汽車覆蓋件沖壓的讀書筆記

1、作者：陳飚，孫瑩 出版社：西安交通大學(xué)第一章 概述1.1發(fā)展方向1.2汽車覆蓋件沖壓成型特點(diǎn)1.2.1 質(zhì)量要求1.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.2.3 成形特點(diǎn)第二章 汽車覆蓋件材料及性能2.1 覆蓋件的沖壓加工對原材料要求：2.2 焊接工藝對覆蓋件材料要求：2.3 汽車覆蓋件常用材料：2.4 材料成形性能及實驗方法第三章 汽車覆蓋件沖壓成形工藝3.1沖壓加工及分類3.2 汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)工藝設(shè)計3.2.1 沖壓方式3.2.2 沖壓工藝的設(shè)計前準(zhǔn)備3.2.3 覆蓋件沖擊工藝設(shè)計基本原則3.2.4 覆蓋件沖壓工藝設(shè)計的流程3.3 汽車覆蓋件沖壓毛坯形狀和尺寸的確定3.3.1 沖壓毛坯形狀

2、和尺寸的確定3.3.2 合理選擇毛坯材料3.4 汽車覆蓋件拉深工藝3.4.1 工藝特點(diǎn)3.4.2 拉深方向3.4.3 工藝補(bǔ)充3.4.4 工藝切口（孔）3.4.5 壓邊面3.4.6 拉深筋（檻）3.5 修邊、沖孔、翻邊其他3.5.1 汽車覆蓋件修邊和沖孔工藝3.5.2 汽車覆蓋件翻邊工藝3.5.3 前門框沖壓工藝設(shè)計第四章 汽車覆蓋件沖壓模具結(jié)構(gòu)4.1 拉伸模4.1.1 單動拉深模4.1.2 雙動拉深模第七章 汽車覆蓋件沖壓 質(zhì)量控制7.1 常見質(zhì)量問題工序名稱英文簡寫拉延DR成形FO翻邊FL整形RST落料BL修邊TR沖孔PI翻孔BUR切斷SEP斜楔翻邊/沖孔/修邊CFL/CPI/CTR第一章

3、 概述1.1發(fā)展方向1. 新型沖壓材料的研究2. 對汽車覆蓋件的形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，探討不同類型的覆蓋件在沖壓過程中對塑性變形規(guī)律產(chǎn)生的影響；3. 進(jìn)行壓料面的形狀、拉深筋的形狀和布置等對變形規(guī)律的影響；4. 難度評價5. 數(shù)值模擬（其結(jié)果現(xiàn)在還不能很好地從機(jī)理上說明破裂或起皺的原因）6. 破裂問題 （類型判斷、原因、對策；變形性質(zhì)和變形路徑對變形極限的影響；判斷斷裂的準(zhǔn)則）7. 起皺問題（力學(xué)原因、類型判斷、抗皺性能評價、對策）8. 剛度安全9. 沖壓形狀精度1.2汽車覆蓋件沖壓成型特點(diǎn)與一般的板料沖壓零件比，汽車覆蓋件：材料薄、復(fù)雜空間曲面形狀、結(jié)構(gòu)尺寸大、表面質(zhì)量要求高等，同時車身美觀、流

4、線型、便于制造維修。1.2.1 質(zhì)量要求1. 尺寸精度2. 形狀精度3. 表面質(zhì)量（波紋、皺紋、凹痕、擦傷、壓痕）4. 剛性好（減震、減噪）5. 良好的工藝性（經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定）1.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1. 尺寸大2. 薄3. 形狀復(fù)雜4. 輪廓內(nèi)部帶有局部形狀1.2.3 成形特點(diǎn)1. 一次拉深成形（拉深系數(shù)<1，不能一次拉深成形，目前技術(shù)無法控制多次拉深的毛坯變形）2. 拉脹復(fù)合成形（拉深、脹形）3. 局部成形（毛坯在雙向拉應(yīng)力下的變薄實現(xiàn)面積增大）4. 變形路徑變化（逐步貼模，）第二章 汽車覆蓋件材料及性能· 車身覆蓋件形狀復(fù)雜，不對稱；拉深過程中的應(yīng)力、變形很不均勻，并大多要

