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1、第第5讲讲 汽车零部件的锻压技术汽车零部件的锻压技术概述概述一、锻造一、锻造二、二、板料冲压板料冲压二、汽车车身冲压件材料二、汽车车身冲压件材料三、汽车覆盖件的冲压工艺三、汽车覆盖件的冲压工艺四、汽车制造中冲压工艺的新开展四、汽车制造中冲压工艺的新开展概概 述述汽车制造中有汽车制造中有60%-70%的金的金属零部件需经塑属零部件需经塑性加工成形。性加工成形。4金属塑性成形金属塑性成形：在在外外力力作作用用下下金金属属材材料料通通过过塑塑性性变变形形，获获得得具具有有一一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。在在工工业业生生产产中中又又称称为
2、为金金属属压压力力加加工工，分分为为：自自由由锻锻、模锻、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等。模锻、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等。锻压：锻压：是锻造是锻造Forging与冲压与冲压Stamping的总称。的总称。对对坯坯料料施施加加外外力力，使使其其产产生生塑塑性性变变形形，改改变变尺尺寸寸、形形状状，改改善善性性能能，用用以以制制造造机机械械零零件件或或毛毛坯坯的的成成形形加工方法。加工方法。5常用的压力加工方法常用的压力加工方法a自由锻自由锻 b模锻模锻 c板料冲压板料冲压 d挤压挤压 e轧制轧制 f拉拔拉拔6u塑性加工的特点：塑性加工的特点：改善金属的组织、提高力学性能改善金属的组织、提高力学
3、性能 金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。密的金属组织，从而提高金属的力学性能。在零件设计时，假设正确选用零件的受力方向与锻造流线方向，在零件设计时，假设正确选用零件的受力方向与锻造流线方向，可以提高零件的抗冲击性能。可以提高零件的抗冲击性能。材料的利用率高材料的利用率高
4、金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要切除金金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。属，因而材料利用率高。较高的生产率较高的生产率 塑性加工一般是利用压力机和模具进行的，生产效率高。例如，塑性加工一般是利用压力机和模具进行的，生产效率高。例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约提高约400倍。倍。毛坯或零件的精度较高毛坯或零件的精度较高 应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。例如，应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形局部可
5、不经切削加工直接使用，复杂曲精密锻造的伞齿轮齿形局部可不经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精密锻造后只需磨削便可到达所需精度。面形状的叶片精密锻造后只需磨削便可到达所需精度。7u材料：钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力材料：钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力加工。加工。u用途：用途：承受冲击或交变应力的重要零件如机床主轴、齿承受冲击或交变应力的重要零件如机床主轴、齿轮、曲轴、连杆等，都应采用锻件毛坯。轮、曲轴、连杆等，都应采用锻件毛坯。在机械制造、在机械制造、工、航空、轻工、家用电器等行业工、航空、轻工、家用电器等行业得到广泛应用。得到广泛应用。例如，飞机上的塑性成形零件占总质量的例如，飞
6、机上的塑性成形零件占总质量的85%；汽车、拖；汽车、拖拉机上的锻件质量占总质量的拉机上的锻件质量占总质量的60%80%。u缺点：不能加工脆性材料如铸铁和形状特缺点：不能加工脆性材料如铸铁和形状特别复杂特别是内腔形状复杂或体积特别大别复杂特别是内腔形状复杂或体积特别大的零件或毛坯。的零件或毛坯。8锻造开展可概括为锻造开展可概括为“精、省、净。精、省、净。早期手工锻打制作成品，仅是早期手工锻打制作成品，仅是“成形简单制成形简单制品。品。精：后来用机器锻造，可以在一定程度上通过精：后来用机器锻造，可以在一定程度上通过模具控制形状和尺寸，但主要为后续的加工制模具控制形状和尺寸，但主要为后续的加工制造毛
