汽车冲压制造技术.ppt

1、汽车车身冲压制造技术 发展和应用,汽车车身冲压技术的发展,材料：高强度钢板及激光拼焊板的应用 工艺：热冲压成形和液压成型技术的应用 设备：高速冲压自动线和伺服压力机的发展 模具：模具技术和有限元分析技术在冲压 成形中快速发展和应用 2010年冲压规划工作介绍,趋势：随着整车要求更安全，更环保，更低能耗，需要车身轻量化而更坚固，车身冲压在安全、环保、高品质、高效率、低成本、数字化制造不断发展,高强度及超高强度钢板的定义 随着整车轻量化和安全法规的碰撞安全性要求提高，冲压材料向着高强度方向发展。高强度钢板在汽车应用上发展很快，目前在欧洲轻量化概念化车的用材中,高强度钢板约占用80%左右。强度在27

2、0780MPa应用的最多。 按抗拉强度划分： 高强钢：TS340MPa（冷轧） TS370MPa（热轧及酸洗） 超高强钢：TS590MPa 按屈服强度划分： 高强钢：YS210MPa 超高强钢：YS550MPa 其它划分 常规高强钢CHSS 先进高强钢AHSS,冲压材料的发展,Ts980,Ts590,Ts440,一汽奔腾轿车车身材料高强度钢板的应用,一汽轿车自主品牌轿车奔腾B50白车身冲压件中HSS和AHSS应用比例47.63%。其中侧围加强板强度级别为590MPa和780MPa的trip钢；门外板：烘烤硬化钢，340MPa；B柱加强板：双相钢（DP钢）980MPa。B柱、防撞杆：超高强度热成

3、型钢，1500MPa。一汽轿车碰撞试验达到了C_NCAP4星级标准。,冲压材料的发展,冲压材料的发展高强度钢板成形特点和制造面临的挑战,成形特点： 高的抗拉强度带来成形力和剪切力的增大； 含碳量和合金元素的增加降低了板材的成形性能； 高的抗拉强度使材料的回弹量也相应增加； 面临的挑战： 高强度板是一种难以成形的材料，而材料成本提高. 成形AHSS钢板，增加冲压力。模具结构要考虑承受高压力,同时需要更大吨位的压力机。 成形件回弹大且不稳定, 目前成型分析软件没法对回弹作出较为准确的模拟。高强度板的成型特性不稳定，给生产和车身质量带来不稳定因素。 提高模具表面硬化和表面粗糙度,防止早期磨损等失效问

4、题。 模具调试周期长，反复修改多，生产准备周期延长。,冲压材料的发展高强度钢板成形特点和制造面临的挑战,控制回弹的一些方法 产品设计: 产品均匀变形;零件侧面适当增加 立筋. 工艺设计:考虑增加整形工序;增加成形力,考 虑模具强度及受力结构, 提出更改 产品的建议. 模具制造:预测回弹量;凹模分块带圆角的处 理; 控制材料的变形等.,激光拼焊板成形工艺技术,激光拼焊板成形工艺（ TWB） 1985年，德国蒂森钢铁公司开始应用激光拼焊板。 开始是为了解决超大尺寸的板材冲压件，后来发展到使用不同厚度、不同材质的材料，将其焊接成一块板料，然后进行冲压成型。 拼焊板的使用可以减少零件的数量、减轻零件重

5、量、降低生产成本和减少模具投资等，在欧美汽车制造业得到广泛应用，每种新车型都有10余种以上零件应用激光拼焊板。主要应用在车门内板、侧围内板及梁类零件。据统计门里板采用拼焊板成形的占40%以上。,冲压材料和工艺的发展,激光拼焊板的应用例子-车身前门里板,TWB-方案 内板,在 TWB-方案中省去,传统设计车门,激光拼焊板 车门,内板,绞链加强板,后视镜三角加固,加固锁扣,外板,内护栏,外护栏,SAPT,窗槽,冲压材料和工艺的发展,门里板激光拼焊板材料毛坯图,是否使用激光拼焊板的前门里板成本分析比较,通过使用激光拼焊技术将两个部件节省，抵消了较高的坯板价格，降低成本。每个激光拼焊板 车门整体成本比

