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冲压基础知识入门 1 第一章冲压车间工艺及冲压设备简介第二章模具生产第三章冲压模具简介第四章冲压工艺简介第五章钣金件设计常见问题第六章冲压件缺陷第七章拓展知识 目录 2 第一章冲压车间工艺及冲压设备简介 一 什么是冲压这里的冲压指的是冷冲压 是汽车生产中四大工艺之首 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 二 冲压车间都做些什么冲压车间承担原材料卷料 板料的存放 卷料的开卷剪切 板料的剪切 大 中 小型冲压件的冲压生产 冲压件的存放 废料处理以及设备 模具的日常维修和保养等任务 三 冲压车间工艺流程原材料入库 开卷线 大件清洗涂油 小件开卷剪切 A B C D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 入库原材料入库 原材料分卷料和定尺料两种 卷料是成卷运输的 需要在开卷线开卷并剪切 定尺料是按规定的尺寸剪切好的 无需开卷 开卷线 对卷料进行开卷 剪切 清洗 涂油 清洗涂油 清洗是为了洗去板料表面的灰尘 避免冲压时形成凸凹点 涂油是为了润滑 安装模具调试首件合格 在正式生产前 先进行首件试压 合格了才开始连续生产 3 四 冲压车间主要有哪些设备 4 冲压机种类 5 剪板机 6 第二章模具生产 7 CAE分析 工艺数模设计 成型过程计算模拟 成型结果分析改进 8 第三章冲压模具简介 一 模具外观 9 二 模具名称模具根据工序和用途 分为拉深模 修边冲孔模 翻边冲孔模 整形模等 一般模具主要处理什么工序 我们就叫它什么模 拉深模 修边冲孔模 10 三 模具结构按功能分类 主要有 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 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 11 A 拉深模结构 分为三部分 上模 凹模 压边圈 下模 凸模 上模 凹模 导板 12 压边圈 导板 挡料销 13 下模 凸模 导板 气垫过孔 墩死块 调整模块之间间隙 14 B 修边冲孔模结构下模 导柱 缓冲块 废料滑槽 修边刃口 导板 废料刀 凸模 下模板 挡料销 15 修边冲孔模结构上模 凹模 压料板 修边刃口 上模板 导套 导板 16 修边冲孔模结构上模板 冲头 压料弹簧 17 C 斜契机构模具中将垂直运动改为水平运动或倾斜运动的机构 一般分为上下两部分分别安装于上下模 一部分固定 另一部分可相对模具运动 原理如下 这部分固定 这部分可在模具上滑动 两部分产生相对运动 运动方向 冲压方向 18 斜契机构举例 斜契冲孔 D 翻边冲孔 整形模其他模具如翻边冲孔整形模等 结构基本和修边冲孔模差不多 也都是由上下模板 凸凹模 刀块 斜契机构等组成 只不过根据用途布置不同的机构 如翻边用翻边刀块 跟修边刀块差不多 只不过上下刀块的间隙比修边刀块的大 整形用整形镶块等 在此不多做说明了 19 模具标准件 各种不同的冲头以及衬套 氮气缸 与弹簧起相同作用 能提供比弹簧更大的压料力 20 冲压基本工序分类冷冲压概括起来分两大类 分离工序和成形工序1 分离工序是使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状 尺寸和切断面质量的冲压件 2 成形工序是坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件 