汽车覆盖件冲压成型

第一章概述1.1汽车车身设计1.2汽车覆盖件冲压成型特点1.3汽车覆盖件冲压生产设备1.4汽车覆盖件冲压技术发展方向概述随着社会的快速发展，汽车已成为人类社会活动中不可缺少的工具，汽车工业已成为许多工业发达国家的支柱产业。汽车覆盖件的生产是汽车制造的一个重要生产过程。在板材冲压成形技术中，以汽车覆盖件为主要代表的大型薄板零件的冲压成形技术已发展成为一个很重要的组成部分。1.1汽车车身制造过程1.1.1汽车车身制造过程1.1.2汽车覆盖件在车身上的位置1.1.3汽车覆盖件冲压是冲压技术的重要组成部分1.1.1汽车车身制造过程在汽车构成中，车身和底盘、发动机一起被称为汽车的三大部件，已越来越受到人们的重视。从汽车发展趋势来看，人们对汽车的安全性、舒适性、新颖性以及豪华档次等特色的要求将越来越高，而这些特色很多要通过汽车车身来体现。汽车车身是一个形状复杂的空间薄壁壳体。1.1.1汽车车身制造过程轿车、微型车、小型客车以及载货汽车的驾驶室等都属于无骨架车身。它是以冲压成某种形状的冲压件或几个冲压件焊接后具有某种截面形式而作为骨架，以增加车身刚性和强度。无骨架车身的生产流程如图1-11.1.2汽车覆盖件在车身上的位置汽车覆盖件主要是指构成驾驶室和车身的表面零件，也包括覆盖发动机和底盘的某些表面零件。包括外覆盖件和内覆盖件。外覆盖件是指人们能直接看到的汽车车身外部的裸露件。内覆盖件是指车身内部的覆盖件，它们被覆盖上内饰件或被车身的其它零件所挡住而一般不能被直接看到。1.1.2汽车覆盖件在车身上的位置图1-2就是轿车白车身结构及覆盖件示意图。1.1.2汽车覆盖件在车身上的位置在汽车覆盖件图上，为了表示其在汽车上的位置和便于标注尺寸，通常每隔100mm或200mm画出三个方向的坐标线，三个坐标的基准为：前后方向——以前轮中心为零，前后方向向后为正，向前为负；上下方向——对于轿车：以前轮中心为零，向上为正，向下为负；对于载货车：以纵梁上表面为零，向上为正，向下为负；左右方向——以汽车对称中心为零，左右不分正负。1.1.3汽车覆盖件冲压是冲压技术的重要组成部分汽车覆盖件多是尺寸大、形状复杂的三维曲面，生产汽车覆盖件所用的冲压设备、模具和原材料都与一般冲压件生产有所不同。汽车覆盖件冲压成形技术在冲压成形领域中占有重要地位。汽车工业的发展还大大促进了钢板制造技术的发展。1.2汽车覆盖件冲压成型特点1.2.1汽车覆盖件的质量要求1.2.2汽车覆盖件结构特点1.2.3汽车覆盖件成形特点1.2.1汽车覆盖件的质量要求一般来说，汽车覆盖件应满足以下要求：1）尺寸精度2）形状精度3）表面质量4）刚性好5）良好的工艺性1.2.2汽车覆盖件结构特点典型汽车覆盖件从结构形状及尺寸上看，这类零件的主要特点有：1）总体尺寸大2）相对厚度小3）形状复杂4）轮廓内部带有局部形状1.2.3汽车覆盖件成形特点汽车覆盖件的要求和结构特点决定了其冲压成形特点。（1）一次拉深成形对于汽车覆盖件来说，由于其结构复杂、变形复杂，都是采用一次拉深成形的方法。（2）拉胀复合成形汽车覆盖件的成形过程中的毛坯变形不是简单的拉深变形，而是拉深和胀形变形同时存在的复合成形。1.2.3汽车覆盖件成形特点（3）局部成形轮廓内部有局部形状的零件冲压成形时，压料面上的毛坯受到压边圈的压力，随着凸模的下行而首先产生变形并向凹模内流动，当凸模下行到一定深度时，局部形状开始成形，并在成形过程的最终时刻全部贴模。所以，局部形状外部的毛坯难以向该部位流动，该部位的成形主要靠毛坯在双向拉应力下的变薄来实现面积的增大。即这种内部局部成形为胀形成形。1.2.3汽车覆盖件成形特点（4）变形路径变化汽车覆盖件冲压成形时，内部的毛坯不是同时贴模，而是随着冲压过程的进行而逐步贴模。毛坯在整个冲压过程中的变形路径不是一成不变的，而是变路径的。