汽车零部件的锻压技术概述

1、第5讲 汽车零部件的锻压技术概述一、锻造二、板料冲压二、汽车车身冲压件材料三、汽车覆盖件的冲压工艺四、汽车制造中冲压工艺的新发展概 述汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形。4金属塑性成形：在外力作用下金属材料通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。在工业生产中又称为金属压力加工，分为：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等。锻压：是锻造Forging与冲压Stamping的总称。对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状，改善性能，用以制造机械零件或毛坯的成形加工方法。5常用的压力加工方法a）自由锻 b）模锻 c）板料冲压 d）挤压 e

2、）轧制 f）拉拔6塑性加工的特点： 改善金属的组织、提高力学性能 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，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。在零件设计时，若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。材料的利用率高 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。 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，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400倍。毛坯或零件的精度较高

3、 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部分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达到所需精度。7材料：钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力加工。用途：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。在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到广泛应用。例如，飞机上的塑性成形零件占总质量的85%；汽车、拖拉机上的锻件质量占总质量的60%80%。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）或体积特别大的零件或毛坯。8锻造发展可概括为“精、省、净”。早期手工锻打制作成品，仅是“

4、成形”简单制品。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造毛坯。省：20世纪5060年代，针对“肥头大耳”问题，提倡发展“少无切削加工”。净：20世纪8090年代，明确提出“精密成形”或“精确成形”，大力发展“净形制造”技术。9“锻打”发展到“塑性加工”，是一个从“表象”到“本质”，从“经验”到“规律”的漫长的认识过程。面向21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。据统计，全世界生产的钢材约有75要经过塑性加工制成成品。一、锻造 Forging锻造Forging：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

5、得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。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锻造后，成分均匀，组织致密，晶粒细化，强韧性提高。固态成形，制件形状受限制。1. 自由锻Open Die forging概念：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、下砧铁接触的金属部分受到约束外，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发展。分类：锤上自由锻：中小锻件液压机上自由锻：大型锻件特点：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。工艺

6、灵活，所用设备和工具简单、通用性强，成本低。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。 应用一般只适合于单件、小批量生产。自由锻也是锻制大型锻件的唯一方法。自由锻生产过程自由锻锤空气锤的吨位：以其工作活塞、锤杆和上抵铁等落下部位的质量表示。自由锻变形工序 基本工序下料 Cropping 镦粗 Compression拔长 Drawing out 冲孔 Punching弯曲 Bending 切割 Cutting扭转 Twisting 错移 Offset 辅助工序倒棱Chamfering 压肩 Necking 压痕 Indentation 精整工序 自由锻件的变形工

7、艺选择依据：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工序特点。2. 模锻 Die Forging概念：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的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。弯曲连杆锻模（下模）与模锻工序1拔长模膛 2滚挤模膛 3终锻模膛 4预锻模膛 5弯曲模膛 优点：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。 锻件表面质量好，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、

8、自动化。 缺点受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下。需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投资大，能量消耗大。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锤上模锻 Die Forging 锻模结构 制坯模膛Blocker：使坯料预变形而达到合理分配，使其形状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。模锻模膛Die Cavity of Die forging ：使坯料变形到锻件所要求的形状和尺寸。预锻模膛Blocking Impression和终锻模膛Finish Impression:对于形状复杂、精度要求较高、批量较大的锻件，还

9、要分为预锻模膛和终锻模膛。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:Crank Press 楔式热模锻压力机。 特点：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。 锻件的精度高，其公差、余量和模锻斜度比锤上模锻小。 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。 平锻机上模锻 Die Forging on Upsetting Machine 平锻机上模锻过程 1-固定凹模 2-活动凹模

10、 3-冲头 4-挡板 5-坯料 平锻机锻造的锻件示例 主要以局部镦粗为主，也可进行压肩、冲孔、弯曲和切断等工步。最适合的锻件是带头部的半轴类和有孔（通孔或不通孔）的锻件。简单锻件只需一个工步完成。复杂锻件，坯料可按顺序放入几个模膛中逐步变形而获得锻件。 螺旋压力机上模锻Die Forging on Fly Press 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 。摩擦螺旋压力机：机械摩擦传动液压螺旋压力机：液压传动。 摩擦螺旋压力机摩擦压力机锻造特点具有锻锤和压力机双重工作特性。行程速度0.51.0 m/s，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

