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1、汽车覆盖件冲压成形工艺性,2023/1/21,2,在保证高品质的前提下，降本观念贯穿于整车开发设计的全过程。提高材料利用率的理念。安装断面技术。设计补偿技术。一次建模的理念。在主断面上进行冲压和注塑工艺分析，并给出主要冲压件的冲压方向和大型注塑件的拔模方向。注重细节设计的理念。,项目的设计理念,2023/1/21,3,在保证高品质的前提下，降本观念贯穿于整车开发设计的全过程。,降低成本是整车厂微车生产的重中之重，达不到降本目标就等于失败。M1项目我们提出了如下降本措施：利用大侧围、左右前后门、背门的洞口和窗口材料，采用在拉延前先落料、在主体材料上布拉延筋的方法，在落下的材料上将小件进行合理的排
2、料的方法。上述材料不先落料，而是将主体件上的配套件在拉延前进行排料，随同主体件一同拉延。这样既节约了材料费又节省了模具费。,2023/1/21,4,在材料的选用上，选取了32个内外板件、成形难度较大的大型拉延件采用深拉延板外，其余零件均可考虑选用普通拉延板或热轧板等。在建模设计中尽量减少材料的牌号和板宽规格，尤其是减少材料厚度的规格。采用一模多件、模具复合技术，减少工序数目。,2023/1/21,5,2023/1/21,6,2023/1/21,7,提高材料利用率的理念。,整车的成本构成主要包含材料费和工时费用，模具费虽然很高，但却是一次性支付的费用，如果达到经济批量，折合到每一个零件上是很小的
3、。因此在建模时就应考虑充分利用原材料。一般整车厂的材料利用率都要求在60%以上，随着模具技术的发展，日本汽车企业已达到了70%以上。采用车身大分块的原则。采用先进的模具复合技术，减少工序数目。,2023/1/21,8,安装断面技术,安装断面是区别于主断面的、将整车的动力总成系统、车身附件、内外饰、底盘、电器电子、空调系统的每一个安装点（凸焊螺母、螺栓和各种卡接）的安装关系完整的表达出来的一种断面技术。安装断面反映的定位孔、安装孔、工艺孔、定位台阶、定位面均与硬点报告一一对应。安装断面反映的基准孔中心点标有坐标数值，所有孔径孔距均标注尺寸和公差。,2023/1/21,9,设计补偿技术,一般情况下
4、，设计状态的数模不应是变形状态下的简单逆向，而空载状态下的数模才是正确的，才是可以加工的。受到弹压的变形的数模是可以通过设计补偿得到正确数模的。例如门和盖的设计数模就是变形后的数模，可以靠铰链来进行补偿设计，让平行于铰链轴的安装面偏转一个下沉角度（该角度是通过实测和计算得来的）。,2023/1/21,10,一次建模的理念,M1项是目基于工程的硬点控制的，基于断面控制的建模设计，主要是依靠260多个主断面、500多个安装断面和每一个安装点均与硬点报告一一对应的设计方法，严谨的检查程序。按该方法和程序操作基本上可以实现一次建模无大的修改或微量修改。,2023/1/21,11,在主断面上进行冲压和注
5、塑工艺分析，并给出主要冲压件的冲压方向和大型注塑件的拔模方向。,在主断面上标出主要零件的冲压、拔模方向和压边面形状以及工艺补充部分的形状。如侧围外板的冲压方向为Y方向，发动机罩内板的冲压方向为其四个角点所作成的平面的铅垂方向，既与Z方向逆向旋转约15度的方向，压边与工艺补充均跟随工件形状。工艺补充后仍然可做小角度旋转。,2023/1/21,12,2023/1/21,13,在主断面上做冲压、焊接工艺检查，如非必要负角、侧孔、曲面孔、最小焊接空间、凸焊定位孔等。有了基本明确的冲压方向后，在建模做各种特征时就可以避免非必要负角的出现。,2023/1/21,14,注重细节设计的理念,一款高品质的车型一
6、定是具备好的工艺，细节设计比较完美的设计，如表面间隙的处理、内饰件的搭接结构和边界处理、外造型结构特征的处理。,2023/1/21,15,汽车覆盖件的品质要求,外表面的精度、质量主要取决于凹模圆角的光洁度和润滑状态，可有效的避免划伤、划痕等。内表面的精度取决于板料贴紧凸模的程度，“摩擦保持效果”使坯料与凸模之间不能产生相对运动。表面质量要求形状与尺寸要求刚性要求工艺性要求,2023/1/21,16,表面质量要求,汽车的车身分为若干个区域，不同的区域有不同的验收标准。白车身的可见表面不允许有波纹、皱纹、暗坑、拉痕、擦伤、滑移线以及其他破坏表面完美的缺陷。外表面的装饰棱线、装饰筋条要清晰、平滑、左
