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冲压工艺及缺陷分析品质部质量工程师陶玉良目录冲压概述一冲压模具三冲压材料五缺陷及分析六冲压设备四冲压工序二一、冲压概述1.什么是冲压？利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定几何形状和尺寸精度的机械零件或制品的一种压力加工方法。冲压通常在常温下进行，主要用于金属板料成型加工，故又称为冷冲压。热成形工艺是将初始强度为500~600MPa的钢板加热到奥氏体温度范围（850℃），然后在压机上冲压成所需形状，同时以20～30℃/秒的冷却速度进行淬火，保压一段时间以保证充分淬透，最后零件随室温冷却，成形后的零件的强度可以达到1500MPa左右。落料预成形加热成形一、冲压概述一、冲压概述冲压零件设备材料模具冲压设备•机械压力机•液压机冲压模具•冲压加工的主要工艺装备•冲压件质量与模具关系最大冲压材料•板材•带材•管材及其他型材2.冲压三要素冲压概述3.冲压加工特点•产品尺寸稳定，重量轻，刚度好•表面质量和精度较好•操作简单，易于实现自动化•生产效率高•适于大批量生产•大批量生产时加工费用较低•依赖设备与模具•投产周期较长，初始投入大一、冲压概述4.冲压能做什么？冲压成形产品示例一——日常用品一、冲压概述冲压成形产品示例二——高科技产品汽车覆盖件飞机蒙皮二、冲压工序分离工序•落料•冲孔•修边•分离冲压工序成形工序•拉延•翻边•整形•翻孔•弯曲工序英文简称工序名称拉延切边冲孔整形成形翻边侧切边代号DRTRPRCPIRSTFOFLCTR工序名称切角翻孔扣合落料弯曲分离侧冲孔代号CTBUHEMBLBESEPCAM-PRCC-PI二、冲压工序二、冲压工序1.分离工序板料在外力作用下沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和切断面质量的成品和半成品。分离条件：变形材料内部的应力超过强度极限σb。二、冲压工序1.1落料用冲模沿封闭曲线冲切，冲下部分是零件。用于制造各种形状的平板零件。二、冲压工序1.2冲孔用冲模沿封闭曲线冲切，冲下部分是废料。有正冲孔、侧冲孔、吊冲孔等几种形式。二、冲压工序1.3修边将成形零件的边缘修切整齐或切成一定形状。二、冲压工序1.4分离用冲模沿不封闭曲线冲切产生分离。左右件一起成形时，分离工序用得较多。二、冲压工序2.成形工序坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的成品和半成品。成形条件：屈服强度σS〱材料内部应力〱强度极限σb。二、冲压工序2.1拉延把板料毛坯成形制成各种开口空心零件。二、冲压工序2.2翻边把板料或半成品的边缘沿一定的曲线按一定的曲率成形成竖立的边缘。二、冲压工序2.3整形为了提高已成形零件的尺寸精度或获得小的圆角半径而采用的成形方法。二、冲压工序2.4翻孔在预先冲孔的板料或半成品上或未经冲孔的板料制成竖立的边缘。二、冲压工序2.5弯曲把板料沿直线弯成各种形状，可以加工形状极为复杂的零件。二、冲压工序3.冲压工艺流程图二、冲压工序冲压工艺流程图示例-F6左侧围外板OP05落料OP10拉延二、冲压工序冲压工艺流程图示例-F6左侧围外板OP20切边、冲孔、吊切边、整形OP30切边、吊切边、侧翻边、冲孔、整形二、冲压工序冲压工艺流程图示例-F6左侧围外板OP40切边、冲孔、吊冲孔、吊翻边OP50切边、冲孔、吊冲孔、吊翻边三、冲压模具模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”、在德国被称为“金属加工业中的帝王”。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。模具基本结构拉延模切边冲孔模翻边整形模合边模模具分类三、冲压模具1.模具分类1.1按工作原理可以分为：拉延模翻边整形模冲压模具切边冲孔模三、冲压模具1.2按生产方式可分为：①.工程模②.级进模多工位精密级进模三、冲压模具2.