5、求一次拉深成形，材料承受極大的應(yīng)力，產(chǎn)生最大限度的塑性變形；· 影響鋼板沖壓性能的因素：鋼板表面質(zhì)量、厚度變化、化學(xué)成分、力學(xué)性能、工藝性能、金相組織等。2.1 覆蓋件的沖壓加工對原材料要求：1.成分，深拉深鋼板 含碳量0.060.09%，凡是與鐵能形成固溶體的元素，硅（0.03%）磷硅（0.06%），使鐵素體變硬，變脆，均應(yīng)保持在最低允許含量內(nèi)；硫的含量也應(yīng)減到最小0.05%，因為硫與錳 會與鐵呈脆性的化合物存在。 2.晶粒大小及均勻度，晶粒度級別67級且均勻。 3.珠光體形狀，球狀好；游離滲碳體限制在12級。實踐證明：因工藝問題而產(chǎn)生的廢品，一般裂口比較整齊；

6、因材料質(zhì)量差而產(chǎn)生的廢品，裂口多為鋸齒狀或不規(guī)則形狀。 4.力學(xué)性能，塑性變形區(qū)寬的好 s/b0.65 ， 1040% ， 大的硬化指數(shù)n 5.深拉深鋼板，尤其是沸騰鋼，由于時效作用，有屈服平臺，這種現(xiàn)象會使得零件表面出現(xiàn)局部滑帶凹紋，有損外觀，需要從冶煉中設(shè)法解決或在拉深前冷軋。 6.高表面質(zhì)量，級和厚度偏差A(yù)，B級。2.2 焊接工藝對覆蓋件材料要求：車身的焊接主要是接觸電阻焊。1.焊點(diǎn)的拉剪強(qiáng)度2.焊點(diǎn)的拉伸強(qiáng)度3.塑性比和破裂模式 塑性比=拉伸強(qiáng)度/拉剪強(qiáng)度，越大焊點(diǎn)的塑形越好 4.融化區(qū)硬度5.疲勞強(qiáng)度6.可焊性區(qū)間中碳鋼的可焊性比低碳

7、鋼差，而高碳鋼則不宜焊接。2.3 汽車覆蓋件常用材料：鋼帶和鋼板汽車沖壓用鋼分為三代產(chǎn)品：沸騰鋼；鋁鎮(zhèn)靜鋼；無縫隙原子鋼IF鋼。 深沖鋼板提高成形性能 高強(qiáng)度鋼板減振節(jié)能 表面處理鋼板防腐 特殊鋼板高性能汽車廣泛應(yīng)用的材料包括：冷軋低碳鋼及超低碳鋼、高強(qiáng)度熱軋鋼板、鋁鎮(zhèn)靜鋼板、1. 普通低碳鋼板2. 鍍層鋼板3. 無間隙原子鋼（IF）4. 高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼板 a. 高強(qiáng)度鋼板 b. 烘烤硬化鋼 c. 含磷高強(qiáng)度冷軋鋼板 d. 雙向鋼 e. 低合金高強(qiáng)度鋼 f. 相變誘導(dǎo)塑形鋼5. 激光拼焊板6. 輕金屬材料 a. 鋁及鋁合金材料 b. 鎂合金材料 c.

8、 鈦合金材料7. 非金屬材料 a. 塑料 b. 高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料 i. 碳纖維復(fù)合材料 ii. 玻璃鋼8. 其他新材料 a. 泡沫金屬 b. 蜂窩夾芯復(fù)合板2.4 材料成形性能及實驗方法· 間接試驗1. 1. 板料的單向拉伸試驗2. 2. 金相試驗3. 3. 硬度實驗· 模擬實驗1. 1. Erichsen試驗 （杯突試驗）2. 杯突值IE3. 2. 液壓脹形試驗4. 極限脹形系數(shù)K5. 3. KWI擴(kuò)孔試驗6. 極限擴(kuò)孔系數(shù)7. 4. Swift拉深成形試驗8. 極限拉伸比LDR9. 5. 副井錐杯試驗10. 錐杯試驗值CCV11. 6. 凸耳試驗12. 凸耳率e13.

