艺流程和工艺特点2.1汽车覆盖件冲压工艺流程2-1冲压自动化生产基本流程图冲压生产是一种优质.高效的,低消耗.低成本的金属加工方法之一.在工业生产中广泛推广使用冲压.冲压是利用安装在压力机的冲模对料施加压力,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,冲压生产依靠磨具和冲压设备完成加工过程，因此它具有生产效率高、操作简便、便于实现机械化和自动化等特点，而且应用范围使用的特别广。既可以加工金属材料，又可以加工非金属材料；既能制造很小的仪表零件，又能制造很大的汽车构件；所以在汽车生产中起到很大的作用，且尺寸精度稳定、材料利用率高。如图2-1冲压自动化生产基本流程图。图2-2覆盖件自动化生产线示意图冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。根据图2-2自动化生产线示意图，1拆垛/上料，2拆垛机器人，3拆垛站，4上料机器人，5移动工作台，6横杆机器人，7端拾器自动更换装置，8成品零件传输装置。覆盖件冲压流程：生产计划、材料消耗定额进行上料。拆垛机器人通过把平板板料的拆垛，然后通过上料机器人把平板板料送进移动工作台，在利用安装在压力机的冲模对平板板料施加压力,使其产生分离或塑性.变形,从而获得所需要覆盖件，然后将合格的覆盖件出库送进焊装车间，如不合格的覆盖件进行返修或者直接报废。根据以上冲压流程以及结合冲压车间，车身冲压厂总概括具有三个特点：（1）利用压力机的带形基础，建成二层楼的冲压车间，带形基础的钢梁上为压力机生产线，属于冲压生产系统，在带形基础的地沟内设废料处理系统，车间楼下为钢板卷料储存仓库。（2）钢板卷料通过专用铁道从楼上进入冲压车间，冲压废料通过另一条专用铁道从楼下送出冲压车间。( 3 )零件先装入集装箱，用叉车送往高架仓库，然后再分送至各个装配生产线2.2汽车覆盖件冲压的工艺特点2.2.1汽车覆盖件的特点在汽车冲压件中，汽车覆盖件无论是从数量上，还是在制造工艺上，无疑都具有及其重要的地位。同一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点。覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。覆盖件的特点决定了对其冲压制造的特殊要求。（1）表面质量。汽车覆盖件不仅要满足汽车结构上的功能要求，还要满足车身表面装饰的美观要求。覆盖件表面不允许有波纹、起皱、凹痕、划伤、边缘拉痕和其它破坏表面美感的缺陷。（2）尺寸形状。覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整的准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。（3）刚性。覆盖件拉伸成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些刚性较差。刚性差的覆盖件受到振动后产生空洞声，用这样的零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏。（4）工艺性。覆盖件的结构形状和尺寸决定工件的工艺性。覆盖件一般采用一次成形法，其工艺性关键是拉深工艺性。为创造一个良好的条件，通常将翻边展开，窗口补满，再添上工艺补充部分，构成一个拉伸件。拉深工序以后的工艺性仅仅是确定工序次数和安排工序顺序的问题。（5）成本低。冲压是高效的生产方法，在大批量生产中采用全自动冲压生产线或多工为压力机将多道生产工序一次连续完成，还可以利用复合模具在一台压力机上完成多到冲压工序，实现有带料开卷、校平、落料(或剪切)到成形的全自动生产，工艺过程比较简单，生产效率高。在大批大量生产规模情况下，原材料消耗低，生产成本低。（6）精度高、表面质量优。冲压是无切削加工，采用精密模具生产出的冲压件精度可达微米级，且重复精度高、尺寸一致性好，可以冲压出孔。冲压制造出带有加强筋、肋、起伏或翻边的冲压件，具有很高的刚性，这是其他加工手段难以实现的。（7）使用材料广泛。常用的金属材料有低碳钢、高塑性合金钢、铝合金及镁合金等。