汽車沖壓件制造工藝

王寶林　呂興宇　劉寶振

摘 要：本文概述了沖壓工藝的特點(diǎn)，沖壓工序的具體分類，沖壓性能的影響因素包含范圍，以及沖壓工藝技術(shù)在汽車制造中所起到的作用。

關(guān)鍵詞：沖壓工藝；沖壓性能；沖壓工序

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.033

1 冷沖壓工藝的特征及工序的劃分

冷沖壓工藝的特征。冷沖壓是從金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，演變而成的一種加工工藝方式，此種加工工藝是通過壓機(jī)設(shè)備與模具共同對鋼板施加一定的作用力，迫使鋼板發(fā)生塑性變形或者分離的現(xiàn)象，從而獲得所需的形狀、尺寸要求和穩(wěn)定的性能的一種成型工藝方法。此種加工方法與其他金屬加工工藝方法相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）生產(chǎn)節(jié)拍明顯提高，材料利用率大大提升，并且適用于大批量的生產(chǎn)，其中合理充分的運(yùn)用好無搭邊沖裁及套裁的工藝方式，完全可以實(shí)現(xiàn)少廢料，甚至達(dá)到無廢料的生產(chǎn)也不無可能，即使在某種特定的情況下，產(chǎn)生較大的邊角余料致使材料利用率的降低，也可以通過收集尺寸較大的邊角余料，統(tǒng)一利用于一些相對較小的制件生產(chǎn)當(dāng)中，以達(dá)到節(jié)約成本的，降低損耗的最終目的。

（2）操作方法簡單，操作者只需通過簡單的崗前培訓(xùn)及安全操作指導(dǎo)即可上崗操作；

（3）通過沖壓工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品，通常不再需要進(jìn)行二次加工，就完全可以滿足較高的尺寸精度要求；

（4）通過沖壓工藝生產(chǎn)出的制件產(chǎn)品，在裝配需求上通常都可以滿足很高的互換性要求；

（5）沖壓件用鋼板作為原材料，其首先滿足了原材料表面質(zhì)量好的先決條件，為后序的表面處理加工工藝提供了良好的輔助條件；

（6）通過沖壓工藝生產(chǎn)出來的零件可以輕易的滿足高強(qiáng)度，高剛度，低重量等的嚴(yán)格要求；；

（7）滿足了批量生產(chǎn)的需求，至生產(chǎn)制造的所需成本得到了大大的降低；

（8）沖壓工藝是一門能夠通過簡單的操作，很容易得到其他金屬加工工藝很難實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀的零件生產(chǎn)需求的加工工藝方法。

2 沖壓工序的劃分

2.1 按加工性質(zhì)可分為兩大類

（1）將所需零件與無用廢料按一定的外廓線所分離開的加工工藝稱為分離工藝，其可大致分為沖孔、落料、切口、修邊、剖切和切削等；（2）所需產(chǎn)品在加工過程中，不產(chǎn)生縮頸、隱裂、開裂、褶皺或疊料等缺陷的缺陷的塑性變形工藝，我們將此工藝，稱之為成型工藝，其則可大致分為翻孔、彎曲、翻邊、脹形、縮口、擴(kuò)口、旋壓和拉深等。

2.2 按材料的變形性質(zhì)亦可分為兩種類型

（1）伸長變形：當(dāng)作用在板料變形區(qū)的拉應(yīng)變的絕對值最大時(shí)，板料的成形主要靠材料的伸長變形和厚度減薄實(shí)現(xiàn)。其阻礙是材料失穩(wěn)破裂；（2）壓縮變形：當(dāng)作用在板料變形區(qū)的壓應(yīng)變的絕對值最大時(shí)，板料的成形主要靠材料的壓縮變形和厚度增厚實(shí)現(xiàn)。其阻礙是材料失穩(wěn)起皺。

3 金屬塑性變形的力學(xué)規(guī)律

（1）塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。當(dāng)凸模與板料發(fā)生接觸的瞬間，板料同時(shí)受到凸模、凹模所施加的力的作用，但同時(shí)由于力矩M的存在，致使板料產(chǎn)生彎曲變形，而產(chǎn)生彈性變形，隨著凸模不斷下壓，刃口壓入材料，內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)符合塑性條件時(shí)，板料發(fā)生塑性變形，隨著塑性變形逐漸增大，最終板料將以斷裂形態(tài)而告終；