9、 7. 成形極限圖試驗（forming limit diagram FLD）第三章 汽車覆蓋件沖壓成形工藝3.1沖壓加工及分類· 沖壓與沖模的概念 沖壓是通過安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得工件的加工方法。 可以加工金屬，非金屬。因常溫下進(jìn)行，又被稱為冷沖壓。 沖壓模具 ，簡稱為沖模。 沖壓加工中必不可少的三要素：合理的沖壓成形工藝，先進(jìn)精密的模具（根本），高效的沖壓設(shè)備。· 沖壓加工的特點(diǎn)和分類 沖壓加工的沖壓件的形狀、尺寸和表面質(zhì)量是由模具保證的。 沖壓加工的生產(chǎn)率很高

10、60;沖壓技工的成本低。 一個沖壓件往往需要經(jīng)過多道沖壓工序才能完成，大致可分為分離工序和成形工序。1. 分離工序：將沖壓件或毛坯沿一定的輪廓線與板料分離；2. 成形工序：在不使板料破壞的條件使之產(chǎn)生塑性變形而形成所需形狀與尺寸的工作。· 雖沖壓成形工藝復(fù)雜，由各種基本成形組成，使其在不同部位發(fā)生不同的基本變形，但由于這些部位不是孤立的，有相互聯(lián)系彼此之約，不能作為一個個單純的基本成形工序孤立地分析，需考慮不同部位相互影響。3.2 汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)工藝設(shè)計3.2.1 沖壓方式汽車覆蓋件沖壓成形的模具一般由凸模、凹模和壓邊圈的三部分。 1. 立式?jīng)_壓法

11、0;凸模和壓邊圈在上，凹模在下 沖壓過程：壓邊圈壓合，凸模沖壓兩個動作。 立式?jīng)_壓法在壓邊圈壓合后立即沖壓，板料未能在沖壓前優(yōu)化初始形狀，此沖壓法通常只在沖壓需要非常大的壓邊力的情況下使用。 2. 倒置式?jīng)_壓法 過程：壓邊圈壓合、板料貼緊凸模型面、凹模沖擊三個動作 壓邊圈壓合是凹模向下運(yùn)動，與板料和壓邊圈接觸，壓緊板料。板料貼合在凸模與壓邊圈上，呈現(xiàn)出凸模的表面形狀，板料得到初始變形，優(yōu)化了板料初始形狀，與傳統(tǒng)沖壓方式相比可以提高制件的品質(zhì)。3.2.2 沖壓工藝的設(shè)計前準(zhǔn)備 1. 原始資料的準(zhǔn)備與閱讀 常規(guī)手冊：沖模設(shè)計手冊、機(jī)械制造工藝手冊、

12、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 還有： a. 覆蓋件圖樣、覆蓋件模型及技術(shù)要求 b. 產(chǎn)品原材料的尺寸規(guī)格、性能及供應(yīng)情況 c. 產(chǎn)品的生產(chǎn)批量級定型程度 d. 沖壓設(shè)備條件 e. 模具制造條件及技術(shù)水平 f. 其他技術(shù)資料 2. 需要分析和研究的問題 i. 覆蓋件的成形難度 ii. 覆蓋件的工藝性 iii. 覆蓋件的表面狀況 iv. 局部細(xì)節(jié)（孔、邊緣、加強(qiáng)筋等）的精度、形狀、位置 v. 料厚公差應(yīng)在保證該覆蓋件精度范圍內(nèi) vi. 有無關(guān)于毛刺高度及毛刺方向的要求 vii. 是否需要考慮材料的纖維方向，板材利用率等問題。3.2.3 覆蓋件沖擊工藝設(shè)計基本原則 a) 外覆蓋件的同一表面盡可能一次成形。 如果同一表面

13、分兩次成形，在交接處會殘存不連續(xù)的面，導(dǎo)致表面噴涂裝飾后外觀效果不良。內(nèi)覆蓋件同相鄰零件的配合形狀尤為重要。 b) 覆蓋件的沖壓工序一般要4-6道，甚至更多，拉深，切邊和翻邊是最基本的。 c) 覆蓋件在主要成形工序之后，一般為修邊，翻邊等工序。在前面成形工序尺寸設(shè)計時，要充分考慮為后續(xù)工序提供良好的工藝條件。 d) 覆蓋件上與沖壓方向相反的成形，主要靠局部拉深。 注意反成形的深度不應(yīng)超過正成形的深度 e) 覆蓋件上的焊接面不允許存在皺折、回彈等問題。 f) 覆蓋件上的孔一般應(yīng)在零件成形之后沖出。 g) 為了縮短制造周期，全套沖模的工序件在沖模中的位置應(yīng)保持一致。避免工件在工序之間的回轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

