车身零件的工艺设计.ppt

车身零件的工艺设计,工艺设计所研究的内容是用什么加工方法和工艺顺序来满足冲压件的图纸要求和性能要求。并符合生产要求。从安全和经济性方面考虑也要对生产最有利。因为这项设计的优劣对零件质量、生产性、成本影响很大，所以在这个阶段仔细研究是非常重要的。,车身零件的工艺设计,车身覆盖件的特点和要求工艺方案工艺设计前的准备工艺设计,车身覆盖件的特点和要求,汽车覆盖件（以下简称覆盖件）是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。轿车的车前板和车身、载重车的车前板和驾驶室等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。由覆盖件和一般冲压件构成的。覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件。覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。,车身覆盖件的特点和要求,覆盖件的特点和要求同一般冲压件相比，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。因此，在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一各特殊的类别加以研究和分析。,车身覆盖件的特点和要求,汽车车身的冲压类零件通常根据其装配关系可分为内、外覆盖件及骨架类结构件，其中车身部分约70100个件，底盘部分约1525个件。,车身覆盖件的特点和要求,1.表面质量覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。总之覆盖件不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。,车身覆盖件的特点和要求,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准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助数学模型(主模型)来描述。数模是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和数模一致，图面上无法标注的尺寸要依赖数模量取，从这个意义上看，数模是覆盖件图必要的补充。,车身覆盖件的特点和要求,3.刚性覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松驰和鼓动现象。,车身覆盖件的特点和要求,4.工艺性覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添上工艺补充部分，构成一个拉延件。工艺补充是拉延件不可缺少的组成部分，它既是实现拉延的条件，又是增加变形程度获得刚性零件的必要补充。工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的的性能有关，形状复杂的深拉延件，要使用08ZF,DC06,SPCE等钢板。工艺补充的多余料需要在以后工序中去除。拉延工序以后的工艺性，仅仅是确定工序次数和安排工序顺序的问题。工艺性好可以减少工序次数，进行必要的工序合并。审查后续工序的工艺性要注意定位基准的一致性或定位基准的转换，前道工序为后续工序创造必要的条件，后道工序要注意和前道工序衔接好。,工艺方案,覆盖件的冲压工艺方案编制依据是产品的生产纲领。工艺方案应保证产品的高质量、生产的高效率和降低成本。,工艺方案,1.小批量生产的覆盖件冲压工艺方案小批量生产是指月产量小于1000件，此时的生产稳定性极差，限期生产形状改变可能性大，模具选择只要求拉延和成型工序使用冲模，模具寿命在5万件。其他工序，如落料、修边可在通用设备上剪裁，翻边使用简易胎具，冲孔用通用冲孔模或钻床手工钻孔。