汽車零部件的鍛壓技術(shù)概述

1、第5講 汽車零部件的鍛壓技術(shù)概述一、鍛造二、板料沖壓二、汽車車身沖壓件材料三、汽車覆蓋件的沖壓工藝四、汽車制造中沖壓工藝的新發(fā)展概 述汽車制造中有60%-70%的金屬零部件需經(jīng)塑性加工成形。4金屬塑性成形：在外力作用下金屬材料通過塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的零件或毛坯的加工方法。在工業(yè)生產(chǎn)中又稱為金屬壓力加工，分為：自由鍛、模鍛、板料沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。鍛壓：是鍛造Forging與沖壓Stamping的總稱。對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，改變尺寸、形狀，改善性能，用以制造機械零件或毛坯的成形加工方法。5常用的壓力加工方法a）自由鍛 b）模鍛 c）板料沖壓 d）擠壓 e

2、）軋制 f）拉拔6塑性加工的特點： 改善金屬的組織、提高力學性能 金屬材料經(jīng)壓力加工后，其組織、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金屬鑄錠內(nèi)部的氣孔、縮孔和樹枝狀晶等缺陷，并由于金屬的塑性變形和再結(jié)晶，可使粗大晶粒細化，得到致密的金屬組織，從而提高金屬的力學性能。在零件設(shè)計時，若正確選用零件的受力方向與鍛造流線方向，可以提高零件的抗沖擊性能。材料的利用率高 金屬塑性成形主要是靠金屬的體積重新分配，而不需要切除金屬，因而材料利用率高。 較高的生產(chǎn)率 塑性加工一般是利用壓力機和模具進行的，生產(chǎn)效率高。例如，利用多工位冷鐓工藝加工內(nèi)六角螺釘，比用棒料切削加工工效提高約400倍。毛坯或零件的精度較高

3、 應(yīng)用先進的技術(shù)和設(shè)備，可實現(xiàn)少切削或無切削加工。例如，精密鍛造的傘齒輪齒形部分可不經(jīng)切削加工直接使用，復雜曲面形狀的葉片精密鍛造后只需磨削便可達到所需精度。7材料：鋼和非鐵金屬可以在冷態(tài)或熱態(tài)下壓力加工。用途：承受沖擊或交變應(yīng)力的重要零件（如機床主軸、齒輪、曲軸、連桿等），都應(yīng)采用鍛件毛坯。在機械制造、軍工、航空、輕工、家用電器等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。例如，飛機上的塑性成形零件占總質(zhì)量的85%；汽車、拖拉機上的鍛件質(zhì)量占總質(zhì)量的60%80%。缺點：不能加工脆性材料（如鑄鐵）和形狀特別復雜（特別是內(nèi)腔形狀復雜）或體積特別大的零件或毛坯。8鍛造發(fā)展可概括為“精、省、凈”。早期手工鍛打制作成品，僅是“

4、成形”簡單制品。精：后來用機器鍛造，可以在一定程度上通過模具控制形狀和尺寸，但主要為后續(xù)的加工制造毛坯。?。?0世紀5060年代，針對“肥頭大耳”問題，提倡發(fā)展“少無切削加工”。凈：20世紀8090年代，明確提出“精密成形”或“精確成形”，大力發(fā)展“凈形制造”技術(shù)。9“鍛打”發(fā)展到“塑性加工”，是一個從“表象”到“本質(zhì)”，從“經(jīng)驗”到“規(guī)律”的漫長的認識過程。面向21世紀信息時代，塑性加工仍將是制造金屬零件的基本方式之一。據(jù)統(tǒng)計，全世界生產(chǎn)的鋼材約有75要經(jīng)過塑性加工制成成品。一、鍛造 Forging鍛造Forging：在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使坯料或鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲

5、得一定的幾何形狀、尺寸和質(zhì)量的鍛件的加工方法。工（模）具一般作直線運動。應(yīng)用：形狀簡單，強韌性要求高的制件鍛造后，成分均勻，組織致密，晶粒細化，強韌性提高。固態(tài)成形，制件形狀受限制。1. 自由鍛Open Die forging概念：只用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上下砧間對坯料施加外力，使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件。 自由鍛造時，除與上、下砧鐵接觸的金屬部分受到約束外，金屬坯料朝其它各個方向均能自由變形流動，不受外部的限制，故無法精確控制變形的發(fā)展。分類：錘上自由鍛：中小鍛件液壓機上自由鍛：大型鍛件特點：金屬坯料在抵鐵間受壓變形時，可朝各個方向自由流動，不受限制。工藝

6、靈活，所用設(shè)備和工具簡單、通用性強，成本低。鍛件精度較低，加工余量較大，生產(chǎn)率低，其形狀和尺寸主要由操作者的技術(shù)來控制。 應(yīng)用一般只適合于單件、小批量生產(chǎn)。自由鍛也是鍛制大型鍛件的唯一方法。自由鍛生產(chǎn)過程自由鍛錘空氣錘的噸位：以其工作活塞、錘桿和上抵鐵等落下部位的質(zhì)量表示。自由鍛變形工序 基本工序下料 Cropping 鐓粗 Compression拔長 Drawing out 沖孔 Punching彎曲 Bending 切割 Cutting扭轉(zhuǎn) Twisting 錯移 Offset 輔助工序倒棱Chamfering 壓肩 Necking 壓痕 Indentation 精整工序 自由鍛件的變形工

7、藝選擇依據(jù)：主要取決于鍛件的形狀特征，還要考慮尺寸、技術(shù)要求以及自由鍛變形工序特點。2. 模鍛 Die Forging概念：利用模具使坯料變形而獲得鍛件。在模鍛設(shè)備上，利用高強度鍛模，使金屬坯料在模膛內(nèi)受壓產(chǎn)生塑性變形，而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的加工方法稱為模鍛。在變形過程中由于模膛對金屬坯料流動的限制，因而鍛造終了時可獲得與模膛形狀相符的模鍛件。彎曲連桿鍛模（下模）與模鍛工序1拔長模膛 2滾擠模膛 3終鍛模膛 4預鍛模膛 5彎曲模膛 優(yōu)點：生產(chǎn)效率高。 可鍛出形狀復雜、尺寸準確，更接近于成品的鍛件。 鍛件表面質(zhì)量好，節(jié)約材料和切削加工工時。 操作簡便，質(zhì)量易于控制，易實現(xiàn)機械化、