7、右对称及过渡均匀。覆盖件上的装饰棱线、造型特征线应在两个件的衔接处吻合，不允许有错位。,2023/1/21,17,形状与尺寸要求,由于覆盖件的曲面形状复杂，且要求具有互换性，因此车身覆盖件必须有较高的形状与尺寸精度，才能保证车身外观的一致性、美观性，才能保证实现焊接装配的自动化，适应批量化生产。以型面定位的冲压、焊接、装配工序，对形状与尺寸的要求也是比较高的。,2023/1/21,18,刚性要求,在拉延过程中往往会由于材料的塑性变形不够等原因而使工件的一些部位刚性差，受振动时就会产生空洞声，汽车在行驶中发生振动，会造成覆盖件的早期损坏。因此在拉延时，要采取一定的措施来保证，工件在拉延后具有较好
8、的刚度（用手敲击表面，听其声音是否一致。用手按压表面看是否发生松弛和鼓动现象）。,2023/1/21,19,工艺性要求,覆盖件的工艺性主要表现在工件的冲压性能、焊接装配性能、操作的安全性等。一般情况下，覆盖件的冲压性能是以拉延件为先决条件的。如果覆盖件能够完成拉延，则以后的工序仅仅是确定工序数目和安排工序之间的先后顺序问题。覆盖件一般都是一道工序拉延成形的，为了实现拉延，拉延件的设计是非常重要的一环。,2023/1/21,20,一次拉延成形的条件,一次拉延成形的相对拉延深度 H/B0.50.65 其中H 拉延件的深度 B 拉延件的短边宽度,覆盖件拉延时的金属流动情况,2023/1/21,21,
9、拉延深度的分类,一般说：深度越深，变形程度就越大，应力就越接近s而产生断裂。大致可以分为三类浅拉延：拉延深度50mm,形状比较简单且均匀，平底或大致平底或小台阶的底一般拉延：拉延深度100mm，复杂拉延：拉延深度在150260mm,2023/1/21,22,拉延圆角R与料厚的关系拉延件的底部与壁间的R1t,为使拉延顺利进行,一般取R1(35)t比较规则的拉延件的凸缘与壁间的R22t,为使拉延顺利进行,一般取R2(58)t,不规则的拉延件R33t,一般汽车覆盖件均为一次拉延成形因此尽可能R30.2H.此处的R3又称为凹模入口处的圆角半径.,2023/1/21,23,冲压方向的选择,1.大面兼顾原
10、则2.保证凸模能够顺利进入凹模3.凸模与毛坯的接触状态4.压料面各部位进料要均匀5.防止表面缺陷6.防止侧壁挠曲或回弹,2023/1/21,24,大面兼顾原则,以大面为主，兼顾其他一些小的凸凹或反拉特征。可以旋转一个角度，使压料面成倾斜状态。,2023/1/21,25,凸模与毛坯的接触状态,凸模开始拉延时与毛坯的接触状态是应在建模初期就考虑的问题，接触状态的不同拉延的结果就不同。保证凸模与拉延毛坯有足够大的接触面积，如果接触面积小，接触面与水平面夹角就小，应力集中容易产生破裂。凸模与拉延毛坯的接触应靠近中间，这样凸模在拉延时能够将材料均匀的拉入凹模,2023/1/21,26,，如果接触的地方不
11、靠近中间，则在拉延过程中，拉延毛坯就有可能经凸模顶部窜动而影响拉延质量。凸模与拉延毛坯的接触要多而分散，就是说凸模开始拉延时与拉延毛坯至少要有两个以上的接触点，并同时接触。凸模开始拉延时与拉延毛坯不应受凹模里的凸包弯曲而变形，也就是说，反拉延的特征是不能高于压料面。,2023/1/21,27,拉延成形件的材料要求,1.表面粗糙度2.材料厚度的精度3.材料的化学成分4.材料的金相组织,2023/1/21,28,拉延板的选择：对拉延板的基本要求 1）.低的含碳量有利于拉延，含碳量应在0.06 0.09之间，硅、磷、硫的含量应最小限度。2）.机械性能：s/b（屈强比）0.65,值愈小，则应力不大时就
12、开始塑性变形，且变形阶段长，能持久而不断裂。1040，值愈大则塑性愈好。选择u、n值、r值等指标较高的材料。,2023/1/21,29,车身覆盖件的分块,1.分块线应与车身外造型曲面线条相吻合；2.分块线应避免在圆弧面上；3.相邻的块应具有相近的材料厚度和材料牌号；4.不易太小，应充分考虑利用一次拉延成形的极限的变形程度，评估生 产厂的现有条件和拉延的难易程度；5.轮廓尺寸应考虑板材的规格尺寸；,2023/1/21,30,建模设计应注意的问题防止突变台阶，特征安排的不要太密。反拉延的深度不宜过深，可根据拉延面的大小和位置确定，一般不要超过30mm。孔的位置尽量不要安排在倒圆面、过渡面、曲面交界