如果过多地选用冲模，虽然对保证质量有益，但对提高生产效益并无意义，且会使成本骤增。小批量生产的拉延模，常采用锌铝合金和HT200、HT250灰口铸铁制造，也可采用焊接骨架结构作模体，表面用环氧树脂。有些厂则常用焊接板式模，航空主机厂用铅锌模最为普遍。小批量生产的拉延模设计原则是低费用和短周期制出。,工艺方案,2.中批量生产的覆盖件冲压工艺方案当月产量大于1000件，且小于10000件（卡车）或30000件（轿车）是被视为是中批量生产。其生产特点是比较稳定地长期生产，生产中形状改变时有发生。模具选择除要求拉延模采用冲模外，其他工序如果影响质量和劳动量大也要相应选用冲模，模具寿命要求在5万件到30万件。模具选择系统为1：2.5，亦即一个覆盖件平均选择2.5套冲模。拉延模常用HT200、HT250灰口铸铁制造，表面火焰淬火处理。模具结构采用导板导向，机械取件，固定或气动定位毛料，壁厚中等，设计中要适当考虑合理性。,工艺方案,3.大批量生产的覆盖件冲压工艺方案当月产量大于10000件（卡车）或30000件（轿车），且小于100000件时，属于大批量生产。生产处理长期稳定状态，形状改变可能性小，工艺难易程度困难，工艺方案要为流水线提供保证，每道工序都要使用冲模，拉延、修边冲孔和翻边模同时安装在一条冲压线上，工序间的流转，50年代基本是人工送料和取件，工业化国家实现机械化和自动化，60年代以后开始进入全自动化时期。多工位压床的出现，更加提高了生产效率和工件质量。,工艺方案,在冲压生产线上，一般都配有各种送料装置、取件装置、翻转装置、废料排除装置和传送带。与早期的由压力机驱动的同步冲压生产线不同，现代的冲压生产线自动化系统，机器人实际上控制关冲压生产线。压力机以单次行程规范工作，由自动化系统控制着生产线上各台压力机在什么时候冲压和各工序间的工件运动。从整条生产线上传出的工件是按一定的节拍连续不断地运动，从而明显地提高了生产产量。该系统还可以保证工件表面的高质量要求，大幅度减少压力操作人员，解决了安全及下料的难题，最大限度地提高了设备利用率。大批量生产的冲模选择系数一般为1：4以上，冲模结构要求功能齐全，对于容易损坏的模具，不但要求快速更换易损冲头，而且要制造备模，以使模具修复时冲压生产线照常运转。,工艺方案,工艺设计前的准备,工艺设计时必须查阅的资料一般由如下几项：1.零件图或者产品数模。2.冲压件的公差。3.产量和要求的时间。4.压力机的参数和附属装置。5.类似零件的成形性，作业性有关资料。6.关于钢板材料的有关资料。7.各种模具设计的标准和模具零件的规格。8.有关压力机生产率的资料,工艺设计前的准备,制件图(产品数模)的研究，应该了解这种制件具有什么样的机能，所要求的单个零件的强度，表面质量以及和相关零件之间所要求的相关精度。制件图研究阶段要确定下列事项：,工艺设计前的准备,1.没有成形困难的形状，没有形状急剧变化的部分，没有负角面。2.这种零件的重点是什么？3.钢板材料的利用率好否？4.和有关零件的焊接面、装配面、镶嵌面在何处？5.焊接、装配的基准面和孔在何处？6.孔精度（直径、位置）、孔和孔的间距的要求，这些孔德位置在何处（平面部分、倾斜部分、侧壁部分）？7.各个凸缘精度允许达到什么程度（包括长度、凸缘面的位置、回弹）。,皱折,皱折,裂纹,使制件断面急剧变化处改为缓和过渡的例子,工艺设计前的准备,根据产品数模和制件图研究零件的成形性，冲压工艺，在模据设计或试验阶段都有可能要改变制件的形状，且必须按制件的设计部署改变设计图,以上就是为了既满足使用要求又避免产生缺陷而改变制件图的2个例子。,工艺设计,一.工艺设计的进行方法研究确定制件图及其公差后就进行工艺设计，其进行方法示例如下：（1）研究冲压成形性及加工方法、加工性能。（2）设计既满足零件及能要求而又工序最少的方案（加工方法和加工方向）。（3）根据模具结构研究模据强度、寿命。（4）根据制件的大小。冲压力、必要的工序数等决定所使用的设备。（5）以冲压作业性为主重新评价工艺设计。