6、传统车门成本降低5.39%, 约2,32。,0,00 ,5,00 ,10,00 ,15,00 ,20,00 ,25,00 ,30,00 ,35,00 ,40,00 ,45,00 ,激光拼焊板车门,传统车门,/门,分摊,物流,集中采购,部件,坯板,原料,研发,在东风商用车D530侧围内板上的应用,提出：由于D530单排的侧围角板和侧围内板在左右成双冲压制造的情况下，材料利用率低。,侧围角板 0.75mm DC05,侧围内板 1.6mm D180P2,侧围内板(合件) 0.75+1.6mm DC05+D180P2,冲压材料和工艺的发展,在D530车身侧围内板上的应用,通过冲压模拟CAE成形分析结果

7、确定钢板拼焊线位置,距下死点35MM,下死点,沿焊缝开裂危险,冲压材料和工艺的发展,通过试验验证取消老加强板（5401153/54-c1200重量：0.927KG/件);采用新加强板，每车减重约1.5KG。,侧围内板新加强板（5401153/54-c1201)方案,冲压材料和工艺的发展,冲压工艺的发展超高强度板材热成形工艺技术,为了达到欧洲碰撞安全4-5星标准，车身支柱等零件需要使用超高强度钢板，但是超高强度板在冷冲压成形难度极大，因此产生热成型工艺。 热成形工艺，（热成形钢）板料或落料件进炉中加热到奥氏体温度范围（850-900度左右），快速送入内部带有冷却管道的冲压模具上冲压成形，保压冷却

8、至组织全部为马氏体后，零件抗拉强度可以达到1500MPa。 成形后续工艺：处理表面氧化皮（喷丸），激光切割机完成零件外周边和孔的加工。 设备工装一次投资比较大，制造成本较高。,超高强度板的热成形工艺流程,热成型是一条专用生产线，包含加热设备、传送机构、热成型压力机设备、上下料机构和带有快速冷却系统的热成型模具等组成。,冲压工艺的发展,冲压工艺的发展超高强度板材热成形工艺技术应用,国际：在国外轿车厂已普遍应用。主要生产的零件：支柱、车门防撞梁、顶盖上边梁等梁类冲压结构件。欧系车型使用最广泛；使用最多的是德国大众；日系车在车门防撞梁（杆）上普遍使用且有推广的趋势； 国内：国内一些轿车厂已开始采用，

9、欧系车型：宝莱A5 前、后保险杠、A柱、B柱；Golf A4后保险杠；Polo的前后保险杠、B柱；速腾B柱、A柱和前后保险杠骨架；长安福特Focus等车的A柱、B柱、保险杠、防撞杆；标志307、凯旋B柱、防撞杆等；自主品牌：；中华系列车B柱、A柱采用热冲压件；奇瑞、吉利等 国内已有2-3条热冲压成型生产线 。 (长春,昆山,宝钢),1、板料液压成型工艺,2、管件内高压成型工艺,液压成型技术的成形原理,冲压工艺的发展,特点：设计生产周期短，节省模具费用，提高板料成形极限， 缩短制造流程，适用于多品种少批量产品,板料液压成型工艺,冲压工艺的发展,管件内高压成形,冲压工艺的发展,管件内高压成形是将管

