第6章车身制造工艺

1、车身制造工艺学车身制造工艺学 车身覆盖件冲压工艺 覆盖件的含义： 覆盖件主要指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室及构成车身的 一些零件，如轿车的挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、 行李箱盖、骨架等。 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 是外观装饰性零件，又是封闭薄壳的受力零件。覆盖件的制造是汽车 车身制造的关键环节。 覆盖件表面一般都具有装饰性，除考虑好用、好修、好造外，要 求美观大方。 覆盖件与一般冲压件的区别： 材料薄、形状复杂（多为立体曲面），结构尺寸大，尺寸精度高 ，因此冲压工艺编制、冲模设计、冲模制造工艺都有一些特殊的要求 ，冲压设计中常把他作为一种特殊类

2、型研究。 覆盖件的工艺分类 按汽车覆盖件拉深复杂程度可分为：深拉深件、中 等拉深件、浅拉深件等三类。 按汽车覆盖件本身所具有的特点可分为： 具有封闭的外形和凸缘的零件； 可进行双件拉深成形的左右对称零件； 虽然不对称，但通过增加工艺补充可 以进行双件拉深的零件； 形状不规则的零件； 压弯成形的覆盖件。 按功能和部位分类，可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨 架件（结构件）三类。外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观 质量有特殊要求，内部覆盖件的形状往往更复杂。 按成形性质分： 深拉深成形（油箱）、胀形拉深成形（翼 子板）、浅拉深成形（外门板）、弯曲成形（支架、立柱 ）、弯曲成形（消音器隔板）。 轿车车顶盖

3、的冲压成形 原板料 冲压件 车身外覆盖件主要由五门（四门）两盖（四门三盖）、侧围组 成。 五门左右前后门、行李箱门 两盖发动机盖、顶盖 车身 白车身结构 车身覆盖件 内覆盖件起加强刚性的作用； 外覆盖件主要起防护、美观、降低风阻的作用； 车身覆盖件所用材料 汽车在运行过程中，经受着含着各种酸或碱的空气、 湿气、水、油等物质的腐蚀。汽车的使用寿命，特别是轿 车的使用寿命在较大程度上取决于车身的腐蚀速度。为提 高覆盖件的耐腐蚀性能，镀锌钢板在轿车上得到越来越多 的应用。我国生产的奥迪、富康轿车上所用的镀锌钢板约 占钢板总量的74%以上。 汽车用镀锌钢板有电镀锌钢板和热镀锌钢板两大类。 电镀锌钢板的

4、拉延性能更优良，多用于汽车覆盖件的生产 。 覆盖件的质量性能要求 （1）表面质量要求高 外覆盖件表面不允许波纹、皱纹、凹痕、边缘拉痕、擦伤以及其他 破坏表面完美的缺陷。覆盖件上的装饰棱线、装饰盘条要求清晰、平 滑、左右对称以及过渡均匀。覆盖件之间的装饰棱线衔接处应吻合， 不允许参差不齐。表面上一些微小缺陷都会在涂漆后引起光的漫反射 而损坏外观。 （2）尺寸和形状精度要求高 覆盖件间的装配多用点焊，间用螺钉连接。装配连装处的两个覆盖 件的空间曲面必须一致，衔接处也是如此。 （3）刚性好 在加工过程中，由于材料的塑性变形不够而使覆盖件的一些部位刚 性差，造成覆盖件受振动后就会产生空洞声。用这样的覆

5、盖件装车， 在汽车行驰中要发生振动，造成覆盖件的早期损坏。 覆盖件的成形特点覆盖件的成形特点 1）结构尺寸大； 2 ）形状复杂；3 ）相对厚度小 。 （ 翼子板的多处翻边） 1.成形工序多：拉深为关键工序； 2.拉深是复合成形 ：常采用一次拉深； 3.拉深时变形不均匀：工艺补充、拉深筋； 4.大而稳定的压边力：双动压床； 5.高强度、高质量、抗腐蚀的钢板； 6. 覆盖件图样和主模型为依据。 成形特点： 1）汽车覆盖件冲压成形时，内部的毛坯不是同时贴模，而是 随着冲压过程的进行而逐步贴模。 2）成形工序多。覆盖件的冲压工序一般要46道工序，多的 有近10多道工序。 拉深、修边和翻边是最基本的三道

