汽车车身制造工艺学.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.------------------------------------------author------------------------------------------date汽车车身制造工艺学汽车车身制造工艺学第一章 冲压工艺概论冲压工艺概念：冲压工艺是一种先进的金属加工工艺方法，它是建立在金属塑性变型的基础上，在常温条件下利用模具和冲压设备对板料施加压力，使板料产生塑性变型或分离，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零件冲压三要素：板料、模具、冲压设备冲压工艺特点:1．生产效率高，操作简便，便于实现机械化与自动化2．冲压加工零件的尺寸精度是由模具保证的，一般不需要再进行机械切削加工，所以质量稳定，具有较高的尺寸精度3.冲压工艺能制造出其他金属加工方法所不能或难加工的，形状复杂的零件4.冲压加工一般不需加热毛胚，也不像切削加工那样需要切除大量金属，所以它不但节能，而且材料利用率高。

冲压加工能获得强度高、刚度大且质量轻的零件，适合进行汽车车身零件的加工5.冲压所用原材料多为轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面一般不会被破坏，所以表面质量较好，为后续表面处理工序提供了方便条件6.冲压件有较好的互换性冲压工序分类:1分离工序：使冲压件或毛胚在冲压过程中沿一定的轮廓分离，同时冲压 零件的分离断面要满足一定的断面质量要求2成形工序：板料在不产生破坏的前提下使毛胚发生塑性变形，获得所需求的形状和尺寸的零件冲压工序四个基本工序：冲载（包括冲孔、落料、修边、剖切）弯曲、拉伸、局部成形冲压加工对材料性能的要求1冲载加工 用于冲载加工的材料，应具有足够的塑性和较低的硬件，这有利于提高冲载件的断面质量和尺寸精度2弯曲加工 用于弯曲成形的材料，要求具有足够的塑性、较低的屈服强度和较高的弹性模量3、拉伸加工 用于拉深成形的材料，要求具有高的塑性、低的屈服点和大的厚向异性系数，而硬度高的材料则难于进行拉深成形塑性变形体积不变定律：塑性变形时物体主要发生形状的改变，而体积的变化很小，可以忽略不计，即： =0 屈斯加屈服准则：任意应力状态下，只要最大剪应力达到某临界值，材料就屈服米塞斯修正：某点的等效应力达到某临界值，材料就开始屈服。

力学性能指标对冲压性能影响：1屈服极限：趋向小的时候，变形抗力小，不易起皱，回弹小，贴模性、定形性好2屈强比：趋向小的时候，易产生塑形变形，不易破裂，提高拉伸极限3延伸率：总延伸率是拉断时的延伸率；均匀延伸率：局部集中变形，越高越好屈服<=X<=强度4硬化指数：趋向大的时候，冲压成形性能好5厚向异性系数：趋向大的时候，板材抵抗变薄的能力越强6板平面各向异性系数：小点好板料的尺寸精度和表面质量对冲压性能的影响板料的尺寸精度对冲压性能影响最大的是板料的厚度公差对板料的表面状况有如下要求1、 表面光洁 2、表面平整 3、表面无锈冲压用钢板的类型：按刚得品质分，普通碳素钢、优质碳素结构钢、低合金高强度钢板第二章 冲裁工艺冲裁:利用冲裁模在压力机上使板料一部分与另一部分分离的冲压分离工序.它包括冲孔、落料、修边、切口等多种冲压分离工序落料:从板料上冲下所需形状的零件或毛坯.冲孔:在工件上冲击出所需形状的孔.冲裁断面的三个特征区:圆角带,光亮带,断裂带. 塑性好的材料,光亮带大,断裂带小.圆角带、光亮带三部分在冲裁件断面上必然存在增加光亮带高度的关键:是延长塑性变形阶段，推迟裂纹产生，这可以通过增加金属的塑性和减少刃口附近的变形与应力集中来实现。