模具基本结构冲模通常由上、下模（凸、凹模）两部分构成2.1工作部分2.2导向2.3定位2.4限位2.5弹性元件2.6起吊和翻转2.7常见部件三、冲压模具3.拉延模三、冲压模具请单击开始播放三、冲压模具4.切边冲孔模切边、翻边三、冲压模具正冲，侧冲孔，吊冲孔三、冲压模具请单击开始播放三、冲压模具5.翻边整形模三、冲压模具6.合边模6.1工作步骤三、冲压模具①.预弯：采用侧向机构将制件的边弯成一定的角度，使之具备压合条件。②.压合：预弯完成后侧向机构退回，上模固定模块下行将预弯好的边压合。（图1）三、冲压模具6.2结构三、冲压模具四、冲压设备常见的冲压设备有机械压力机、双动拉深压力机、液压机、锻锤、剪切设备等。大中型设备一般采用成线布置，一条生产线由若干台设备组成。每台压机完成一个冲压工序，材料从生产线一端流入，成品从生产线另一端流出。材料在压机之间的转动可由自动化的机械手完成，也可由人工完成。四、冲压设备冲压生产线四、冲压设备1.压力机1.1按床身结构，压力机可分为开式压力机和闭式压力机两种开式压机三面敞开，床身呈C型，刚性较差，一般用于小型压机。闭式压机前后二面敞开，床身封闭，刚性较好，一般用于大中型压机。四、冲压设备1.1.1开式压力机1、三面敞开2、C型床身3、刚性较差4、适用于小型压机四、冲压设备1.1.2闭式压力机1、前后敞开2、结构封闭3、刚性较强4、大中型压机四、冲压设备1.2按驱动滑块力的种类，压力机可分为：机械压力机和液压机。类型设备名称工作原理特点机械压力机摩擦压力机利用摩擦盘与飞轮之间相互接触并传递动力，借助螺杆与螺母相对运动原理而工作。结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。但飞轮轮缘磨损大，生产率低。适用于中小型件的冲压加工，对于校正、压印和成形等冲压工序尤为适宜。曲柄压力机利用曲柄连杆机构进行工作，有开式和闭式之分。生产率高，适用于各类冲压加工液压机油压机水压机利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。压力大，而且是静压力，但生产率低。适用于拉深、挤压等成形工序。四、冲压设备机械压力机液压机四、冲压设备2.开卷线四、冲压设备3.剪板机•剪板机主要用于剪裁各种尺寸金属板料的直线边缘。•传动形式为机械和液压式两种。五、冲压材料冲压材料是影响零件质量和模具寿命的重要因素。目前,可冲压的材料不仅有低碳钢，而且还有不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等。钢板是目前汽车冲压中使用最多最广的原材料，目前随着车身轻量化要求，高强度钢板、夹层钢板等新型材料在汽车车身上使用日趋增多。1.钢板性能要求2.钢板分类3.冷轧钢板介绍五、冲压材料1.钢板性能要求1.1具有良好的机械性能及较大的变形能力。金属材料的机械性能是指抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度﹑塑性应变比。高的塑性应变比r值(各向异性性能)；高的加工硬化指数n值；高的延伸率δ；低的屈强比(σs/σb)；低的时效指数。五、冲压材料1.2良好的表面质量钢板表面不得有结疤、裂纹、夹杂和划痕等明显缺陷。其中车身内板允许存在不影响成型性及涂漆附着力的缺陷，如小气泡、小划痕、小辊印、轻微的刮伤及轻微氧化色等；外板须符合FD（O5）的质量级别即两面中较好的一面不得有任何缺欠，即不能影响涂漆后的外观质量或电镀后的外观质量，另一面应达到FB（O3）的要求。级别代号概述较高级别的精整表面FB(O3)表面允许有少量不影响成型性及涂、镀附着力的缺陷，如轻微的划伤、压痕、麻点、辊印及氧化色等。高级的精整表面FC(O4)产品两面中较好的一面无肉眼可见的明显缺陷，另一面必须达到FB的要求。超高级的精整表面FD(O5)产品两面中较好的一面不得有任何缺陷，既不能影响涂、镀后的外观质量，另一面必须达到FB的要求。五、冲压材料1.3表面质量级别分类五、冲压材料2.钢板分类2.1按厚度分：厚板（4mm以上）、中板（3-4mm）、薄板（3mm以下）汽车车身冲压件主要以薄板为主。