7、坯。造毛坯。省：省：20世纪世纪5060年代，针对年代，针对“肥头大耳问肥头大耳问题，提倡开展题，提倡开展“少无切削加工。少无切削加工。净：净：20世纪世纪8090年代，明确提出年代，明确提出“精密成形精密成形或或“精确成形，大力开展精确成形，大力开展“净形制造技净形制造技术。术。9“锻打锻打开展到开展到“塑性加工塑性加工，是一个从，是一个从“表表象象到到“本质本质，从，从“经验经验到到“规律规律的漫的漫长的认识过程。长的认识过程。面向面向21世纪信息时代，塑性加工仍将是制造金世纪信息时代，塑性加工仍将是制造金属零件的基本方式之一。属零件的基本方式之一。据统计，全世界生产的钢材约有据统计，全世
8、界生产的钢材约有75要经过要经过塑性加工制成成品。塑性加工制成成品。一、一、锻锻造造 Forging锻造锻造Forging：在加压设备及工模具的作用下，使坯料在加压设备及工模具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。方法。工模具一般作直线运动。工模具一般作直线运动。应用：形状简单，强韧性要求高的制件应用：形状简单，强韧性要求高的制件锻造后，成分均匀，组织致密，晶粒细化，锻造后，成分均匀，组织致密，晶粒细化，强韧性提高。强韧性提高。固态成形，制件形状受限制。固态成
9、形，制件形状受限制。1.自由锻自由锻Open Die forging概念：概念：只用简单的通用性工具，或在锻造设只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下砧间对坯料施加外力，使坯料产生变备的上下砧间对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件。形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件。自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属局部受到自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属局部受到约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的开展。动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的开展。分类：分类：锤上自由锻：中小
10、锻件锤上自由锻：中小锻件液压机上自由锻：大型锻件液压机上自由锻：大型锻件特点：特点：金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制。向自由流动，不受限制。工艺灵活，所用设备和工具简单、通用性强，工艺灵活，所用设备和工具简单、通用性强，成本低。成本低。锻件精度较低，加工余量较大，生产率低，锻件精度较低，加工余量较大，生产率低，其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。应用应用一般只适合于单件、小批量生产。一般只适合于单件、小批量生产。自由锻也是锻制大型锻件的唯一方法。自由锻也是锻制大型锻件的唯一方法。自由锻生产过
11、程自由锻生产过程自由锻锤自由锻锤空气锤的吨位：以其工作活塞、锤杆和上空气锤的吨位：以其工作活塞、锤杆和上抵铁等落下部位的质量表示。抵铁等落下部位的质量表示。自由锻变形工序自由锻变形工序 基本工序基本工序下料下料 Cropping 镦粗镦粗 pression拔长拔长 Drawing out 冲孔冲孔 Punching弯曲弯曲 Bending 切割切割 Cutting扭转扭转 Twisting 错移错移 Offset 辅助工序辅助工序倒棱倒棱Chamfering 压肩压肩 Necking 压痕压痕 Indentation 精整工序精整工序 自由锻件的变形工艺自由锻件的变形工艺选择依据：选择依据：主
12、要取决于锻件的形状特征，主要取决于锻件的形状特征，还要考虑尺寸、技术要求以及自由锻变形还要考虑尺寸、技术要求以及自由锻变形工序特点。工序特点。2.模锻模锻 Die Forging概念概念：利用模具使坯料变形而获得锻件利用模具使坯料变形而获得锻件。在模锻设备上，利用高强度锻模，使金在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。的加工方法称为模锻。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛的限制，