提高断面的光洁度和尺寸的精度,可以采取的措施:增加光亮带,修正工序冲裁间隙:间隙是指凸，凹模刃口工作部分尺寸之差 冲裁间隙的影响指凸在冲裁工作中，间隙的大小、均匀程度和偏差等对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲模使用寿命和冲裁力均有不同程度的影响1.对冲裁件质量: 分为间隙过小、间隙合适、间隙过大三种情况，另有间隙不均匀:晓得一边形成光亮带,大的一面形成很大的塌角间隙过小:上下两面裂纹不重合,隔着一定的距离,互相平行,最后在基建形成毛刺和层片,并产生两个光亮带；间隙合适:裂纹重合,断面光洁,略带斜度.间隙过大:对于薄料会使材料拉入间隙中,形成拉长的毛刺,对于厚料则形成很大的塌角.2. 对冲裁件尺寸精度 间隙小时:落料制件尺寸大于凹模口尺寸,冲孔尺寸回小于凸模尺寸.；间隙大时:落料制件尺寸小于凹模口尺寸,冲孔尺寸回大于凸模尺寸.3.对冲模寿命影响：大或小（磨损加剧）都减寿命4.对冲裁时各种力的影响：大力小反之刃口尺寸确定原则（5点）1落料凹模设计基准；冲孔凸模设计基准2磨损规律：凹模趋于落料件做小极限尺寸，凸模趋于冲孔件最大极限尺寸3凸凹模保证合理间隙 间隙由基准件以外的件尺寸获得4凸凹模的制造公差与冲裁件尺寸精度适合5考虑模具制造的特点刃口尺寸确定方法：1.凸凹模分别加工：把模具的制造公差控制在间隙的变动范围内，是模具制造难度增加。

主要用于冲裁件的形状简单、间隙较大、精度较低的模具或用线切割等精密设备加工凹凸模的模具2.凸凹配合别加工：落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模凸凹配合别加工：料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模在作为基准模的零件图上标注尺寸和公差，然后在技术条件上注明按基准模的实际尺寸配作，保证间隙在Zmin~Zmax之间从凸模上卸下板料所需的力称为卸料力F卸；从凹模内乡下推出工件或废料所需力称为推件力F推；从凹模内向上顶出工件或废料所需的力称为顶件力F顶F卸=K卸F平，F推=nK推F平，F顶=K顶F平式中 K卸——卸料力系数K推——推件力系数K顶——顶件力系数n——梗塞在凹模内的冲裁件数（n=h/t）h——凹模直壁洞口的高度对冲模的要求1. 冲模应有足够的强度、刚度和相应的形状尺寸精度；2. 冲模的主要零件应该有足够的耐磨性及使用寿命；3. 冲模的结构应该确保操作安全、方便、便于管理与维修；4. 冲模应有使材料顺利送进、工件方便取出、定位可靠的装置，以保住生产的工件质量稳定；5. 为使冲模上下运动准确，需要有导向装置；6. 冲模的加工和装配应尽可能简单，尽量采用标准件、通用件，缩短模具的制造周期，降低成本；7. 冲模的工作依赖压力机的运动和能力，冲模的结构应与压力机的主要技术参数相适应。

8. 冲模应具有与压力机连接的部件，有搬运吊装部位，以适应安装和管理的需要第三章 弯曲工艺弯曲：将板料、毛柸、棒料、管材和型材弯成具有一定曲率，一定角度和形状的冲压成形工序称之为弯曲毛坯的长度：根据应变中性层的定义，毛坯的长度等于中性层的长度应变中性层位置用曲率半径p表示P=r+xt应变中性层：内外区之间有一层金属，其纤维尺度变形前后保持不变外区（近凹模）拉伸，内区（近凸模）压缩回弹现象：（精简）弯曲件的形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反的变化回弹现象引起弯曲件形状和尺寸大小改变弯曲件回弹现象的理论分析：（复杂）在板料塑性弯曲时，总是伴随着弹性变形，所以当弯曲件从模具里取出后，中性层附近纯弹性变形以内、外侧区域总变形中弹性变形部分的恢复，使其弯曲的形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反的变化，这种现象称之为弯曲件的回弹弹性恢复方向相反，即外区缩短，内区伸长回弹现象：（精简）弯曲件的形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反的变化回弹现象引起弯曲件形状和尺寸大小改变弯曲件质量问题：回弹、弯裂、偏移影响回弹的因素：（精简）1材料的机械性能2相对弯曲半径r/t3弯曲零件的形状4模具间隙，间隙大，回弹大。