14、 h) 覆蓋件凸緣的圓角半徑一般取8-10mm，當(dāng)小于5mm時，應(yīng)增加整形工序。 i) 對于形狀對稱的覆蓋件，最好能選用成雙沖壓成形，然后再切成兩件。 j) 對于特別淺的覆蓋件，拉深時要注意回彈的控制。3.2.4 覆蓋件沖壓工藝設(shè)計的流程 I. 召集有經(jīng)驗的工程師對產(chǎn)品數(shù)模工藝進(jìn)行初步研討。 拉延沖壓方向 修邊方向 沖壓工序劃分 壓料面的大致形狀 典型斷面的工藝補(bǔ)充 孔徑公差及其他技術(shù)要求 參考以前類似覆蓋件工藝 II. 確定初步討論結(jié)果，制作拉延模面。 III. 拉延CAE模擬分析 IV. 修改拉延模模面或調(diào)整各種模擬參數(shù)<=由CAE結(jié)果來分析 拉延方向是否合適，壓料面是否需要修改，工

15、藝補(bǔ)充是否需要修改，坯料大小是否需要調(diào)整，拉延筋的系數(shù)及數(shù)量，壓邊力是否需要調(diào)整。 V. 制作拉延模實體筋<=還是CAE VI. 后續(xù)沖壓工序設(shè)計 修邊線展開，廢料刀的布置等，特殊要求下進(jìn)行翻邊及回彈CAE模擬，以驗證修邊線的準(zhǔn)確性，翻邊有無開裂，工件回彈角大小，回彈補(bǔ)償?shù)取?.繪制沖壓工藝過程圖（Die Layout）工藝流程圖3.3 汽車覆蓋件沖壓毛坯形狀和尺寸的確定3.3.1 沖壓毛坯形狀和尺寸的確定 . 毛坯尺寸的平面展開 將零件的外形展開成平面性狀，以此為依據(jù)計算零件的毛坯尺寸。 1) 在拉深件上取若干斷面，計算各斷面線長 基面展開法；基點(diǎn)展開法； 2) 按斷面線長畫平面圖 3

16、) 按面積相等原則進(jìn)行毛坯輪廓光滑 . 試驗修正毛坯形狀和尺寸3.3.2 合理選擇毛坯材料 . 滿足覆蓋件成形的工藝要求 . 保留一定變形余裕度 . 根據(jù)零件的變形狀態(tài)圖（SCV）和板材的成形極限圖（FLD）選擇毛坯材料。3.4 汽車覆蓋件拉深工藝3.4.1 工藝特點(diǎn) . 目前主要是通過類比的方法，經(jīng)過生產(chǎn)調(diào)整、試驗來確定，一般采用雙動壓力機(jī)一次拉深成形； . 覆蓋件形狀復(fù)雜，深度不勻，又不對稱，壓力面積比其余面積小，因為需要采用拉深筋（檻）來加大進(jìn)料阻力，或是利用拉深筋的合理布排，改善板料在壓邊圈下的流動條件，使各區(qū)段材料的流動趨于均勻，才能有效地防止起皺。 . 簡單零件拉深時，導(dǎo)致破裂的主

17、要原因是變形區(qū)的變形拉力超出傳力區(qū)的（側(cè)壁與底部過渡區(qū)）危險斷面強(qiáng)度。而有些汽車覆蓋件由于拉深深度淺（如車門外板）拉深時材料得不到應(yīng)有的伸長變形，容易起皺，且剛性不夠，需采用拉深筋（檻）來加大壓邊圈下板料的流動阻力，從而使其主要以脹形的方式變形，增大塑性變形程度，以保證零件在修邊后彈性畸變小、剛性好，避免汽車在運(yùn)動時零件發(fā)生顫抖和噪聲。 . 為保證覆蓋件在拉深時能經(jīng)受最大限度的塑性變形而不致產(chǎn)生破裂，對原材料的力學(xué)性能，金相組織，化學(xué)成分，表面狀況和厚度精度都有很高很嚴(yán)的要求。 . 覆蓋件拉深時需要較大和較穩(wěn)定的壓邊力，同時一般希望一次拉深成形，因此廣泛采用雙動壓力機(jī)。3.4.2 拉深方向 .