8、自動化。 缺點受模鍛設(shè)備噸位限制，模鍛件的質(zhì)量一般在150kg以下。需要專門的模鍛設(shè)備，要求功率大、剛性好、精度高，設(shè)備投資大，能量消耗大。鍛模制造工藝復雜，制造成本高、周期長。 應(yīng)用：適用于大批量或較大批量生產(chǎn)的條件錘上模鍛 Die Forging 鍛模結(jié)構(gòu) 制坯模膛Blocker：使坯料預變形而達到合理分配，使其形狀基本接近鍛件形狀，以便更好地充滿模鍛模膛。模鍛模膛Die Cavity of Die forging ：使坯料變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。預鍛模膛Blocking Impression和終鍛模膛Finish Impression:對于形狀復雜、精度要求較高、批量較大的鍛件，還

9、要分為預鍛模膛和終鍛模膛。熱模鍛壓力機上模鍛 Die Forging on Drop Press 曲柄壓力機（簡稱曲柄壓力機）曲柄壓力機:Crank Press 楔式熱模鍛壓力機。 特點：工作時震動和噪音小，勞動條件大為改善。 便于實現(xiàn)機械化和自動化，且具有很高的生產(chǎn)率。 鍛件的精度高，其公差、余量和模鍛斜度比錘上模鍛小。 變形應(yīng)逐步進行。 設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，造價高，而且由于滑塊的行程和壓力不能在鍛造過程中調(diào)節(jié)，因而不能進行拔長、滾壓等制坯工步，必須配備制坯工步的專用設(shè)備。 平鍛機上模鍛 Die Forging on Upsetting Machine 平鍛機上模鍛過程 1-固定凹模 2-活動凹模

10、 3-沖頭 4-擋板 5-坯料 平鍛機鍛造的鍛件示例 主要以局部鐓粗為主，也可進行壓肩、沖孔、彎曲和切斷等工步。最適合的鍛件是帶頭部的半軸類和有孔（通孔或不通孔）的鍛件。簡單鍛件只需一個工步完成。復雜鍛件，坯料可按順序放入幾個模膛中逐步變形而獲得鍛件。 螺旋壓力機上模鍛Die Forging on Fly Press 利用飛輪旋轉(zhuǎn)所積蓄的能量轉(zhuǎn)化成金屬的變形能進行鍛造 。摩擦螺旋壓力機：機械摩擦傳動液壓螺旋壓力機：液壓傳動。 摩擦螺旋壓力機摩擦壓力機鍛造特點具有鍛錘和壓力機雙重工作特性。行程速度0.51.0 m/s，介于模鍛錘和曲柄壓力機之間。有一定的沖擊作用，且滑塊行程和打擊能量可控，與鍛錘

11、相似。坯料變形中的抗力由封閉框架承受，有壓力機的特點。工藝適用性好：既可完成鐓粗、成形、彎曲、預鍛、終鍛等成形工序，又可進行校正、精整、切邊、沖孔等后續(xù)工序的操作。 承受偏心載荷的能力差，一般只進行單模膛鍛造。由于打擊速度比鍛錘低，較適合要求變形速度低的有色合金的模鍛。壓力機工作臺下裝有頂出裝置，很適合于模鍛帶有頭部和桿部的回轉(zhuǎn)體小鍛件。有效機械效率低，生產(chǎn)率不高，噸位較小 摩擦壓力機鍛造鍛件3. 胎模鍛胎模是一種不固定在鍛造設(shè)備上的模具，結(jié)構(gòu)較簡單，制造容易。胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法，因此胎模鍛兼有自由鍛和模鍛的特點。適合于中、小批量生產(chǎn)小型多品種的鍛件,特別適合于沒

12、有模鍛設(shè)備的工廠。4、鍛件結(jié)構(gòu)工藝性鍛件的結(jié)構(gòu)在保證其使用性能的前提下，必須符合鍛造生產(chǎn)工藝的特點。簡化鍛造生產(chǎn)工藝提高生產(chǎn)效率保證鍛件質(zhì)量降低生產(chǎn)成本自由鍛鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性： 自由鍛只限于使用簡單、通用工具成形，因而自由鍛件外形結(jié)構(gòu)的復雜程度受到很大限制。在設(shè)計自由鍛鍛件時，除滿足使用性能要求外，還應(yīng)考慮鍛造時是否可能，是否方便和經(jīng)濟，即零件結(jié)構(gòu)要符合自由鍛的工藝性要模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性：模鍛件應(yīng)具有合理分模面，以保證鍛件易從鍛模中取出，且余塊最少，鍛模制造方便。鍛件上與分模面垂直的表面，應(yīng)設(shè)計有模鍛斜度。非加工表面所形成的交角都應(yīng)按模鍛圓角設(shè)計。 零件外形力求簡單，平直和對稱，尤其應(yīng)避免零件截

13、面間尺寸差別過大，或具有薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)，以利于金屬充滿模膛和減少工序。模鍛件應(yīng)盡量避免窄溝、深槽和深孔、多孔結(jié)構(gòu)，以便于模具制造和延長鍛模壽命。形狀復雜的模鍛件應(yīng)采用鍛焊結(jié)構(gòu)，以減少余塊，簡化模鍛工藝。二、板料沖壓Stamping概 述沖壓加工是完成金屬塑性成形的一種重要手段，它是最基本、最傳統(tǒng)、最重要的金屬加工方法之一。 汽車沖壓件車身的內(nèi)外覆蓋件和骨架件車架的縱梁、橫梁和保險杠車輪的輪輻、輪輞和擋圈散熱器的散熱片、冷卻水管和儲水室發(fā)動機的氣缸墊、油底殼和濾清器底盤上的制動器零件、減震器零件座椅上的骨架、滑軌和調(diào)角器等車箱的側(cè)板和底板等車鎖及其它附件上的零件汽車沖壓件特點：尺寸大形狀