13、因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。形状相符的模锻件。弯曲连杆锻模下模与模锻工序弯曲连杆锻模下模与模锻工序1拔长模膛拔长模膛 2滚挤模膛滚挤模膛 3终锻模膛终锻模膛 4预锻模膛预锻模膛 5弯曲模膛弯曲模膛优点：优点：生产效率高。生产效率高。可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件。可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件。锻件外表质量好，节约材料和切削加工工时。锻件外表质量好，节约材料和切削加工工时。操作简便，质量易于控制，易实现机械化、自动化。操作简便，质量易于控制，易实现机械化、自动化。缺点缺点受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在15
14、0kg150kg以下。以下。需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投资大，能量消耗大。资大，能量消耗大。锻模制造工艺复杂，制造成本高、周期长。锻模制造工艺复杂，制造成本高、周期长。应用：适用于大批量或较大批量生产的条件应用：适用于大批量或较大批量生产的条件锤上模锻锤上模锻 Die Forging 锻模结构锻模结构 制制坯坯模模膛膛Blocker：使使坯坯料料预预变变形形而而到到达达合合理理分分配配，使使其其形形状状基基本本接接近近锻锻件件形形状状，以以便便更更好好地充满模锻模膛。地充满模锻模膛。模模锻锻模模膛膛Die Cavi
15、ty of Die forging：使使坯坯料料变变形形到到锻锻件件所所要要求求的的形形状状和尺寸。和尺寸。预预 锻锻 模模 膛膛 Blocking Impression和和终终锻锻模模膛膛Finish Impression:对对于于形形状状复复杂杂、精精度度要要求求较较高高、批批量量较较大大的的锻锻件件，还还要要分分为为预预锻锻模模膛膛和和终终锻模膛。锻模膛。热模锻压力机上模锻热模锻压力机上模锻 Die Forging on Drop Press 曲柄压力机简称曲柄压力机曲柄压力机曲柄压力机:Crank Press 楔式热模锻压力机。楔式热模锻压力机。特点：特点：工作时震动和噪音小，劳动条件
16、大为改善。工作时震动和噪音小，劳动条件大为改善。便于实现机械化和自动化，且具有很高的生产率。便于实现机械化和自动化，且具有很高的生产率。锻件的精度高，其公差、余量和模锻斜度比锤上模锻件的精度高，其公差、余量和模锻斜度比锤上模锻小。锻小。变形应逐步进行。变形应逐步进行。设备结构复杂，造价高，而且由于滑块的行程和压设备结构复杂，造价高，而且由于滑块的行程和压力不能在锻造过程中调节，因而不能进行拔长、滚力不能在锻造过程中调节，因而不能进行拔长、滚压等制坯工步，必须配备制坯工步的专用设备。压等制坯工步，必须配备制坯工步的专用设备。平锻机上模锻平锻机上模锻 Die Forging on Upsettin
17、g Machine 平锻机上模锻过程平锻机上模锻过程 1-固定凹模固定凹模 2-活动凹模活动凹模 3-冲头冲头 4-挡板挡板 5-坯料坯料 平锻机锻造的锻件例如平锻机锻造的锻件例如 主要以局部镦粗为主，主要以局部镦粗为主，也可进行压肩、冲孔、弯也可进行压肩、冲孔、弯曲和切断等工步。曲和切断等工步。最适合的锻件是带头部最适合的锻件是带头部的半轴类和有孔通孔或的半轴类和有孔通孔或不通孔的锻件。不通孔的锻件。简单锻件只需一个工步简单锻件只需一个工步完成。完成。复杂锻件，坯料可按顺复杂锻件，坯料可按顺序放入几个模膛中逐步变序放入几个模膛中逐步变形而获得锻件。形而获得锻件。螺旋压力机上模锻螺旋压力机上模
18、锻Die Forging on Fly Press 利用飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的利用飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的变形能进行锻造变形能进行锻造。摩擦螺旋压力机：机械摩擦传动摩擦螺旋压力机：机械摩擦传动液压螺旋压力机：液压传动。液压螺旋压力机：液压传动。摩擦螺旋压力机摩擦螺旋压力机摩擦压力机锻造特点摩擦压力机锻造特点具有锻锤和压力机双重工作特性。具有锻锤和压力机双重工作特性。行程速度行程速度0.51.0 m/s，介于模锻锤和曲柄压力机之间。，介于模锻锤和曲柄压力机之间。有一定的冲击作用，且滑块行程和打击能量可控，与锻锤相似。有一定的冲击作用，且滑块行程和打击能量可控，与锻锤相似。坯料变
