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汽车覆盖件冲压的读书笔记
作者：
陈飚，孙莹
出版社：
西安交通大学
第一章概述
1.1发展方向
1.2汽车覆盖件冲压成型特点
1.2.1质量要求
1.2.2结构特点
1.2.3成形特点
第二章汽车覆盖件材料及性能
2.1覆盖件的冲压加工对原材料要求：
2.2焊接工艺对覆盖件材料要求：
2.3汽车覆盖件常用材料：
2.4材料成形性能及实验方法
第三章汽车覆盖件冲压成形工艺
3.1冲压加工及分类
3.2汽车覆盖件冲压成形技术工艺设计
3.2.1冲压方式
3.2.2冲压工艺的设计前准备
3.2.3覆盖件冲击工艺设计基本原则
3.2.4覆盖件冲压工艺设计的流程
3.3汽车覆盖件冲压毛坯形状和尺寸的确定
3.3.1冲压毛坯形状和尺寸的确定
3.3.2合理选择毛坯材料
3.4汽车覆盖件拉深工艺
3.4.1工艺特点
3.4.2拉深方向
3.4.3工艺补充
3.4.4工艺切口（孔）
3.4.5压边面
3.4.6拉深筋（槛）
3.5修边、冲孔、翻边其他
3.5.1汽车覆盖件修边和冲孔工艺
3.5.2汽车覆盖件翻边工艺
3.5.3前门框冲压工艺设计
第四章汽车覆盖件冲压模具结构
4.1拉伸模
4.1.1单动拉深模
4.1.2双动拉深模
第七章汽车覆盖件冲压质量控制
7.1常见质量问题
工序名称
英文简写
拉延
DR
成形
FO
翻边
FL
整形
RST
落料
BL
修边
TR
冲孔
PI
翻孔
BUR
切断
SEP
斜楔翻边/冲孔/修边
CFL/CPI/CTR
第一章概述
1.1发展方向
1.新型冲压材料的研究
2.对汽车覆盖件的形状结构进行分类，探讨不同类型的覆盖件在冲压过程中对塑性变形规律产生的影响；
3.进行压料面的形状、拉深筋的形状和布置等对变形规律的影响；
4.难度评价
5.数值模拟（其结果现在还不能很好地从机理上说明破裂或起皱的原因）
6.破裂问题（类型判断、原因、对策；变形性质和变形路径对变形极限的影响；判断断裂的准则）
7.起皱问题（力学原因、类型判断、抗皱性能评价、对策）
8.刚度——安全
9.冲压形状精度
1.2汽车覆盖件冲压成型特点
与一般的板料冲压零件比，汽车覆盖件：
材料薄、复杂空间曲面形状、结构尺寸大、表面质量要求高等，同时车身美观、流线型、便于制造维修。
1.2.1质量要求
1.尺寸精度
2.形状精度
3.表面质量（波纹、皱纹、凹痕、擦伤、压痕）
4.刚性好（减震、减噪）
5.良好的工艺性（经济、安全、稳定）
1.2.2结构特点
1.尺寸大
2.薄
3.形状复杂
4.轮廓内部带有局部形状
1.2.3成形特点
1.一次拉深成形（拉深系数<1，不能一次拉深成形，目前技术无法控制多次拉深的毛坯变形）
2.拉胀复合成形（拉深、胀形）
3.局部成形（毛坯在双向拉应力下的变薄实现面积增大）
4.变形路径变化（逐步贴模，）
第二章汽车覆盖件材料及性能
∙车身覆盖件形状复杂，不对称；拉深过程中的应力、变形很不均匀，并大多要求一次拉深成形，材料承受极大的应力，产生最大限度的塑性变形；
∙影响钢板冲压性能的因素：
钢板表面质量、厚度变化、化学成分、力学性能、工艺性能、金相组织等。
2.1覆盖件的冲压加工对原材料要求：
