冲压技术及冲压零件结构工艺性介绍

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1、 1版本：2012.06.03 冲压技术及冲压零件结构工艺性介绍 中国第一汽车股份有限公司技术中心 工艺部 压力室 富壮 主题内容主题内容 1、冲压基础知识介绍 2、冲压成形 CAE 技术介绍 3、冲压零件结构设计常用标准的介绍 4、冲压零件结构工艺性相关规范介绍 5、冲压零件成本构成及成本控制介绍 21、冲压基础知识介绍 1、冲压基础知识介绍 冲压冲压 stamping；pressing；sheet forming 利用模具对金属带料、板料或坯料施加外力进而实现分离或成形的加工工艺方法。 1.1 冲压工序术语1.1 冲压工序术语 冲裁冲裁 blanking 将带料、板料或坯料按封闭轮廓线进行

2、分离的冲压工序。冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁，一 般所提到的冲裁都是指普通冲裁说的。 图 1.01 切断切断 cut-off；shearing；cutting 将带料、板料或制件按不封闭轮廓线进行分离的冲压工序。 图 1.02 落料落料 blanking 利用冲裁或切断方法获得一定几何形状坯料的冲压工序。原材料为带料或板料，获得的坯料可 以是一种，也可以是多种。 图 1.03 修边修边 shaving；trimming 于制件的内外轮廓上冲切下少量材料，以获得规整边界和较高尺寸精度的冲压工序。对于拉延 件，主要是去掉拉延工艺补充部分的材料。 图 1.04 普通冲裁 精密冲裁 3冲孔冲孔 pun

3、ching；piercing 将制件内部的材料按封闭轮廓线分离开来，得到带孔坯料、制件或零件的冲压工序。其冲落部 分为废料。 图 1.05 剖切剖切 parting 将组合成形的制件分离成多个零件的冲压工序。 图 1.06 弯曲弯曲 bending 利用模具将坯料弯成一定曲率、一定角度的两端开口制件或零件的冲压工序。当弯曲线为直线 且坯料为平面时，塑性变形只发生在弯曲圆角部位，即圆角外层受拉、内层受压。当弯曲线为曲线 或者弯曲线为直线但坯料为曲面时，整个成形过程是以弯曲变形为主，但与弯曲圆角相邻接的部位 存在一定程度上的拉伸或压缩变形。 图 1.07 图 1.08 4拉延拉延 drawing

4、利用压边圈将坯料的外周部分压住，然后通过凸模与凹模的相对运动将压边圈部位的坯料逐渐 引入凹模型腔以形成空间曲面制件或零件的冲压工序。 图 1.09 图 1.10 压形压形 forming 当制件或零件的形状相对简单且法兰部位不存在压缩变形或压缩变形程度较低时，则不必采用 压边圈压料，通过凸模与凹模的压合即可实现制件或零件的成形。 图 1.11 胀形 胀形 bulging 坯料或制件通过局部减薄、面积增大的方式来获得各种形状的凸起或凹陷的冲压方法。零件内 部的一些局部形状，由于无法从外部补充材料，只能通过材料减薄来实现形状变化，其变形性质属 于胀形。 图 1.12 5翻边翻边 flanging

5、于坯料或制件的内外轮廓上沿直线或曲线翻起竖立直边或一定边缘形状的冲压工序。 图 1.13 整形整形 sizing 将已成形制件的局部形状校正成准确形状和尺寸的冲压工序。一般需要对小圆角或回弹变形较 大的部位进行整形。 图 1.14 61.2 冲压设备介绍1.2 冲压设备介绍 大型汽车覆盖件的冲压生产用设备主要经历了如下五个发展阶段。 (1)第一阶段：采用一台双动压机和多台单动压机组成冲压生产线，手工上下料。这种生产线效 率较低，工作环境恶劣，劳动强度大，零件质量差。 图 1.15 对于双动压机，模具正装，即凸模、压边圈在上，凹模在下。工作过程中，装于压机外滑块上 的压边圈首先下行将坯料压紧，然