10、坯放入模具内，利用高压液体充入空腔，同时辅以轴向补料，使其直径变化至贴靠凹模的成型过程。由于使用的内部压力可高达400MPa,称为内高压成形技术。与传统的冲压件相比，液压成型技术具有减轻质量，减少零件数量，降低生产成本，提高焊接总成尺寸精度和提高总成刚度和强度，尤其疲劳强度等特点。 管件内高压成形适用于沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或异性截面的空心构件。典型零件如副车架、仪表梁支架等零件。 设备工装一次投资比较大。,冲压工艺的发展一汽奔腾轿车B50副车架制造的应用,主要构成的 副车架主管 采用内高压成形工艺。新工艺的整体副车架与采用分体冲压件点焊组合的传统工艺相比，生产成本降低20%，减轻质量

11、30%。模具成本可降低60%.,内高压成形技术生产副车架主管,冲压工艺的发展,冲压工艺的发展,除了上面介绍的热成型工艺，拼焊板成形工艺和内高压成形工艺外， 多件拼合冲压，提高冲压效率。如一汽自主品牌轿车开发出一模4件的冲压模具，4个门外板同时生产。 双模冲压，提高冲压效率，提高材料利用率和降低模具调试难度。将车身左右件的两套模具安排在同一台压力机生产，比左右拼合一套模具冲压具有比较优势。,冲压设备的发展,冲压设备的发展,人工冲压线,机器人冲压线,机械手冲压线,冲压设备的发展,冲压设备的发展东风日产花都工厂的高速冲压生产线采用德国万家顿和日本小松的大型高速冲压生产线,德国米勒万家顿公司开发出快速

12、横杆式输送系统（SpeedBAR）。这种输送系统结构简单，输送效率高，可以实现模具和端拾器在单机联线自动化冲压线。国内已有主机厂采用这一自动送料系统，,冲压设备的发展,大型自动化冲压线与大型多工位压力机是当今大型冲压装备自动化技术发展的两大趋势。我国现有冲压线中约10实现单机联线自动化，部分生产线采用了SpeedBAR或旋转7轴机器人等先进输送系统，大型自动化冲压线是今后发展的选择。,冲压自动线的选择的要点 生产的产品，生产线的产能 模具的性能，满足自动化要求 维护技术能力，设备投资，运行成本， 长远规划 辅助设备的重点 开卷落料线，板料清洗涂油 堆垛，板料翻转机等自动化辅助设备,上汽通用五菱

13、选择冲压自动化的投资成本对比分析,冲压设备的发展,冲压设备的发展,大型多工位压力机,冲压设备的发展多工位压力机在优尼公司的应用,广州优尼冲压有限公司 生产产品：花都工厂轿车车身主要骨架件总成，中支柱， 前上横梁总成等 制造工艺：开卷落料，激光拼焊, 冲压成形，焊接总成。 冲压设备：5台多工位压力机，一台3000吨，一台2000吨， 3台1500吨；2条开卷落料线。 设备SPM：13-30次/分， 生产SPM：20-25次/分（最高28次，最高1万件/班） 换模时间：4.1分 冲压车间面积：12000平米 公司销售额： 20亿元/2009年,大型伺服压力机,大型伺服压力机，是将伺服电机技术和CN

14、C控制与压力机结合，一般使用伺服电机取消压机的飞轮和制动器，可以达到根据加工内容任意设置压机滑块运行模式，采用伺服压力垫代替传统气垫, 在生产效率、成型性能、精度方面和设备稳定性等方面远远超过原来的普通压力机，还具有节能、噪音低等特点，行业认为是今后压力机发展的方向。 现在已经生产出1000吨以上的大型伺服压力机。 伺服压力机可以实现压床速度曲线和滑块行程曲线的数字化控制，更加适应不同产品的冲压生产，达到高效率。 伺服压力机已经引起汽车制造公司高度重视，开始订货，应用范围越来越广。,冲压设备的发展,广州丰田公司冲压：采用日本丰田公司和小松公司共同开发的大型伺服压力机全自动冲压线。,冲压设备的发