1.成分，深拉深钢板含碳量0.06~0.09%，凡是与铁能形成固溶体的元素，硅（≤0.03%）磷硅（≤0.06%），使铁素体变硬，变脆，均应保持在最低允许含量内；硫的含量也应减到最小≤0.05%，因为硫与锰会与铁呈脆性的化合物存在。
2.晶粒大小及均匀度，晶粒度级别6~7级且均匀。
3.珠光体形状，球状好；游离渗碳体限制在1~2级。
实践证明：
因工艺问题而产生的废品，一般裂口比较整齐；因材料质量差而产生的废品，裂口多为锯齿状或不规则形状。
4.力学性能，塑性变形区宽的好σs/σb≤0.65，δ10≥40%，大的硬化指数n
5.深拉深钢板，尤其是沸腾钢，由于时效作用，有屈服平台，这种现象会使得零件表面出现局部滑带凹纹，有损外观，需要从冶炼中设法解决或在拉深前冷轧。
6.高表面质量Ⅰ，Ⅱ级和厚度偏差A，B级。
2.2焊接工艺对覆盖件材料要求：
车身的焊接主要是接触电阻焊。
1.焊点的拉剪强度
2.焊点的拉伸强度
3.塑性比和破裂模式
塑性比=拉伸强度/拉剪强度，越大焊点的塑形越好
4.融化区硬度
5.疲劳强度
6.可焊性区间
中碳钢的可焊性比低碳钢差，而高碳钢则不宜焊接。
2.3汽车覆盖件常用材料：
钢带和钢板
汽车冲压用钢分为三代产品：
沸腾钢；铝镇静钢；无缝隙原子钢IF钢。
深冲钢板——提高成形性能
高强度钢板——减振节能
表面处理钢板——防腐
特殊钢板——高性能汽车
广泛应用的材料包括：
冷轧低碳钢及超低碳钢、高强度热轧钢板、铝镇静钢板、……
1.普通低碳钢板
2.镀层钢板
3.无间隙原子钢（IF）
4.高强度和超高强度钢板
a.高强度钢板
b.烘烤硬化钢
c.含磷高强度冷轧钢板
d.双向钢
e.低合金高强度钢
f.相变诱导塑形钢
5.激光拼焊板
6.轻金属材料
a.铝及铝合金材料
b.镁合金材料
c.钛合金材料
7.非金属材料
a.塑料
b.高强度纤维复合材料
i.碳纤维复合材料
ii.玻璃钢
8.其他新材料
a.泡沫金属
b.蜂窝夹芯复合板
2.4材料成形性能及实验方法
∙间接试验
1.1.板料的单向拉伸试验
2.2.金相试验
3.3.硬度实验
∙模拟实验
1.1.Erichsen试验（杯突试验）
2.杯突值IE
3.2.液压胀形试验
4.极限胀形系数K
5.3.KWI扩孔试验
6.极限扩孔系数λ
7.4.Swift拉深成形试验
8.极限拉伸比LDR
9.5.副井锥杯试验
10.锥杯试验值CCV
11.6.凸耳试验
12.凸耳率e
13.7.成形极限图试验（forminglimitdiagramFLD）
第三章汽车覆盖件冲压成形工艺
3.1冲压加工及分类
∙冲压与冲模的概念
冲压是通过安装在压力机上的模具对材料施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得工件的加工方法。
可以加工金属，非金属。
因常温下进行，又被称为冷冲压。
冲压模具，简称为冲模。
冲压加工中必不可少的三要素：
合理的冲压成形工艺，先进精密的模具（根本），高效的冲压设备。
∙冲压加工的特点和分类
冲压加工的冲压件的形状、尺寸和表面质量是由模具保证的。
冲压加工的生产率很高
冲压技工的成本低。
一个冲压件往往需要经过多道冲压工序才能完成，大致可分为分离工序和成形工序。
1.分离工序：
将冲压件或毛坯沿一定的轮廓线与板料分离；
2.成形工序：
在不使板料破坏的条件使之产生塑性变形而形成所需形状与尺寸的工作。