14、復雜配合精度及互換性要求高外觀質(zhì)量要求高對于不同的零件，工藝特點也不一樣汽車沖壓生產(chǎn)特點：沖壓設(shè)備方面：噸位大、性能要求高、生產(chǎn)效率高沖壓材料：品種和規(guī)格很多，要求強度、工藝性能好模具方面：尺寸大、形狀和結(jié)構(gòu)復雜生產(chǎn)和管理方面：機械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式。金屬塑性加工的基本方法之一通過裝在壓力機上的模具對板料施壓，使之產(chǎn)生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件或毛坯冷沖壓和熱沖壓 原材料：必須具有足夠的塑性金屬板料：低碳鋼、高塑性的合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鎂及其合金等。非金屬材料：石棉板、硬橡膠、皮革、絕緣紙、纖維板等1. 板料沖壓的特點及應(yīng)用特點可制造其它加工方法難以加工或無法加工的形

15、狀復雜薄壁零件； 沖壓件尺寸精度高，表面光潔，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不再進行機械加工即可裝配使用； 生產(chǎn)率高，操作簡便，成本低，工藝過程易實現(xiàn)機械化和自動化； 可利用加工硬化提高零件的力學性能沖壓模具結(jié)構(gòu)較復雜，加工精度要求高，制造費用大，因此板料沖壓加工適用于大批量生產(chǎn)。 2. 板料沖壓的基本工序 分離工序 Cutting Process :使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離的工序。成形工序 Forming Process：除分離工序外，使坯料塑性變形，獲得所需要形狀、尺寸的制件的沖壓工序。沖裁 Blanking使板料沿封閉輪廓線分離的工序，包括落料與沖孔。 落料 Blanking：得到

16、沖壓件上的孔 沖孔 Punching ：得到片狀沖壓件的外形 (1) 沖裁變形過程 受力：縱向壓力、橫向擠壓力、摩擦力變形：剪切外，還有拉伸、彎曲和橫向擠壓等變形圓角帶Rollover光亮帶Burnish Zone斷裂帶fracture毛刺burr(2) 沖裁間隙 指凸、凹模刃口同位尺寸之縫隙的距離，用c表示單面間隙 對沖裁過程及沖裁件斷面質(zhì)量具有重要影響 還影響到模具壽命和沖裁力的大小 合理沖裁單面間隙間隙值 C= m t t ：沖裁板料厚度，mm； m：與材料性能及板厚有關(guān)的系數(shù)，通常（38）%，間隙合理時，上下剪裂紋會基本重合，獲得工件斷面較光潔，毛刺最小。間隙過小，上下剪裂紋向外錯開，

17、在沖裁件斷面上會形成毛刺和迭層；間隙過大，材料中拉應(yīng)力增大，塑性變形階段過早結(jié)束，裂紋向里錯開，不僅光亮帶小，毛刺和剪裂帶均較大 (3) 凸、凹模刃口尺寸的確定 凸模 Punch 凹模 Die模具間隙 Die Clearance(4) 沖裁力的計算 為選擇沖壓設(shè)備和設(shè)計模具提供依據(jù) 平刃沖裁力按下式計算： P =KLtLtbP 沖裁力，N；L 沖裁周邊長度，mm；t 板料厚度，mm；材料抗剪強度，MPa；b材料抗拉強度，MPa； K安全系數(shù)，一般取K=1.3。 彎曲 Bending利用模具或其它工具將坯料（板材、型材、管材）一部分相對另一部分彎曲成一定的角度或圓弧的變形工序。 （1）彎曲變形過

18、程相對彎曲半徑（r/t） ：表示彎曲變形程度坯料越厚，彎曲半徑越小，其變形程度越大。最小相對彎曲半徑rmin/t （0.251.0）。材料塑性好，相對彎曲半徑可小些。（2）彎曲變形區(qū)中性層Neutral Line：切向應(yīng)力或切向應(yīng)變?yōu)榱?，位于板料中心部位外層：受切向拉力作用，發(fā)生伸長變形。為最危險部位。內(nèi)層：受切向壓力作用，發(fā)生壓縮變形（3）彎曲變形特點彎曲變形區(qū)主要在圓角部分。彎曲變形區(qū)內(nèi)，板料的外區(qū)受切向拉伸而伸長，內(nèi)區(qū)受壓縮而縮短。當相對彎曲半徑（r/t）較小時，彎曲變形區(qū)中板料厚度變薄。窄板彎曲后變?yōu)閮?nèi)寬外窄的扇形，寬板則仍為矩形。（4）彎曲回彈現(xiàn)象 Spring Back當外力去掉后

19、，塑性變形保留下來，而彈性變形部分則恢復，從而使坯料產(chǎn)生與彎曲變形方向相反的變形?；貜椊牵?(3s0/Et) （1）表示進行V形彎曲加工后的回彈。 （2）表示進行U形彎曲加工后，兩側(cè)的回彈。 （3）表示有大曲面的彎曲制品的回彈。 （4）表示雖然是U形彎曲，但中間部分沒有側(cè)壁，其回彈表現(xiàn)為側(cè)壁不垂直。 （5）表示彎曲半徑大，然而垂直壁小，回彈表現(xiàn)為不能彎曲到所需形狀?；貜椀挠绊懸蛩赜刹牧系膬?nèi)應(yīng)力使變形分布不均勻而產(chǎn)生的?；貜椊牵?(3s0/Et) 影響因素材料的力學性能彎曲形狀越復雜，回彈角越小相對彎曲半徑越小，回彈角越大彎曲力的大小越大，回彈角越小模具間隙越大，回彈角越大彎曲中心角越大，回彈角