19、形中的抗力由封闭框架承受，有压力机的特点。坯料变形中的抗力由封闭框架承受，有压力机的特点。工艺适用性好：工艺适用性好：既可完成镦粗、成形、弯曲、预锻、终锻等成形既可完成镦粗、成形、弯曲、预锻、终锻等成形工序，又可进行校正、精整、切边、冲孔等后续工序的操作。工序，又可进行校正、精整、切边、冲孔等后续工序的操作。承受偏心载荷的能力差，一般只进行单模膛锻造。承受偏心载荷的能力差，一般只进行单模膛锻造。由于打击速度比锻锤低，较适合要求变形速度低的有色由于打击速度比锻锤低，较适合要求变形速度低的有色合金的模锻。合金的模锻。压力机工作台下装有顶出装置，很适合于模锻带有头部压力机工作台下装有顶出装置，很适合
20、于模锻带有头部和杆部的回转体小锻件。和杆部的回转体小锻件。有效机械效率低，生产率不高，吨位较小有效机械效率低，生产率不高，吨位较小 摩擦压力机锻造锻件摩擦压力机锻造锻件3.胎模锻胎模锻胎模是一种不固定在锻造设备上的模胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易。具，结构较简单，制造容易。胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产模锻件的工艺方法，因此胎模锻兼有模锻件的工艺方法，因此胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。自由锻和模锻的特点。适合于中、小批量生产小型多品种的适合于中、小批量生产小型多品种的锻件锻件,特别适合于没有模锻设备的工厂。特别适合于没有模锻设备的工厂
21、。4、锻件结构工艺性、锻件结构工艺性锻件的结构在保证其使用性能的前提下，必须锻件的结构在保证其使用性能的前提下，必须符合锻造生产工艺的特点。符合锻造生产工艺的特点。简化锻造生产工艺简化锻造生产工艺提高生产效率提高生产效率保证锻件质量保证锻件质量降低生产成本降低生产成本自由锻锻件的结构工艺性自由锻锻件的结构工艺性：自由锻只限于使用简单、通用工具成形，因自由锻只限于使用简单、通用工具成形，因而自由锻件外形结构的复杂程度受到很大限而自由锻件外形结构的复杂程度受到很大限制。制。在设计自由锻锻件时，除满足使用性能要求在设计自由锻锻件时，除满足使用性能要求外，还应考虑锻造时是否可能，是否方便和外，还应考虑
22、锻造时是否可能，是否方便和经济，即零件结构要符合自由锻的工艺性要经济，即零件结构要符合自由锻的工艺性要模锻件结构工艺性：模锻件结构工艺性：模锻件应具有合理分模面，以保证锻件易从模锻件应具有合理分模面，以保证锻件易从锻模中取出，且余块最少，锻模制造方便。锻模中取出，且余块最少，锻模制造方便。锻件上与分模面垂直的外表，应设计有模锻锻件上与分模面垂直的外表，应设计有模锻斜度。非加工外表所形成的交角都应按模锻斜度。非加工外表所形成的交角都应按模锻圆角设计。圆角设计。零件外形力求简单，平直和对称，尤其应防零件外形力求简单，平直和对称，尤其应防止零件截面间尺寸差异过大，或具有薄壁、止零件截面间尺寸差异过大
23、，或具有薄壁、高筋、凸起等结构，以利于金属充满模膛和高筋、凸起等结构，以利于金属充满模膛和减少工序。减少工序。模锻件应尽量防止窄沟、深槽和深孔、多孔模锻件应尽量防止窄沟、深槽和深孔、多孔结构，以便于模具制造和延长锻模寿命。结构，以便于模具制造和延长锻模寿命。形状复杂的模锻件应采用锻焊结构，以减少形状复杂的模锻件应采用锻焊结构，以减少余块，简化模锻工艺。余块，简化模锻工艺。二、二、板料冲压板料冲压Stamping概概 述述冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段，冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段，它是最基本、最传统、最重要的金属加工方法它是最基本、最传统、最重要的金属加工方法之一。之一。
24、汽车冲压件汽车冲压件车身的内外覆盖件和骨架件车身的内外覆盖件和骨架件车架的纵梁、横梁和保险杠车架的纵梁、横梁和保险杠车轮的轮辐、轮辋和挡圈车轮的轮辐、轮辋和挡圈散热器的散热片、冷却水管和储水室散热器的散热片、冷却水管和储水室发动机的气缸垫、油底壳和滤清器发动机的气缸垫、油底壳和滤清器底盘上的制动器零件、减震器零件底盘上的制动器零件、减震器零件座椅上的骨架、滑轨和调角器等座椅上的骨架、滑轨和调角器等车箱的侧板和底板等车箱的侧板和底板等车锁及其它附件上的零件车锁及其它附件上的零件汽车冲压件特点：汽车冲压件特点：尺寸大尺寸大形状复杂形状复杂配合精度及互换性要求高配合精度及互换性要求高外观质量要求高外