1.3.1汽车覆盖件冲压生产设备由汽车覆盖件的冲压生产特点所决定，所用生产设备及其自动化也有其特点。一、拉深工序多采用宽台面双动压力机二、广泛采用单动宽台面多点压力机三、广泛采用冲压生产线四、冲压生产线的自动化五、废料处理方式1.3.1汽车覆盖件冲压生产设备一、拉深工序多采用宽台面双动压力机双动压力机有分别运动的内、外两个滑块，内滑块提供拉深成形力，外滑块提供很大而稳定的压边力，有利于拉深过程中压边力的控制。因此，汽车覆盖件的拉深工序广泛采用（10000-20000）N的双动压力机。二、广泛采用单动宽台面多点压力机由于汽车覆盖件轮廓尺寸大而材料厚度小，所需台面尺寸较大，在修边、校形、翻边、冲孔等工序的偏心力较大，因而广泛采用宽台面多点压力机。同时为了缩短换模时间，广泛采用带活动工作台面的压力机。1.3.1汽车覆盖件冲压生产设备三、广泛采用冲压生产线汽车车身生产都是大批量生产，为提高生产效率、稳定质量，一般采用冲压生产线方式生产。冲压生产线的设备一般按工艺流程，通常以双动压力机为首，加上4-5台单动宽台面压力机组成。排列方式多采取贯通式纵向排列，也有采用压力机横向排列的。四、冲压生产线的自动化冲压生产的机械化和自动化主要表现在：（1）坯料准备，使用卷材、带料，实现卷材的开卷、校平、落料自动化；1.3.1汽车覆盖件冲压生产设备（2）大型覆盖件，形成不同型式的冲压自动线和机械化冲压生产线；（3）小型冲压件，大量采用连续或自动冲模，采用高速压力机实现冲压生产的高速化；（4）废料排除，采用废料处理的自动化系统。五、废料处理方式废料处理的一般过程为：1.3.1汽车覆盖件冲压生产设备1）废料的收集。从压力机冲模上顺序下来的废料通常都采用由冲压设备旁的斜槽自动经设在压力机前后地面上的废料洞口下的滑槽滑入地下输送带上；2）由地下输送带将废料送处理车间；3）用打包机打包成块；4）将压好的废料块由专用运输车送出。五、废料处理方式下图是为地下的冲压废料处理系统示意图1.4汽车覆盖件冲压技术发展方向目前，汽车覆盖件冲压理论和技术的发展方向主要有以下方面：1.汽车覆盖件冲压成形理论的研究2.新型汽车覆盖件冲压材料的研究3.计算机辅助设计与制造第二章汽车覆盖件材料及性能汽车覆盖件所用材料除了要保证足够的强度和刚性以满足覆盖件的使用性能外，还要求必须满足冲压工艺的要求。一方面应通过产品设计提高冲压件的结构工艺性来改善冲压过程中材料的变形条件，以降低对材料的质量要求。另一方面应选择具有适当冲压成形性能的材料，以适应冲压过程的变形要求，保证制件质量。第二章汽车覆盖件材料及性能2.1汽车覆盖件常用板材2.2板材性能及实验方法2.3板材性能参数与成形性的关系2.1汽车覆盖件常用板材2.1.1加磷铝镇静钢板2.1.2加磷铝镇静烘烤硬化钢板2.1.3超深冲IF冷轧钢板2.1.4镀锌钢板2.1汽车覆盖件常用板材冷轧钢板的分类A.按冲压级别分B.按强度级别分最复杂拉深级（ZF）很复杂拉深级（HF）复杂拉深级（F）最深拉深级（Z）深拉深级（S）普通拉深级（P）普通强度高强度超高强度2.1.1加磷铝镇静钢板加磷铝镇静钢板的特点：（1）强度高（2）较好的塑性（3）板厚方向抗变形能力强（4）烘烤硬化性能2.1.1加磷铝镇静钢板含磷冷轧钢板的冲压性能2.1.2加磷铝镇静烘烤硬化钢板烘烤硬化钢板（BH钢板），在冲压成形前具有较低的屈服强度，经冲压成形中拉伸变形后，进行高温时效处理，钢板的屈服强度可以得到一定程度的提高。硬化机理：冷轧退火钢板中的碳、氮原子以间隙固溶状态存在，钢板经预变形，导致基体内位错密度增加，碳、氮原子向位错扩散的距离缩短。高温时效处理使碳、氮原子扩散的热激活能提高，并在位错处聚集，钉扎位错。2.1.2加磷铝镇静烘烤硬化钢板常规拉伸试样在预变形7.5%的屈服应力与随后100度加热30min后的屈服应力的差值称为时效指数，用AI表示。