∙虽冲压成形工艺复杂，由各种基本成形组成，使其在不同部位发生不同的基本变形，但由于这些部位不是孤立的，有相互联系彼此之约，不能作为一个个单纯的基本成形工序孤立地分析，需考虑不同部位相互影响。
3.2汽车覆盖件冲压成形技术工艺设计
3.2.1冲压方式
汽车覆盖件冲压成形的模具一般由凸模、凹模和压边圈的三部分。
1.立式冲压法
凸模和压边圈在上，凹模在下
冲压过程：
压边圈压合，凸模冲压两个动作。
立式冲压法在压边圈压合后立即冲压，板料未能在冲压前优化初始形状，此冲压法通常只在冲压需要非常大的压边力的情况下使用。
2.倒置式冲压法
过程：
压边圈压合、板料贴紧凸模型面、凹模冲击三个动作
压边圈压合是凹模向下运动，与板料和压边圈接触，压紧板料。
板料贴合在凸模与压边圈上，呈现出凸模的表面形状，板料得到初始变形，优化了板料初始形状，与传统冲压方式相比可以提高制件的品质。
3.2.2冲压工艺的设计前准备
1.原始资料的准备与阅读
常规手册：
冲模设计手册、机械制造工艺手册、技术标准……
还有：
a.覆盖件图样、覆盖件模型及技术要求
b.产品原材料的尺寸规格、性能及供应情况
c.产品的生产批量级定型程度
d.冲压设备条件
e.模具制造条件及技术水平
f.其他技术资料
2.需要分析和研究的问题
i.覆盖件的成形难度
ii.覆盖件的工艺性
iii.覆盖件的表面状况
iv.局部细节（孔、边缘、加强筋等）的精度、形状、位置
v.料厚公差应在保证该覆盖件精度范围内
vi.有无关于毛刺高度及毛刺方向的要求
vii.是否需要考虑材料的纤维方向，板材利用率等问题。
3.2.3覆盖件冲击工艺设计基本原则
a）外覆盖件的同一表面尽可能一次成形。
如果同一表面分两次成形，在交接处会残存不连续的面，导致表面喷涂装饰后外观效果不良。
内覆盖件同相邻零件的配合形状尤为重要。
b）覆盖件的冲压工序一般要4-6道，甚至更多，拉深，切边和翻边是最基本的。
c）覆盖件在主要成形工序之后，一般为修边，翻边等工序。
在前面成形工序尺寸设计时，要充分考虑为后续工序提供良好的工艺条件。
d）覆盖件上与冲压方向相反的成形，主要靠局部拉深。
注意反成形的深度不应超过正成形的深度
e）覆盖件上的焊接面不允许存在皱折、回弹等问题。
f）覆盖件上的孔一般应在零件成形之后冲出。
g）为了缩短制造周期，全套冲模的工序件在冲模中的位置应保持一致。
避免工件在工序之间的回转和反转。
h）覆盖件凸缘的圆角半径一般取8-10mm，当小于5mm时，应增加整形工序。
i）对于形状对称的覆盖件，最好能选用成双冲压成形，然后再切成两件。
j）对于特别浅的覆盖件，拉深时要注意回弹的控制。
3.2.4覆盖件冲压工艺设计的流程
I.召集有经验的工程师对产品数模工艺进行初步研讨。
拉延冲压方向
修边方向
冲压工序划分
压料面的大致形状
典型断面的工艺补充
孔径公差及其他技术要求
参考以前类似覆盖件工艺
II.确定初步讨论结果，制作拉延模面。
III.拉延CAE模拟分析
IV.修改拉延模模面或调整各种模拟参数<========由CAE结果来分析
拉延方向是否合适，压料面是否需要修改，工艺补充是否需要修改，坯料大小是否需要调整，拉延筋的系数及数量，压边力是否需要调整。
V.制作拉延模实体筋<===========还是CAE
VI.后续冲压工序设计
修边线展开，废料刀的布置等，特殊要求下进行翻边及回弹CAE模拟，以验证修边线的准确性，翻边有无开裂，工件回弹角大小，回弹补偿等。