25、观质量要求高对于不同的零件，工艺特点也不一样对于不同的零件，工艺特点也不一样汽车冲压生产特点：汽车冲压生产特点：冲压设备方面：吨位大、性能要求高、生产效率高冲压设备方面：吨位大、性能要求高、生产效率高冲压材料：品种和规格很多，要求强度、工艺性能好冲压材料：品种和规格很多，要求强度、工艺性能好模具方面：尺寸大、形状和结构复杂模具方面：尺寸大、形状和结构复杂生产和管理方面：机械化流水作业的生产方式生产和管理方面：机械化流水作业的生产方式。金属塑性加工的基本方法之一金属塑性加工的基本方法之一通过装在压力机上的模具对板料施压，通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生别离或变形，从而获得一定形使之产生
26、别离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯状、尺寸和性能的零件或毛坯冷冲压和热冲压冷冲压和热冲压 原材料：必须具有足够的塑性原材料：必须具有足够的塑性金属板料：低碳钢、高塑性的合金钢、不锈金属板料：低碳钢、高塑性的合金钢、不锈钢、铜、铝、镁及其合金等。钢、铜、铝、镁及其合金等。非金属材料：石棉板、硬橡胶、皮革、绝缘非金属材料：石棉板、硬橡胶、皮革、绝缘纸、纤维板等纸、纤维板等1.板料冲压的特点及应用板料冲压的特点及应用特点特点可可制制造造其其它它加加工工方方法法难难以以加加工工或或无无法法加加工工的的形形状复杂薄壁零件；状复杂薄壁零件；冲冲压压件件尺尺寸寸精精度度高高，外外表表光光洁
27、洁，质质量量稳稳定定，互互换性好，一般不再进行机械加工即可装配使用；换性好，一般不再进行机械加工即可装配使用；生生产产率率高高，操操作作简简便便，成成本本低低，工工艺艺过过程程易易实实现机械化和自动化；现机械化和自动化；可利用加工硬化提高零件的力学性能可利用加工硬化提高零件的力学性能冲冲压压模模具具结结构构较较复复杂杂，加加工工精精度度要要求求高高，制制造造费用大，因此板料冲压加工适用于大批量生产。费用大，因此板料冲压加工适用于大批量生产。2.板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序 别离工序别离工序 Cutting Process:使冲压件使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互别离的工序。与板料沿一定
28、的轮廓线相互别离的工序。成形工序成形工序 Forming Process：除别离：除别离工序外，使坯料塑性变形，获得所需要工序外，使坯料塑性变形，获得所需要形状、尺寸的制件的冲压工序。形状、尺寸的制件的冲压工序。冲裁冲裁 Blanking使板料沿封闭轮廓线别离的工序，包括使板料沿封闭轮廓线别离的工序，包括落料与冲孔。落料与冲孔。落料落料 Blanking：得到冲压件上的孔：得到冲压件上的孔 冲孔冲孔 Punching：得到片状冲压件的外形：得到片状冲压件的外形 1 冲裁变形过程冲裁变形过程 受力：纵向压力、横向挤压力、摩擦力受力：纵向压力、横向挤压力、摩擦力变形：剪切外，还有拉伸、弯曲和横向挤
29、压等变形变形：剪切外，还有拉伸、弯曲和横向挤压等变形圆角带圆角带Rollover光亮带光亮带Burnish Zone断裂带断裂带fracture毛刺毛刺burr2 冲裁间隙冲裁间隙 指凸、凹模刃口同位尺寸之缝隙的距离，指凸、凹模刃口同位尺寸之缝隙的距离，用用c表示单面间隙表示单面间隙 对冲裁过程及冲裁件断面质量具有重要影响对冲裁过程及冲裁件断面质量具有重要影响 还影响到模具寿命和冲裁力的大小还影响到模具寿命和冲裁力的大小 合理冲裁单面间隙间隙值合理冲裁单面间隙间隙值 C=m t t：冲裁板料厚度，：冲裁板料厚度，mm；m：与材料性能及板厚有关的系数，通常：与材料性能及板厚有关的系数，通常38%
30、，间隙合理时，上下剪裂纹会基本重合，获得工件断面较光洁，间隙合理时，上下剪裂纹会基本重合，获得工件断面较光洁，毛刺最小。毛刺最小。间隙过小，上下剪裂纹向外错开，在冲裁件断面上会形成毛间隙过小，上下剪裂纹向外错开，在冲裁件断面上会形成毛刺和迭层；刺和迭层；间隙过大，材料中拉应力增大，塑性变形阶段过早结束，裂间隙过大，材料中拉应力增大，塑性变形阶段过早结束，裂纹向里错开，不仅光亮带小，毛刺和剪裂带均较大纹向里错开，不仅光亮带小，毛刺和剪裂带均较大 3 凸、凹模刃口尺寸确实凸、凹模刃口尺寸确实定定 凸模凸模 Punch 凹模凹模 Die模具间隙模具间隙 Die Clearance4 冲裁力的计算冲裁