成形工序又主要分为拉延以及翻边整形两种 第四章冲压工艺简介 拉延 翻边整形 21 拉延与翻边整形的区别 1 拉延主要依靠板材冲压过程中自身材质流动而成型 所以拉延变形相对充分 更容易达到屈服极限 回弹几率较小 同时更容易出现减薄破裂等缺陷 翻边整形主要是靠板材冲压过程中局部变形成型 所以不容易达到屈服极限 容易产生回弹现象 冲压精度低等问题 所以当零件成形深度大于10MM时最好采用拉延方式 避免出现挤料现象 小于10的可以考虑用成型 同时成型过程中为避免叠料通常加工艺缺口 2 拉延一般需要做出完整的工艺补充面及压料面 且是一个封闭的几何形状 但翻边整形可以只作出局部 无需全部封闭 由此造成拉延工艺材料利用率较低 翻边整形材料利用率较高 3 同一零件相同材料牌号 采用拉延或成型工艺得到的产品 在刚性方面前者比后者强 4 零件产品接近于封闭的零件最好采用拉延 敞口的可以采用成型 22 拉延与成型的选择 此零件可以采用成型 也可以采用拉延 下图是采用不同方式的加工数据区别 成型 成型模具结构简图 拉延 拉延模具结构简图 23 分离工序分 落料 冲孔 切断 修边等 废料 零件 零件 废料 24 成形工序分 拉延 翻边 整形 翻孔 弯曲等 R R R 25 压合工艺 HEM 26 冲压工序在模具中的布置冲压主要的工序有 拉深 修边 冲孔 翻边 整形 一般一条冲压生产线由4台或5台压力机组成 钣金零件中除了翼子板等比较复杂的零件可以5道工序完成外 其他一般都要求不超过4道工序 不包括落料工序 第一道工序 称为OP10 以下的类推 对一些大型零件 如发动机罩外板 顶盖 车门等车身覆盖件一般为拉深 零件主要的型面都在这里生成 第二道工序 OP20 通常以修边冲孔为主 第三道工序 OP30 会根据模具空间布置部分修边 冲孔 斜契冲孔 整形 斜契整形等工序 余下的工序会布置在OP40 大部分零件到OP40就完成了 如果零件所需的斜契机构数量过多 或者某处型面过于复杂需要多次整形 四道工序无法布置下所有的工序 那就需要第五道工序甚至更多 这个时候就需要考虑是否可以改变设计减少工序了 有时候会考虑在同一套模具中完成连续的几道工序 这里需要说明的是 冲压工艺的布置不是固定的 同一个零件 不同的模具厂家所做出的工艺可能就不一样 但是基本有一个原则 在结构不干涉的情况下 在尽可能少的工序里满足零件的生产 27 一套模具中集合了拉延 OP10 切边 OP20 冲孔 OP30 三道工序 拉延 OP10 切边 OP20 冲孔 OP30 28 工艺补充 冲压工艺设计人员根据产品数模 为实现产品冲压可行而设计的模具冲压补充面 如压料面 拉延筋等工艺补充部分应考虑如下三方面的要求 1 拉延时的进料条件 2 压料面的形状和位置 3 修边线的位置和修边方式 压料面有两种 1 由工件本身的法兰面组成 2 由工艺补充部分组成 制定压料面基本原则 1 为了降低拉深深度 压料面可以设计成一定的弯曲形状 使毛坯拉深前先弯成一定的形状 但压料面的形状应尽量简单 平滑 防止毛坯在压料过程中就产生摺皱现象 并利于毛坯在拉深时材料向凹模内流动2 压料面与凸模的形状之间 应保持一定的几何关系 保证在拉深过程中毛坯处于张紧状态 并能平稳地 渐次地紧贴凸模 以防止产生皱纹 为此 必须满足如下关系 压料面长度 凸模表面展开长度 29 压料面 A A A A 分模线 B B B B 分模线 修边线 修边线 30 数据工艺编制例子说明 修边线 修边线 废料刀 整形线 翻边线 翻边线 侧冲孔 拉延筋 翻边线 31 数据工艺编制例子说明 侧修边线 侧冲孔 修边线 修边线 翻边线 侧修边线 侧修边线 侧翻边线 