11、相似。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：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。 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 摩擦压力机锻造锻件3. 胎模锻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。胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产模锻件的工艺方法，因此胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。适合于中、小批量生产小型多品种的锻件,特别适合于没

12、有模锻设备的工厂。4、锻件结构工艺性锻件的结构在保证其使用性能的前提下，必须符合锻造生产工艺的特点。简化锻造生产工艺提高生产效率保证锻件质量降低生产成本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，因而自由锻件外形结构的复杂程度受到很大限制。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。锻件上与分模面垂直的表面，应设计有模锻斜度。非加工表面所形成的交角都应按模锻圆角设计。 零件外形力求简单，平直和对称，尤其应避免零件截

13、面间尺寸差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构，以利于金属充满模膛和减少工序。模锻件应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构，以便于模具制造和延长锻模寿命。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。二、板料冲压Stamping概 述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之一。 汽车冲压件车身的内外覆盖件和骨架件车架的纵梁、横梁和保险杠车轮的轮辐、轮辋和挡圈散热器的散热片、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、滑轨和调角器等车箱的侧板和底板等车锁及其它附件上的零件汽车冲压件特点：尺寸大形状

14、复杂配合精度及互换性要求高外观质量要求高对于不同的零件，工艺特点也不一样汽车冲压生产特点：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通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯冷冲压和热冲压 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、不锈钢、铜、铝、镁及其合金等。非金属材料：石棉板、硬橡胶、皮革、绝缘纸、纤维板等1. 板料冲压的特点及应用特点可制造其它加工方法难以加工或无法加工的形

15、状复杂薄壁零件； 冲压件尺寸精度高，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工即可装配使用； 生产率高，操作简便，成本低，工艺过程易实现机械化和自动化； 可利用加工硬化提高零件的力学性能冲压模具结构较复杂，加工精度要求高，制造费用大，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 分离工序 Cutting Process :使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。成形工序 Forming Process：除分离工序外，使坯料塑性变形，获得所需要形状、尺寸的制件的冲压工序。冲裁 Blanking使板料沿封闭轮廓线分离的工序，包括落料与冲孔。 落料 Blanking：得到

16、冲压件上的孔 冲孔 Punching ：得到片状冲压件的外形 (1) 冲裁变形过程 受力：纵向压力、横向挤压力、摩擦力变形：剪切外，还有拉伸、弯曲和横向挤压等变形圆角带Rollover光亮带Burnish Zone断裂带fracture毛刺burr(2) 冲裁间隙 指凸、凹模刃口同位尺寸之缝隙的距离，用c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 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 C= m t t ：冲裁板料厚度，mm； m：与材料性能及板厚有关的系数，通常（38）%，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。间隙过小，上下剪裂纹向外错开，

17、在冲裁件断面上会形成毛刺和迭层；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、凹模刃口尺寸的确定 凸模 Punch 凹模 Die模具间隙 Die Clearance(4) 冲裁力的计算 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： P =KLtLtbP 冲裁力，N；L 冲裁周边长度，mm；t 板料厚度，mm；材料抗剪强度，MPa；b材料抗拉强度，MPa； K安全系数，一般取K=1.3。 弯曲 Bending利用模具或其它工具将坯料（板材、型材、管材）一部分相对另一部分弯曲成一定的角度或圆弧的变形工序。 （1）弯曲变形过

18、程相对弯曲半径（r/t） ：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。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。（2）弯曲变形区中性层Neutral Line：切向应力或切向应变为零，位于板料中心部位外层：受切向拉力作用，发生伸长变形。为最危险部位。内层：受切向压力作用，发生压缩变形（3）弯曲变形特点弯曲变形区主要在圆角部分。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。当相对弯曲半径（r/t）较小时，弯曲变形区中板料厚度变薄。窄板弯曲后变为内宽外窄的扇形，宽板则仍为矩形。（4）弯曲回弹现象 Spring Back当外力去掉后