31、力的计算 为选择冲压设备和设计模具提供依据为选择冲压设备和设计模具提供依据 平刃冲裁力按下式计算：平刃冲裁力按下式计算：P=KLtLtbP 冲裁力，冲裁力，N；L 冲裁周边长度，冲裁周边长度，mm；t 板料厚度，板料厚度，mm；材料抗剪强度，材料抗剪强度，MPa；b材料抗拉强度，材料抗拉强度，MPa；K安全系数，一般取安全系数，一般取K=1.3。弯曲弯曲 Bending利用模具或其它工具将坯利用模具或其它工具将坯料板材、型材、管材料板材、型材、管材一局部相对另一局部弯曲一局部相对另一局部弯曲成一定的角度或圆弧的变成一定的角度或圆弧的变形工序。形工序。1弯曲变形过程弯曲变形过程相对弯曲半径相对弯
32、曲半径r/t：表示弯曲变形程度：表示弯曲变形程度坯料越厚，弯曲半径越小，其变形程度越大。坯料越厚，弯曲半径越小，其变形程度越大。最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径rmin/t 0.251.0。材料塑性好，相对弯曲半径可小些。材料塑性好，相对弯曲半径可小些。2弯曲变形区弯曲变形区中性层中性层Neutral Line：切向应力或切向应变为切向应力或切向应变为零，位于板料中心部位零，位于板料中心部位外层：受切向拉力作用，外层：受切向拉力作用，发生伸长变形。为最危发生伸长变形。为最危险部位。险部位。内层：受切向压力作用，内层：受切向压力作用，发生压缩变形发生压缩变形3弯曲变形特点弯曲变形特点弯曲变形区主
33、要在圆角局部。弯曲变形区主要在圆角局部。弯曲变形区内，板料的外区受切向拉伸而弯曲变形区内，板料的外区受切向拉伸而伸长，内区受压缩而缩短。伸长，内区受压缩而缩短。当相对弯曲半径当相对弯曲半径r/t较小时，弯曲变形较小时，弯曲变形区中板料厚度变薄。区中板料厚度变薄。窄板弯曲后变为内宽外窄的扇形，宽板则窄板弯曲后变为内宽外窄的扇形，宽板则仍为矩形。仍为矩形。4弯曲回弹现象弯曲回弹现象 Spring Back当外力去掉后，塑性变当外力去掉后，塑性变形保存下来，而弹性变形保存下来，而弹性变形局部则恢复，从而使形局部则恢复，从而使坯料产生与弯曲变形方坯料产生与弯曲变形方向相反的变形。向相反的变形。回弹角：
34、回弹角：0 03 3s s0 0/Et/Et 1表示进行表示进行V形弯曲加工后的回弹。形弯曲加工后的回弹。2表示进行表示进行U形弯曲加工后，两侧的回弹。形弯曲加工后，两侧的回弹。3表示有大曲面的弯曲制品的回弹。表示有大曲面的弯曲制品的回弹。4表示虽然是表示虽然是U形弯曲，但中间局部没有侧壁，其回形弯曲，但中间局部没有侧壁，其回弹表现为侧壁不垂直。弹表现为侧壁不垂直。5表示弯曲半径大，然而垂直壁小，回弹表现为不能表示弯曲半径大，然而垂直壁小，回弹表现为不能弯曲到所需形状。弯曲到所需形状。回弹的影响因素回弹的影响因素由材料的内应力使变形分布不均匀而产由材料的内应力使变形分布不均匀而产生的。回弹角：
35、生的。回弹角：0 03 3s s0 0/Et/Et 影响因素影响因素材料的力学性能材料的力学性能弯曲形状越复杂，回弹角越小弯曲形状越复杂，回弹角越小相对弯曲半径越小，回弹角越大相对弯曲半径越小，回弹角越大弯曲力的大小越大，回弹角越小弯曲力的大小越大，回弹角越小模具间隙越大，回弹角越大模具间隙越大，回弹角越大弯曲中心角越大，回弹角越大弯曲中心角越大，回弹角越大措施措施采用校正弯曲采用校正弯曲加强弯曲件变形部位的刚度加强弯曲件变形部位的刚度利用回弹规律，在设计弯曲模时，使模利用回弹规律，在设计弯曲模时，使模具角度与工件角度差一个回弹角。具角度与工件角度差一个回弹角。采用拉弯工艺采用拉弯工艺最小相对
36、弯曲半径最小相对弯曲半径弯曲件结构工艺性弯曲件结构工艺性3.拉拉延延 Drawing利用模具将已落料的利用模具将已落料的平面板坯压制成各种平面板坯压制成各种开口空心零件，或将开口空心零件，或将已制成的开口空心件已制成的开口空心件毛坯，制成其他形状毛坯，制成其他形状空心零件的一种变形空心零件的一种变形工艺，又称拉深。工艺，又称拉深。直筒类零件的直筒类零件的拉延过程拉延过程变形过程：变形过程：凸模底部金属不变形凸模底部金属不变形底部以外环形局部变形后形成侧壁底部以外环形局部变形后形成侧壁应力分布应力分布底部：径向和切向拉底部：径向和切向拉应力应力侧壁：单向轴向拉应侧壁：单向轴向拉应力力环形区：径向
37、拉应力环形区：径向拉应力和切向压应力和切向压应力壁厚变化壁厚变化侧壁上部壁厚最大侧壁上部壁厚最大靠近底部圆角附近壁厚最小，最易破裂靠近底部圆角附近壁厚最小，最易破裂拉延件的主要质量问题拉延件的主要质量问题 主要缺陷：主要缺陷：起皱起皱 Wrinkles：凸凸缘区缘区，切向压应力切向压应力最大最大 拉裂：筒形件底部拉裂：筒形件底部圆角附近。该区加圆角附近。该区加工硬化程度最小，工硬化程度最小，且壁厚减薄最严重。且壁厚减薄最严重。拉延工艺参数拉延工艺参数拉延系数拉延系数Drawing Coefficience：表示拉：表示拉延变形程度延变形程度m=d/D0 d 拉延后的工件直径，拉延后的工件直径，