（2）沖壓成形對鋼板的性能要求。鋼板對沖壓成形工藝的適應(yīng)力，主要體現(xiàn)在抗破裂性、貼合性、成形性等。

（3）冷沖壓所用材料的選取。沖壓件通常包含以下兩類：1、形狀復(fù)雜但所需成型力較小，此時(shí)鋼板只要求具備良好的沖壓性能和表面質(zhì)量即可，此類沖壓件多采用冷軋深沖低碳薄鋼板為原材料；2、不但形狀比較復(fù)雜，所需成型力也較大，此時(shí)對鋼板的要求不但要有良好的沖壓性能，同時(shí)還應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，此類沖壓件則多選用沖壓性能好的熱軋低合金（或碳素）厚鋼板為原材料。

1）材料性能對沖壓工藝的影響。彎曲成形工藝所應(yīng)用的材料，首先應(yīng)具備足夠的塑性，其次要有較低的屈服強(qiáng)度和較高的彈性模量。含碳量小于0.2%的低碳鋼塑性好；彈簧鋼彎曲時(shí)必須有較大的彎曲半徑，脆性很大的材料則可采用加熱彎曲的工藝來達(dá)到最終目的；拉深成形所應(yīng)用的材料，首先要有高的塑性、其次應(yīng)具備低的屈服點(diǎn)和大的厚向異性系數(shù)。多選用含碳量小于0.15%的低碳鋼、奧氏體不銹鋼等具有極佳拉深性能的原材料。

2）沖壓性能對材料質(zhì)量的要求。力學(xué)性能對沖壓性能的影響。a屈服極限（σS）越小，則變形抗力隨之越小，相同變形所需的變形力就越小，壓縮過程則不易起皺、彎曲變形時(shí)的回彈量也較小，故貼模性和定形性均較理想。b屈服比（σS/σb）小，易產(chǎn)生塑性變形并且不容易發(fā)生破裂現(xiàn)象，當(dāng)變形抗力較小而強(qiáng)度較高時(shí)，則變形區(qū)的材料容易產(chǎn)生變形而不容易發(fā)生起皺現(xiàn)象、傳力區(qū)的材料有較高的強(qiáng)度則不易拉裂。c延伸率（δ）（系指斷裂時(shí)的延伸率）當(dāng)試樣開始產(chǎn)生局部集中變形（頸縮）時(shí)的延伸率為均勻延伸率（ δu），板料的成形都是在均勻變形范圍內(nèi)進(jìn)行的，即板料的拉應(yīng)力大于或等于屈服極限而小于或等于強(qiáng)度極限，因此， δu越高，則成形性能越好。d應(yīng)變剛指數(shù)，金屬材料在常溫下發(fā)生塑性變形，此過程中會出現(xiàn)硬化效應(yīng)，使材料的強(qiáng)度指標(biāo)增加，塑性指標(biāo)下降。在伸長類變形中， n值大的材料，由于硬化嚴(yán)重，變形抗力增大，從而使變形趨于均勻，變薄減小，厚度變化均勻表面質(zhì)量好，極限變形程度增大，零件不易產(chǎn)生裂紋。材料的硬化對沖壓性能也有不利影響，硬化的結(jié)果使需要的變形力增大，還限制毛坯的進(jìn)一步變形。如：孔邊緣硬化后，翻邊時(shí)引起開裂。e厚向異性系數(shù)（γ），由于鋼板軋制和結(jié)晶時(shí)會出現(xiàn)纖維組織等因素，則鋼板的塑性力會因方向不同而出現(xiàn)明顯差異。單向拉深試樣寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變的比值，則稱為厚向異性系數(shù)，其比值越大板材抵抗變薄的能力則越強(qiáng)， γ>1時(shí)，板料寬度方向比厚度方向容易產(chǎn)生變形，在拉深變形中，加大γ值，毛坯切向易于收縮而不起皺，板料受拉時(shí)，厚度不易變薄，從而也不易產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。f板平面各向異性系數(shù)（△γ），軋制后的板材，在板材平面也出現(xiàn)各向異性沿平面不同方向，則機(jī)械物理性能也均不相同，尤其在軋制45°方向，與軋制方向形成明顯差異，如：拉伸零件開口部位不齊，出現(xiàn)高突不平，方向性愈明顯，則起伏的高度愈大。由于板平面各向異性系數(shù)會增加材料消耗，影響零件質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中則應(yīng)盡量降低△γ值的數(shù)值。

作者簡介：王寶林（1968-），男，遼寧瓦房店人，研究方向：機(jī)械制造與自動化。