钢板是使用量最大的材料，涵盖厚度从0.0516mm的冷轧钢板到热轧钢板，如车身用的含磷高强度冷轧钢板、镀锌钢板、烘烤硬化钢板、拼焊钢板，车架用的热轧钢板及车轮用的辊压成形钢板等。2.2.2 汽车覆盖件的冲压工序 汽车覆盖件是指覆盖发动机、底盘，构成驾驶室、车身的金属薄板制成的空间形状的表面或内部零件。按功能和部位可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架覆盖件三类。它们在工艺设计、模具加工、设备选择及质量控制(尺寸公差、形状精度、零件刚度、表面质量)等方面都具有与一般冲压零件不同的特点。生产中冲压工序可分为分离和成型两大类型.在冲压过程生产中,使冲压件与板料沿一定的轮廓线分离的工序为分离,如冲孔,落料,剪切,切口,切边,剖切等工序.使冲压毛坯在不破坏的情况下发生塑性变形,并转化成所要求的成品的工序为成型,如弯曲,卷曲,扭曲,拉伸,翻边,缩口,扩口,局部成型等工序。汽车覆盖件冲压成形的基本工序有:落料、预弯、拉延、修边、冲孔、翻边、整形等。典型结构的汽车覆盖件一般需要46道工序，并可根据需要将一些工序合并，如落料拉延、修边冲孔、翻边整形等，如图2-3车身外覆盖件冲压图，各种覆盖件就是通过各种冲压工序，最后形成车身外覆盖件，覆盖件的不同，冲压工序也各不相同，表2-1部分汽车覆盖件冲压工序。图2-3车身外覆盖件冲压图零件名称工序名称侧围外板拉延+切边冲孔+切边侧外边+整形翻边+侧整形侧冲孔侧翻边前车门外板拉延+切边冲孔+翻边整形+侧整形翼子板拉延+切边侧切边+修边翻边整形+侧翻边侧整形+侧翻边侧冲孔前罩板外板拉延+切边+整形翻边后外门板拉延+切边冲孔+翻边整形+侧整形顶盖拉延+切边冲孔+整形翻边修边+翻边整形行李箱外板拉延+切边冲孔+切边冲孔侧冲孔+翻边侧翻边+侧冲孔侧翻边后侧围内板拉延+切边冲孔+切边冲孔侧冲孔+冲孔侧冲孔侧修边+翻边整形前车门内板拉延+切边冲孔+切边冲孔侧冲孔+翻边整形前罩板内板拉延+切边冲孔+整形冲孔侧冲孔后门内板拉延+切边冲孔+切边冲孔侧冲孔+翻边整形行李箱内板拉延+切边冲孔+修边冲孔侧冲孔+整形翻孔表2-1部分汽车覆盖件冲压工序2.3汽车冲压生产线 车身覆盖件冲压生产的机械化和自动化程度是衡量汽车车身制造技术水平的重要标志之一。汽车车身制造技术水平的重要标志之一。汽车车身冲压生产除了采用新工艺、新技术和先进冲压设备外，提高冲压生产过程的机械化和自动化程度，才能有效地提高冲压设备的生产率，保证产品质量、降低成本，减轻劳动强度，改善劳动条件，做到安全文明生产是非常重要的。图2-4汽车冲压车间汽车车身钣金件冲压线是汽车生产过程中的重要设备，其生产质量和效率直接影响到汽车的质量和生产效率。冲压生产自动化是提高劳动生产率和改善劳动条件的有效措施和主要方法。随着我国汽车、电器产品质量不断提高和生产规模的不断壮大，我国金属冲压行业实现生产自动化势在必行。图2-4汽车冲压车间图简单的介绍了冲压车间。在冲压工艺的生产方式有手工生产方式（见图2-5和图2-6）与自动化方式。图2-5手工生产线示意图图2-6传统手工生产线 手工生产方式特点：（1）每台压机操作人员需2-4人，节拍为4spm左右。（2）建设初期投入相对较小。（3）效率比较低。（4）产品质量稳定性不好。（5）安全性底。综合以上所述，手工生产线有很多不足，所以汽车冲压车间大多数都采用自动化生产方式，自动化生产方式被广泛使用。自动化生产方式特点：（1）较高的生产效率。（2）稳定的产品质量。(3)规模生产条件下更低的单件生产成本。对于车身覆盖件生产而言，这些优点更为突出。因而，现在的生产汽车的冲压车间，一般在生产线规划初期就会直接考虑自动化。从产品质量的稳定性、人员劳动强度、安全生产、生产效率各方面进行比较，自动化生产方式有较大优势，也是冲压生产方式的发展趋势。冲压自动化生产线又分为机械手自动化生产线(见图2-7)、机器人自动化生产线（见图2-8）、单臂机械手自动化生产线（见图2-9）、双臂机械手自动化生产线和多工位压力机生产线等方式。图2-7机械手自动化生产线示意图机械手自动化生产线是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型的提高操作安全性的装置。它既可以确保产品质量的稳定性、一致性与均匀性，节约材料和能源，提高产品的竞争力，还可以用于高温、噪音、粉尘、有毒、辐射、危险等环境下的工作，从而减轻工人劳动强度，提高劳动生产力。