38、mm；D0拉延前坯料直径，拉延前坯料直径，mm。极限拉伸系数：保证危险面不被拉裂的拉延系数的极限拉伸系数：保证危险面不被拉裂的拉延系数的最小值最小值拉延次数：拉延次数：n1lgdn-lgm1d/lgmn mn为第二次以后各次的平均拉延系数为第二次以后各次的平均拉延系数拉延系数选择依据拉延系数选择依据材料的力学性能材料的力学性能材料的相对厚度材料的相对厚度t/D模具圆角模具圆角润滑润滑拉延力：与拉延系数、材料力学性能、拉延力：与拉延系数、材料力学性能、零件尺寸、模具结构及润滑有关零件尺寸、模具结构及润滑有关P1d1tbK1PndntbKn压边力：压边力：QFqQ：压料力：压料力F：拉延开始压料面
39、积：拉延开始压料面积q：单位压料力：单位压料力拉延模具拉延模具拉延凸、凹模工作局部必须拉延凸、凹模工作局部必须作成圆角作成圆角凹模圆角半径凹模圆角半径Rd=520t凸模圆角半径凸模圆角半径RPRd 控制凸模和凹模之间的间隙控制凸模和凹模之间的间隙C=1.11.5t 采用有压边圈进行拉延采用有压边圈进行拉延采用润滑，以降低拉延件壁采用润滑，以降低拉延件壁部的拉应力，提高模具寿命。部的拉应力，提高模具寿命。盒形件拉延盒形件拉延可假象成由可假象成由4个直边局部的个直边局部的弯曲和弯曲和4个圆个圆角局部的拉延角局部的拉延变形所组成。变形所组成。不是简单的弯不是简单的弯曲和拉延的组曲和拉延的组合。合。盒
40、形件极限变形程度大于圆筒形件。盒形件极限变形程度大于圆筒形件。相对圆角半径相对圆角半径r/B越小，直边局部影响越越小，直边局部影响越大，极限变形程度越高；反之越低。大，极限变形程度越高；反之越低。极限变形程度可用相对高度极限变形程度可用相对高度H/r表示。表示。成形成形 Forming使板料或半成品改变局部形状的工序。使板料或半成品改变局部形状的工序。翻边翻边 Flanging：将工件的内孔或外缘翻成竖：将工件的内孔或外缘翻成竖立边缘的冲压工序立边缘的冲压工序。胀形胀形 Bulging：胀形是利用局部变形使半：胀形是利用局部变形使半成品局部内径胀大的冲压成形工艺成品局部内径胀大的冲压成形工艺
41、起伏起伏Raising，Embossing：利用：利用局部变形使坯料压局部变形使坯料压制出各种形状的凸制出各种形状的凸起或凹陷的冲压工起或凹陷的冲压工艺，多用于薄板零艺，多用于薄板零件上制出筋条、文件上制出筋条、文字、花纹等。字、花纹等。板料冲压件的结构工艺性板料冲压件的结构工艺性 冲压件不仅应具有良好的使用性能，而且冲压件不仅应具有良好的使用性能，而且冲压件的结构工艺性必须良好。冲压件的结构工艺性必须良好。主要因素有冲压件的几何形状、尺寸以及主要因素有冲压件的几何形状、尺寸以及精度要求等。精度要求等。冲压件的形状冲压件的形状 冲压件的形状应力求简单、对称，尽可能采用冲压件的形状应力求简单、对
42、称，尽可能采用圆形、矩形等规则形状。圆形、矩形等规则形状。冲压件的形状应便于排样，力求做到减少废料，冲压件的形状应便于排样，力求做到减少废料，以提高材料利用率以提高材料利用率 采用压出加强筋方法提高制件刚度，以采用压出加强筋方法提高制件刚度，以实现薄板材料代替厚板材料，节省金属实现薄板材料代替厚板材料，节省金属 对于形状复杂的冲压件，采用冲对于形状复杂的冲压件，采用冲-焊结构，焊结构，先分别冲制假设干简单件，然后再焊成先分别冲制假设干简单件，然后再焊成整件，以简化冲压工艺，降低成本整件，以简化冲压工艺，降低成本采用冲口工艺，以减少组合件数量采用冲口工艺，以减少组合件数量 在不影响使用性能前提下
43、，改进制件结在不影响使用性能前提下，改进制件结构以减少工序，节省材料，降低成本。构以减少工序，节省材料，降低成本。冲压件的尺寸冲压件的尺寸 冲裁件上的转角应采用圆角，以防止尖冲裁件上的转角应采用圆角，以防止尖角处因应力集中而被模具冲裂。角处因应力集中而被模具冲裂。冲裁件应防止过长的悬臂和狭槽结构冲裁件应防止过长的悬臂和狭槽结构,以以防止因凸模过细而在冲裁时折断。防止因凸模过细而在冲裁时折断。弯弯曲曲件件的的弯弯曲曲半半径径应应大大于于材材料料许许用用的的最最小小弯弯曲曲半半径径：r min/t0.251.0。弯弯曲曲件件的的直直边边长长度度H2t，弯弯曲曲件件上上孔孔的的位位置置应应位位于于弯