（6）研究经济性（工序数、模具制造、板坯尺寸及自动化装置等）。（7）各工序的加工范围是否适当。,工艺设计,上述讨论在实际中互有联系，不能单独分开研究，一般有联系者就同时进行。这里经济性的讨论很重要，工艺、模具结构及自动化方案都必须适应生产量。所以，确定工艺方案时应该经常考虑有关经济性问题。,工艺设计,二.成形性的讨论根据制件图确定某一部分用什么方法成形，是拉延还是胀形或者两者的某种组合。对不规则形状的制件，根据前述那些资料有可能对局部的地方予以某种程度的判断，但不可否认由于形状的边界条件不同，这类判断是不确切的。因此最好是参考过去类似零件的数据，这些数据中最有价值的是CAE分析数据和根据化圆形网格试验得到的数据，所以应该将CAE分析数据和网格试验数据和制件形状、尺寸对应起来加以整理。,工艺设计,成形性研究a(L-Lo)/Lo*100/100在图中采用了常用的延伸率a值作为判断这种不规则形状的大尺寸覆盖件的成形性的例子。即在包括最深部分处取间距为10050mm的纵向断面,（图）,工艺设计,(表1)不规则形状大尺寸覆盖件的成形难易判断值a判断值用a判断的项目2%a的全部平均值不超过该值时要获得良好的固定形状是困难的5%50100mm间距上相邻纵向断面的a值之差超过该值时容易产生皱折5%a的全部平均值超过该值时，只用胀形是困难的，应容许用拉延法10%a的最大值超过该值时，只用胀形成形是困难的，必须允许用拉延法注：这些判断数据适用于如图所示那样的纵断面形状（例如汽车的挡泥板），对于汽车顶盖即车门那样的零件，随着凸模端部变得平而浅时，则只取表列数据的2/31/2。,工艺设计,用(表1)中所示数据，首先判断能否实现胀形。当以破裂为限度而a值必须取得比(表1)中的值还大时，若a的平均值超过30%或者最大的amax超过40%，则即使用用拉延的方法允许凸缘部分材料流入成形处，还是应该判断成形是属于危险的。a是单轴方向的值，当必须考虑两轴方向时，根据拉伸压缩情况，即根据属于两向胀形还是两向压缩类变形，a值将多少有些变化。,工艺设计,三.加工工艺和工序的设计根据制件图上从冲压加工看来具有代表性的断面和各个拐角部分的成型要求，并在确保制件精度的情况下来依次设计必要的工序。这时应该对零件从机能来说是重要的和不重要的部分区别对待。,工艺设计,工艺设计一般应该注意下列事项：1一般用作外表的钢板件，喷涂装饰以后表面质量有特别要求的，同一曲面应一依次成形。如果分两次成形，其交接处会残存不连续的面，表面质量明显恶化。因此需要选择合适的冲压方向。2焊接面存在皱折一般就焊接不好，有回弹则表面位置不准，装配困难或者出现装配后精度不良的情况，所以不规则的形状只能用拉延工序把焊接面制作出来。当焊接面用弯曲工序做出来时应该选择没有变薄的冲压方向。,工艺设计,3作为加工基准用的孔，如在冲压工序的早期就冲出来，当工序进行下去时孔会变形和偏移，所以在成形之后冲孔。有关冲孔方面应注意下列事项：（a）大孔和小孔接近时，先冲大孔。这是因为怕加工大孔时效孔会变形。（b)孔和孔、孔和边缘的最小距离受工件翘曲，孔边变形的限制，所以是加工工艺要研究的问题。（c）孔位于弯曲线的附近时，孔在弯曲工序之后加工。冲孔的方向只能取垂直于板面的方向，不得已的情况下才在倾斜面上加工，但这样做仅限于之间使用上不要求孔精度的情况。,工艺设计,（d）图3为冲圆孔时直径和倾斜角度的一般关系的一个标准。特别是冲小孔时，倾斜角度若不取小的值，就容易产生凸模折断、凹模损坏及磨损等事故，所以选择冲压的方向时应十分注意。d5时55d15时1515d20时20d15时25（max=30）,(图3),工艺设计,（e）弯曲凸缘部分有孔时，冲孔在凸缘弯曲工序之后进行。但是不要求精度的孔，如果孔的位置离凸缘边缘或者凸缘曲线部分有足够的长度，不妨在弯曲加工之前冲孔。而必须采用变薄的弯曲时，即使不要求精度的孔最好也在弯曲工序之后加工。（f）相关联的孔在同一工序中冲出。相关联的孔太多，由于磨具强度及冲压方向的原因在同一工序中不能全部冲出时，要充分注意之间的加工基准，必须考虑保证公差的措施。