机械手广泛应用于机械行业的组装和加工工件的搬运、装卸，在各种机床上的使用更是普遍。机械手自动化线适于大间距的压力机生产线，同时适于已有生产线的自动化改造。图2-8机器人自动化生产线示意图机器人自动化冲压生产线一般的整线运行循环方式为垛料拆垛（机器人拆垛）板料传输板料涂油板料对中上料机器人送料 （首台压机冲压）下料机器人取料、送料（压机冲压）(根据工序数量循环)下料机器人取料、送料（末端压机冲压）线尾机器人取料、放料皮带机输送人工码垛。机器人线低，机械手线高。因为生产节拍是一个综合指标，它不仅仅取决于某一设备，而是取决于自动化设备、压力机、模具三者的协调匹配关系，如达到10件/min以上，对压力机和模具的要求就相应提高，意味着投资增加。综合考虑，使用机器人自动化线更加经济、适用。机器人自动化生产线，通过更换端拾器，适合多车型的生产，柔性更高。机器人冲压加工自动化的应用，即改善了劳动条件，减轻了工人劳动强度，又可确保生产安全，提高劳动生产率和产品质量，还能降低能源及原材料消耗，节省辅助加工时间，降低产品成本。随着生产线的制作、调试周期逐步缩短，回报周期短；机器人自动化生产线，越来越为汽车主机厂接受，成为冲压自动化生产线的主流。图2-9单臂机械手自动化生产线示意图单臂机械手自动化冲压线投入稍高，不存在人身安全隐患，生产线可以完全同步，效率较高。单臂机械手最高运行速度可高达12次/min，重复定位精度达0.2mm。由于是直接传送，每个自动化单元只需要一套端拾器，而传统的自动化单元却需要三套端拾器。在端拾器方面可大大减少运行成本。单臂机械手在汽车冲压自动化应用中以其高速、准确的传输和较高的性价比优势受到许多汽车生产公司青睐。2.4汽车冲压装备2.4.1 汽车冲压压力机 我们日常所称的冲压机是个俗称，也就是我们常说的冲床。学名应该叫压力机。主要用作钣金零件的加工。 冲压是指在常温下利用安装在压力机上的模具对材料(主要是板料，也可以用块料和条料)施加作用力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。经冲压加工制得的零件称为冲压制件。制造冲压制件的机器称为冲压机图2-10双动压力机冲压压力机是冲压工艺及模具设计的一项重要内容，它直接关系到设备的安全和合理利用，也关系到冲压生产是否顺利进行和产品质量、磨具使用寿命、生产效率、产品成本等一系列问题，冲压压力机的选用包括选择设备类型和确定设备规格两项内容。汽车工业用的冲压压力机具有吨位大、台面尺寸大、性能要求高、生产效率高等特点。压力机吨位从16040000KN不等，覆盖件拉伸多采用双动压力机（见图2-10），双动压力机装置即液压设备，是液压系统的载体。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。液压设备就是各部分的合体。液压设备其传动力量大，易于传递及配置，在汽车冲压车间广泛使用。2.4.3 汽车冲压模具 汽车模具是指应用于汽车领域的模具，被誉为汽车工业之母，汽车生产中90%以上的零部件需要依靠模具成形。汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，是车身制造技术的重要组成部分，也是形成汽车自主开发能力的一个关键环节。汽车模具产品包括汽车覆盖件模具、轮胎模具、内外饰塑件模具、车灯模具、汽车保险杆模具、汽车仪表板模具等。 人们一说汽车，首先呈现在眼前的是汽车的车身。也就是说车身是汽车的标识性总成。车身代表了那款汽车的形象特征。汽车模具从狭义上讲就是冲制汽车车身上所有冲压件的模具的总称。也就是汽车车身冲压模具。例如，顶盖翻边模、横梁加强板压形模等。汽车车身上的冲压件大体上分为覆盖件、梁架件和一般冲压件。能够明显表示汽车形象特征的冲压件是汽车覆盖件。因此，更加特指的汽车模具可以说成是汽车覆盖件冲压模具。简称汽车覆盖件冲模。例如，前车门外板修边模、前车门内板冲孔模等。冲压模具的形式很多，冲模也依工作性质,模具构造,模具材料三方面来分类。一般可按以下几个主要特征分类1.根据工艺性质分类 a.冲裁模（见图2-11）:沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。b.