20、越大措施采用校正彎曲加強彎曲件變形部位的剛度利用回彈規(guī)律，在設(shè)計彎曲模時，使模具角度與工件角度差一個回彈角。采用拉彎工藝最小相對彎曲半徑彎曲件結(jié)構(gòu)工藝性3. 拉延 Drawing利用模具將已落料的平面板坯壓制成各種開口空心零件，或?qū)⒁阎瞥傻拈_口空心件毛坯，制成其他形狀空心零件的一種變形工藝，又稱拉深。 直筒類零件的拉延過程變形過程：凸模底部金屬不變形底部以外環(huán)形部分變形后形成側(cè)壁應(yīng)力分布底部：徑向和切向拉應(yīng)力側(cè)壁：單向軸向拉應(yīng)力環(huán)形區(qū)：徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力壁厚變化側(cè)壁上部壁厚最大靠近底部圓角附近壁厚最小，最易破裂拉延件的主要質(zhì)量問題 主要缺陷：起皺 Wrinkles：凸緣區(qū) ，切向壓應(yīng)力最大

21、 拉裂：筒形件底部圓角附近。該區(qū)加工硬化程度最小，且壁厚減薄最嚴重。 拉延工藝參數(shù)拉延系數(shù)Drawing Coefficience：表示拉延變形程度m =d / D0 d 拉延后的工件直徑，mm； D0拉延前坯料直徑，mm。 極限拉伸系數(shù)：保證危險面不被拉裂的拉延系數(shù)的最小值拉延次數(shù)： n1(lgdn-lgm1d)/lgmn mn為第二次以后各次的平均拉延系數(shù)拉延系數(shù)選擇依據(jù)材料的力學性能材料的相對厚度（t/D）模具圓角潤滑拉延力：與拉延系數(shù)、材料力學性能、零件尺寸、模具結(jié)構(gòu)及潤滑有關(guān)P1d1tbK1PndntbKn壓邊力：QFqQ：壓料力F ：拉延開始壓料面積q：單位壓料力拉延模具拉延凸、凹

22、模工作部分必須作成圓角凹模圓角半徑Rd =（520）t凸模圓角半徑RPRd 控制凸模和凹模之間的間隙C=（1.11.5）t 采用有壓邊圈進行拉延采用潤滑，以降低拉延件壁部的拉應(yīng)力，提高模具壽命。 盒形件拉延可假象成由4個直邊部分的彎曲和4個圓角部分的拉延變形所組成。不是簡單的彎曲和拉延的組合。盒形件極限變形程度大于圓筒形件。相對圓角半徑r/B越小，直邊部分影響越大，極限變形程度越高；反之越低。極限變形程度可用相對高度H/r表示。成形 Forming使板料或半成品改變局部形狀的工序。翻邊 Flanging：將工件的內(nèi)孔或外緣翻成豎立邊緣的沖壓工序 。脹形 Bulging：脹形是利用局部變形使半成

23、品部分內(nèi)徑脹大的沖壓成形工藝 起伏Raising，Embossing：利用局部變形使坯料壓制出各種形狀的凸起或凹陷的沖壓工藝，多用于薄板零件上制出筋條、文字、花紋等。 板料沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性 沖壓件不僅應(yīng)具有良好的使用性能，而且沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性必須良好。主要因素有沖壓件的幾何形狀、尺寸以及精度要求等。 沖壓件的形狀 沖壓件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱，盡可能采用圓形、矩形等規(guī)則形狀。 沖壓件的形狀應(yīng)便于排樣，力求做到減少廢料，以提高材料利用率 采用壓出加強筋方法提高制件剛度，以實現(xiàn)薄板材料代替厚板材料，節(jié)省金屬 對于形狀復雜的沖壓件，采用沖-焊結(jié)構(gòu)，先分別沖制若干簡單件，然后再焊成整件，以簡化沖壓

24、工藝，降低成本采用沖口工藝，以減少組合件數(shù)量 在不影響使用性能前提下，改進制件結(jié)構(gòu)以減少工序，節(jié)省材料，降低成本。沖壓件的尺寸 沖裁件上的轉(zhuǎn)角應(yīng)采用圓角，以避免尖角處因應(yīng)力集中而被模具沖裂。 沖裁件應(yīng)避免過長的懸臂和狹槽結(jié)構(gòu),以防止因凸模過細而在沖裁時折斷。 彎曲件的彎曲半徑應(yīng)大于材料許用的最小彎曲半徑：r min /t（0.251.0）。彎曲件的直邊長度H2t，彎曲件上孔的位置應(yīng)位于彎曲變形區(qū)之外，即L（1.52）t。 拉深件的圓角半徑不能過小 沖壓件的精度和表面質(zhì)量 一般對沖壓件表面質(zhì)量的要求不應(yīng)高于原材料的表面質(zhì)量，否則要增加切削加工或精飾加工等，使產(chǎn)品成本大為提高。落料不超過IT10，

25、沖孔不超過IT9，彎曲不超過IT9IT10，拉深件的高度尺寸精度為IT8IT10，經(jīng)整形工序后精度可達IT6IT7，直徑公差為IT9IT10。二、汽車車身沖壓件材料 鋼板沖壓汽車零件具有材料利用率高、生產(chǎn)效率高、便于組織流水生產(chǎn)、可沖制出形狀復雜的零件和零件互換性好等優(yōu)點。汽車沖壓件品種繁多、形狀復雜，因此要求鋼板材料不僅沖壓加工成形性要好，還要滿足零件的性能(剛性、強度和防銹蝕能力等)要求。車身外覆蓋件的基本性能要求鋼板有較好的延展性和耐凹陷性 還應(yīng)具有好的焊接性能，良好的涂漆性能汽車車身沖壓用鋼板 冷軋鋼板：08Al性能：尺寸精度非常高，表面光滑。具有良好的力學性能和加工性。高的成形性能、