32 数据工艺编制例子说明 修边线 侧修边线 翻边线 侧修边线 侧冲孔 侧翻边 33 侧围的冲压工艺 OP05落料 车身覆盖件的落料一般都是放在单独的压力机上进行 不在生产线上 不是所有的零件都需要落料 侧围需要落料是为了成型方面的考虑 34 OP10拉深型面基本都是在该工序生成 35 OP20修边冲孔一般第二道工序都是以修边为主 如右图 1 周边一次切完 门洞因为废料排除和刀块结构的原因 切掉一部分 余下的随后再切 2 在不与刀块干涉的地方 可布置冲头来冲孔 36 OP30翻边整形这里的斜契翻边机构 以及OP20中的斜契切边机构都是比较庞大的 37 OP40修边翻边冲孔主要实现前几工序没有实现的工艺 如 这里的斜契冲孔的机构位置是和OP20的斜契切边和OP30的斜契整形机构的位置有干涉的 翻孔是需要先冲孔出来的 门洞局部的剪切和OP30的整形位置有冲突 因此不能放在一个工序中 38 一 拉深类 凸台处形成负角 修改 凸台贯穿到底 消除负角 1 负角问题 第五章钣金件设计常见问题 39 凸台深度过深 难成型 修改 减小凸台深度 2 拉深深度问题 40 问题 拉深深度太大 无法成型修改 将此零件分成两件 41 此处尖角易开裂 修改 对红线区域做球面倒角 3 R角问题 倒角应避免产生局部尖锐突起 42 此处尖角易开裂 修改 对红线区域做球面倒角 43 红线处易开裂修改 将红线处R角放大到8 12mm 44 易起皱 修改 在此处增加加强筋 吸收多余材料 4 起皱和加强筋问题 45 起皱 增加圆形凸筋 吸皱 46 离R角距离太短 强度不足 保证至少离R角3 5MM 二 修边问题 1 修边状况 47 问题 离R角距离太短修改 修边线调整至红线处 保证离R角3 5MM 48 边界更改成如上图红线指示位置 49 2 工艺缺口 问题 包边多料 易起皱修改 产品加缺口 缺口边界如红线所示 50 如图两处开缺口是为了防止包边多料 产生缺陷 51 折弯处多料 起皱 修改 增加工艺缺口 52 修改 增加缺口如红线所示 翻边多料 易起皱 53 翻边随型 长度控制在10mm左右 3 翻边长度控制 54 三 几字形折弯 折弯处加筋 可以减少回弹 增加强度 不合理结构 合理结构 55 不合理结构 合理结构 56 冲压件常见缺陷 毛刺过大 变形 表面划伤 冲孔带料 塌陷 尺寸不符 少孔 缩颈 开裂 起皱 叠料 拉毛 波浪 鼓包 凹坑 麻点 翻边不垂直 翻边高度不一致 翻边拉毛 翻边裂等 第六章冲压件缺陷 57 一 落料冲孔 修边 58 质量缺陷 修边毛刺 修边带料 少孔 孔毛刺 修边毛刺 主要是由于刀口间隙过大和过小 刀口间隙不均修边带料 修边刀口间隙过紧 润滑不当造成少孔 冲头折断 冲头长度不够 冲套堵塞等孔毛刺 冲头或冲套崩刃 冲头与冲套间隙过大或过小 修边 TR 冲孔 PI 59 二 拉延 60 故障现象 侧围外板OP10门洞内三角部位出现开裂过大在后序无法切除造成制件报废 61 故障分析 模具压边力不当导致板料成型中流动不均匀 针对压边力分析出以下因数 1 板料在OP10模具上定位后门洞内的压料边不足 造成各边的走料不平衡2 局部外滑块压边力太大3 凸模内压料芯里面的氮气缸压力不足4 门洞的压料面上的拉深筋布置不合理5 压料面着色差 关键问题 能清楚判断出两边料流的走势 知道是哪边压力相对来说小 从而造成两边走料不均衡引起开裂 62 我的理解 就如一张纸 用一只手掌压住纸的半边 另一只进行撕扯另一半边造成的撕裂 63 解决方案 通过变相的在门洞的压料面相应位置上垫砂布进行尝试调试 发现开裂现象消除 下线对其进行焊补增高或重新增加一条拉延筋 增高原有拉延筋 