弯曲模（见图2-12）:使板料毛坯或其他坯料沿着直线(弯曲线)产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。c.拉深模（见图2-13）:是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。d.成形模（见图2-14）:是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。图2-11冲裁模示意图图2-12弯曲模示意图图2-13拉伸模示意图图2-14成型模示意图2.根据工序组合程度分类a.单工序模（见图2-15）:在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。b.复合模(见图2-16):只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。c .级进模(也称连续模)（见图2-17）:在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。图2-15单工序模示意图图2-16复合膜示意图图2-17连续模示意图3、依产品的加工方法分类。依产品加工方法的不同，可将模具分成冲剪模具、弯曲模具、抽制模具、成形模具和压缩模具等五大类。a. 冲剪模具（见图2-18）:是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具。b.弯曲模具（见图2-19）:是将平整的毛胚弯成一个角度的形状，视零件的形状、精度及生产量的多寡，乃有多种不同形式的模具，如普通弯曲冲模、凸轮弯曲冲模、卷边冲模、圆弧弯曲冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等。c.抽制模具（见图2-20）:抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。d.成形模具（见图2-21）:指用各种局部变形的方法来改变毛胚的形状，其形式有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模。e.压缩模具(见图2-22):是利用强大的压力，使金属毛胚流动变形，成为所需的形状，其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模。图2-18 冲剪模具图2-19弯曲模具图2-20抽制模具图2-21成型模具图2-22压缩模具当然汽车上的不只车身上有冲压件。汽车上所有冲压件的模具都称为汽车冲压模具。归纳起来就是:（1）汽车模具是制造汽车上所有零件的模具总称。（2）汽车冲压模具是冲制汽车上所有冲压件的模具。（3）汽车车身冲压模具是冲制汽车车身上所有冲压件的模具。（4）汽车覆盖件冲压模具是冲制汽车车身上所有覆盖件的模具。据了解，我国目前为汽车服务的模具约已占到了全部模具产量的三分之一左右。在这占模具总量三分之一的汽车模具中，冲压模具要占到一半左右，由此可见汽车冲压模具在模具行业和汽车工业中的重要地位。汽车模具也是黄岩模具，随着模具行业的不断发展，汽车模具在国内的模具行业已经有着举足轻重的位置。2.5 汽车冲压质量检测工具 汽车冲压质量检测工具正确操作六字诀：垂直、紧贴、取小。常见的检测工具有游标卡尺、塞尺、间隙尺、钢板尺、十分表等。图2-23游标卡尺游标卡尺（见图2-23）检查对象：孔径、方孔几何尺寸、孔位深度等。图2-24塞尺 塞尺(见图2-24)检查对象：S面、夹紧钳、样板的松动行程值等。图2-25间隙尺间隙尺（图2-25）检查对象:GAP、S面、FLUSH-平度-与钢板尺组合使用。图2-26钢板尺钢板尺（见图2-26）检查对象：FLUSH-料边、FLUSH-平度-与间隙尺组合使用、S面-当反弹量很大-5.0mm。图2-27十分表十分表（见图2-27）检查对象：FLUSH-平度、适合门盖外板、门盖总成、BIW外观检测等。尺寸检测：（1）检具测量是利用检具、钢板尺、间隙尺等测量工具，对冲压件的孔位置、大小、型面尺寸、料边等部位进行测量。同时结合产品数模。对冲压件的尺寸进行确认。（2）三坐标、扫描测量利用专业测量设备对冲压件孔位置、型面尺寸等进行确认。