Ⅶ.绘制冲压工艺过程图（DieLayout）——工艺流程图
3.3汽车覆盖件冲压毛坯形状和尺寸的确定
3.3.1冲压毛坯形状和尺寸的确定
①.毛坯尺寸的平面展开
将零件的外形展开成平面性状，以此为依据计算零件的毛坯尺寸。
1）在拉深件上取若干断面，计算各断面线长
基面展开法；基点展开法；
2）按断面线长画平面图
3）按面积相等原则进行毛坯轮廓光滑
②.试验修正毛坯形状和尺寸
3.3.2合理选择毛坯材料
①.满足覆盖件成形的工艺要求
②.保留一定变形余裕度
③.根据零件的变形状态图（SCV）和板材的成形极限图（FLD）选择毛坯材料。
3.4汽车覆盖件拉深工艺
3.4.1工艺特点
①.目前主要是通过类比的方法，经过生产调整、试验来确定，一般采用双动压力机一次拉深成形；
②.覆盖件形状复杂，深度不匀，又不对称，压力面积比其余面积小，因为需要采用拉深筋（槛）来加大进料阻力，或是利用拉深筋的合理布排，改善板料在压边圈下的流动条件，使各区段材料的流动趋于均匀，才能有效地防止起皱。
③.简单零件拉深时，导致破裂的主要原因是变形区的变形拉力超出传力区的（侧壁与底部过渡区）危险断面强度。
而有些汽车覆盖件由于拉深深度浅（如车门外板）拉深时材料得不到应有的伸长变形，容易起皱，且刚性不够，需采用拉深筋（槛）来加大压边圈下板料的流动阻力，从而使其主要以胀形的方式变形，增大塑性变形程度，以保证零件在修边后弹性畸变小、刚性好，避免汽车在运动时零件发生颤抖和噪声。
④.为保证覆盖件在拉深时能经受最大限度的塑性变形而不致产生破裂，对原材料的力学性能，金相组织，化学成分，表面状况和厚度精度都有很高很严的要求。
⑤.覆盖件拉深时需要较大和较稳定的压边力，同时一般希望一次拉深成形，因此广泛采用双动压力机。
3.4.2拉深方向
①.保证凸模能够进入凹模
②.保证凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触状态
1）接触面要尽量大且平，接触面积过小或尖，易产生应力集中，引起引起毛坯接触处产生破裂
2）接触位置应靠近中间，一方面可有效避免起皱和破裂，还有可以防止拉深毛坯可能经凸模顶部窜动而加快凸模顶部磨损，影响覆盖件表面质量。
3）接触点要多，要分散，且同时接触。
③.压料面各部分进料阻力要均匀
为保证进料阻力均匀，
i.材料各处的拉深深度均匀；
ii.使凸模相对两侧的拉入角相等，材料流入凹模的速度相近，从而保证压料面各部分进料阻力趋于一致。
④.使压料面尽量为平面，以便于配料的定位和模具加工。
3.4.3工艺补充
事先在工件以外增加部分材料，如封闭窗口、孔洞开口、补充拉深筋、压料面等在后续工序中又将其切除，这些增补的材料称为工艺补充部分。
可以改善拉深条件，防止压料起皱，保证拉深深度均匀，是拉深件不可缺少的组成部分，但在后续修边工序中要被切除，成为工艺废料。
所以保证覆盖件能顺利成形的前提下，应尽量减小工艺补充面，以提高板料利用率，若工艺补充面过大，不仅浪费材料，而且牵制了坯料的流动，增加了变形阻力，使得制件成形时破裂的可能性加大。
3.4.4工艺切口（孔）
在覆盖件中间部位反拉成形时，出现局部深度较大的凸起窗口或鼓包时，采取加大过度圆角后期还原的方式不见效时，采用在局部凸起变形区的适当位置冲出工艺切口或工艺孔，改善材料的流动情况，使容易破裂的区域从变形区内部得到材料的补充。