13、处。三处以上的曲面交界形成的拐角，作成尽量大的球面，或以平面代替。翻边翻孔的工艺结构以减少工序数目为原则。修边线避免形成空间曲线。减少不必要立面修边内板上的异形曲面孔的转角应落在平面上。便于修边并为翻边创造有利条件。,2023/1/21,31,修边线例子：转角形成了空间曲线，对切刀极为不利。把它放在平面上则属正常切边。,2023/1/21,32,汽车覆盖件冲压成形常见的质量问题断裂皱折曲面形状精度不良,2023/1/21,33,断裂状态的分类按断裂的性质分因为材料的强度不够而产生的断裂,大多都发生在传力区,称为强度断裂(或断裂).因为材料的塑性不足而产生的断裂,大多都发生在变形区,称为塑性断裂
14、(或断裂).按断裂发生的部位分凸模(或凸凹模)端部的断裂 此类断裂经常发生在膨胀成形、拉延-膨胀复合成形、拉延成形过程中,断裂部位一般为双向拉应力状态.侧壁断裂 侧壁断裂包括壁裂、伸长类翻边的侧壁断裂和双向拉应力状态下的侧壁断裂.,2023/1/21,34,凹模园角部位的断裂 此类断裂包括弯曲断裂和拉弯断裂.法兰部位的断裂 大多发生在伸长类翻边工序中,包括外缘断裂和内缘断裂其他断裂 主要有拉延筋作用引起的断裂和起皱引起的断裂断裂的对策 冲压成形极限主要包括变形区的变形极限和传力区的承载能力.就断裂而言,主要是受伸长类变形的成形极限和受拉传力区的承载能力.下面的对策和措施就是针对这两方面的.,2
15、023/1/21,35,伸长类变形时的对策伸长类变形时的断裂多为塑性断裂(断裂).应从提高材料的抗缩颈能力、减少材料的绝对伸长变形量以及改变变形路径等方面入手.具体措施如下:1.修改模具参数.2.降低成形高度,增加成形工序.3.调整毛坯形状和尺寸.4.增加辅助工艺措施.5.选择u、n值、r值等指标较高的材料.受拉传力区的对策,2023/1/21,36,受拉传力区的断裂,一般为强度断裂(断裂).主要对策应从提高传力区的承载能力入手,具体措施如下:1.修正模具参数,如转角半径和凸凹模间隙等.2.选择合理的毛坯形状和尺寸.3.改变压边力的大小4.改善润滑条件5.修正拉延筋或拉延槛的形状、参数以及布局
16、。6.选择强度指标较高的材料。,2023/1/21,37,皱折状态的分类按引起起皱的外力分类 当外力在板料平面内引起的压应力使板厚方向达到失稳极限时便产 生了失稳起皱，皱纹的走向与压应力垂直。引起压应力的外力大致可以分为四种情况：即压缩力、剪切力、不均匀拉伸力、板料平面内弯曲力。压应力引起的失稳起皱 拉延时法兰变形区的起皱，曲面零件成形时悬空部分的起皱即属此类剪应力引起的失稳起皱 剪应力引起的失稳起皱其实质依然是压应力的作用。例如板材在纯剪切状态下，在与剪应力成45度的两个剖面上分别作用着与剪应力等值的拉应力和压应力。事实上只要有压应力存在就有导致失稳起皱的可能。,2023/1/21,38,不
17、均匀拉应力引起的失稳起皱 当平板在不均匀拉应力作用下，在板料内产生不均匀变形，并可能在与拉应力垂直的方向上产生附加压应力。拉应力的不均匀程度越大，越易产生失稳起皱。皱纹产生在拉力最大的部位，其走向与拉延方向相同。板料平面内弯曲应力引起的失稳起皱 利用不设筋的模具进行拉延时，由于材料流动的速度在法兰变形区的直边区是不同的，由位移速度差诱发产生的剪应力，形成了直边区对园角区的板平面内的弯矩和园角区对直边区的弯矩，使得法兰变形区产生板平面内的弯曲，从而引起法兰变形区园角区内侧凹模口附近和直边区外侧中间附近的起皱。,2023/1/21,39,按皱折发生部位分类 日本薄钢板成形技术研究会根据起皱发生的部
18、位不同，把汽车覆盖件 冲压成形中出现起皱分成四个大的类别，也比较符合我国正车生产厂的实际情况这四大类别是：1.压料面起皱（或称法兰起皱）2.凹模口起皱 3.侧壁起皱 4.底部起皱,2023/1/21,40,消除起皱的措施 解决起皱的问题可以从覆盖件的形状、工序设计、模具设计与制造、冲压技术与材料等方面着手解决。覆盖件的形状方面的措施 1.减少制件的拉延深度 2.避免制件形状的急剧变化 3.使横断面的转角半径纵断面的圆角半径局部的转角半径合理化 4.增设吸收皱纹的形状 5.台阶部分合理化选择材料方面的措施 1.使用合适r值的材料 2.使用低屈服点的材料 3.使用延伸率大的材料,2023/1/21