19、，塑性变形保留下来，而弹性变形部分则恢复，从而使坯料产生与弯曲变形方向相反的变形。回弹角：0(3s0/Et) （1）表示进行V形弯曲加工后的回弹。 （2）表示进行U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。 （4）表示虽然是U形弯曲，但中间部分没有侧壁，其回弹表现为侧壁不垂直。 （5）表示弯曲半径大，然而垂直壁小，回弹表现为不能弯曲到所需形状。回弹的影响因素由材料的内应力使变形分布不均匀而产生的。回弹角：0(3s0/Et) 影响因素材料的力学性能弯曲形状越复杂，回弹角越小相对弯曲半径越小，回弹角越大弯曲力的大小越大，回弹角越小模具间隙越大，回弹角越大弯曲中心角越大，回弹角

20、越大措施采用校正弯曲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，使模具角度与工件角度差一个回弹角。采用拉弯工艺最小相对弯曲半径弯曲件结构工艺性3. 拉延 Drawing利用模具将已落料的平面板坯压制成各种开口空心零件，或将已制成的开口空心件毛坯，制成其他形状空心零件的一种变形工艺，又称拉深。 直筒类零件的拉延过程变形过程：凸模底部金属不变形底部以外环形部分变形后形成侧壁应力分布底部：径向和切向拉应力侧壁：单向轴向拉应力环形区：径向拉应力和切向压应力壁厚变化侧壁上部壁厚最大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 主要缺陷：起皱 Wrinkles：凸缘区 ，切向压应力最大

21、 拉裂：筒形件底部圆角附近。该区加工硬化程度最小，且壁厚减薄最严重。 拉延工艺参数拉延系数Drawing Coefficience：表示拉延变形程度m =d / D0 d 拉延后的工件直径，mm； D0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最小值拉延次数： n1(lgdn-lgm1d)/lgmn mn为第二次以后各次的平均拉延系数拉延系数选择依据材料的力学性能材料的相对厚度（t/D）模具圆角润滑拉延力：与拉延系数、材料力学性能、零件尺寸、模具结构及润滑有关P1d1tbK1PndntbKn压边力：QFqQ：压料力F ：拉延开始压料面积q：单位压料力拉延模具拉延凸、凹

22、模工作部分必须作成圆角凹模圆角半径Rd =（520）t凸模圆角半径RPRd 控制凸模和凹模之间的间隙C=（1.11.5）t 采用有压边圈进行拉延采用润滑，以降低拉延件壁部的拉应力，提高模具寿命。 盒形件拉延可假象成由4个直边部分的弯曲和4个圆角部分的拉延变形所组成。不是简单的弯曲和拉延的组合。盒形件极限变形程度大于圆筒形件。相对圆角半径r/B越小，直边部分影响越大，极限变形程度越高；反之越低。极限变形程度可用相对高度H/r表示。成形 Forming使板料或半成品改变局部形状的工序。翻边 Flanging：将工件的内孔或外缘翻成竖立边缘的冲压工序 。胀形 Bulging：胀形是利用局部变形使半成

23、品部分内径胀大的冲压成形工艺 起伏Raising，Embossing：利用局部变形使坯料压制出各种形状的凸起或凹陷的冲压工艺，多用于薄板零件上制出筋条、文字、花纹等。 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、尺寸以及精度要求等。 冲压件的形状 冲压件的形状应力求简单、对称，尽可能采用圆形、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，以提高材料利用率 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 对于形状复杂的冲压件，采用冲-焊结构，先分别冲制若干简单件，然后再焊成整件，以简化冲压

24、工艺，降低成本采用冲口工艺，以减少组合件数量 在不影响使用性能前提下，改进制件结构以减少工序，节省材料，降低成本。冲压件的尺寸 冲裁件上的转角应采用圆角，以避免尖角处因应力集中而被模具冲裂。 冲裁件应避免过长的悬臂和狭槽结构,以防止因凸模过细而在冲裁时折断。 弯曲件的弯曲半径应大于材料许用的最小弯曲半径：r min /t（0.251.0）。弯曲件的直边长度H2t，弯曲件上孔的位置应位于弯曲变形区之外，即L（1.52）t。 拉深件的圆角半径不能过小 冲压件的精度和表面质量 一般对冲压件表面质量的要求不应高于原材料的表面质量，否则要增加切削加工或精饰加工等，使产品成本大为提高。落料不超过IT10，