人工检测：利用肉眼观察、油石打磨观察。这种人工检测方法的检验范围如表2-2所示。检查对象检测范围不良缺陷图片卷材撞伤、锈斑图2-28、图2-29落料线上的坯板划伤、麻点、压印、压痕、锈斑等图2-30/2-31/2-32/2-33/2-34冲压线上的坯板外周撞伤、锈斑图2-35、图2-36冲压产品起皱、破裂、凹坑、划伤等图3-1、图3-2、图3-3、图3-4表2-2人工检查的检查范围 图2-28卷材撞伤 图2-29卷材锈斑 图2-30划伤 图2-31麻点 图2-32压印 图2-33压痕 图2-34锈斑 图2-35坯板撞伤 图2-36坯板诱斑第三章 影响汽车覆盖件冲压质量的因素以及控制措施3.1汽车覆盖件冲压常见的质量问题及控制 由于汽车覆盖件是组成汽车车身的钣金冲压件。要经过多道工序才能完成，而且在每一道工序中，都会因冲压工艺、模具结构及其有关参数、冲压材料、冲压条件等方面而产生质量问题。它具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大及表面质量要求高等特点。因此，相对于简单形状冲压零件来说，汽车覆盖件在冲压生产过程中出现的质量问题则更多、更复杂，有时有多种质量问题同时存在，影响质量问题的因素也错综复杂，制定解决问题的措施也要考虑很多方面的因素，所以冲压件质量问题控制对汽车整车质量很重要。 覆盖件冲压常见的质量问题 （1）拉延起皱：法兰边压缩失控、侧壁折叠及毛坯材料变化不均而导致起皱。 （2）拉延破裂：壁部强度引起的破裂、胀裂、变形力不均引起的的圆角缩颈开裂。 （3）尺寸精度：外形尺寸与设计尺寸不同。 （4）形状不良：局部凹坑、翘曲变形、扭曲。 （5）表面缺陷：如划伤、擦伤、波浪、冲击线等。在这些缺陷中，起皱、破裂对覆盖件的质量影响最大、导致的废品占废品总数的80%左右。因此研究拉延过程中起皱、破裂等原因及预防措施是尤为重要的。3.1.1起皱原因及其控制 起皱是由于毛坯在冲压成型过程中受到过大的压应力或不均匀的拉力的作用而产生的，而在汽车覆盖件冲压成型过程中，影响毛坯的受力状态的因素有很多，这些因数也必然影响毛坯的失稳起皱。图3-1为汽车覆盖件起皱图图3-1汽车覆盖件起皱图（1）轮廓形状。覆盖件的轮廓形状对压料面部位的起皱和侧壁部位的起皱都有很大影响，一般来说，圆形轮廓时，比较容易控制压料面和侧壁受力分布的均匀性；轮廓各部位的曲率半径差别越小，越容易使毛坯受力趋于均匀。当轮廓各部位的曲率变化急剧时，毛坯受力很不均匀，容易产生起皱。（2）压料面形状与宽度。在平面压料面上，毛坯的受力分布比较容易控制。但在曲面率较大的压料面上、高度变化较大的压料面上，毛坯的受力不太容易控制，毛坯变形时不但有向凹模模内的流动，还伴有切向的流动，在较低的部位容易形成起皱和材料堆积等现象。拉延成型部分的压料面越宽，压料面外边缘的压应力越大，越容易起皱。（3）侧壁形状和深度。具有直壁的冲压件因受到凸凹模间隙的限制而又较好的的抗皱性能，悬空侧壁抗起皱能力差，受到不均匀分布的拉力时容易起皱。覆盖件的深度越深，所需要的毛坯尺寸越大，压料面容易起皱；同时，悬空侧壁越容易受到较大的不均匀拉力而起皱。覆盖件的深度变化越大，侧壁受到的不均匀拉力也相应增大，容易产生剪应力起皱。（4）底部形状。冲压件底部的局部形状成型容易引起底部毛坯受不均匀拉力的作用，产生不均匀拉应力下的起皱或剪应力起皱。局部性状的变形越大、越集中，越容易引起相邻区域的毛坯起皱。材料性能中，以屈服极限，硬化指数、厚向异性数对压缩失稳起皱的影响最大。屈服极限低的板材在成型过程中易产生塑性变形，使毛坯在同样条件下塑性变形的趋势比压缩失稳起皱的趋势更强，不易起皱；硬化指数大的板材在成型时的变形均匀性好，毛坯受拉应力作用时，厚度变薄小，是毛坯的抗起皱能力强；厚向异性系数大的板材在厚度方向变形小，拉应力作用下厚度不易变薄，毛坯的抗起皱能力强。屈服极限大时，极限成型适度降低，即皱纹容易发生；硬化指数n值越大，极限成型深度增加；厚向异性系数r值越大，极限深度增加。模具参数对起皱的影响主要有以下几方面：（1）模具结构。模具结构对毛坯冲压过程中的贴膜有较大影响。毛坯贴膜早，抗起皱能力增强。（2）拉延筋。拉延筋有调整毛坯受力状态的重要作用，设置合理的拉延筋分布和拉延筋参数可以减小毛坯受力的不均匀程度，还可以减小受不均匀的区域，增加局部区域抗起皱能力。