6、工序。 3）覆盖件拉深往往不是单纯的拉深，而是拉深、胀形、弯曲 等的复合成形。不论形状如何复杂，常采用一次拉深成形。 4）拉深时变形不均匀，主要成形障碍是起皱和拉裂。为此， 常采用加工艺补充面和拉深筋等控制变形的措施。 5）需要较大和较稳定的压边力。所以，广泛采用双动压力机。 6）材料多采用如08钢等冲压性能好的钢板，且要求钢板表面 质量好、尺寸精度高。 7）制定覆盖件的拉深工艺和设计模具时，要以覆盖件图样和 主模型为依据。 拉深是复合成形 常采用一次拉深 无论覆盖件分块有多大形状有多复杂，尽可能在一次拉延中成形出 全部空间曲面形状，以及曲面上的棱线筋条和凸台。否则很难保 证覆盖件几何形状的一

7、致性和表面光滑形状。因为二次拉延经常 会发生拉延不完整的情况造成覆盖件表面质量的恶化。外覆盖件 的同一表面尽可能一次成形，如果分两次成形，在交接处会残存 不连续的面，这样表面喷涂装饰后外观效果不良。 拉深时变形不均匀 工艺补充、拉深筋 简单零件的形状对称，深度均匀，而且通常压边面积比其余部 分面积大，只要压边力调节合适，便能防止起皱。而大型覆盖零 件形状复杂，深度不匀，又不对称，压边面积比其余部分小，因 而需要采用拉深筋来加大进料阻力；或是利用拉深筋的合理布排， 改善毛坯在压边圈下的流动条件，使各区段金属流动趋于均匀， 才能有效地防止起皱。 拉深深度浅拉深槛 有些覆盖件，由于拉深深度浅（如汽车

8、外门板），拉深时材 料得不到充分的拉伸变形，容易起皱，且刚性不够，这时需 采用拉延槛来加大压边圈下材料的牵引力。从而增大塑性变 形程度，保证零件在修边后弹性畸变小，刚性好，以消除“ 鼓膜状”的缺陷，避免零件在汽车运行中发生颤抖和噪声。 大而稳定的压边力 双动压床 在普通带气垫的单动压床上，压边力只有公称吨位的20%左右，而且 压边力调节时可能性小，故仅适用于简单零件的拉深。对于大 型覆盖件的拉深，需要的变形力和压边力都较大，因此，在大 量生产中，此类零件的拉深均在双动压床上进行，双动压床具 有拉深（内滑块）与压边（外滑块）两个滑块，压边力可达到 拉深力的60%以上，且四点连接的外滑块可进行压边

9、力的局部调 节，这可满足覆盖件拉深的特殊要求。 冲压成形 拉延 切边 冲孔 冲孔整形 覆盖件的主要成形障碍及其防止措施 由于覆盖件形状复杂，多为非轴对称、非回转体的复杂 曲面形状零件，因而决定了拉深时的变形不均匀，所以拉深 时的起皱和开裂是主要成形障碍。 1.起皱及防皱措施 原因： 覆盖件的拉深过程中，当板料与凸模刚开始接触，板面 内就会产生压应力，随着拉深的进行，当压应力超过允许值 时，板料就会失稳起皱。 防皱措施： 解决的办法是增加工艺补充材料或设置拉深筋。 2.开裂及防裂措施 原因： 是由于局部拉应力过大造成的，由于局部拉应力过大导 致局部大的胀形变形而开裂。 位置: 开裂主要发生在圆角

10、部位，开裂部位的厚度变薄很大如 凸模与坯料的接触面积过小、拉深阻力过大等都有可能导致 材料局部胀形变形过大而开裂 。 防裂措施： 为了防止开裂，应从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设 计多方面采取相应的措施。 覆盖件的成形障碍的防止措施: (1) 覆盖件的结构上，可采取的措施有： 各圆角半径最好大一些、曲面形状在拉深方向的实际深度 应浅一些、各处深度均匀一些、形状尽量简单且变化尽量平缓 一些等。 (2)拉深工艺方面，可采取的主要措施有： 拉深方向尽量使凸模与坯料的接触面积大、合理的压料面 形状和压边力使压料面各部位阻力均匀适度、降低拉延深度、 开工艺孔和工艺切口等 (3)模具设计上 可采取设计合