AI与BH存在线性关系，BH值越大，AI值越高。2.1.3超深冲IF冷轧钢板在超低碳钢（C=0.005%，N=0.004%)中，加入足够量的元素钛和铌，使钢中的碳、氮原子完全被固定成碳、氮化合物Ti(C、N)，Nb（C、N），钢中无间隙固溶原子存在，这种钢称为“无间隙原子钢”，即IF钢。IF冷轧钢板的优点：1.杂质元素（Si、Mn、P、S）少2.屈服点低和低屈强比。3.塑性伸长率大。4.硬化指数n值和厚向异性系数r值高使其具有很优异的深冲性能。5.无失效性（时效指数AI=0）2.1.4镀锌钢板为提高覆盖件的耐腐蚀性能，镀锌钢板在轿车上得到越来越多的应用。镀锌钢板电镀锌钢板（含一般电镀锌钢板和合金电镀锌钢板）热镀锌钢板（含一般热镀锌钢板和合金热镀锌钢板）2.2板材性能及试验方法板材冲压性能是指板材对各种冲压加工方法的适应能力，如便于加工，容易得到高质量和高精度的冲压件，生产率高，不易产生废品等。2.2板材性能及试验方法板材冲压性能实验方法直接试验中，板材的应力状态与真实冲压时基本相同，所得结果也比较准确；间接试验时板材的受力情况与变形特点都与实际冲压时有一定的差别。所以，所得的结果也只能间接地反映板材的冲压性能，有时还要借助于一定的分析方法才能做到。直接实验间接实验2.2板材性能及试验方法常用的方法为：直接试验中的模拟试验和间接试验中的拉伸试验。2.2.1拉伸试验拉伸试验是在拉伸试验机上对板材试样进行拉伸变形的试验以上左图是标准拉伸试样，右图是试样的拉伸曲线。2.2.1拉伸试验拉伸试样性能参数衡量汽车覆盖件板材性能时常用的有以下几种参数：1）屈服点σs2）抗拉强度σb3）屈强比σs/σb4)均匀伸长率δu和均匀应变εj5）总伸长率σ和总应变εk。6）硬化指数n。7）厚向异性系数r。8）板面内方向异性系数r。2.2.1拉伸试验1）屈服点σs是指板材在由弹性变形开始进入塑性变形时的应力，其数值为拉伸曲线上屈服平台的力Fs与试样原始截面积A0之比。2）抗拉强度σb是指板材试样拉伸时的拉伸力达到最大值时的应力，其数值为最大拉伸力Fmax与试样原始截面积A0之比。3）屈强比σs/σb是指屈服强度与抗拉强度的比值。它是一个无量纲参数。2.2.1拉伸试验4)均匀伸长率δu和均匀应变εj是指板材试样在产生局部塑性变形（缩颈）时的延伸长率和真实应变。在拉伸曲线上，对应抗拉强度的取点。其值为：5）总伸长率σ和总应变εk。是指板材试样在被拉断时的伸长率和应变。2.2.1拉伸试验6）硬化指数n。表示在塑性变值形中材料硬化的强度。7）厚向异性系数r。它是板材拉伸试样在拉伸试验中宽度方向应变与厚度之比。2.2.1拉伸试验厚向异性系数的平均值8）板面内方向异性系数r。2.2.2拉深成形试验拉深成形试验最常用的是Swift杯形试验，简称Swift试验。极限拉深比确定出不发生破裂所能拉深成杯形件的最大毛坯直径与凸模直径之比，此比值称为极限拉深比。通常用LDR来表示。2.2.3胀形成形试验艾里克森试验（杯突试验）：进行试验时，将备好的试样放在凹模平面上，并用压边圈压住，球形凸模以0.1~0.3mm/s的速度压下，压至材料开始产生能透光的裂缝时，测量凸模压入的深度。如图;2.2.4拉胀复合性能试验福井锥杯成形试验：进行试验时，将试样水平地放入试验模具的凹模内，不加压边力，凸模下行进行成形试验。当试样发生破裂时（表现为成形力开始下降），停止试验并取出试样。测量其锥杯口的最大直径和最小直径。取平均值作为锥形件成形值，称CCV值。2.2.5成形极限图成形极线图（简称FLD）表示板材在不同的应力状态下的变形极限。制作FLD的试验方法半球形凸模胀型法圆柱形凸模胀型法2.2.6起皱试验1.方板对角拉伸试验YBT-1试验简单方便，所得到的皱高hb可以表示板材抗不均匀拉力起皱的能力，hb越小，板材的抗不均匀拉力起皱的能力越强。YBT-2主要用来研究加载方式、加