（3）模具圆角半径。凸模、凹模圆角半径的大小，对毛坯的受力状态有较大影响，针对不同部位的受力情况，采用合理的模具圆角分布，可以降低起皱的可能性。冲压条件对起皱的影响有以下几点：（1）冲压方向。合理的冲压方向可以降低毛坯各部位受力不均匀拉力程度，减小不均匀的流动的变化梯度，避免冲压件的某些断面上或局部区域塑性变形太小甚至有余料，降低起皱的可能性。（2）压边力。较大的压边力可以提高压料面部位毛坯起皱的临界力，使起皱困难；同时可以使凹模内部的毛坯受到较大的拉力，应力不均匀分布的比列降低，不易产生起皱。消除起皱的措施复杂零件的起皱一般都是几种应力综合作用的结果。但其中必有一种是起主要作用的，只要抓住这一起主要作用的力，就可以比较容易地通过改变冲压工艺参数、模具参数、冲压条件等找到解决起皱问题的办法。对以压应力为主要原因而引起的起皱，应采取能减小压应力、施加面外压力等措施防止压应力起皱。对以不均匀拉应力为主要原因而引起的起皱，则应采取能改变拉应力分布使拉应力分布比较均匀、减小拉应力变化梯度、增加面外压力等措施，防止不均匀拉应力起皱。对以剪应力为主要原因而引起的起皱，则应采取能减小剪应力、减小受减应力作用区、减小拉应力变化梯度、增加面外压应力等措施防止剪应力起皱。为使毛坯内的应力得到合理分布，防止起皱的发生，要预先弄清楚皱纹发生的部位、成长过程以及在成型过程中的消皱过程等。如果没有充足的资料积累，需要利用CAE进行分析。在此基础上，从零件形状、工艺设计、模具设计、模具制造、改善冲压条件及选择材料方面采取措施。1.设计合理的拉延件形状对一些工艺性不好、容易起皱的覆盖件，在设计拉延件时，应通过工艺补充改善其工艺性（1）适当减小拉延件的拉延深度；（2）避免制件形状的急剧变化；（3）使制件轮廓转角半径R、纵断面圆角半径r、局部的转角半径R合理化；（4）减少平坦的部位；（5）增设吸收皱纹的形状；（6）台阶部分的变化要缓慢过渡等。2.工艺设计及模具设计与制造方面的措施（1）在工艺设计时，要增加合适的工艺涂料；确定合理的压料面形状和拉延方向；选定最佳的毛坯形状与尺寸；合理安排工序；适当增加工序数目；有效地利用阶梯拉延成型。（2）在进行模具设计时，要使凹模横断面形状、凹模圆角半径、凸模纵断面形状合理化；对起皱部位进行预压；增强顶板被压；在行程终点成分加压；减边圈与凹模的间隙；合理的选取拉延筋位置与分析。（3）在模具制造时，要提高模具的刚性及耐磨性；对模具进行研配精加工；模具调试时要注意研磨压料面时的研磨方向等。3.冲压条件方面的措施（1）适当加大压边力；（2）控制压边力的合理分析，不均匀程度尽量小；（3）控制润滑和润滑部位；（4）提高压力机滑块与模具的平行度精度；（5）选择合适的冲压速度。4.冲压材料方面的措施板材的性能对失稳起皱有很大影响，但对不同起皱的影响规律还要进行更深入的研究。一般情况下，选用屈服度小、延伸率大、硬化指数n和厚向异性系数r值大的冲压材料有利于提高毛坯的抗起皱能力。3.1.2 破裂原因及其控制汽车覆盖件冲压成型中，在不同的部位、不同的应力状态下所产生的破裂其性质不同，解决破裂的措施也不同。因此，必须根据某一破裂问题产生的原因，采取相应的措施，才能更好的控制破裂的发生。按汽车覆盖件冲压中产生的性质可分为强度破裂和塑性破裂两大类。强度破裂是指冲压成型过程中，毛坯的传力区的强度不能满足变形区所需要的变形力要求时在传力区产生的破裂，主要与材料的强度极限有关。如拉延成型时在凸模圆角处产生的破裂就属于强度破裂。塑性破裂是指冲压成型过程中，毛坯的变形能力小于成型所需要的变形程度时变形区所产生的破裂。如轴对称曲面零件胀形成型时在零件底部产生的破裂就属于塑性破裂。表3-1汽车覆盖件破裂分类如表3-1(1)所列，胀形成型时凸模底部的毛坯属于变形区，受双向拉应力的作用，当材料的变形能力不够、变形过度集中时产生破裂。其破裂属于塑性破裂。如表3-1(2)所列,凸模端部的毛坯产生拉延胀形复合成型，由于冲压件的形状比较复杂，压料面作用力的控制非常关键。当成型过程中材料流入量不足、胀形变形比例大时，该部位的伸长变形量太大，产生塑性破裂。同时，该部位又是压料面毛坯成型的传力区，当该部位能流入适量的材料，但压料面上毛坯变形流动阻力很大时，将会产生强度破裂。