19、,41,面畸变及其对策随着高强度钢板的大量应用,使汽车车身覆盖件面形状精度问题得以大幅提高.在新车型的开发设计过程中,面形状精度问题已成车身生产部门的重要技术课题.所谓面形状精度问题,是指由于板材在冲压成形过程中变形的不均匀分布,使冲压件形面与标准形面不能吻合的面外变形,或因冲压工艺冲压模具以及钢板表面质量等原因导致的冲压件表面面形状精度降低。在面形状精度问题中，“面畸变”（或称暗坑）已成为一个新的侧面被作为重要课题来研究。它和起皱一样，是面形状精度问题的重要组成部分。板材在冲压成形过程中，引起起皱和面畸变的原因、发生部位以及它们所表现出来的形态基本上是相同的，所以，起皱和面畸变之间的分界点,
20、2023/1/21,42,并不是十分的明确。通常认为，面畸变是冲压件表面上产生的局部起伏（或凸凹），它多发生在零件形状发生急剧变化部位的周围，其起伏高度一般在几十到几百微米之间。起伏高度在20丝以上时则认为是起皱。面畸变的分类1.凸模底部平坦部位的面畸变2.鞍形部位的面畸变3.侧壁部位的面畸变4.突起周围的面畸变5.翻边周围面畸变,2023/1/21,43,面畸变的检查与评价方法1.面畸变的现场检查方法 由于面畸变的程度特别小，所以目前冲压现场必须依靠有多年经验的熟练的检查人员的 感官来判断，主要以目视和感触为主。以小的入射角进入的光束，由于面畸变微小的形状异常而产生光束”发暗面”的大小，靠经
21、验来判定面畸变的不良程度。2.面畸变的评价方法 测定面畸变发生部位的代表性断面形状，用断面形状的特征值或断面形状线的变化量作为评价值，现已成为实用的一般方法。其中材料余量、过剩线长、最大高度等就是表示皱纹和面畸变程度的代表性评价值。,2023/1/21,44,至于企业使用的简易评价方法和面畸变的发生机理在这里就不做详细讨论了。,2023/1/21,45,面畸变的对策 由于面畸变的产生机理和起皱机理基本相同，因此一般情况下，能防止和消除起皱的对策技术都可以防止和消除面畸变。总而言之，使毛坯产生足够的塑性变形，尽量减小不均匀的拉应力和剪应力的数值，减小塑性变形的不均匀分布，有利于抑制面畸变的产生和
22、发展。,2023/1/21,46,第一节 冲压变形理论基础,一、塑性变形的基本概念,变形：弹性变形、塑性变形。,塑性：表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。,塑性指标：衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率和断面收缩率。,2023/1/21,47,二、塑性变形对金属组织和性能的影响,金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化，而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬化或应变刚现象：,金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低；,晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向异性；,由于变
23、形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残余应力保留在材料内部。,2023/1/21,48,三、塑性力学基础,1点的应力与应变状态 为了全面、完整地描述变形区内各点的受力和变形情况。,应力正应力、剪应力,应力状态：通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所谓单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的九个应力分量来表示。已知该九个应力分量，则过此点任意切面上的应力都可求得。,主应力状态：塑性变形可能出现九种主应力状态。,类似有应变状态的概念。一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，因此主应变状态图只有三种。,2023/1/21,49,三、塑性力学基础（续）,2金属的屈服条件,屈服塑性状态，主要取