25、冲孔不超过IT9，弯曲不超过IT9IT10，拉深件的高度尺寸精度为IT8IT10，经整形工序后精度可达IT6IT7，直径公差为IT9IT10。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、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优点。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，还要满足零件的性能(刚性、强度和防锈蚀能力等)要求。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 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 冷轧钢板：08Al性能：尺寸精度非常高，表面光滑。具有良好的力学性能和加工性。高的成形性能、

26、良好的焊接性能。厚度在0.153.2之间，汽车车身多采用0.60.8的薄板。应用：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、良好的表面质量和焊接性能。高强度钢板：高强度钢板的拉伸强度在350MPa以上，一般普通低碳钢板的拉伸强度为280320MPa。种类： 含磷高强度钢板08AlP：是在铝镇静钢中添加一定量的磷作为强化元素而成的；微合金高强度钢板B510L、08TiL、09SiVL：其中含有元素铌、钛或钒等微合金元素而提高强度；双相钢板S540，S590：以铁素体为基本相，与马氏体均匀混

27、合而成的。 应用：顶盖、发动机罩外板、车门外板和翼子板等优点：不但具有较高的拉伸强度，同时也具有较高的屈服点，可以减少外表面件的厚度，达到减重的目的。目前采用高强度钢板的零件重量占车身重量的30%50%。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坑。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，容易产生成形不良现象，冲压时回弹较大，价格也较高。表面处理钢板 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表面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。种类：镀锌钢板、镀铝钢板、镀铜钢板、镀铅锡合金钢板和

28、复层钢板。 采用热镀锌钢板（St06Z）制造的车身件有底板、门槛、发动机罩内板等；电镀锌钢板（SECE）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、车门外板、发动机罩外板及行李箱盖外板。 轿车的抗腐蚀性能指标越高，要求镀锌板的镀层就越厚，但是却降低了钢板的工艺性能(成形性和可焊接性)。 高强度拼焊钢板：在冲压前按车型设计，将不同厚度和不同性能的钢板剪裁后拼焊起来的一种钢板。采用拼焊钢板生产的汽车零部件具有最合理的尺寸公差和结构。 可以在汽车最敏感部位使用涂镀层钢板，便于更好地发挥其耐蚀性，而在其他的部位则使用较薄的高强度钢板。拼焊钢板不仅能进行优质组装，还能减轻

29、重量，提高机械强度，实现抗扭刚性、抗冲撞性与提高材料收缩率和降低生产成本的最佳组合；使用拼焊钢板可减少零件数量，简化生产工艺，从而降低模具成本、焊接夹具成本、材料和组装成本，改善零件性能稳定性和疲劳破断性。主要为车门和后背门内板及侧围板、底板、立柱、纵梁等零件使用。另外下列汽车部件也可采用拼焊钢板冲压成形：保险杠、发动机横梁、车轮罩、减振器架、支柱加强件、中心支柱、顶盖加强件、行李箱盖、前后门内板、底板、车架横梁等。 汽车车身用轻质材料 铝合金材料6009、6010 铝合金车身覆盖件和底盘结构件大量增加，其目的是减少整车重量。汽车上每使用1kg铝代替钢，可减轻零件重量1.5kg，另外可使支撑部

30、件减轻0.75kg，这样共减轻重量2.25kg。 具有耐腐蚀性好、表面美观和传热性优良等特点 铝的价格大约是钢的34倍，但其废料再卖出的价格也高，同时铝合金再生耗电能也少。塑料具有重量轻和防锈蚀的特点，目前汽车的保险杠几乎都是塑料 。塑料种类热固性塑料力学性能好，强度高，表面质量好，多作为外表面件生产用；热塑性塑料强度和刚度高，可用于生产内部结构件。 近年来塑料在汽车车身上的使用大量增加，目前约占车身重量的10%15%。大型塑料零件的发展也是实现汽车轻量化的重要途径之一。 到目前为止，一般塑料压制的零件表面质量、精度、耐热性能及生产周期均不及钢板冲压的零件。复合材料减轻重量、耐腐蚀和成形性好。