26、良好的焊接性能。厚度在0.153.2之間，汽車車身多采用0.60.8的薄板。應(yīng)用：大批量生產(chǎn)中使用最多，多用于制造車身沖壓件；車身側(cè)圍板、頂蓋、發(fā)動機罩、翼子板、行李箱蓋、車門板和儀表板等外覆蓋件。這些零件要求材料具有高的成形性能、良好的表面質(zhì)量和焊接性能。高強度鋼板：高強度鋼板的拉伸強度在350MPa以上，一般普通低碳鋼板的拉伸強度為280320MPa。種類： 含磷高強度鋼板08AlP：是在鋁鎮(zhèn)靜鋼中添加一定量的磷作為強化元素而成的；微合金高強度鋼板B510L、08TiL、09SiVL：其中含有元素鈮、鈦或釩等微合金元素而提高強度；雙相鋼板S540，S590：以鐵素體為基本相，與馬氏體均勻混

27、合而成的。 應(yīng)用：頂蓋、發(fā)動機罩外板、車門外板和翼子板等優(yōu)點：不但具有較高的拉伸強度，同時也具有較高的屈服點，可以減少外表面件的厚度，達到減重的目的。目前采用高強度鋼板的零件重量占車身重量的30%50%?？捎行У靥岣咄飧采w件的抗凹陷能力，防止汽車在行駛中經(jīng)常受到沙石的碰擊而產(chǎn)生凹坑。在同樣抗凹陷能力條件下，車身零件厚度可減薄15%。缺點：沖壓成形性比普通低碳鋼板差，容易產(chǎn)生成形不良現(xiàn)象，沖壓時回彈較大，價格也較高。表面處理鋼板 為防止腐蝕，提高抗高溫氧化能力，世界各汽車公司紛紛采用表面處理鋼板生產(chǎn)汽車零部件，并通過提高防銹蝕來延長其使用壽命。種類：鍍鋅鋼板、鍍鋁鋼板、鍍銅鋼板、鍍鉛錫合金鋼板和

28、復層鋼板。 采用熱鍍鋅鋼板（St06Z）制造的車身件有底板、門檻、發(fā)動機罩內(nèi)板等；電鍍鋅鋼板（SECE）的涂漆工藝性好，所以車身外覆蓋件大多采用電鍍鋅鋼板制造，包括側(cè)圍外板、頂蓋、車門外板、發(fā)動機罩外板及行李箱蓋外板。 轎車的抗腐蝕性能指標越高，要求鍍鋅板的鍍層就越厚，但是卻降低了鋼板的工藝性能(成形性和可焊接性)。 高強度拼焊鋼板：在沖壓前按車型設(shè)計，將不同厚度和不同性能的鋼板剪裁后拼焊起來的一種鋼板。采用拼焊鋼板生產(chǎn)的汽車零部件具有最合理的尺寸公差和結(jié)構(gòu)。 可以在汽車最敏感部位使用涂鍍層鋼板，便于更好地發(fā)揮其耐蝕性，而在其他的部位則使用較薄的高強度鋼板。拼焊鋼板不僅能進行優(yōu)質(zhì)組裝，還能減輕

29、重量，提高機械強度，實現(xiàn)抗扭剛性、抗沖撞性與提高材料收縮率和降低生產(chǎn)成本的最佳組合；使用拼焊鋼板可減少零件數(shù)量，簡化生產(chǎn)工藝，從而降低模具成本、焊接夾具成本、材料和組裝成本，改善零件性能穩(wěn)定性和疲勞破斷性。主要為車門和后背門內(nèi)板及側(cè)圍板、底板、立柱、縱梁等零件使用。另外下列汽車部件也可采用拼焊鋼板沖壓成形：保險杠、發(fā)動機橫梁、車輪罩、減振器架、支柱加強件、中心支柱、頂蓋加強件、行李箱蓋、前后門內(nèi)板、底板、車架橫梁等。 汽車車身用輕質(zhì)材料 鋁合金材料6009、6010 鋁合金車身覆蓋件和底盤結(jié)構(gòu)件大量增加，其目的是減少整車重量。汽車上每使用1kg鋁代替鋼，可減輕零件重量1.5kg，另外可使支撐部

30、件減輕0.75kg，這樣共減輕重量2.25kg。 具有耐腐蝕性好、表面美觀和傳熱性優(yōu)良等特點 鋁的價格大約是鋼的34倍，但其廢料再賣出的價格也高，同時鋁合金再生耗電能也少。塑料具有重量輕和防銹蝕的特點，目前汽車的保險杠幾乎都是塑料 。塑料種類熱固性塑料力學性能好，強度高，表面質(zhì)量好，多作為外表面件生產(chǎn)用；熱塑性塑料強度和剛度高，可用于生產(chǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)件。 近年來塑料在汽車車身上的使用大量增加，目前約占車身重量的10%15%。大型塑料零件的發(fā)展也是實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑之一。 到目前為止，一般塑料壓制的零件表面質(zhì)量、精度、耐熱性能及生產(chǎn)周期均不及鋼板沖壓的零件。復合材料減輕重量、耐腐蝕和成形性好。

31、用玻璃纖維增強的不飽和聚酯塑料制造車身零件，比鋼板沖壓的輕40%。采用玻璃纖維增強不飽和聚酯模壓復合塑料板直接在壓力機上模壓成形，成形后只需切掉飛邊。用復合塑料壓制的整體發(fā)動機罩，是將翼子板、大燈罩和發(fā)動機前罩等聯(lián)成一體，大大簡化了生產(chǎn)工藝。汽車車身用新材料鎂合金：比重比鋁更輕，是最輕的結(jié)構(gòu)用金屬材料。特點：優(yōu)點：比剛度高、尺寸穩(wěn)定性好、吸振性好、成形性及焊接性能好；缺點：冷成形性差，需中間退火。鎂合金目前正處在研究階段，德國大眾公司一個小批量生產(chǎn)車型的門內(nèi)板加強件就采用鎂合金。 柔性滾壓鋼板：是板厚沿板料長度方向可任意設(shè)計，以優(yōu)化零件重量，替代拼焊鋼板。正在研制當中。補貼板材：用粘接或激光焊