6、后是装于压机内滑块上的凸模向下进行拉延。拉延成形完毕后内 滑块带动凸模上行，最后是压边圈抬起。压边载荷由双动压机外滑块提供。 对于单动压机，模具反装，即凸模、压边圈在下，凹模在上。拉延成形前，压边圈首先被气垫 或液压垫顶起，然后凹模向下进行拉延。压边载荷由气垫或液压垫来提供。 下表是机械式双动压机和单动压机用于拉延成形时各自优缺点的说明。 表 1.01 机械式双动压机 优点 缺点 1)可以提供较大的压边载荷 1)工作速度慢、生产效率低 2)四角压边载荷可局部调节 2)拉延成形后零件需要翻转 3)可以实现较大的预弯成形 3)限制了生产线类型的选择 4)可以进行较大深度的拉延 5)工作噪音较低设备

7、冲击小 6)模具结构简单准备周期短 机械式单动压机 优点 缺点 1)工作速度快、生产效率高 1)无法提供较大的压边载荷 2)拉延成形后零件无需翻转 2)压边载荷只能够整体调节 3)生产线类型选择不受限制 3)工作噪音较大设备有冲击 4)无法实现较大的预弯成形 5)无法进行较大深度的拉延 6)模具结构复杂准备周期长 机械式双动压机 机械式单动压机 7(2)第二阶段：这时的冲压生产线设备组成没什么变化，只是在每台压机上配备了下料用机械手 以减轻工人劳动强度，减少在线操作工人数量，劳动生产率有所提高。 (3)第三阶段：这一时期的冲压生产线有了较大的改进，压机上都配备了拆垛装置、上下料机械 手及压机间

8、翻转和穿梭传送机构，并设有专用的电控系统。该冲压生产线的效率明显提高，且零件 质量较好，操作安全可靠。 这种全自动冲压生产线有两种形式：一种是以一台双动压机和多台单动压机组成的生产线，双 动压机与单动压机之间需配备翻转装置；而另一种则是全部由单动压机组成的生产线，压机间只需 装备单一的穿梭送料机构。 图 1.16 (4)第四阶段：由于多工位压机的出现，采用一台双动和一台多工位压机组成冲压生产线，两台 压机之间配有翻转装置。 图 1.17 (5)第五阶段：由于数控液压垫的出现，多工位压机第一工位装备了这种数控液压垫用以替代原 双动压机，从而仅需一台多工位压机即可组成一条冲压生产线。该冲压生产线的

9、效率非常高，生产 节拍在每分钟十件以上，零件质量好、占地面积小。 图 1.18 8图 1.19 数控液压垫的优点为：1)具有四点或多点压边载荷；2)拉延过程中各点压边载荷单独可调；3) 在初始接触的一段行程内适时建立稳定的压边载荷，从而减小了拉延初期上模对坯料及压边圈的冲 击；4)载荷于拉延过程中平稳、可控，能最大限度的满足拉延工艺要求；5)拉延终了时，液压垫可 以随滑块回程立即升起，也可以延时一定时间后升起并在接近终点时进入缓冲区，最后无冲击地停 止于上死点。 图 1.20 值得说明的是，液压机有进入大型汽车覆盖件冲压生产线的发展趋势。进入大型汽车覆盖件冲 压生产线的液压机可以是双动的也可以

10、是单动的，可以整条线全部采用液压机，也可以与机械压机 混合排列。液压机的这一发展趋势主要应归功于液压和电子技术的进步与融合，使液压机的生产效 率、可靠性和可控性大为提高，使液压机自身的优势得以充分的发挥。 液压机可以在工作行程中的任意位置产生公称压力，且滑块压力、速度及保压时间均能进行方 便的调节，在安全性、通用性及降噪音等方面也优于机械压机。目前，由液压机组成的冲压生产线 其设备投资较机械压机的生产线低。因此，中小批量生产中液压机因其造价低廉而得到了广泛的应 用。 液压机对于那些深度较大零件的拉延成形十分有利。另外，超高强度钢板热成形时，采用液压 机具有成形稳定、可靠，时间可控等优势。 多工

11、位机械压机 9图 1.21 液压机102、冲压成形 CAE 技术介绍2、冲压成形 CAE 技术介绍 零件制造厂家以降低生产成本、缩短开发周期为目的的，以计算机图形学、有限单元法和塑性 成形理论为基础的，通过对零件冲压成形过程的有限元模拟，达到对零件的可成形性评估及成形缺 陷预测并最终实现优化改进的 CAE 技术。冲压成形 CAE 技术的应用与发展最初源于“黑盒子”设 想的提出。 图 2.01 2.1 冲压成形 CAE 技术的工作流程 2.1 冲压成形 CAE 技术的工作流程 (1)设计人员提出零件分析任务。包括提供零件数模、材料、左右件及相关尺寸公差、形位精度 的说明。 (2)工艺人员进行成形