,工艺设计,四.工艺设计注意事项A拉延工序,单动拉延模典型结构,工艺设计,工艺设计,(1)冲压方向在拉延方向要注意制件有没有负角部分，如果有，则在后道工序中要有能够容易地加工出来的措施(图4)，和压边面的关系方面，在拉延加工开始时拉延凸模和材料接处应均衡，以防止发生局部拉伸。,(图4),工艺设计,上图为常用的一些压料面形状,工艺设计,设计压料面一般应该注意下列事项（a）考虑放置坯料时坯料的稳定。（b）要有利于降低拉延深度，各部分拉延深度接近一致（c）用压边圈压住后坯料上不产生皱折、扭曲。（d）拉延凸模的外形轮廓内材料的延伸率取5%作为大体的基准（e）成形过程中要注意凸模和坯料的接触部位，避免局部接触。,。,工艺设计,（f）在外表用的板面上，不应有划移痕迹。(图5)为避免制件面上有划移痕迹的措施实例，尺寸a比估算的滑入长度还要大些。另外阶梯拉延也是一种方法。这些注意事项在工艺设计阶段要研究，希望加以指明。当然，关于详细的情况应该用CAE分析、拉延数模加以充分研究。,(图5),工艺设计,(3)拉延筋拉延筋的作用（a）增大进料阻力，提高材料塑性变形，增加拉延件的刚性。（b）调整压料面各部位的进料阻力分布。（c）增加径向拉应力，减少切向压应力，防止压料面起皱。（d）降低对压料面精度的要求，提高拉延的稳定性。,工艺设计,拉延筋的位置,（1）当切边线在压料面上：拉延筋中心距切边线的距离A1取20mm左右，保证B1=68mm见4-5-4（图a）（2）单排拉延筋：A2取2225mm，当凹模圆角R10时，A2适当加大，保证B2=46mm见4-5-4（图b）（3）双排拉延筋：A3取25mm左右，保证B2=46，拉延筋断面尺寸不同，影响A3尺寸的确定。见4-5-4（图c）,图（c）,图（b）,图（a）,工艺设计,（4）送进方向坯料送进方向随着坯料形状、压边面形状及制件形状的的不同而可能受到限制，所以要加以注意。为了相对于坯料的拐角和按送进方向压边面能压上，所以当拉延模的内表面和坯料发生干涉时，就有必要在模具内设置导向装置。另外，要注意是否要在拉延工序后的加工中把制件翻转180或90。,工艺设计,（5）考虑外形修边工序的定位。在制件形状是平滑的曲面时，只有和形状贴紧时才能定位，因此采用下列办法。（a）在制件不要的部分拉延出凸台以用来定位（参照图6）,(图6),定位用凸台,外形修边线,工艺设计,（b）设置定位孔，这是在接近拉延结束时，用安装在模具上的凸模冲出（参照图7）。,(图7),工艺设计,（6）考虑外形修边工序的切刃强度、磨损及缺损。（a）图8a所示为上模刃口强度不好的例子。图8b所示为提高上模刃口强度的措施min=101/2b,(图8a),(图8b),图8a,图8b,修边线,工艺设计,（b）图9所示为废料刀刃处呈喇叭形，以避免垂直切割时防止刀刃磨损示例。,图9,工艺设计,（c）要考虑外形修边的冲压方向的加工形状等问题。图10的例子表示由于冲孔的关系使拉延方向和外形修边方向的角度有所不同。如果冲切刃口变成锐角就容易磨损或崩刃，因而在拉延加工时就要考虑在外形修边的方向制成一个面，作为加强冲切刃口的措施。,图10,工艺设计,工艺展开部分的几种情况,工艺设计,侧修边时应考虑修边凹模强度的示意图,工艺设计,工艺设计,工艺设计,工艺设计,（7）回弹如果考虑零件可能产生回弹，就需要事先在制件上做出回弹角。（8）切口,切角一般来说应尽量避免拉延件上冲切口，尤其是外板件拉延。如必需冲切口否则无法成形时,可应在零件中部有可能发生裂纹的部分安排切口，但要注意在不属于成品的部分冲切口。有时切角拉延也是常用的方法.(图11),(图11),工艺设计,拉延件上冲切口的例子,工艺设计,B外形修边工序和冲孔工序,工艺设计,1在冲压方向上冲切口是否有构成锐角或钝角的地方。（a）如果修边线是直线或者近似直线，就可以把它与冲压方向构成的最大倾角以2025为基准进行考虑。（b）修边线在倾斜面上急剧变化时，最大倾角可以15为基准进行考虑。