如表3-1(3)所列的拉延成型时凸模端部破裂的原因是毛坯压料面材料的流动阻力超出了凸模端部毛坯的承载能力而导致破裂。这种破裂多发生在凸模圆角与直壁相接处。该处材料在成型过程中经历了弯曲和反弯曲变形，材料的局部变薄很严重，使毛坯的承载能力大大下降，产生强度破裂。如表3-1(4)所列，盒形件成型中多发生与靠近凹模圆角的直壁转角处。该处材料通过凹模圆角R时，经历了径向和切向两个方向的弯曲、反弯曲变形，使板厚严重变薄，承载能力下降；同时压料面毛坯因切向压缩变形和面内弯曲而变厚，甚至起皱，使材料流动阻力增大。这两种因素都会导致破裂，它属于强度破裂。如表3-1(5)所列，伸长类翻边时的侧壁破裂，伸长类翻边时，毛坯变形区受双向拉应力作用，材料经过凸模圆角时要发生弯曲、反弯曲变形。都会使侧壁传力区的拉应力增大，在侧壁产生强度破裂。如表3-1(6)所列，双向拉应力作用下的侧壁破裂，压料面上的流动阻力过大或者不均匀，会使侧壁所受拉力增大或不均匀，超过其承载能力时产生强度破裂。如表3-1(7)所列.弯曲破裂，若R很小，材料通过R时产生很大的弯曲变形，厚度变薄，超出弯曲变形能力而破裂。同时，R很小，材料通过的流动阻力也很大，使该部在变薄之后不能承受变形力而破裂。如表3-1(8)所列，拉弯破裂，在很大的弯曲变形之后又受到很大的拉应力而破裂。压料面部分破裂多发生在伸长类翻边的成型工序中，包括外缘破裂和内缘破裂。都属于塑性破裂。如表3-1(9)所列，伸长类翻边时，外缘材料在单向拉应力作用下，塑性变形能力不足，应变集中而破裂。如表3-1(10)所列，压料面内缘受双向拉应力作用，塑性变形能力不足时产生集中性失稳，直至破裂。如表3-1(11)所列，其它破裂主要有因起皱引起的破裂。如表3-1(12)所列因拉延筋作用引起的破裂。破裂问题的控制解决破裂问题，要根据板材冲压变形的基本理论对冲压件的形状尺寸特点进行详细的变形分析，判断破裂的性质和产生原因，采取针对性措施。图3-2汽车覆盖件破裂图图3-2汽车覆盖件破裂图1.强度破裂的控制技术由于强度破裂是因为传力区的传力能力小于变形区毛坯产生塑性变形和流动所需要的力而产生的，因而，解决强度破裂的关键是解决传力区的承载能力和变形区的变形力这一对矛盾。其根据原则就是要使传力区成为强区，变形区成为弱区。传力区和变形区的强弱是相对而言的，是可以互相转化的。因此，可以通过提高传力区的强度或降低变形区的变形力的措施来解决强度破裂问题。两种措施同时使用，效果更佳。提高传力区强度的主要措施如下：（1）采用强度极限高的材料；（2）加大传力区凸模圆角；（3）凸模侧壁留下一定的粗糙度并不加润滑。降低变形区变形力的主要措施如下：（1）拉延时减小压边力，增加润滑；（2）选择合理的毛坯形状，尽量减小毛坯尺寸；（3）选择后向异性系数r较大的材料；（4）拉延筋合理分布，降低拉延筋高度；研平压料面；增加凹模圆角等。如内孔翻边时增大凸模圆角和润滑；胀形时增大凸模圆角、降低凸模粗糙度和增加润滑等。2塑性破裂的控制技术由于塑性破裂是因为材料的塑性变形能力小于冲压件成型所需要的塑性变形而产生的，因而，解决塑性破裂的关键是解决材料的塑性变形能力小于冲压成型所需要变形区的变形量这一对矛盾。对此，可以通过提高材料的塑性变形能力或减小变形区所需要的变形量来解决塑性破裂问题。两种措施同时应用，效果更佳。提高材料塑性变形能力的主要措施如下：（1）选用延伸率值较大、硬化指数n值和厚向异性系数r值较大的材料；（2）增大变形区域的变形均匀程度，减小集中变形，变形区加热等；（3）改善毛坯的表面及边缘质量；（4）改善覆盖件上某些尖角的局部形状。减小变形区变形量的主要措施如下：（1）修改模具参数，增大凸模圆角和局部成型的凹模圆角；（2）降低成型高度，增加成型工序，如胀形时减小胀形深度；(3)通过修正拉延筋的分布，拉延筋参数等改善变形路径；（4）选择合理的毛坯形状及尺寸；（5）增加辅助工艺措施；(6)将急剧过度的局部形状修改为缓慢过度形状等；3.1.3尺寸精度产生原因及控制汽车覆盖件有很高的尺寸精度要求，一是汽车车身由几百个冲压件组成，冲压件之间用机械连接或焊接连接，覆盖件的高尺寸精度和互换性是车身大批量、全自动化生产的必要前提；二是汽车车身的各覆盖件之间保证间隙的均匀性（如前后车门之间、前车门与前侧围之间的间隙宽度有严格要求）、棱线的一致性，以保证整车的外观一致性与美感。