汽车制造中的冲压工艺

汽车制造的冲压工艺

主要内容及介绍：

冲压前期工作 (2)

1.1开卷---清洗 (2)

汽车制造中的冲压工艺 (2)

2.1 冲压工艺的基本知识.................................... . (2)

2.2汽车覆盖件 (3)

2.2.1介绍 (3)

2.2.2覆盖件分类及工艺特性 (3)

2.2.3特点及要求 (4)

2.3覆盖件冲模 (4)

2.3.1拉延模 (4)

2.3.1.1工艺补充与拉延筋 (5)

2.3.1.2拉延质量及穿、冲工艺孔 (6)

2.3.2修边模 (6)

2.3.2.1修边模介绍 (6)

2.3.2.2修边模的分类 (7)

2.3.3翻遍模 (7)

2.3.3.1翻遍模的介绍 (7)

2.3.3.2翻遍模的分类 (7)

2.4汽车制造冲压工艺的新发展 (8)

2.4.1模块式冲压 (8)

2.4.2亚毫米冲压 (9)

2.4.3特种冲压成型技术 (9)

2.4.4液压式成型技术 (10)

2.4.5电磁式成型技术 (10)

2.5 A级曲面介绍 (11)

冲压前期工作（开卷----清洗）

原材料、机床都有了下面就可以正式开工冲压了。第一步首先需要做的就是开卷工艺，所谓开卷就是将送到工厂中的钢板卷还原成钢板，同时对钢材进行表面的清洗并进行初步的粗裁剪。

在钢板出厂前，往往会涂有防锈油，同时运输期间外界的污染物物也会附着在钢板上，这些杂质的存在会导致车辆在喷涂和焊接上导致喷漆不均和焊点不牢，因此在冲压钢板之前需要清洗掉它们。同时清洗钢板必须使用专用的洗涤溶剂，不可用酸性或者碱性溶剂，因为酸性或碱性会给车用钢板造成损伤，影响车身的质量造成钢板腐蚀。

粗剪后的钢板就像上图一样将按照生产计划投放到各条生产线上。目前武汉一工厂的冲压分厂开卷工艺的生产频率可达60片/分钟，而粗剪的精度也可达到0.1mm，与一根头发丝的粗细相当

汽车制造中的冲压工艺

2.1冲压工艺的基本知识

汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，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。车身上的各种覆盖件（图片）、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等，都是经冲压成形技术？正向精密、多功能、高效节能、安全清洁的生产方向发展，冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响。

冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件？？

开卷工艺完成后，下一个步骤就是正式进入冲压流水线了，而冲压

流水线所要经历的就是比较重要的五个工艺：拉延、修边、冲孔、整形和翻边。

2.2汽车覆盖件

2.2.1覆盖件介绍

汽车覆盖件（以下简称覆盖件）是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。轿车的车前板和车身、载重车的车前板和驾驶室等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。

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零件，又是封闭薄壳状的受力零件。覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。

2.2.2覆盖件的分类

按功能和部位分类，可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类

覆盖件三类。外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观质量有特殊要求，

内部覆盖件的形状往往更复杂。

按工艺特征分类如下：

（1）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。

（2）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。

（3）可以成双冲压的覆盖件。所谓成双冲压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。（4）具有凸缘平面的覆盖件。如车门内板，其凸缘面可直接选作压料面。

（5）压弯成型的覆盖件。

以上各类覆盖件的工艺方案各有不同，模具设计结构亦有很大差别。

2.2.3覆盖件的特点和要求

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。覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。因此，在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一各特殊的类别加以研究和分析。

覆盖件的特点决定了它的特殊要求。

1. 表面质量

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。总之覆盖件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。

2. 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。

3. 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，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，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。

4. 工艺性

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，为了创造一个良好的拉延条件，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。

工艺补充是拉延件不可缺少的组成部分，它既是实现拉延的条件，又是增加变形程度获得刚性零件的必要补充。工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的的性能有关，形状复杂的深拉延件，要使用08ZF钢板。工艺补充的多余料需要在以后工序中去除。

拉延工序以后的工艺性，仅仅是确定工序次数和安排工序顺序的问题。工艺性好可以减少工序次数，进行必要的工序合并。审查后续工序的工艺性要注意定位基准的一致性或定位基准的转换，前道工序为后续工序创造必要的条件，后道工序要注意和前道工序衔接好。