31、用玻璃纤维增强的不饱和聚酯塑料制造车身零件，比钢板冲压的轻40%。采用玻璃纤维增强不饱和聚酯模压复合塑料板直接在压力机上模压成形，成形后只需切掉飞边。用复合塑料压制的整体发动机罩，是将翼子板、大灯罩和发动机前罩等联成一体，大大简化了生产工艺。汽车车身用新材料镁合金：比重比铝更轻，是最轻的结构用金属材料。特点：优点：比刚度高、尺寸稳定性好、吸振性好、成形性及焊接性能好；缺点：冷成形性差，需中间退火。镁合金目前正处在研究阶段，德国大众公司一个小批量生产车型的门内板加强件就采用镁合金。 柔性滚压钢板：是板厚沿板料长度方向可任意设计，以优化零件重量，替代拼焊钢板。正在研制当中。补贴板材：用粘接或激光焊

32、接技术在需要加强的部位联接一块或多块板材，这样既可减少材料，减轻重量，又可起到局部强化的目的。 夹层板：减重、吸收噪声及提高强度和刚度。 钢夹层板的结构：上下外层是钢、铝、镁及纤维复合材料，中间层是网状或滚压的瓦楞型钢板；铝夹层板的外层与钢夹层板的外层材料相同，中间层是发泡铝。欧洲和美国的研究部门一致认为将来的中型轿车车身重量应控制在200kg以内。在未来汽车车身用主要材料不可能是唯一的一种，而是多种材料并存 三、汽车覆盖件的冲压工艺汽车覆盖件指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。 覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性的

33、零件，又是封闭薄壳状的受力零件。同一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点。汽车覆盖件分类按功能和部位外部覆盖件内部覆盖件骨架类覆盖件按工艺特征分类：对称于一个平面的覆盖件。诸如发动机罩、前围板、后围板、散热器罩和水箱罩等。这类覆盖件又可分为深度浅呈凹形弯曲形状的、深度均匀形状比较复杂的、深度相差大形状复杂的和深度深的几种。不对称的覆盖件。诸如车门的内、外板，翼子板，侧围板等。这类覆盖件又可分为深度浅度比较平坦的、深度均匀形状较复杂的和深度深的几种。可以成双冲压的覆盖件。既指左右件组成一个便于成型的封闭件，也指切开后变成两件的半封闭型的覆盖件。具有凸缘平面的

34、覆盖件。如车门内板，其凸缘面可直接选作压料面。压弯成型的覆盖件。 对覆盖件的特殊要求表面质量：不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。对覆盖件的特殊要求尺寸形状 覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来

35、的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。对覆盖件的特殊要求刚性覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏。检查方法：一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松驰和鼓动现象。 对覆盖件的特殊要求冲压工艺性：是指冲压件对工艺品的适应性，即所设计的冲压件在尺寸大小、尺寸精度与基准、结构形状等是否符合冲压加工的工艺要求。汽车

36、冲压件都应具有良好的工艺品性和经济性，衡量其水平的重要标志有冲压件的工序数、车身总成的分块数量和尺寸大小、冲压件的结构等因素。覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添上工艺补充部分，构成一个拉延件。减少冲压过程的工序数，意味着减少冲压件数、节省工装数量、简化冲压过程的传送装置，缩减操作人员和冲压占地面积，是节约投资额和能耗的极好措施甚至不惜改进产品设计来满足制造工艺方面的要求。还应采用尽量大尺寸的合理的车身总成分块，如整块式车身左右侧板及车顶盖板，既可使汽车外形美观。空气阻力减少

37、，又可减少冲压件数量及焊点，能有效地降低成本。现代汽车制造大量使用卷料、薄壳式整体车身结构的高强度钢板与镀锌钢板，都要求应用冲压新工艺。覆盖件成形的可能性分析用基本冲压工序的计算方法进行类比分析 基本的冲压工序有圆筒件拉伸、凸缘圆筒件拉伸、盒形件拉伸、局部成型、弯曲成型、翻边成型、胀型等。分割成若干部分，然后将每个部分的成型单独和冲压的基本工序进行类比，然后找出成型最困难的部分，进行类似的工艺计算，看其是否能一次成型。 由于覆盖件上的各部位是连在一起的，相互牵联和制约，故不要把变形性质不同的部分孤立地看待，要考虑不同部位的相互影响，才不会造成失误。变形特点分析：成型工序可以认为是一种平面应力状