5弯曲校正力，越大，回弹越小6弯曲方式 a无底凹模 自由弯曲 大回弹b有底凹模校正弯曲 小回弹影响回弹的因素：（复杂）1材料的机械性能（材料的某项数值越大，弯曲回量也越大材料的应变硬化指数n值越小，弯曲回弹量也越大）2相对弯曲半径r/t（当相对弯曲半径r/t减小时，回弹量的变化a相应减少）3弯曲零件的形状（弯曲零件的形状越复杂，相互制约作用越大）4模具间隙，间隙大，回弹大U形弯曲模的凸、凹模间隙越大，卸载后零件的回弹也越大）5弯曲校正力，越大，回弹越小弯曲校正力越大，卸载后零件的回弹量越小）6弯曲方式 a无底凹模 自由弯曲 大回弹b有底凹模校正弯曲 小回弹(板料在无底凹模中弯曲时，卸载后零件的弯曲回弹量较大，板料在有底凹模中弯曲，弯曲回弹量小)减少回弹措施：（精简）（1）选用合适材料及改进零件局部结构（2）补偿法（3）校正法（4）拉弯法减少回弹措施：（复杂）（1） 选用合适材料及改进零件局部结构（采用弹性模量大、屈服强度小的材料，可以减少回弹对于较硬的材料，弯曲成形前进行退火处理能够减少回弹采用加热弯曲方法，利用热变形时材料的变形抵抗力下降、塑性增加的特点，也可以减少回弹在弯曲零件的变形区压制合适的加强筋）（2） 补偿法（3） 校正法（迫使变形区内层纤维切向产生拉伸应变）（4） 拉弯（一般来说，先弯曲后拉伸的工艺方案比先拉伸后弯曲的工艺方案好，拉完法的原理是在薄板弯曲的同时施加切向力，改变板料内部的应力状态和分布情况，使中性层以内的压力转化为拉应力。

此时，整个板料剖面上都处于拉应力作用下，应力应变分布趋于均匀一致，这样，卸载后，内，外层纤维的回弹趋势相互抵消，从而可以大大减少回弹弯裂现象和弯曲成形极限薄板弯曲时，弯曲变形区的外层纤维受到最大拉伸变形，随着相对弯曲半径r/t，的减小，弯曲变形程度逐渐增大，外层纤维的最大拉伸变形也不断增大当r/t减小到使外层纤维的拉伸变形超过材料的允许变形程度时，外层纤维将出现拉裂现象此时弯曲变形达到极限的状态弯曲偏移现象的产生：板料在弯曲过程中沿凹模圆角滑移时，会受到凹模圆角处摩擦阻力的作用当板料各边所受的摩擦阻力不等时，有可能使毛坯在弯曲过程中沿工件长度方向产生移动，使工件两直边的高度不符合图样的要求，这种现象成为偏移防止偏移的措施：1. 拟定工艺方案时，可将弯曲件不对称形状组合成对称形状，然后再切开2. 在模具设计时采用压料装置3.要设计合理的定位板（外形定位）或定位销第四章 拉深工艺拉深（拉延，压延）：利用拉深杆将已冲裁好的平面毛坯压制成各种形状的开口空心零件或将已压制的开口空心毛坯进一步制成其他形状，尺寸的空心零件的冲压成形工序拉深成形的实质就是凸缘（法兰）部分金属产生塑性流动，拉深成形过程就是使坯料逐步收缩为零件筒壁的过程。

圆筒形拉深件的应力与应变（五个区域）：1. 凸缘（法兰）区域凸缘部分是拉深成形的主要变形区域，该区材料在凸模拉深力的作用下不断被拉入凹模腔内，同时外缘直径不断缩小，因此，该处材料处于径向受拉、切向受压的应力状态，并在径向和切向分别产生伸长和压缩变形，板厚有增加，凸缘外边缘处板厚增加最大当凸缘直径较大时，而板料又薄时，往往由于切向应力过大使凸缘失稳而拱起，即形成“起皱”现象2. 凹模圆角区域当凸缘材料向凹模腔内流动进入凹模圆角区域时，材料在凹模圆角区域的边界处，首先经受一次由直变弯曲过程，以使坯料与凹模圆角贴合当材料离开凹模圆角附加了弯曲阻力和摩擦阻力，造成拉深力大大增加在凹模圆角区域：材料的应力状态为径向受拉、切向和厚向受压；应变状态为径向拉伸、切向压缩、厚度减薄3. 筒壁区域由于凸、。