18、 保證凸模能夠進(jìn)入凹模 . 保證凸模開始拉深時與拉深毛坯的接觸狀態(tài) 1) 接觸面要盡量大且平，接觸面積過小或尖，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起引起毛坯接觸處產(chǎn)生破裂 2) 接觸位置應(yīng)靠近中間，一方面可有效避免起皺和破裂，還有可以防止拉深毛坯可能經(jīng)凸模頂部竄動而加快凸模頂部磨損，影響覆蓋件表面質(zhì)量。 3) 接觸點(diǎn)要多，要分散，且同時接觸。 . 壓料面各部分進(jìn)料阻力要均勻 為保證進(jìn)料阻力均勻， i. 材料各處的拉深深度均勻； ii. 使凸模相對兩側(cè)的拉入角相等，材料流入凹模的速度相近，從而保證壓料面各部分進(jìn)料阻力趨于一致。 . 使壓料面盡量為平面，以便于配料的定位和模具加工。3.4.3 工藝補(bǔ)充 事先在工件

19、以外增加部分材料，如封閉窗口、孔洞開口、補(bǔ)充拉深筋、壓料面等在后續(xù)工序中又將其切除，這些增補(bǔ)的材料稱為工藝補(bǔ)充部分?？梢愿纳评顥l件，防止壓料起皺，保證拉深深度均勻，是拉深件不可缺少的組成部分，但在后續(xù)修邊工序中要被切除，成為工藝廢料。所以保證覆蓋件能順利成形的前提下，應(yīng)盡量減小工藝補(bǔ)充面，以提高板料利用率，若工藝補(bǔ)充面過大，不僅浪費(fèi)材料，而且牽制了坯料的流動，增加了變形阻力，使得制件成形時破裂的可能性加大。3.4.4 工藝切口（孔） 在覆蓋件中間部位反拉成形時，出現(xiàn)局部深度較大的凸起窗口或鼓包時，采取加大過度圓角后期還原的方式不見效時，采用在局部凸起變形區(qū)的適當(dāng)位置沖出工藝切口或工藝孔，改善

20、材料的流動情況，使容易破裂的區(qū)域從變形區(qū)內(nèi)部得到材料的補(bǔ)充。 I. 工藝切口（孔）必須開在拉深件修邊線以外的多與材料上，以便在修邊工序中切除，而不影響零件形狀； II. 工藝切口應(yīng)開在容易破裂的區(qū)域附近，其具體數(shù)量視情況而定； III. 工藝切口應(yīng)保證不因為拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生徑向裂口，也不能因為拉應(yīng)力過小而形成波紋，開在拉應(yīng)力最大的拐角處。3.4.5 壓邊面壓邊面是組成工藝補(bǔ)充面的一個部分，即凹模圓角半徑以外的部分。一般來講壓邊面有兩種：一是覆蓋件的凸緣，二是壓邊面全部是工藝補(bǔ)充面，需在后續(xù)工序中切除。其作用是在壓邊圈與凹模的作用下，保證坯料拉深時能合理流動，且不起皺破裂。3.4.6 拉深筋（檻

21、）調(diào)節(jié)壓邊面各部位進(jìn)料阻力的方法總結(jié)為： . 調(diào)節(jié)外滑塊4個角的高低，造成壓邊面上各部位壓邊力不同（此方法應(yīng)用廣泛，但只能粗略調(diào)節(jié)壓邊力，有局限性） . 改變拉深坯料的局部性狀，以增減壓邊面積（局部采用，輔助） . 拉深筋（檻）最有效、最常用、且最靈活其作用： a. 增加進(jìn)料阻力 b. 調(diào)節(jié)材料的流動情況 c. 降低對壓邊面粗糙度的要求 d. 糾正坯料的不平整 （相當(dāng)于輥壓校平）3.5 修邊、沖孔、翻邊其他3.5.1 汽車覆蓋件修邊和沖孔工藝修邊即剪切分離，對于汽車覆蓋件，修邊輪廓多數(shù)是空間不規(guī)則形狀。沖孔工序合并在修邊工序中。3.5.2 汽車覆蓋件翻邊工藝 在覆蓋件中，幾乎每個零件都有翻邊結(jié)構(gòu)，除了焊接和裝配的需要外，翻邊結(jié)構(gòu)還能增加覆蓋件的剛性和強(qiáng)度，使其邊緣光滑、整齊和美觀，一般來說，翻邊是對輪廓外形和配合尺寸的最后加工。翻邊和彎曲變形都有回彈現(xiàn)象發(fā)生，在確定變形量時，應(yīng)將回彈量考慮進(jìn)去，后續(xù)工序需卷邊時，要估計到卷邊的收縮量。3.5.3 前門框沖壓工藝設(shè)計6道工序：落料工序拉深工藝切邊、沖孔工藝沖孔