12、工序设计。通常研发阶段的冲压成形工艺分析只是进行拉延成形和存在问 题的翻边成形的计算。 (3)工艺人员进行拉延模面设计。借助以往相似零件的拉延工艺方案并充分考虑零件具体结构特 点进行拉延模面设计，用于拉延成形工艺分析的模面最好由业主单位工艺人员进行确认。 (4)分析人员进行成形工艺分析。 (5)分析人员及工艺人员依据分析结果进行相关的工艺及模面调整。 (6)分析人员及工艺人员完成零件工艺分析报告，报告内容应包括： 零件设计的可成形性评估。 零件设计的材料成本估算。 基于可成形性评估和材料成本估算对原始零件设计提出优化改进意见。 2.2 冲压成形 CAE 技术的工作特点 2.2 冲压成形 CAE

13、 技术的工作特点 (1)计算模型建立前需进行成形工序及模面设计。 (2)非线性求解将涉及到有限元参数设置的问题。 (3)零件可成形性评估需要工艺人员的综合判断。 冲压零件成形工艺分析中的开裂、起皱及变形量不足等缺陷，有些是工序及模面设计不合理造 成的，有些是零件结构设计不合理造成的，有些是工艺参数设置不合理造成的，分析人员应准确判 断出是哪一类的问题，以便于采取相应的改进措施。 冲压成形 CAE分析常用的有限元计算软件包括： PAM-STAMP / DynaForm / AutoForm MSC.Marc 11图 2.02 图 2.03 123、冲压零件结构设计常用标准的介绍 3、冲压零件结构

14、设计常用标准的介绍 冲压零件结构设计常用标准有： (01)乘用车冷冲压件未注公差尺寸的公差 Q/CACBS-4-2009 (02)冷冲压件未注公差尺寸的公差 CA/C BG-2-1982 (03)汽车冷冲压加工零件未注公差尺寸的极限偏差 QC/T 268-1999 (04)汽车车身覆盖件未注形状与位置公差值 QC/T 714-2004 (05)冲压件尺寸公差 GB/T 13914-2002 (06)冲压件角度公差 GB/T 13915-2002 (07)冲压件未注公差尺寸极限偏差 GB/T 15055-2007 (08)冲压件形状和位置未注公差 GB/T 13916-2002 (09)冲压剪切

15、下料未注公差尺寸的极限偏差 JB/T 4381-1999 (10)冲压件毛刺高度 JB/T 4129-1999 (11)金属冷冲压件 结构要素 JB/T 4378.1-1999 (12)金属冷冲压件 通用技术条件 JB/T 4378.2-1999 (13)金属板料压弯工艺设计规范 JB/T 5109-2001 (14)金属板料拉深工艺设计规范 JB/T 6959-2008 (15)精密冲裁件 结构工艺性 JB/T 9175.1-2007 (16)精密冲裁件 质量 JB/T 9175.2-2007 (17)精密冲裁件 通用技术条件 JB/T 6958-2007 (18)汽车车身辊压型材、涂覆辊压

16、型材技术条件 QC/T 676-2001 134、冲压零件结构工艺性相关规范介绍 4、冲压零件结构工艺性相关规范介绍 冲压零件的产品设计应以提高其技术经济效益、增强市场竞争能力为最终目标的，因此不仅要 提高产品的使用性能，而且要提高产品的工艺性能，简化结构、减轻重量、降低成本。 产品设计中应注意的问题有： (1)充分认识标准化的重要性。 (2)尽量选用标准、通用或者成熟的结构和设计，以保证产品质量、减少生产准备时间和节约投 资，并可加快新产品的研发周期。 (3)注意设计中的结构工艺性和成本方面的问题，使之与生产条件、生产规模、加工方法以及工 艺装备相适应。 冲压零件的成本在产品设计阶段就已经大部分被确定下来了，因此在满足其功能和使用要求的 前提下，设计人员需要着重考虑冲压零件的结构工艺性。评价冲压零