44、弯曲曲变变形形区之外，即区之外，即L1.52t。拉深件的圆角半径不能过小拉深件的圆角半径不能过小 冲压件的精度和外表质量冲压件的精度和外表质量 一一般般对对冲冲压压件件外外表表质质量量的的要要求求不不应应高高于于原原材材料料的的外外表表质质量量，否否则则要要增增加加切切削削加加工工或或精饰加工等，使产品成本大为提高。精饰加工等，使产品成本大为提高。落料不超过落料不超过IT10，冲孔不超过冲孔不超过IT9，弯曲不超过弯曲不超过IT9IT10，拉拉深深件件的的高高度度尺尺寸寸精精度度为为IT8IT10，经经整整形形工工序序后后精精度度可可达达IT6IT7，直直径径公公差差为为IT9IT10。二、汽
45、车车身冲压件材料二、汽车车身冲压件材料 钢板冲压汽车零件具有材料利用率高、钢板冲压汽车零件具有材料利用率高、生产效率高、便于组织流水生产、可冲生产效率高、便于组织流水生产、可冲制出形状复杂的零件和零件互换性好等制出形状复杂的零件和零件互换性好等优点。优点。汽车冲压件品种繁多、形状复杂，因此汽车冲压件品种繁多、形状复杂，因此要求钢板材料不仅冲压加工成形性要好，要求钢板材料不仅冲压加工成形性要好，还要满足零件的性能还要满足零件的性能刚性、强度和防刚性、强度和防锈蚀能力等锈蚀能力等要求。要求。车身外覆盖件的基本性能要求钢板有较好的车身外覆盖件的基本性能要求钢板有较好的延展性和耐凹陷性延展性和耐凹陷性
46、 还应具有好的焊接性能，良好的涂漆性能还应具有好的焊接性能，良好的涂漆性能汽车车身冲压用钢板汽车车身冲压用钢板 冷轧钢板：冷轧钢板：08Al性能：性能：尺寸精度非常高，外表光滑。尺寸精度非常高，外表光滑。具有良好的力学性能和加工性。具有良好的力学性能和加工性。高的成形性能、良好的焊接性能。高的成形性能、良好的焊接性能。厚度在厚度在0.153.2之间，汽车车身多采用之间，汽车车身多采用0.60.8的薄板。的薄板。应用：应用：大批量生产中使用最多，多用于制造车身冲压件；大批量生产中使用最多，多用于制造车身冲压件；车身侧围板、顶盖、发动机罩、翼子板、行李箱盖、车身侧围板、顶盖、发动机罩、翼子板、行李
47、箱盖、车门板和仪表板等外覆盖件。车门板和仪表板等外覆盖件。这些零件要求材料具有高的成形性能、良好的外表这些零件要求材料具有高的成形性能、良好的外表质量和焊接性能。质量和焊接性能。高强度钢板：高强度钢板：高强度钢板的拉伸强度在高强度钢板的拉伸强度在350MPa350MPa以上，一般普以上，一般普通低碳钢板的拉伸强度为通低碳钢板的拉伸强度为280280320MPa320MPa。种类：种类：含磷高强度钢板含磷高强度钢板08AlP08AlP：是在铝镇静钢中添加一定：是在铝镇静钢中添加一定量的磷作为强化元素而成的；量的磷作为强化元素而成的；微合金高强度钢板微合金高强度钢板B510LB510L、08TiL
48、08TiL、09SiVL09SiVL：其中含：其中含有元素铌、钛或钒等微合金元素而提高强度；有元素铌、钛或钒等微合金元素而提高强度；双相钢板双相钢板S540S540，S590S590：以铁素体为基本相，与：以铁素体为基本相，与马氏体均匀混合而成的。马氏体均匀混合而成的。应用：顶盖、发动机罩外板、车门外板和翼子应用：顶盖、发动机罩外板、车门外板和翼子板等板等优点：优点：不但具有较高的拉伸强度，同时也具有较高不但具有较高的拉伸强度，同时也具有较高的屈服点，可以减少外外表件的厚度，到达的屈服点，可以减少外外表件的厚度，到达减重的目的。减重的目的。目前采用高强度钢板的零件重量占车身重量的目前采用高强度
49、钢板的零件重量占车身重量的30%50%。可有效地提高外覆盖件的抗凹陷能力，防止可有效地提高外覆盖件的抗凹陷能力，防止汽车在行驶中经常受到沙石的碰击而产生凹汽车在行驶中经常受到沙石的碰击而产生凹坑。坑。在同样抗凹陷能力条件下，车身零件厚度可减薄在同样抗凹陷能力条件下，车身零件厚度可减薄15%。缺点：冲压成形性比普通低碳钢板差，缺点：冲压成形性比普通低碳钢板差，容易产生成形不良现象，冲压时回弹较容易产生成形不良现象，冲压时回弹较大，价格也较高大，价格也较高。外表处理钢板外表处理钢板 为防止腐蚀，提高抗高温氧化能力，世界各汽车公为防止腐蚀，提高抗高温氧化能力，世界各汽车公司纷纷采用外表处理钢板生产汽
50、车零部件，并通过司纷纷采用外表处理钢板生产汽车零部件，并通过提高防锈蚀来延长其使用寿命。提高防锈蚀来延长其使用寿命。种类：镀锌钢板、镀铝钢板、镀铜钢板、镀铅锡合种类：镀锌钢板、镀铝钢板、镀铜钢板、镀铅锡合金钢板和复层钢板。金钢板和复层钢板。采用热镀锌钢板采用热镀锌钢板St06ZSt06Z制造的车身件有底板、门槛、发制造的车身件有底板、门槛、发动机罩内板等；动机罩内板等；电镀锌钢板电镀锌钢板SECESECE的涂漆工艺性好，所以车身外覆盖件的涂漆工艺性好，所以车身外覆盖件大多采用电镀锌钢板制造，包括侧围外板、顶盖、车门外大多采用电镀锌钢板制造，包括侧围外板、顶盖、车门外板、发动机罩外板及行李箱盖外