尺寸精度不良的影响因素冲压件的尺寸精度一般是靠模具来保证的。出现尺寸精度不良主要有以下几种情况：（1）板厚方向应力差。由于毛坯在成型中经弯曲后，板厚方向有应力差，带来回弹、侧壁翘曲、扭曲等形状尺寸精良不良。（2）塑性变形太小。当毛坯在冲压成型过程中的塑性变形太小，甚至很多区域的变形处于弹性变形状态时，虽然在成型过程结束时，毛坯已完全与模具形状贴合，但脱模后就会产生弹性回复变形。即拉延件的形状固化差，从而导致冲压件的尺寸精度因回弹达不到设计要求。（3）纵断面的剪应力和残余应力。若拉延成型时毛坯产生了严重不均匀分布的变形，成型后会有残余应力存在，冲压件脱模后受残余应力的作用或修边后残余应力得到释放，也会使冲压件形状变形，尺寸精度出现误差。影响尺寸精度不良的主要因数如下：（1）变形性质的变形量的影响。毛坯的变形性质对尺寸精度有很大影响。毛坯在冲压过程中的塑性变形量越大 ，弹性回复越小，精度尺寸越高。特别是在平坦部位，塑性变形比较小时，因回弹会使冲压件的尺寸精度得不到保证。（2）弯曲半径的影响。在以弯曲变形为主要变形方式的棱线、圆角等部位，弯曲半径越小，塑性变形量越大，回弹越小，容易提高尺寸精度。（3）变形分布的影响。在形状复杂的部位，变形分布也不均匀，特别是在冲压件形状变化较大的部位，毛坯的流动速度会有较大的差别，在毛坯内诱发产生剪应力，当冲压成型结束卸载后，在毛坯内有残余内应力存在。这种残余内应力会使成型件产生偏离原来的翘面变形和扭曲变形，并使成型件的尺寸发生变化。（4）毛坯及其性能的影响（5）模具状态的影响。模具的间隙、圆角半径、凹模内的反压装置、拉延筋、模具表面精度等都影响到覆盖件的尺寸精度 。凸凹模间隙C小，模具圆角半径R小，都可以使毛坯产生较大的塑性变形，减小弹性回复，提高尺寸精度。凹模内的反拉延装置，可以使凸模底部的毛坯受到较大的压力，使凸模圆角处的毛坯产生更大的塑性变形，这对底部较平坦的覆盖件来说更重要。拉延筋所产生的附加拉力越大，弹复量就越小。（6）覆盖件结构的影响。覆盖件的轮廓技术、压料面形状、侧壁形状及底部形状都对其尺寸精度有较大的影响。总的来说，凡是能有利毛坯产生较大的塑性变形、有利于变形均匀分布的形状，对保证尺寸精度有利。（7）冲压条件的影响。压边力的大小对尺寸精度也有较大的影响，特别是在压料面面积小的拉延、翻边高度较低时，较大的压边力有利于提高冲压件的尺寸精度。尺寸精度不良的对策技术在很多情况下，汽车覆盖件的尺寸精度不良和形状精度不良是相互依存的，形状精度不良会导致尺寸精度不良。因此，在解决尺寸精度不良问题时，要考虑到形状精度不良的影响，采取各方面的措施提出解决。解决尺寸精度不良问题的技术对此如下：（1）采用屈服极限s低、弹性模数E和塑性模数E值大、硬化指数n值大的材料；（2）通过修正拉延筋、凹模圆角等措施增加压料面作用力，使凹模内部的毛坯受到较大的附加拉力，产生较大的塑性变形，改善变形不均匀分布情况；（3）通过加大压边力，减轻润滑效果等增加对凹模内毛坯的附加拉力（4）采用厚度较大的毛坯。3.1.4凹坑产生原因及其控制 汽车覆盖件在冲压生产中出现表面凹坑的主要原因有：（1）拉延时滑块的成形力不够（液压机床）或压力机的闭合高度不够（机械压力机），比如后侧围板，拉延时右后三角形窗框及加油口部位的成形，周边材料由于变形时的流入有起皱的趋势，如果拉延时滑块的成形力不够或压力机的闭合高度调整不够会造成上下模具最后没有墩死，导致三角形窗框及加油口部位的周边出现凹坑，如图3-3覆盖件凹坑。图3-3覆盖件凹坑 （2）拉延时气垫压力不够，拉延时如果气垫的压力力小，成形时材料流动速度快，毛坯四周的材料容易流入凹模，最后在零件表面产生凹坑。 （3）拉延时气垫行程不够，拉延时如果气垫的行程小，会造成材料开始流入凹模时压边圈还没有起作用，部分材料塑性变形不充分，造成零件表面出现凹坑。 （4）翻边时模具中压料零件的压力不够，覆盖件的翻边模中压料零件的弹性元件一般为氮气弹簧，模具使用一段时间后需要向氮气弹簧充氮气，否则氮气弹簧的压力减小造成翻边时压不住料，会造成零件出现凹坑。 （5）落料毛坯的尺寸出现异常，如某开卷落料厂进行suv车型的发动机盖外板的开卷落料生产时，操作工误装成了发动机盖内板的开卷落料模具，结果造成发动机盖外板落料毛坯尺寸局部变小，拉延时落料尺寸变小的部位因材料容易流