11、理的拉深筋、采用较大的模具圆角、使凸模 与凹模间隙合理等措施。 6.2 覆盖件冲压工艺设计 6.2.1 覆盖件拉深工艺的设计原则 1）尽可能在一道拉深工序中完成覆盖件全部空间曲面形 状。 覆盖件拉深过程示意图 a) 坯料放入 b) 压边 c ) 板料与凸模接触 d) 材料拉入 e) 压型 f) 下死点 g) 卸载 2）覆盖件的拉深深度应尽可能平缓均匀。 3）拉深表面较为平坦的覆盖件，适当地设置拉深肋和拉 深槛及设计合适的压料面。 4）在制定拉深工艺时，可以通过加大过渡区域和过渡圆 角、工艺切口等方法，改善材料的流动和补充条件。 5）覆盖件上的焊接面不允许有皱折、回弹等质量问题。 6）覆盖件上的

12、孔一般应在零件拉深成形之后冲出。 7）覆盖件拉深工序应为后续工序（如整形、修边、翻边 等）提供良好的工艺条件。 6.2.1确定冲压方向确定冲压方向 覆盖件的冲压工艺包括拉深、修边、翻边等多道工序， 确定冲压方向应从拉深工序开始，然后制定以后各工序 的冲 压方向。应尽量将各工序的冲压方向设计成一致。 1.拉深方向的选择 (1)拉深冲压方向对拉深成形的影响 凸模能否进入凹模、对破裂和起皱的影响等。 (2)拉深方向选择的原则 保证能将拉深件的所有空间形状（包括棱线、肋条 、和鼓包等）一次拉深出来，不应有凸模接触不到的死 角或死 区。 如图a a，若选择冲压方向A，则凸模不能全部进入凹模, ,造成零件

13、右下 部的a a区成为“死区”, ,不能成形出所要求的形状。选择冲压方向B后, ,则可 以使凸模全部进人凹模, ,成形出零件的全部形状。 图b)b)是按拉深件底部的反成形部分最有利干成形面确定的拉深方向, , 若改变拉深方向则不能保证9090角。 图6.1.4 拉深方向确定实例 拉 延 方 向 拉 延 方 向 修 边 线 修 边 线 修 边 线 修 边 线 有利于降低拉深件的深度。 拉深深度太深,会增加拉深成形的难度,容易产生破裂、起 皱等质量问题；拉深深度太浅,则会使材料在成形过程中得不 到较大的塑性变形，覆盖件刚度得不到加强。 尽量使拉深深度差最小。 以减小材料流动和变形分布的不均匀性（如

14、图6.2.2)。 图6.2.2 拉深深度与拉深方向 a) b) c) d) 凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态示意图 保证凸模开始拉深时与拉深毛坯有良好的接触状态。 开始拉深时凸模与拉深毛坯的接触面积要大，接触面 应尽量靠近冲模中心（如图）。 2.修边方向的确定及修边形式修边方向的确定及修边形式 (1)修边方向的确定 所谓修边就是将拉深件修边线以外的部分切掉。 理想的修边方向: 是修边刃口的运动方向和修边表面垂直。 (2)修边形式 修边形式可分为垂直修边、水平修边和倾斜修边三种， 如图6.2.4所示。 图6.2.6 修边形式示意图 a) 垂直修边 b) 水平修边 c) 倾斜修边 工艺补充 工艺

15、补充是拉延件不可缺少的组成部分，是指为了顺利拉延成型 出合格的制件，而在冲压件的基础上所添加的那部分材料，用以满 足拉延、压料面和修边等工序的要求。这部分材料仅仅是冲压成型 需要而不是零件所需要的，故在拉延成型后的修边工序中需将工艺 补充切除掉。 大多数汽车车身覆盖件都需要添加工艺补充后才能设计成能拉延 成型的冲压件，这是覆盖件冲压工艺设计的重要内容，也是与普通 简单拉延件拉延工艺设计的主要不同点。 拉延工艺分析 工艺补充部分有两大类：外部工艺补充、内部工艺补充 加拉深筋以增加进料阻力，使拉深件有足够的塑性变形 简化了拉深件的轮廓，改善了毛坯变形流动的均匀性 外部工艺补充压料面 压料面是指板料