在原有拉延筋的前面重新增加一条拉延筋 64 制件外边缘起皱严重 影响产品质量 65 66 冲击线 上模下降 使材料与压边圈保持接触状态 接着 当材料开始流入时 模具与材料的摩擦状态从静摩擦转移 材料刚刚开始流入之前的静摩擦力很大 材料弯曲部分引起加工硬化和使料厚减薄 但这一部分 随着材料的流动由静摩擦转变为动摩擦状态 摩擦阻力大幅度减小 因此 原来的弯曲形状没有被拉直 而作为冲撞痕线而遗留下来 67 68 三 翻边 69 翻边 FL 整形 RST 缺陷 翻边不垂直 翻边高度不一致 翻边拉毛 翻边裂等 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 翻边裂 修边时毛刺大 凸凹模间隙太小 翻边处形状有突变 70 热冲压成形技术 板材热成形是将坯料加热到再结晶温度以上某一适当温度 使板料在奥氏体状态时进行成形 降低板料成形时的流动应力 提高板料的成形性 该工艺其中的优点有 优化零件集成 减少零部件数量 有非常显著的减重效果 第七章拓展知识 71 热冲压成形技术的应用驱动因素 轻量化减重 节能 降耗 舒适性BIW具有较高的强度刚度和NVH特性 安全性车型具有较高的耐撞性能 热冲压成形技术 1 成形性差 容易开裂 2 成形精度差 回弹大 容易产生各种表面缺陷 3 所需设备吨位大 4 超高强度钢板制造困难 高强度钢板成形的瓶颈问题未解决 72 热成形的工艺流程 热冲压成形技术的工艺流程及工作原理 1 热成形技术的工艺流程 冷却阶段 成形阶段 加热阶段 热冲压成形的3个重要环节 73 成形前常温下高强度硼合金钢板强度500 600MPa 成形后强度超过1500MPa 提高了200 300 称为冲压硬化技术 74 2 热冲压成形的工装及设备 加热炉 热冲压成形的工装模具 压力机及机械手 75 3 热冲压成形技术的工作原理 加热阶段 板料均匀奥氏体化成形阶段 较高的成形速度 冷却阶段 临界冷却速度27 S 76 图 3 热成形件微观组织 图 1 硼钢相变转变图 图 2 加热过程中强度 延伸率示意图 图 4 热成形件 超高强度锰硼钢板常温下强度为500 600MPa 加热使之奥氏体化后 迅速送入带有冷却系统的模具内冲压成形 同时被模具冷却淬火 其微观组织由奥氏体转变成马氏体 发生相变强化 强度可提高3倍以上 高达1500 2000MPa 可制备出超高强度车身冲压件 77 热冲压成形件的结构特点 Roof bows 1 零件外形特征上无需翻边结构 2 零件外形特征上无需加强筋 3 热成形零件的材料厚度可以减薄 4 满足成形性要求 78 应用热冲压成形件的优劣势 热冲压成形件 冷冲压成形件 得到超高强度的车身零件 减轻车身重量 零件减薄和加强板数量的减少 提高车身安全性 特别是侧碰性能 舒适性 改善冲压成形性 控制回弹 提高零件尺寸精度 零件外形设计简单 提高焊接性 表面硬度 抗凹性和耐腐蚀性能 降低压机吨位要求 热冷冲压件的断面对比 1 应用热冲压成形件的优势 79 瑞典APT热冲压成形生产线 生产节拍相对要慢一些 热冲压模具价格较高 能耗较大 采用非镀层钢板进行热冲压时 工作环境相对恶劣 热冲压生产线的投资较大 作为一个新兴技术 存在技术封锁和垄断 2 应用热冲压成形件的劣势 80 用于热冲压成形的材质成分及性能变化对比 热冲压成形件在车身上的分布 81 热冲压成形技术的发展现状及国内的应用情况 超高强度钢板热成形技术已成为国外汽车制造业的热门技术 发展非常迅速 德国 法国等工业发达国家走在前列 开发出多种热成形超高强钢 如Usibor1500 DB200等 并率先推出商品化生产线 法国的阿塞洛