I.工艺切口（孔）必须开在拉深件修边线以外的多与材料上，以便在修边工序中切除，而不影响零件形状；
II.工艺切口应开在容易破裂的区域附近，其具体数量视情况而定；
III.工艺切口应保证不因为拉应力过大而产生径向裂口，也不能因为拉应力过小而形成波纹，开在拉应力最大的拐角处。
3.4.5压边面
压边面是组成工艺补充面的一个部分，即凹模圆角半径以外的部分。
一般来讲压边面有两种：
一是覆盖件的凸缘，二是压边面全部是工艺补充面，需在后续工序中切除。
其作用是在压边圈与凹模的作用下，保证坯料拉深时能合理流动，且不起皱破裂。
3.4.6拉深筋（槛）
调节压边面各部位进料阻力的方法总结为：
①.调节外滑块4个角的高低，造成压边面上各部位压边力不同（此方法应用广泛，但只能粗略调节压边力，有局限性）
②.改变拉深坯料的局部性状，以增减压边面积（局部采用，辅助）
③.拉深筋（槛）——最有效、最常用、且最灵活
其作用：
a.增加进料阻力
b.调节材料的流动情况
c.降低对压边面粗糙度的要求
d.纠正坯料的不平整（相当于辊压校平）
3.5修边、冲孔、翻边其他
3.5.1汽车覆盖件修边和冲孔工艺
修边即剪切分离，对于汽车覆盖件，修边轮廓多数是空间不规则形状。
冲孔工序合并在修边工序中。
3.5.2汽车覆盖件翻边工艺
在覆盖件中，几乎每个零件都有翻边结构，除了焊接和装配的需要外，翻边结构还能增加覆盖件的刚性和强度，使其边缘光滑、整齐和美观，一般来说，翻边是对轮廓外形和配合尺寸的最后加工。
翻边和弯曲变形都有回弹现象发生，在确定变形量时，应将回弹量考虑进去，后续工序需卷边时，要估计到卷边的收缩量。
3.5.3前门框冲压工艺设计
6道工序：
落料工序→拉深工艺→切边、冲孔工艺→冲孔、切断工序→斜楔翻边工序→切断工序
第四章汽车覆盖件冲压模具结构
4.1拉伸模
根据冲压件的大小和所使用的冲压设备不同，可分为单动拉伸模和双动拉伸模两大类
4.1.1单动拉深模
工作原理：
a.将毛坯放在模具压料面（binder）上，并准确定位；
b.压力机上滑块下行，带动上模下行；
c.上模和下模的压边部分首先与毛坯接触，将毛坯压住，使压边部分毛坯受到的变形阻力增加；
d.上模继续下行，开始拉深成形过程；
e.变形
f.压力机上滑块到达下死点时，拉深成形过程结束；
g.压力机上滑块回程，带动上模上行；
h.顶出装置将拉深件顶出，取出拉深件。
典型结构：
4.1.2双动拉深模
对于形状复杂的大型汽车覆盖件，采用双动。
优点：
a.压边力大
b.压边力稳定
c.压边力的分布可调节
d.行程大
工作原理：
a.将毛坯放在凹模具压料面（binder）上，并准确定位；
b.压力机外滑块首先向下运动到下死点，通过压边圈将毛坯紧压在凹模的压料面，并在整个拉深成形过程中保持压边；
c.内滑块在上一步的同时带动凸模下行；
e.在压边圈压住毛坯后，凸模向下与毛坯接触开始拉深成形；
f.内滑块到达下死点时，拉深成形过程结束；
g.内滑块回程，带动凸模上行，外滑块不动，则拉深件从凸模上退下；
h.外滑块回程；
i.顶出装置将拉深件顶出，取出拉深件。
第七章汽车覆盖件冲压质量控制
7.1常见质量问题
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