16、在凹模圆角以外的法兰部分，工件本体部分或 工艺补充部分组成，其应是平面或曲率较小的曲面，不允许有大的 起伏或拐点在拉延成型过程中，压料面的材料被逐渐拉入凹模型腔 内，转化为覆盖件形状。压料面与凸模形状保持一定几何关系，保 证在拉延过程中板料处于张紧状态，并能平稳地包拢凸模，防止起 皱破裂。 2008年 压料面形状 1-1-平面；2-2-圆柱面；3-3-圆锥面；4-4-直曲面 图6.2.11 6.2.11 压料面与冲压方向的关系 1-1-压边圈；2-2-凹模；3-3-凸模 覆盖件拉延成型时，在压料面上敷设拉延筋或拉延槛，对改变 进料阻力，调整进料速度使之均匀和防止起皱具有明显的效果。 敷设拉延筋

17、的主要作用： （1）增加局部区域的进料阻力，使整个拉延件进料速度达到平 衡状态。 （2）加大拉延成型的内应力，提高覆盖件的刚性。 （3）加大径向拉应力，减少切向压应力，延缓或防止起皱。拉 延筋的断面形状为半圆形，拉延槛的阻力更大，它多用在深度浅的 拉延件上。 拉延筋 拉深筋设计 设置拉深筋，最根本的目的是为了成形板材提供足够的拉力。 拉深筋形式的设计 单筋结构简单，便于加工和模具调试时拉深筋参数的修正 单筋的断面圆弧半径和拉深筋槽的圆角半径相对较小，板材与其接触 的表面压力大，易产生磨损，使用寿命相对短 重筋可相对降低压料面上其他部位的精度要求 对表面质量要求较高的冲压件，即使需要较多的进料、

18、阻力要求不是 很高，但为了确保零件表面质量，也往往采用重筋。 在毛坯变形不需要特别大的拉深阻力，且修边线不在压料面部位时， 可在凹模口部设置拉深槛，既能保证拉深成形所必需的拉深阻力，又 可减少毛坯尺寸和模具尺寸。 拉深筋的固定方式 拉深筋一般嵌入在压边圈的下表面内 拉深筋的布置 拉深筋的布置原则 凹模内轮廓的曲率变化不大时，压料面上各部位的变 形差别也不大，但为了补偿变形力的不足提高材料变 形程度，可沿凹模口周边设置封闭的拉深筋 凹模内轮廓的曲率变化较大 时，可沿凹模口周边设置间 断的拉深筋。 为了增大径向力，减小切向拉应力 ，防止毛坯起皱，可只在容易起皱 的部位设置局部的短拉深筋 为了改善压

19、料面上材料塑性流动的 不均匀性，可在材料流动速度快的 部位设置拉深筋 V 对于拉深深度大的圆弧部位可以不设 拉深筋 VI对于拉深深度相差较大的冲压件，可 在深的部位不设拉深筋，浅的部位 设拉深筋，并使拉深筋的长度延伸 到接近深度大的区域，拉深筋的高 度逐渐减小。 2008年 6.2.3 拉深、修边和翻边工序间的关系拉深、修边和翻边工序间的关系 覆盖件成形各工序间不是相互独立而是相互关联的， 在确定覆盖件冲压方向和加工艺补充部分时，还要考虑修 边、翻边时工序件的定位和各工序件的其它相互关系等问 题。 拉深件在修边工序中的定位有三种： （1）用拉深件的侧壁形状定位。 （2）用拉深筋形状定位。 （3）用拉深时冲压的工艺孔定位。 修边件在翻边工序中的定位，一般用工序件的外形、 侧壁或覆盖件本身的孔定位。 车身覆盖件成形模具的典型结构 覆盖件拉深模覆盖件拉深模 1.1.拉深模的典型结构拉深模的典型结构 覆盖件拉深设备有单动压力机和