32、接技術(shù)在需要加強的部位聯(lián)接一塊或多塊板材，這樣既可減少材料，減輕重量，又可起到局部強化的目的。 夾層板：減重、吸收噪聲及提高強度和剛度。 鋼夾層板的結(jié)構(gòu)：上下外層是鋼、鋁、鎂及纖維復合材料，中間層是網(wǎng)狀或滾壓的瓦楞型鋼板；鋁夾層板的外層與鋼夾層板的外層材料相同，中間層是發(fā)泡鋁。歐洲和美國的研究部門一致認為將來的中型轎車車身重量應(yīng)控制在200kg以內(nèi)。在未來汽車車身用主要材料不可能是唯一的一種，而是多種材料并存 三、汽車覆蓋件的沖壓工藝汽車覆蓋件指構(gòu)成汽車車身或駕駛室、覆蓋發(fā)動機和底盤的薄金屬板料制成的異形體表面和內(nèi)部零件。 覆蓋件組裝后構(gòu)成了車身或駕駛室的全部外部和內(nèi)部形狀，它既是外觀裝飾性的

33、零件，又是封閉薄殼狀的受力零件。同一般沖壓件相比，覆蓋件具有材料薄、形狀復雜、結(jié)構(gòu)尺寸大和表面質(zhì)量要求高等特點。汽車覆蓋件分類按功能和部位外部覆蓋件內(nèi)部覆蓋件骨架類覆蓋件按工藝特征分類：對稱于一個平面的覆蓋件。諸如發(fā)動機罩、前圍板、后圍板、散熱器罩和水箱罩等。這類覆蓋件又可分為深度淺呈凹形彎曲形狀的、深度均勻形狀比較復雜的、深度相差大形狀復雜的和深度深的幾種。不對稱的覆蓋件。諸如車門的內(nèi)、外板，翼子板，側(cè)圍板等。這類覆蓋件又可分為深度淺度比較平坦的、深度均勻形狀較復雜的和深度深的幾種?？梢猿呻p沖壓的覆蓋件。既指左右件組成一個便于成型的封閉件，也指切開后變成兩件的半封閉型的覆蓋件。具有凸緣平面的

34、覆蓋件。如車門內(nèi)板，其凸緣面可直接選作壓料面。壓彎成型的覆蓋件。 對覆蓋件的特殊要求表面質(zhì)量：不僅要滿足結(jié)構(gòu)上的功能要求，更要滿足表面裝飾的美觀要求。覆蓋件表面上任何微小的缺陷都會在涂漆后引起光線的漫反射而損壞外形的美觀，因此覆蓋件表面不允許有波紋、皺折、凹痕、擦傷、邊緣拉痕和其他破壞表面美感的缺陷。覆蓋件上的裝飾棱線和筋條要求清晰、平滑、左右對稱和過渡均勻，覆蓋件之間的棱線銜接應(yīng)吻合流暢，不允許參差不齊。對覆蓋件的特殊要求尺寸形狀 覆蓋件的形狀多為空間立體曲面，其形狀很難在覆蓋件圖上完整準確地表達出來，因此覆蓋件的尺寸形狀常常借助主模型來描述。主模型是覆蓋件的主要制造依據(jù)，覆蓋件圖上標注出來

35、的尺寸形狀，其中包括立體曲面形狀、各種孔的位置尺寸、形狀過渡尺寸等，都應(yīng)和主模型一致，圖面上無法標注的尺寸要依賴主模型量取，從這個意義上看，主模型是覆蓋件圖必要的補充。對覆蓋件的特殊要求剛性覆蓋件拉延成型時，由于其塑性變形的不均勻性，往往會使某些部位剛性較差。剛性差的覆蓋件受至振動后會產(chǎn)生空洞聲，用這樣零件裝車，汽車在高速行駛時就會發(fā)生振動，造成覆蓋件早期破壞。檢查方法：一是敲打零件以分辨其不同部位聲音的異同，另一是用手按看其是否發(fā)生松馳和鼓動現(xiàn)象。 對覆蓋件的特殊要求沖壓工藝性：是指沖壓件對工藝品的適應(yīng)性，即所設(shè)計的沖壓件在尺寸大小、尺寸精度與基準、結(jié)構(gòu)形狀等是否符合沖壓加工的工藝要求。汽車

36、沖壓件都應(yīng)具有良好的工藝品性和經(jīng)濟性，衡量其水平的重要標志有沖壓件的工序數(shù)、車身總成的分塊數(shù)量和尺寸大小、沖壓件的結(jié)構(gòu)等因素。覆蓋件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸決定該件的工藝性。覆蓋件的工藝性關(guān)鍵是拉延工藝性。覆蓋件一般都采用一次成型法，為了創(chuàng)造良好的拉延條件，通常將翻邊展開，窗口補滿，再加添上工藝補充部分，構(gòu)成一個拉延件。減少沖壓過程的工序數(shù)，意味著減少沖壓件數(shù)、節(jié)省工裝數(shù)量、簡化沖壓過程的傳送裝置，縮減操作人員和沖壓占地面積，是節(jié)約投資額和能耗的極好措施甚至不惜改進產(chǎn)品設(shè)計來滿足制造工藝方面的要求。還應(yīng)采用盡量大尺寸的合理的車身總成分塊，如整塊式車身左右側(cè)板及車頂蓋板，既可使汽車外形美觀?？諝庾枇p少

37、，又可減少沖壓件數(shù)量及焊點，能有效地降低成本?，F(xiàn)代汽車制造大量使用卷料、薄殼式整體車身結(jié)構(gòu)的高強度鋼板與鍍鋅鋼板，都要求應(yīng)用沖壓新工藝。覆蓋件成形的可能性分析用基本沖壓工序的計算方法進行類比分析 基本的沖壓工序有圓筒件拉伸、凸緣圓筒件拉伸、盒形件拉伸、局部成型、彎曲成型、翻邊成型、脹型等。分割成若干部分，然后將每個部分的成型單獨和沖壓的基本工序進行類比，然后找出成型最困難的部分，進行類似的工藝計算，看其是否能一次成型。 由于覆蓋件上的各部位是連在一起的，相互牽聯(lián)和制約，故不要把變形性質(zhì)不同的部分孤立地看待，要考慮不同部位的相互影響，才不會造成失誤。變形特點分析：成型工序可以認為是一種平面應(yīng)力狀