24、决于两方面的因素：,（1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理机械性质转变的根据；,（2）材料所处的应力状态转变的条件。,单向应力状态：=S,一般应力状态：1-3=S,2023/1/21,50,三、塑性力学基础（续）,3金属塑性变形时的应力应变关系,弹性变形阶段：应力与应变之间的关系是线性的、可逆的，与加载历史无关；,塑性变形阶段：应力与应变之间的关系则是非线性的、不可逆的，与加载历史有关。,2023/1/21,51,三、塑性力学基础（续）,3金属塑性变形时的应力应变关系（续）,几点讨论结论,（1）应力分量与应变分量符号不一定一致，即拉应力不一定对应拉应变，压应力不一定对应压应变
25、；（2）某方向应力为零其应变不一定为零；（3）在任何一种应力状态下，应力分量的大小与应变分量的大小次序是相对应的，即123，则有123。（4）若有两个应力分量相等，则对应的应变分量也相等，即若12，则有12。,2023/1/21,52,四、金属塑性变形的一些基本规律,1硬化规律,加工硬化：,塑性降低，变形抗力提高。能提高变形均匀性。,硬化曲线：,实际应力曲线或真实应力曲线。表示硬化规律。,这种变化规律可近似用指数曲线表示。,=An,2023/1/21,53,四、金属塑性变形的一些基本规律（续）,1卸载弹性恢复规律和反载软化现象,2023/1/21,54,2体积不变条件,金属材料在塑性变形时，体
26、积变化很小，可以忽略不计。,一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足：,1+2+3=0,3最小阻力定律,在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。,在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。,弱区先变形，变形区为弱区,2023/1/21,55,4最小阻力定律（续）,控制变形的趋向性：,开流 和 限流 的措施：,（1）材料本身的特性,（2）板料的应力状态,冲压工序的性质,模具结构参数（如凸模、凹模工作部分的圆角半径，摩擦和间隙等。,工艺参数,2023/1/21,56,五、冲
27、压材料及其冲压成形性能,1冲压成形性能,材料的冲压成形性能：,材料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工的依据。,材料的冲压性能好,成形质量好,成形极限高,便于冲压加工,冲压成形性能是一个综合性的概念,成形极限高,成形质量好,2023/1/21,57,五、冲压材料及其冲压成形性能（续）,2冲压成形性能的试验方法,间接试验和直接试验,3板料的机械性能与冲压成形性能的关系,板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大；,塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大；,刚度指标越高，成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。,不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。,2023/1/21,58,五、冲
28、压材料及其冲压成形性能（续）,4冲压材料,（1）对冲压材料的要求,a对冲压成形性能的要求,b对材料厚度公差的要求,c对表面质量的要求,（2）常用冲压材料,黑色金属、有色金属、非金属材料,2023/1/21,59,点的应力状态a）任意坐标系 b）主轴坐标系,2023/1/21,60,2023/1/21,61,2023/1/21,62,金属的应力-应变图1-实际应力曲线 2-假象应力曲线,2023/1/21,63,2023/1/21,64,方板拉深试验最小阻力定律试验,2023/1/21,65,变形趋向性对冲压工艺和影响,2023/1/21,66,环形毛坯的变形趋向（）变形前的模具与毛坯（）拉深（）翻边（）胀形,2023/1/21,67,THANKS,