（c）在最大倾斜角度需要大于上述角度时，就要采取以下的措施：重新研讨冲压方向或改变拉延形状，或将冲压工序分为两道工序，或者采用具有换向斜楔结构的模具。,工艺设计,2在冲切刃口上是否有强度不足的地方。（a）在同时冲孔和外周修边时，要注意冲切刃口壁厚的强度和耐疲劳性能。（b）在有许多互相接近的细缝时，要考虑模具强度和处理废料的问题，分成几道工序进行冲压。,工艺设计,3废料处理废料处理的好坏对冲压作业速度有很大影响，因而要在工艺设计和模具设计时进行充分研究。（a）废料处理要注意以下几点：1）不要使废料的形状形成L形或U形。2）不要把废料刀平行配列，要考虑废料的流动方向应张开515。,（图12）,工艺设计,3）废料的分割不要过细，形状较大的每一边的长度以400700mm为宜。(一般厂家有要求）4）废料溜槽的安装角度以30为宜，要使废料能落到工作台外边。5）在半自动生产线上决定废料流动方向时，要注意不要妨碍工人的操作。6）在废料自动落下有困难时，要考虑安装顶出器或弹性卸料装置。,工艺设计,（b）在冲大孔时处理废料应该注意的问题：首先要同其他工序结合起来探讨模具结构是否可靠，有无剖分的必要。冲下的大孔废料要卸到模具的外侧，因而必须充分注意下模的强度。冲大孔时废料的卸出方向，要选择模具排屑槽少的方向。如（图14）,（图14）,工艺设计,处理废料的注意事项（1）原则上要使废料在操作人员附近落下，不要让它飞散。（2）有危险时，要装上专用的保护板。（3）原则上废料靠自重落下，但是，如果在刃口部可能被挂住，则必须使用弹出、顶出、柱塞等辅助装置，强迫落下。（4）小件情况下，原则上应使废料集中落在冲床后面，靠自重下时，废料滑槽的倾斜角必须至少成30。（5）清除废料用的滑槽，必须伸到垫板的端部，并于废料坑的口对口。（6）废料要每一行程落下一次。（7）废料形状要不带锐角或毛刺。,工艺设计,（8）废料的大小，大件时以下列尺寸为标准：细长形600250（以内）L形500250（以内）（9）废料通道在直线上的宽度和高度都应很宽裕。（10）应尽量避免在一种通道内通过两种废料。（11）由于要安装滑槽，应注意勿使模具的紧固螺栓拧得太紧。（12）没有废料坑的模具，在垫板或下模座上最好至少能存放100片废料。（13）废料滑槽的板厚要大于2.3mm，并且应用一块板做成。（14）安装废料滑槽时，要考虑所存放的模具形状（如利用铰链转动）。（15）如使用辊轴搬运器，轻便传送带、摇动器等工具，则废料比较容易处理。,工艺设计,（1）为了使废料容易落下，废料刀的刃口开口角通常取510。（2）切刀的刃口，可在平面上安成一圈见(图A)，如刃口必须装成相对状态，其开口角应取1520（图B）。,图,图,工艺设计,（3）整修线上有凸起部分时，要在凸起部分配置切刀（图A）。（4）角切时，刀座不要突出修边线外（图C）。（5）角切时，切刀的刃口应靠近R与切线的交点(图D)。（6）角部废料靠自重落下时，废料重心必须在(图D)直线的外侧。,图D,图C,工艺设计,其次是如果大的废料能用作板厚相同的小零件，就应该在模具刚性容许的范围内进行整体冲压，以便提高材料利用率。如（图14）所示，为了考虑模具的刚性，将大孔分成几个部分冲压的例子。,（图14）,工艺设计,(图15),工艺设计,(图16)的场合也是同样的，但是如果W=d1+d2+40mm（板厚为1mm）时也可以在同一道工序中冲两个孔。但值40mm是根据板厚变化的。,(图16),工艺设计,4互相有关联的孔要在一道工序上冲压。5冲切时要校验需要的冲裁力，当冲裁力超过压力机的能力时，就要规定在切刃上制成剪切角。6要考虑作业性，对于半自动生产线特别要考虑卸料的问题，要检查是否有安装顶料装置或提升杆的空间。,工艺设计,C弯曲工序（1）冲压方向（a）在需要估计回弹时，就要把弹性回复从冲压方向考虑进去。（b）弯曲方向，要尽可能地从垂直于凸缘弯曲面的方向进行加工。图中的amin大致为15,(图16),a,工艺设计,（2）弯曲刃口的强度是否充分耐久。（a）要特别注意弯曲加工后从模具中取出制件所需要的退让空间。(图17)所