38、態(tài)下進行的，垂直板料方向的應(yīng)力可以忽略不計。板料能否順利成型，首先取決于傳力區(qū)的承載能力，即傳力區(qū)是否有足夠的抗拉強度。其次根據(jù)變形方式，分析變形區(qū)變形的主要障礙。任何覆蓋件的成型，都不外是拉伸和壓縮兩種變形方式的組合，或以拉伸為主，或以壓縮為主。以拉伸為主的變形方式：主要依靠板料纖維的伸長和厚度的變薄來實現(xiàn)。板料過度變薄甚至拉斷，成為變形的主要障礙。變形區(qū)均勻變形的程度將決定其變形程度的大小。如果變形不均勻，或只集中某一局部變形，就會因集中應(yīng)變而出現(xiàn)縮頸，變形不能繼續(xù)進行。對此，工藝上往往采取增加凹模圓角半徑或改善潤滑的方法使其變形均勻化。 以壓縮為主的變形方式。主要依靠板料纖維的縮短和厚度

39、的增加來實現(xiàn)的。板料的失穩(wěn)和起皺應(yīng)成為變形的主要障礙。 變形區(qū)的抗失穩(wěn)起皺能力將決定其變形程度的大小。對此，工藝上采取適當增加壓料力的辦法，以提高壓料面的質(zhì)量。降低凹模和壓料圈的壓料面表面粗糙度，增加摩擦等措施，可以改善變形條件。覆蓋件成形工藝方案小批量生產(chǎn)：指月產(chǎn)量小于1000件。小批量生產(chǎn)穩(wěn)定性極差，限期生產(chǎn)形狀改變可能性大小批量生產(chǎn)的拉延模設(shè)計原則是低費用和短周期制出。模具選擇只要求拉延和成型工序使用沖模，模具壽命在5萬件。 小批量生產(chǎn)拉延模常采用鋅鋁合金和HT200、HT250灰口鑄鐵制造，也可采用焊接骨架結(jié)構(gòu)作模體，表面用環(huán)氧樹脂。中批量生產(chǎn)：月產(chǎn)量大于1000件，且小于10000件

40、（卡車）或30000件（轎車）。其生產(chǎn)特點是比較穩(wěn)定地長期生產(chǎn)，生產(chǎn)中形狀改變時有發(fā)生。模具選擇除要求拉延模采用沖模外，其他工序如果影響質(zhì)量和勞動量大也要相應(yīng)選用沖模，模具壽命要求在5萬件到30萬件。 拉延模常用HT200、HT250灰口鑄鐵制造，表面火焰淬火處理。模具結(jié)構(gòu)采用導板導向，機械取件，固定或氣動定位毛料，壁厚中等，設(shè)計中要適當考慮合理性。 大批量生產(chǎn)：月產(chǎn)量大于10000件（卡車）或30000件（轎車）。生產(chǎn)處于長期穩(wěn)定狀態(tài)，形狀改變可能性小，工藝難易程度困難。工藝方案要為流水線提供保證，每道工序都要使用沖模，拉延、修邊沖孔和翻邊模同時安裝在一條沖壓線上，工序間的流轉(zhuǎn)全自動化。大批

41、量生產(chǎn)的沖模結(jié)構(gòu)要求功能齊全，而且要制造備模，以使模具修復時沖壓生產(chǎn)線照常運轉(zhuǎn)。 四、汽車制造中沖壓工藝的新發(fā)展 快速模具制造技術(shù)覆蓋件主要沖模：具有尺寸大、形狀和結(jié)構(gòu)復雜等特點拉延模：保證制成合格覆蓋件最主要的裝備。其作用是將平板狀毛料經(jīng)過拉延工序使之成型為立體空間工件。修邊模：用于將拉延件的工藝補充部分和壓料凸緣的多余料切除，為翻邊和整形準備條件。修邊模修邊往往兼沖孔。翻邊模：是將半成品工件的一部分材料相對另一部分材料發(fā)生翻轉(zhuǎn)。覆蓋件模具的成套性：一個是指全車模具的成套性，另一個指某個覆蓋件所需若干模具的成套性?？焖倌＞咧圃旒夹g(shù)以CAD/CAM技術(shù)為基礎(chǔ)，將大型汽車車身模具分成平面組件和曲

42、面組件，并采用專用裝備實現(xiàn)這些組件的快速制造，然后用專用裝備實現(xiàn)模具組件的組焊。工程應(yīng)用實例表明，上述技術(shù)的綜合運用可顯著縮短汽車車身模具設(shè)計制造的周期，降低成本，并保證中小批量生產(chǎn)的品質(zhì)要求。 模具模型 實體模型：傳統(tǒng)的沖模加工方法的加工依據(jù)。具有直觀、采集數(shù)據(jù)可靠、加工設(shè)備要求低等優(yōu)點。數(shù)學模型：應(yīng)用電子計算機建立，為汽車模具的計算機輔助設(shè)計與制造創(chuàng)造了條件，數(shù)學模型可以在計算機的屏幕上進行模擬裝配、調(diào)整沖壓方向。 模塊式?jīng)_壓 模塊化模具設(shè)計：將車身零件根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征進行分類，然后對同類零件的模具進行模塊化分解，并建立相應(yīng)的模塊化設(shè)計數(shù)據(jù)庫以提高設(shè)計效率，同時為設(shè)計制造過程的并行化提供便利