38、态下进行的，垂直板料方向的应力可以忽略不计。板料能否顺利成型，首先取决于传力区的承载能力，即传力区是否有足够的抗拉强度。其次根据变形方式，分析变形区变形的主要障碍。任何覆盖件的成型，都不外是拉伸和压缩两种变形方式的组合，或以拉伸为主，或以压缩为主。以拉伸为主的变形方式：主要依靠板料纤维的伸长和厚度的变薄来实现。板料过度变薄甚至拉断，成为变形的主要障碍。变形区均匀变形的程度将决定其变形程度的大小。如果变形不均匀，或只集中某一局部变形，就会因集中应变而出现缩颈，变形不能继续进行。对此，工艺上往往采取增加凹模圆角半径或改善润滑的方法使其变形均匀化。 以压缩为主的变形方式。主要依靠板料纤维的缩短和厚度

39、的增加来实现的。板料的失稳和起皱应成为变形的主要障碍。 变形区的抗失稳起皱能力将决定其变形程度的大小。对此，工艺上采取适当增加压料力的办法，以提高压料面的质量。降低凹模和压料圈的压料面表面粗糙度，增加摩擦等措施，可以改善变形条件。覆盖件成形工艺方案小批量生产：指月产量小于1000件。小批量生产稳定性极差，限期生产形状改变可能性大小批量生产的拉延模设计原则是低费用和短周期制出。模具选择只要求拉延和成型工序使用冲模，模具寿命在5万件。 小批量生产拉延模常采用锌铝合金和HT200、HT250灰口铸铁制造，也可采用焊接骨架结构作模体，表面用环氧树脂。中批量生产：月产量大于1000件，且小于10000件

40、（卡车）或30000件（轿车）。其生产特点是比较稳定地长期生产，生产中形状改变时有发生。模具选择除要求拉延模采用冲模外，其他工序如果影响质量和劳动量大也要相应选用冲模，模具寿命要求在5万件到30万件。 拉延模常用HT200、HT250灰口铸铁制造，表面火焰淬火处理。模具结构采用导板导向，机械取件，固定或气动定位毛料，壁厚中等，设计中要适当考虑合理性。 大批量生产：月产量大于10000件（卡车）或30000件（轿车）。生产处于长期稳定状态，形状改变可能性小，工艺难易程度困难。工艺方案要为流水线提供保证，每道工序都要使用冲模，拉延、修边冲孔和翻边模同时安装在一条冲压线上，工序间的流转全自动化。大批

41、量生产的冲模结构要求功能齐全，而且要制造备模，以使模具修复时冲压生产线照常运转。 四、汽车制造中冲压工艺的新发展 快速模具制造技术覆盖件主要冲模：具有尺寸大、形状和结构复杂等特点拉延模：保证制成合格覆盖件最主要的装备。其作用是将平板状毛料经过拉延工序使之成型为立体空间工件。修边模：用于将拉延件的工艺补充部分和压料凸缘的多余料切除，为翻边和整形准备条件。修边模修边往往兼冲孔。翻边模：是将半成品工件的一部分材料相对另一部分材料发生翻转。覆盖件模具的成套性：一个是指全车模具的成套性，另一个指某个覆盖件所需若干模具的成套性。快速模具制造技术以CAD/CAM技术为基础，将大型汽车车身模具分成平面组件和曲

42、面组件，并采用专用装备实现这些组件的快速制造，然后用专用装备实现模具组件的组焊。工程应用实例表明，上述技术的综合运用可显著缩短汽车车身模具设计制造的周期，降低成本，并保证中小批量生产的品质要求。 模具模型 实体模型：传统的冲模加工方法的加工依据。具有直观、采集数据可靠、加工设备要求低等优点。数学模型：应用电子计算机建立，为汽车模具的计算机辅助设计与制造创造了条件，数学模型可以在计算机的屏幕上进行模拟装配、调整冲压方向。 模块式冲压 模块化模具设计：将车身零件根据其结构特征进行分类，然后对同类零件的模具进行模块化分解，并建立相应的模块化设计数据库以提高设计效率，同时为设计制造过程的并行化提供便利