2.3覆盖件冲模

2.3.1 拉延模

拉延模是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。

拉延模有正装和倒装两种型式。正装拉延模和凸模和压料圈在上，凹模在下，它使用双动压力机，凸模安装在内滑块上，压料圈安装在外滑块上，成型时外滑块首先下行，压料圈将毛料紧紧压在凹模

面上，然后内滑块下行，凸模将毛料引伸到凹模腔内，毛料在凸模、凹模和压料圈的作用下进行大塑性变形。倒装拉延模的凸模和压料圈在下，凹模在上，它使用单动压力机，凸模直接装在下工作台上，压料圈则使用压力机下面的顶出缸，通过顶杆获得所需的压料力。倒装型式拉延模只有在顶出压力能够满足压料需要的情况下方可

采用。

2.3.1.1工艺补充及拉延筋

工艺补充是拉延件不可缺少的组成部分，是指为了顺利拉延成型出合格的制件，而在冲压件的基础上所添加的那部分材料，用以满足拉延、压料面和修边等工序的要求。这部分材料仅仅是冲压成型需要而不是零件所需要的，故在拉延成型后的修边工序中需将工艺补充切除掉。

大多数汽车车身覆盖件都需要添加工艺补充后才能设计成能拉延

成型的冲压件，这是覆盖件冲压工艺设计的重要内容，也是与普通简单拉延件拉延工艺设计的主要不同点。

工艺补充部分有两大类：外部工艺补充、内部工艺补充

外部工艺补充—压料面

压料面是指板料在凹模圆角以外的法兰部分，工件本体部分或工艺补充部分组成，其应是平面或曲率较小的曲面，不允许有大的起伏或拐点在拉延成型过程中，压料面的材料被逐渐拉入凹模型腔内，转化为覆盖件形状。压料面与凸模形状保持一定几何关系，保证在拉延过程中板料处于张紧状态，并能平稳地包拢凸模，防止起皱破

裂。

拉延筋

覆盖件拉延成型时，在压料面上敷设拉延筋或拉延槛，对改变进料阻力，调整进料速度使之均匀和防止起皱具有明显的效果。

敷设拉延筋的主要作用：

（1）增加局部区域的进料阻力，使整个拉延件进料速度达到平衡状态。

（2）加大拉延成型的内应力，提高覆盖件的刚性。

（3）加大径向拉应力，减少切向压应力，延缓或防止起皱。拉延筋的断面形状为半圆形，拉延槛的阻力更大，它多用在深度浅的拉延件上。

拉延变形过程

2.3.1.2拉延质量及穿、冲工艺孔

拉深过程中的主要缺陷是起皱和拉裂

起皱是拉深时由于较大的切向压应力使板料失稳造成的，起皱是拉深工艺产生废品的主要原因之一，正常的拉深工艺中是不允许的。常采用压力圈压住周边凸缘部分材料来防止起皱。

拉裂一般出现在直壁与底部的过渡圆角处。拉深时材料各部分厚度都发生变化，而且变化是不均匀的。而直壁与底部过渡圆角部分材料在整个拉深中一直受到拉应力作用，造成此处变薄最大，当拉应力超过材料的抗拉强度时，此处将被拉裂。

一般在不能用拉延件侧壁形状和压料槛形状定位时才用工艺孔定位。

工艺孔的位置是放在以后要修掉的废料上，一般是放置在压料面

上，而压料面上的拉延毛坯在拉延时绝大多数是流动的，当然也有压料面毛坯基本上不流动的情况，但这是极少数。

在拉延毛坯流动的压料面上穿或冲工艺孔必须在拉延以后，当凸模首先行程向上而压料圈停留不动从凸模退下拉延件的这一段时间

中进行。工艺孔一般都是在第一根压料筋的中心线上，压料筋断开。穿或冲工艺孔的共同缺点是由于压料圈和凹模、凸模和压料圈的导向不准确致使穿或冲工艺孔的凸模和凹模不同心而啃刃口。穿工艺孔的优点是无废料，缺点是有方向性，而冲工艺孔的优点是无方向性，缺点是有废料。一般首先采用穿工艺孔但翻孔方向一定要适合在修边中的定位需要，用穿的工艺孔套定位销时工艺孔翻孔方向朝上，即拉延以后将拉延件翻转送到修边模中定位时工艺孔的翻孔方向朝上。工艺孔翻孔方向朝下则难以定位，这时应采用冲工艺孔的方法。

2.3.2修边模

2.3.2.1修边模的介绍

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。在小批量生产时，可以用手工和其他简单装备代替。修边模修边往往兼冲孔。