15、展,CAE技术的应用-配合产品同步开发和模具开发的重要手段，提高了冲压制造的技术水平,确定零件的成形工艺性和模具结构，可以预测出零件成形过程中材料变薄率和开裂、起皱等缺陷，缩短模具调试周期和制造周期。,冲压模具的发展,F91A模、检具套数和零件合格率目标 模具套数,冲压模具的发展专业化和制造流程再造的发展,项目零件送样品质目标,冲压模具的发展,CAD/CAM/CAPP/CAE等数字化技术的发展在模具制造全过程的应用 激光技术的应用 三维激光切割机，激光淬火，激光检测 摄影技术应用 逆向工程，造型，摄影检测 超高强度钢板模具,连续模,多工位模具等。,制造技术战略发展规划 DFL制造规划部 201

16、0.01,冲压与模具,制造技术评价表（乘用车）,“1+1”规划项目输出表,“3”规划技术准备课题,- END -,第二章 液压与气压传动的基础知识,静止液体的力学规律 流动液体的力学规律 管路系统流动分析 液压系统的气穴与液压冲击现象,2.1 静止液体的力学规律,液体的静压力 静压力基本方程 静压力基本方程的物理意义 压力的计量单位 压力的传递 液体静压力对固体壁面的作用力,2.1.1 液体的静压力,静压力: 是指液体处于静止状态时,其单位面积上所受的法向作用力 若包含液体某点的微小面积A上所作用的法向力为F，则该点的静压力p定义为： 若法向力F均匀地作用在面积A上，则压力可表示为:,2.1.

17、1 液体的静压力,静压力的特性: 液体的静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向 静止液体中任何一点所受到各个方向的压力都相等,2.1.2 液体静压力的基本方程,液体静压力基本方程:反映了在重力作用下静止液体中的压力分布规律 p=po+gh p是静止液体中深度为h处的任意点上的 压力,p0 为液面上的压力，若液面为与 大气接触的表面，则p0等于大气压p。 同一容器同一液体中的静压力随着深度 h的增加线性地增加 同一液体中深度h相同的各点压力都相等. 在重力作用下静止液体中的等压面是深度（与液面的距离）相同的水平面,图21重心作用下的静止液体,2.1.3 静压力基本方程物理意义,p=p0+g(z0

18、 - z) + z= + z0=C Z:单位重量液体的位能,称位置水头 :单位重量液体的压力能,称压力水头 物理意义:静止液体具有两种能量形式，即压力能与位能。这两种能量形式可以相互转换，但其总和对液体中的每一点都保持不变为恒值，因此静压力基本方程从本质上反映了静止液体中的能量守恒关系.,2.1.4 压力的计量单位,法定单位 :牛顿/米2(N/m2)即帕（Pa） 1 MPa=106Pa 单位换算: 1工程大气压（at）=1公斤力/厘米2（kgf/m2）105帕=0.1 MPa 1米水柱（mH20）=9.8103Pa 1毫米汞柱（mmHg）=1.33102Pa,2.1.4 压力的计量单位,相对压

19、力（表压力）: 以大气压力为基准，测量所得的压力 是高于大气压的部分 绝对压力: 以绝对零压为基准测得的压力 绝对压力=相对压力 + 大气压力 真空度:如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，则称该点出现真空。此时相对压力为负值，常将这一负相对压力的绝对值称为该点的真空度 真空度=|负的相对压力|=|绝对压力 - 大气压力|,图22 绝对压力、相对压力和真空度,2.1.5 压力的传递,帕斯卡原理:若在处于密封容器中静止液体的部分边界面上施加外力使其压力发生变化，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，则液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化 液压传动是依据帕斯卡原理 实现力的传递、放大和方向 变换