43、。模块式冲压的特点：在冲压成形过程中可快速更换组合模具以提高生产效率；由于具有带材的供带和矫带装置，可省却另设上料下料工序；实现了大工件的不停机加工；既能独立又能成系列的控制组合冲模动作，能连续进行冲压加工；冲模具有可编和的柔性特点。 突出优点在于把柔性与高效生产有机结合。柔性的含义较广，如冲压件的几何形状的多种要求，只要通过自由编程就可获得，体现了加工形状的柔性。又如既适用大批量单品种冲压件的生产，更对小批量多品种加工发挥优势，也表现出柔性。模块式冲压加工系统组成：由一台带有控制功能模块式冷冲压的压力机、卷材带材送进装轩、带材矫正机及可编程进给装置等构成。在运行时可进行冲模横向位移、带材进给

44、定位、冲模重复运行及自动调整下工步的冲模调整等多项功能。由于在冲压过程中进行可编程冲压，使这种模块式冲压系统能柔性地适应生产需求，能在相同带材上进行曲不同工件及批次的混合生产，实现不停机的串接式加工，还同时在工件两面冲压加工，极大地提高了工作效率。有资料表明，模块式冲压成形使加工费用能下降至40%-50%。模块式冲压装置的集成度很高，在宽度为300mm尺寸范围内可安排达35个模具，通过冲模上端的顶板可对冲模进行独立式系列控制，即形成冲模的集成控制。整个系统的可编程在WINDOWS用户界面和菜单下实现，编程涉及模具沿着横向定位轴的伺服驱动定位，带材的检验矫正及纵向进给定位，冲压件的质量跟踪检验，

45、冲模的调整及压力机；状况监控等多功能。 当冲模重新配置或更换时，这些变化则会被参数并被控制系统所贮存，以务下次查询和调用。冲模数据包括有冲头及其组合标记，冲头组合在模具中的X、Y坐标位置及模具轴编号等信息。 亚毫米冲压 冲压加工成形技术是影响汽车车身制造水平的关键因素之一。美国专家曾在一条汽车装配线上对50多个个案进行实地分析表明，造成车身尺寸误差变动的诸多原因中，冲压件本身尺寸造成的积累误差占23%，其主要原因是传统的基于经验和原有工艺基础上低水平上的模具设计与制造。美国:19931995年“2mm计划”,19961998年的“接近零冲压计划” 亚毫米冲压：是指汽车车身冲压件的精度控制在0-

46、1.0mm的范围内。该项目是一个以提高冲压质量和制造技术为目标的综合项目。与2mm工程都是90年代后期美国汽车界开展的大型研究项目。2mm工程就是把车身装配尺寸变动量控制在2mm之内，大大严于原先的8mm误差范围。 2mm工程和亚毫米冲压两项目现已先后完成 ，正在美国三大汽车制造公司推广应用，取得了许多有益的成果，冲压成本大幅下降，获得日益增长的经济效益的社会效益，并逐步向其他国家推广应用。 亚毫米冲压的中心是冲压件的精度与敏捷度两个目标.精度就是使冲压件尺寸准确度控制在0毫米或亚毫米的水平，其关键是控制车身支架、立柱等结构件的尺变动，并使车身覆盖件分块度大，如采用整体左右侧板和顶盖板等。敏捷

47、度含义则是指减少冲压件的生主准备时间达30%，包括模具设计、试样制造和工装准备时间，以达到极大缩短新车型制造周期的目的，该项目饮食有冲压和装配的集成设计、冲压系统敏捷设计和制造、冲压过程的智能检测和监控、全系统集成4个子项目。亚毫米冲压项目使冲压成形技术有了飞跃性的进展：冲压过程和部件装配工艺的设计由基于经验和传统工艺向科学和数据过程的转化；冲压设计向CAD和模拟试模转化，摒弃了传统的尝试法；实施模具设计制造由过去串行方式向并行方式转化；实现了过程监测和设备维护由被动响应向科学预测式转变。冲压过程自动监控 冲压过程引起工件质量发生变化的原因主要有凹凸冲模的磨损、裂纹及冲模错位等，这些微小变化可由高分辩率的位移转感器和冲压力转感器进行跟踪检测。现代冲压技术的重要特点之一是对冲压过程进行自动监控以保护冲压件的质量。在亚毫米冲压项目的自动检测和监控中，其研究成果包括有：冲压过程的特征分析在线传诊断和检测系统；高速和非接触的冲压件测量系统；冲模维护的科学预测系统；4.冲压成形关键参数的在线调节和补偿系统等。 位移测量通常由安装在模具上方的关源和位于下方的接收单元构成，