2.3.2.2修边模的分类

一般所称的修边模包括了修边冲孔模，冲孔合并在修边中对于修边模的结构影响不大，只是增加冲孔凸模、凹模和凸模固定座。根据修边镶块的运动方向，修边模可分成以下三类：

1、修边镶块与压力机方向一致作垂直运动，这类修边模叫垂直修边模。在考虑拉延件的工序图时应首先注意到覆盖件的翻边展开的修边能尽量地采用垂直修边模。

2、修边镶块作水平或倾斜运动的修边模称斜楔修边模。由于压力机的上下运动经斜楔传给装有修边镶块的滑块，因此结构较复杂，冲模工作部分的占有面积也较大。

3、一些修边镶块作垂直方向运动，而另一些修边镶块作水平或倾斜方向运动的修边模称垂直斜楔修边模。这类冲模在修边模内结构复杂必须慎重处理废料的分块以及垂直方向运动和水平或倾斜方向运动的修边镶块的交接。

采用垂直方向运动和水平或倾斜方向运动相结合的修边方案，在修边模的结构中就出现了垂直方向运动的凹模镶块和水平或倾斜方向运动的凹模镶块的交接问题。利用斜楔滑块的特点，使作水平或倾斜方向运动的修边凹模镶块先修边，垂直方向同时运动着凹模镶块后修边。水平或倾斜修边凹模镶块和垂直方向运动的修边凹模镶块应选在切向修边表面上，这样水平或倾斜方向运动的修边凹模镶块不仅修两侧的边，而且也修掉与两侧相边的一部分立边。水平或倾斜方向运动和垂直方向运动的修边凹模镶块之间必须保持一定的空隙，在空隙和水平或倾斜方向运动的修边凹模镶块的一段长度的切向修边表面上存在交接。该段略有接头毛刺，一般修边凹模镶块之间的交接距离取3-5㎜。水平或倾斜方向运动的修边凹模镶块先进入修边凸模镶块的进距取13㎜。然后垂直修边凹模进入凸模

开始修边。此处的修边凹模进入凸模的距离比较短约为2mm。

2.3.3翻边模

2.3.3.1翻边模的介绍

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，根据翻边的冲压方向不同，翻边模可分为垂直翻边模和水平翻边模两大类。水平翻边（含倾斜翻边）则需要斜楔结构完成翻边成型工作。番边模也是制成合格覆盖件的必要装备。

2.3.3.2翻边模的分类

翻边模是覆盖件冲压的关键工序之一。覆盖件上的翻边除焊接和装配的要求以外，还增加覆盖件的刚性强度，使覆盖件边缘光滑、整齐和美观。由于覆盖件轮廓有装配要求，因此对覆盖件翻边模凸模轮廓要求准确，拉延件修边后的变形也应在翻边模中整回，这就需要在翻边前使形状压料板有足够的力量迫使翻边件的表面与翻

边凸模贴合。覆盖件翻边表面上的翻边轮廓一般都是形状的，各部分翻边的变形因翻边轮廓形状而异，直线是弯曲变形，材料厚度不变化。圆弧和曲线的凸形翻边材料受压而变厚，如该处凸模与凹模音质间隙大，就产生波纹，间隙过小则又会拉断。圆弧和曲线的凹形翻边部分材料受拉而变薄，超过伸长率就产生裂口，消除裂口的办法只能降低垂直翻边的高度或水平、倾斜翻边的宽度。

根据翻边模的特点和复杂程序，翻边模可分成六类。

1、翻边凸模式或翻边凹模作垂直方向运动的翻边模称垂直翻边模。

这类冲模结构简单，制件翻边后包在凸模上，退料时要推翻边的边，但必须同时推，否则会造成退料后的制件变形。

2、翻边凹模单面向内作水平或倾斜方向运动的翻边模称斜楔翻边模。翻边后制件能够取出，因此翻边凸模是一整体。

3`翻边凹模对称两面向内作水平或倾斜方向运动的翻边模称斜楔两面开发翻边模。翻边以后翻边件包在翻边凸模上，无法取出，因此必须将翻边凸模做成活动的，扩张成翻边形状，这类冲模的结构比较复杂。

4、翻边凹模三面或封闭向内作水平或倾斜方向运动的翻边模称斜楔圆周开花翻边模。翻边以后制件包在凸模上，无法取出，必须将翻边凸模做成活动的，扩张成翻边形状，转角处的一块翻边凸模是*相邻的开花凸模的斜面挤出，这类冲模结构复杂。