43、。模塊式?jīng)_壓的特點：在沖壓成形過程中可快速更換組合模具以提高生產(chǎn)效率；由于具有帶材的供帶和矯帶裝置，可省卻另設(shè)上料下料工序；實現(xiàn)了大工件的不停機加工；既能獨立又能成系列的控制組合沖模動作，能連續(xù)進行沖壓加工；沖模具有可編和的柔性特點。 突出優(yōu)點在于把柔性與高效生產(chǎn)有機結(jié)合。柔性的含義較廣，如沖壓件的幾何形狀的多種要求，只要通過自由編程就可獲得，體現(xiàn)了加工形狀的柔性。又如既適用大批量單品種沖壓件的生產(chǎn)，更對小批量多品種加工發(fā)揮優(yōu)勢，也表現(xiàn)出柔性。模塊式?jīng)_壓加工系統(tǒng)組成：由一臺帶有控制功能模塊式冷沖壓的壓力機、卷材帶材送進裝軒、帶材矯正機及可編程進給裝置等構(gòu)成。在運行時可進行沖模橫向位移、帶材進給

44、定位、沖模重復運行及自動調(diào)整下工步的沖模調(diào)整等多項功能。由于在沖壓過程中進行可編程沖壓，使這種模塊式?jīng)_壓系統(tǒng)能柔性地適應(yīng)生產(chǎn)需求，能在相同帶材上進行曲不同工件及批次的混合生產(chǎn)，實現(xiàn)不停機的串接式加工，還同時在工件兩面沖壓加工，極大地提高了工作效率。有資料表明，模塊式?jīng)_壓成形使加工費用能下降至40%-50%。模塊式?jīng)_壓裝置的集成度很高，在寬度為300mm尺寸范圍內(nèi)可安排達35個模具，通過沖模上端的頂板可對沖模進行獨立式系列控制，即形成沖模的集成控制。整個系統(tǒng)的可編程在WINDOWS用戶界面和菜單下實現(xiàn)，編程涉及模具沿著橫向定位軸的伺服驅(qū)動定位，帶材的檢驗矯正及縱向進給定位，沖壓件的質(zhì)量跟蹤檢驗，

45、沖模的調(diào)整及壓力機；狀況監(jiān)控等多功能。 當沖模重新配置或更換時，這些變化則會被參數(shù)并被控制系統(tǒng)所貯存，以務(wù)下次查詢和調(diào)用。沖模數(shù)據(jù)包括有沖頭及其組合標記，沖頭組合在模具中的X、Y坐標位置及模具軸編號等信息。 亞毫米沖壓 沖壓加工成形技術(shù)是影響汽車車身制造水平的關(guān)鍵因素之一。美國專家曾在一條汽車裝配線上對50多個個案進行實地分析表明，造成車身尺寸誤差變動的諸多原因中，沖壓件本身尺寸造成的積累誤差占23%，其主要原因是傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗和原有工藝基礎(chǔ)上低水平上的模具設(shè)計與制造。美國:19931995年“2mm計劃”,19961998年的“接近零沖壓計劃” 亞毫米沖壓：是指汽車車身沖壓件的精度控制在0-

46、1.0mm的范圍內(nèi)。該項目是一個以提高沖壓質(zhì)量和制造技術(shù)為目標的綜合項目。與2mm工程都是90年代后期美國汽車界開展的大型研究項目。2mm工程就是把車身裝配尺寸變動量控制在2mm之內(nèi)，大大嚴于原先的8mm誤差范圍。 2mm工程和亞毫米沖壓兩項目現(xiàn)已先后完成 ，正在美國三大汽車制造公司推廣應(yīng)用，取得了許多有益的成果，沖壓成本大幅下降，獲得日益增長的經(jīng)濟效益的社會效益，并逐步向其他國家推廣應(yīng)用。 亞毫米沖壓的中心是沖壓件的精度與敏捷度兩個目標.精度就是使沖壓件尺寸準確度控制在0毫米或亞毫米的水平，其關(guān)鍵是控制車身支架、立柱等結(jié)構(gòu)件的尺變動，并使車身覆蓋件分塊度大，如采用整體左右側(cè)板和頂蓋板等。敏捷

47、度含義則是指減少沖壓件的生主準備時間達30%，包括模具設(shè)計、試樣制造和工裝準備時間，以達到極大縮短新車型制造周期的目的，該項目飲食有沖壓和裝配的集成設(shè)計、沖壓系統(tǒng)敏捷設(shè)計和制造、沖壓過程的智能檢測和監(jiān)控、全系統(tǒng)集成4個子項目。亞毫米沖壓項目使沖壓成形技術(shù)有了飛躍性的進展：沖壓過程和部件裝配工藝的設(shè)計由基于經(jīng)驗和傳統(tǒng)工藝向科學和數(shù)據(jù)過程的轉(zhuǎn)化；沖壓設(shè)計向CAD和模擬試模轉(zhuǎn)化，摒棄了傳統(tǒng)的嘗試法；實施模具設(shè)計制造由過去串行方式向并行方式轉(zhuǎn)化；實現(xiàn)了過程監(jiān)測和設(shè)備維護由被動響應(yīng)向科學預測式轉(zhuǎn)變。沖壓過程自動監(jiān)控 沖壓過程引起工件質(zhì)量發(fā)生變化的原因主要有凹凸沖模的磨損、裂紋及沖模錯位等，這些微小變化可由高分辯率的位移轉(zhuǎn)感器和沖壓力轉(zhuǎn)感器進行跟蹤檢測。現(xiàn)代沖壓技術(shù)的重要特點之一是對沖壓過程進行自動監(jiān)控以保護沖壓件的質(zhì)量。在亞毫米沖壓項目的自動檢測和監(jiān)控中，其研究成果包括有：沖壓過程的特征分析在線傳診斷和檢測系統(tǒng)；高速和非接觸的沖壓件測量系統(tǒng)；沖模維護的科學預測系統(tǒng)；4.沖壓成形關(guān)鍵參數(shù)的在線調(diào)節(jié)和補償系統(tǒng)等。 位移測量通常由安裝在模具上方的關(guān)源和位于下方的接收單元構(gòu)成，