20、的 液压系统的压力完全决定于 外负载,图2-4帕斯卡原理应用,2.1.6 液体静压力对固体壁面的作用力,当承受压力的固体壁面为平面时:则作用在其上的总作用力等于压力与该壁面面积之积 如果承受压力的固体壁面是曲面时:曲面上总作用力在某一方向上的分力等于曲面在与该方向垂直平面内的投影面积与静压力的乘积。若已知曲面上总作用力在三个坐标轴方向的分量分别为Fx、 Fy和Fz时，总作用力的大小为：,2.2 流动液体的力学规律,基本概念 连续性方程 伯努利方程,2.2.1 基本概念,理想液体: 既不可压缩又无粘性的液体 理想气体: 可压缩但没有粘性的气体 一维定常流动: 即流场中速度与压力只是空间点的位置的

21、函数而与时间无关，则称流场中的流动为定常流动。在定常流动条件下，如果通过适当选择坐标（包括曲线坐标）后，使流速与压力只是一个坐标的函数，则称这样的流动为一维定常流动,2.2.1 基本概念,通流截面:在流场中作一面。若该面与通过面上的每一条流线都垂直，则称该面为通流截面 流量:单位时间内流过某通流截面的流体体积 法定单位: 米3/秒(m3/s) 工程中常用升/分（L/min） 通流截面上的平均流速:,图27 流线、流束与通流截面,2.2.1 基本概念,流动液体中的压力和能量: 由于存在运动，所以理想流体流动时除了具有压力能与位能外，还具有动能。即流动理想流体具有压力能，位能和动能三种能量形式 单

22、位重量的压力能: 单位重量的位能: Z 单位重量的动能:,2.2.2 连续性方程:质量守恒定律在流动液体情况下的具体应用,q=A=常数 不可压缩流体作定常流动时，通过流束（或管道）的任一通流截面的流量相等 通过通流截面的流速则与通流截面的面积成反比,2.2.3 伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流动液体中的表达形式,理想液体的伯努利方程 实际液体的伯努利方程 伯努利方程应用实例,理想液体的伯努利方程,图2-8 伯努利方程推导简图,理想液体定常流动时，液体的任一 通流截面上的总比能（单位重量液 体的总能量）保持为定值。 总比能由比压能（）、比位能（Z）和比动能（）组成，可以相互转化。 由于方

23、程中的每一项均以长度为量纲，所以亦分别称为压力水头，位置水头和速度水头 静压力基本方程是伯努利方程的特例,实际液体的伯努利方程,:动能修正系数,为截面上单位时间内流过液体所具有的实际动能，与按截面上平均流速计算的动能之比（层流时=2，紊流时=1） :单位重量液体所消耗的能量,伯努利方程应用实例,液压泵吸油口处的真空度是油箱 液面压力与吸油口处压力p2之差。 液压泵吸油口处的真空度却不能 太大. 实践中一般要求液压泵的 吸油口的高度h不超过0.5米.,图2-10 液压泵从油箱吸油,2.3 管路系统流动分析,两种流动状态 定常管流的压力损失 通过小孔的流动 通过间隙的流动,2.3.1 两种流动状态

24、,层流 紊流 雷诺数:液体在圆管中的流动状态决定于由管道中流体的平均流速、管道直径d和液体运动粘度这三个参数所组成的无量纲数的大小: 流动液体的雷诺数低于临界雷诺数(由紊流转变为层流)时，流动状态为层流，反之液流的状态为紊流 雷诺数的物理意义:流动液体的惯性力与粘性力之比,2.3.2 定常管流的压力损失,层流时管截面上的速度分布,图2-14 圆管中的层流,2.3.2 定常管流的压力损失,流量 式中 d:管道内径（m）； l:管道长度（m）； :流体的动力粘度（NS/m2）； =p1-p2:管道两端的压力差（N/m2）；,2.3.2 定常管流的压力损失,沿程压力损失 : 这种沿等直径管流动时的压力损失 :沿程压力损失系数,其理论值为 . 当流动液体为液压油时，,2.3.2 定常管流的压力损失,局部压力损失p : 在流经阀口、管道截面变化、弯曲等处时，由于流动方向和速