5、翻边凹模对称两面向外做水平或倾斜方向运动的翻边模称斜楔两面向外翻边模。翻边以后制件能够取出。

6、覆盖件窗口的封闭向外翻边的翻边模称内外全开花翻边模。翻边以后制件包在翻边凸模上无法取出，必须将翻边凸模做成活动的，缩小成翻边形状，而翻边凹模是扩张向外翻边的，角部的一块翻边凹模是*相邻的开花凹模的斜面挤出，这类冲模结构很复杂。2.4汽车制造中冲压工艺的新发展

所谓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。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，缩减操作员

和冲压占地面积，是节约投资额和能耗的极好措施，所以冲压制造商都能把冲压工序数设计作为降低汽车制造成本的重要途径，甚至不惜改进产品设计来满足制造工艺方面的要求。同时，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，又可减少冲压件数量及焊点，能有效地降低成本（图一）。而且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。

现代冲压成形发展和研究的重大课题包括有：（1）模块式冲压及其控制；（2）新材料及复合材料冲压加工新工艺；（3）特种冲压成形技术；（4）计算机模拟冲压成形及虚拟试模技术；（5）模具制造技术；（6）冲压成形过程自动监控及失稳机理分析等项。

2.4.1模块式冲压

模块式冲压的突出优点在于能把冲压加工系统的柔性与高效生产有机的结合在一起。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。概括而言，模块式冲压的持点是：（1）在冲压成形过程中可快速更换组合模具以提高生产效率；（2）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；（3）实现了大工件的不停机加工；（4）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；（5）冲模具有可编和的柔性特点。

一种模块式冲压加工系统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。

种冲压系统在运行时可进行冲模横向位移、带材进给定

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%。

当前模块式冲压装置的集成度是很高的，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，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。图三表明可编程的冲模系统，图中A为标准模具的横向支承轴，可进行伺服动至冲压区，B为备有冲模的支承轴，C为备用轴，D为橙色卷式带料正在进给。

2.4.2亚毫米冲压项目

亚毫米冲压"是指汽车车身冲压件的精度控制在0-1.0MM的范

围内，与过去制造业通行的误差2MM相比，是个非常大的提高。这是一个以提高冲压质量和制造技术为目标的综合项目。该项目与"2MM工程"都是90年代后期美汽车界开展的大型研究项目。所

谓"2MM工程就是把车知、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。

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。

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。

通过亚毫米冲压项目的研究，使冲压成形技术有了飞跃性的进展，其中包含有：（1）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；(2)冲压设计向CAD和模拟试模转化，摒弃了传统的尝试法；（3）实施模具设计制造由过去串行方式向并行方式转化；（4）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。"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，获得日益增的经济效益的社会效

益，并逐步向其他国家推广应用。

2.4.3特种冲压成形技术

现代汽车冲压件的技术要求朝着结构复杂、分块尺寸增大、相关边的零部件较多、承载能力变大和内应力限制严格等方向发展。这

要求并促进特种冲压成形技术如液压成形、精密成形、爆炸成形、旋压成形、无模成形、激光成形和电磁成形技术的发展。限于本文篇幅，这里主要介绍内压成形和电磁成形两项技术。

现代汽车冲压件的技术要求朝着结构复杂、分块尺寸增大、相关边的零部件较多、承载能力变大和内应力限制严格等方向发展。这要求并促进特种冲压成形技术如液压成形、精密成形、爆炸成形、旋压成形、无模成形、激光成形和电磁成形技术的发展。限于本文篇幅，这里主要介绍内压成形和电磁成形两项技术。

2.4.4液压式或注入弹性体式的成形技术

其高压形成过程一般包括：（1）有效介质如冰的膨胀或弹性体压入使内部压罚极慢增长的过程；（2）流体静罚的骨高压形成过程；（3）极端压力如爆炸的动态过程等。介质可以是无定形的固体、液体或气体，在系统中介质可依据要加工的形状作任意变化，履行凸模功能，所以介质可等同于一个万能模具。图四是板材超朔成形的例子，从图中可见此时有效介质变成凸模。

液压式内高压成形技术与其他冲压成形技术相比，有几项明显优点：（1）在成形过程中可一次加工出如车桥、顶盖板、门框等大型复杂的三维几何形状的工件；（2）因为液体在成形过程中冷却作用，使工件被"冷作强化"，获得比一般冲压加工更高的工件强度，