五、冲压材料2.2按轧制状态分：热轧钢板、冷轧钢板热轧就是在高于合金再结晶温度的温度中使其软化后用压轮把材料压成薄片或钢坯的横截面，使材料形变，但材料物理性质并无变化。热轧板韧性和表面平整性差,价格较低。热轧加工较粗糙，轧不出很薄的钢。冷轧是对已经过热轧、除麻点除氧化工序的材料在低于合金再结晶温度的温度中用压轮进一步碾压材料以让材料有再结晶的过程。经过反覆的冷压——再结晶——退火——冷压（反覆2～3次）过程，材料里的金属发生分子级别的改变（再结晶），形成的合金物理性质发生改变。故其表面质量好、光洁度高、产品尺寸精度高，产品的性能和组织能满足一些特殊的使用要求。五、冲压材料冷轧钢板主要包括：冷轧碳素钢板、冷轧低碳钢板、冲压用冷轧钢板、高强度冷轧钢板等。3.1冷轧碳素钢板牌号用途SPCC一般用SPCD冲压用SPCE、SPCEN深冲用S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，第三个字母C为Cold的缩写，N表示需保证非时效性。五、冲压材料3.2冷轧低碳钢板牌号用途DC01一般用DC03冲压用DC04深冲用DC05特深冲用DC06超深冲用常见产品缺陷拉延缺陷落料、冲孔、修边缺陷翻边缺陷翻孔缺陷弯曲缺陷六、缺陷及分析常见产品缺陷拉延缺陷：破裂、起皱、扭曲、回弹、尺寸偏移、表面拉伤、波浪、鼓包、凹坑、麻点等。六、缺陷及分析圆周方向受压半径方向受拉破裂凸凹模R角半径过小；压边力过大；材料成形性能差或材料尺寸偏大；凸凹模间隙太小；润滑不良；定位不准；凸凹模R角或拉延筋不顺、拉伤等；形状复杂，局部胀形；六、缺陷及分析如何解决破裂：？解决破裂的想法就是想办法让破裂部位走进充足的材料！破裂的特殊情况，转角及翻边破裂六、缺陷及分析六、缺陷及分析克服边缘破裂的方法：（１）改善坯料边缘状态，利用冲裁的方法下料制坯，从而保证坯料边缘断面的质量；对于内凹翻边坯料尺寸的确定，采用适当加大材料尺寸等方法。毛坯尺寸太大或形状不当，板料质量以及冲压时润滑不好也会使零件拉裂，对此应改变毛坯尺寸或形状，调整冲压工艺。（２）克服剪切破裂的方法：将凸、凹模间隙调整均匀，适当加大凸、凹模圆角，增加拉深工序或整形工序，控制各处材料进入凹模的阻力尽量挡于均匀一致。（３）克服胀形破裂的方法：减小变形程度，扩大变形范围；在连接部位开工艺切口或工艺减小径向拉应力；采用多道成形工序。（４）克服拉伸破裂的方法：减小凸缘变形区的变形阻力；加大凸、凹模圆角半径；调整凸模与凹模的相对位置。增加拉深工序数，增加整形工序；适当调整压边力。在不影响使用功能的情况下，适当减小局部成形深度，增大转角，在允许的情况下，增加工艺切口或工艺孔，以增加局部形状内部材料的流动，减小变形区的塑性变形量等另外，拉伸温度和润滑状态对成形质量也有影响。如果温度较低，板料成形性能较差，不利于拉出理想的拉伸件。在拉伸过程中，金属材料与模具的表面直接接触，相互作用力很大，使材料在凹模表面滑动时产生根大的摩擦力，增加了拉伸所需的压力和材料内的拉应力，这也是工件破裂的原因之一。造成零件开裂的原因很多，在调整时应仔细检查开裂状况、产生的部位，确定产生开裂的拉伸行程位置，根据具体情况分析判断产生开裂的原因，从而制定出解决开裂的具体方案。起皱凸凹模R角半径过大；压边力过小；材料尺寸偏小；研合不良；定位不准；工艺补充不合理；拉延筋不良；如何解决起皱：？圆周方向受压半径方向受拉六、缺陷及分析六、缺陷及分析控制起皱的措施：1、查看起皱的状态，当皱纹在制件四周均匀产生时，应判断为压料力不足，逐渐加大压料力可以消除。当拉深锥形件和半球件时，应采用增加拉深筋来增大板内径内拉应力，以消除皱纹。采用“里紧外松”原则，来消除“里松外紧”问题。2、对于润滑油，应按照操作规程制度要求进行刷油工作，保证刷油量和刷油位置的正确，避免导致起皱。3、在不影响整车要求的情况下更换毛坯过软的制件材质，保证制件的品质，避免产生起皱。4、改善定位，必要时加预弯工序，保证冲压制件时料片不会出现跑偏问题。修改压料面形状，保证制件品质，避免压料面形状不动，导致走料不均。5、针对冲压方向不当，应在设计初期使用仿真软件对制件工艺进行分析，保证制件的冲压方向，对制件品质要求较高时，需重新开发模具，调整